Daily bump.
[platform/upstream/gcc.git] / gcc / tree-ssa-loop-manip.c
1 /* High-level loop manipulation functions.
2    Copyright (C) 2004-2021 Free Software Foundation, Inc.
3
4 This file is part of GCC.
5
6 GCC is free software; you can redistribute it and/or modify it
7 under the terms of the GNU General Public License as published by the
8 Free Software Foundation; either version 3, or (at your option) any
9 later version.
10
11 GCC is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
12 ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
13 FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
14 for more details.
15
16 You should have received a copy of the GNU General Public License
17 along with GCC; see the file COPYING3.  If not see
18 <http://www.gnu.org/licenses/>.  */
19
20 #include "config.h"
21 #include "system.h"
22 #include "coretypes.h"
23 #include "backend.h"
24 #include "tree.h"
25 #include "gimple.h"
26 #include "cfghooks.h"
27 #include "tree-pass.h"  /* ??? for TODO_update_ssa but this isn't a pass.  */
28 #include "ssa.h"
29 #include "gimple-pretty-print.h"
30 #include "fold-const.h"
31 #include "cfganal.h"
32 #include "gimplify.h"
33 #include "gimple-iterator.h"
34 #include "gimplify-me.h"
35 #include "tree-cfg.h"
36 #include "tree-ssa-loop-ivopts.h"
37 #include "tree-ssa-loop-manip.h"
38 #include "tree-ssa-loop-niter.h"
39 #include "tree-ssa-loop.h"
40 #include "tree-into-ssa.h"
41 #include "tree-ssa.h"
42 #include "cfgloop.h"
43 #include "tree-scalar-evolution.h"
44 #include "tree-inline.h"
45
46 /* All bitmaps for rewriting into loop-closed SSA go on this obstack,
47    so that we can free them all at once.  */
48 static bitmap_obstack loop_renamer_obstack;
49
50 /* Creates an induction variable with value BASE + STEP * iteration in LOOP.
51    It is expected that neither BASE nor STEP are shared with other expressions
52    (unless the sharing rules allow this).  Use VAR as a base var_decl for it
53    (if NULL, a new temporary will be created).  The increment will occur at
54    INCR_POS (after it if AFTER is true, before it otherwise).  INCR_POS and
55    AFTER can be computed using standard_iv_increment_position.  The ssa versions
56    of the variable before and after increment will be stored in VAR_BEFORE and
57    VAR_AFTER (unless they are NULL).  */
58
59 void
60 create_iv (tree base, tree step, tree var, class loop *loop,
61            gimple_stmt_iterator *incr_pos, bool after,
62            tree *var_before, tree *var_after)
63 {
64   gassign *stmt;
65   gphi *phi;
66   tree initial, step1;
67   gimple_seq stmts;
68   tree vb, va;
69   enum tree_code incr_op = PLUS_EXPR;
70   edge pe = loop_preheader_edge (loop);
71
72   if (var != NULL_TREE)
73     {
74       vb = make_ssa_name (var);
75       va = make_ssa_name (var);
76     }
77   else
78     {
79       vb = make_temp_ssa_name (TREE_TYPE (base), NULL, "ivtmp");
80       va = make_temp_ssa_name (TREE_TYPE (base), NULL, "ivtmp");
81     }
82   if (var_before)
83     *var_before = vb;
84   if (var_after)
85     *var_after = va;
86
87   /* For easier readability of the created code, produce MINUS_EXPRs
88      when suitable.  */
89   if (TREE_CODE (step) == INTEGER_CST)
90     {
91       if (TYPE_UNSIGNED (TREE_TYPE (step)))
92         {
93           step1 = fold_build1 (NEGATE_EXPR, TREE_TYPE (step), step);
94           if (tree_int_cst_lt (step1, step))
95             {
96               incr_op = MINUS_EXPR;
97               step = step1;
98             }
99         }
100       else
101         {
102           bool ovf;
103
104           if (!tree_expr_nonnegative_warnv_p (step, &ovf)
105               && may_negate_without_overflow_p (step))
106             {
107               incr_op = MINUS_EXPR;
108               step = fold_build1 (NEGATE_EXPR, TREE_TYPE (step), step);
109             }
110         }
111     }
112   if (POINTER_TYPE_P (TREE_TYPE (base)))
113     {
114       if (TREE_CODE (base) == ADDR_EXPR)
115         mark_addressable (TREE_OPERAND (base, 0));
116       step = convert_to_ptrofftype (step);
117       if (incr_op == MINUS_EXPR)
118         step = fold_build1 (NEGATE_EXPR, TREE_TYPE (step), step);
119       incr_op = POINTER_PLUS_EXPR;
120     }
121   /* Gimplify the step if necessary.  We put the computations in front of the
122      loop (i.e. the step should be loop invariant).  */
123   step = force_gimple_operand (step, &stmts, true, NULL_TREE);
124   if (stmts)
125     gsi_insert_seq_on_edge_immediate (pe, stmts);
126
127   stmt = gimple_build_assign (va, incr_op, vb, step);
128   /* Prevent the increment from inheriting a bogus location if it is not put
129      immediately after a statement whose location is known.  */
130   if (after)
131     {
132       if (gsi_end_p (*incr_pos)
133           || (is_gimple_debug (gsi_stmt (*incr_pos))
134               && gsi_bb (*incr_pos)
135               && gsi_end_p (gsi_last_nondebug_bb (gsi_bb (*incr_pos)))))
136         {
137           edge e = single_succ_edge (gsi_bb (*incr_pos));
138           gimple_set_location (stmt, e->goto_locus);
139         }
140       gsi_insert_after (incr_pos, stmt, GSI_NEW_STMT);
141     }
142   else
143     {
144       gimple_stmt_iterator gsi = *incr_pos;
145       if (!gsi_end_p (gsi) && is_gimple_debug (gsi_stmt (gsi)))
146         gsi_next_nondebug (&gsi);
147       if (!gsi_end_p (gsi))
148         gimple_set_location (stmt, gimple_location (gsi_stmt (gsi)));
149       gsi_insert_before (incr_pos, stmt, GSI_NEW_STMT);
150     }
151
152   initial = force_gimple_operand (base, &stmts, true, var);
153   if (stmts)
154     gsi_insert_seq_on_edge_immediate (pe, stmts);
155
156   phi = create_phi_node (vb, loop->header);
157   add_phi_arg (phi, initial, loop_preheader_edge (loop), UNKNOWN_LOCATION);
158   add_phi_arg (phi, va, loop_latch_edge (loop), UNKNOWN_LOCATION);
159 }
160
161 /* Return the innermost superloop LOOP of USE_LOOP that is a superloop of
162    both DEF_LOOP and USE_LOOP.  */
163
164 static inline class loop *
165 find_sibling_superloop (class loop *use_loop, class loop *def_loop)
166 {
167   unsigned ud = loop_depth (use_loop);
168   unsigned dd = loop_depth (def_loop);
169   gcc_assert (ud > 0 && dd > 0);
170   if (ud > dd)
171     use_loop = superloop_at_depth (use_loop, dd);
172   if (ud < dd)
173     def_loop = superloop_at_depth (def_loop, ud);
174   while (loop_outer (use_loop) != loop_outer (def_loop))
175     {
176       use_loop = loop_outer (use_loop);
177       def_loop = loop_outer (def_loop);
178       gcc_assert (use_loop && def_loop);
179     }
180   return use_loop;
181 }
182
183 /* DEF_BB is a basic block containing a DEF that needs rewriting into
184    loop-closed SSA form.  USE_BLOCKS is the set of basic blocks containing
185    uses of DEF that "escape" from the loop containing DEF_BB (i.e. blocks in
186    USE_BLOCKS are dominated by DEF_BB but not in the loop father of DEF_B).
187    ALL_EXITS[I] is the set of all basic blocks that exit loop I.
188
189    Compute the subset of LOOP_EXITS that exit the loop containing DEF_BB
190    or one of its loop fathers, in which DEF is live.  This set is returned
191    in the bitmap LIVE_EXITS.
192
193    Instead of computing the complete livein set of the def, we use the loop
194    nesting tree as a form of poor man's structure analysis.  This greatly
195    speeds up the analysis, which is important because this function may be
196    called on all SSA names that need rewriting, one at a time.  */
197
198 static void
199 compute_live_loop_exits (bitmap live_exits, bitmap use_blocks,
200                          bitmap *loop_exits, basic_block def_bb)
201 {
202   unsigned i;
203   bitmap_iterator bi;
204   class loop *def_loop = def_bb->loop_father;
205   unsigned def_loop_depth = loop_depth (def_loop);
206   bitmap def_loop_exits;
207
208   /* Normally the work list size is bounded by the number of basic
209      blocks in the largest loop.  We don't know this number, but we
210      can be fairly sure that it will be relatively small.  */
211   auto_vec<basic_block> worklist (MAX (8, n_basic_blocks_for_fn (cfun) / 128));
212
213   EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (use_blocks, 0, i, bi)
214     {
215       basic_block use_bb = BASIC_BLOCK_FOR_FN (cfun, i);
216       class loop *use_loop = use_bb->loop_father;
217       gcc_checking_assert (def_loop != use_loop
218                            && ! flow_loop_nested_p (def_loop, use_loop));
219       if (! flow_loop_nested_p (use_loop, def_loop))
220         use_bb = find_sibling_superloop (use_loop, def_loop)->header;
221       if (bitmap_set_bit (live_exits, use_bb->index))
222         worklist.safe_push (use_bb);
223     }
224
225   /* Iterate until the worklist is empty.  */
226   while (! worklist.is_empty ())
227     {
228       edge e;
229       edge_iterator ei;
230
231       /* Pull a block off the worklist.  */
232       basic_block bb = worklist.pop ();
233
234       /* Make sure we have at least enough room in the work list
235          for all predecessors of this block.  */
236       worklist.reserve (EDGE_COUNT (bb->preds));
237
238       /* For each predecessor block.  */
239       FOR_EACH_EDGE (e, ei, bb->preds)
240         {
241           basic_block pred = e->src;
242           class loop *pred_loop = pred->loop_father;
243           unsigned pred_loop_depth = loop_depth (pred_loop);
244           bool pred_visited;
245
246           /* We should have met DEF_BB along the way.  */
247           gcc_assert (pred != ENTRY_BLOCK_PTR_FOR_FN (cfun));
248
249           if (pred_loop_depth >= def_loop_depth)
250             {
251               if (pred_loop_depth > def_loop_depth)
252                 pred_loop = superloop_at_depth (pred_loop, def_loop_depth);
253               /* If we've reached DEF_LOOP, our train ends here.  */
254               if (pred_loop == def_loop)
255                 continue;
256             }
257           else if (! flow_loop_nested_p (pred_loop, def_loop))
258             pred = find_sibling_superloop (pred_loop, def_loop)->header;
259
260           /* Add PRED to the LIVEIN set.  PRED_VISITED is true if
261              we had already added PRED to LIVEIN before.  */
262           pred_visited = !bitmap_set_bit (live_exits, pred->index);
263
264           /* If we have visited PRED before, don't add it to the worklist.
265              If BB dominates PRED, then we're probably looking at a loop.
266              We're only interested in looking up in the dominance tree
267              because DEF_BB dominates all the uses.  */
268           if (pred_visited || dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, pred, bb))
269             continue;
270
271           worklist.quick_push (pred);
272         }
273     }
274
275   def_loop_exits = BITMAP_ALLOC (&loop_renamer_obstack);
276   for (class loop *loop = def_loop;
277        loop != current_loops->tree_root;
278        loop = loop_outer (loop))
279     bitmap_ior_into (def_loop_exits, loop_exits[loop->num]);
280   bitmap_and_into (live_exits, def_loop_exits);
281   BITMAP_FREE (def_loop_exits);
282 }
283
284 /* Add a loop-closing PHI for VAR in basic block EXIT.  */
285
286 static void
287 add_exit_phi (basic_block exit, tree var)
288 {
289   gphi *phi;
290   edge e;
291   edge_iterator ei;
292
293   /* Check that at least one of the edges entering the EXIT block exits
294      the loop, or a superloop of that loop, that VAR is defined in.  */
295   if (flag_checking)
296     {
297       gimple *def_stmt = SSA_NAME_DEF_STMT (var);
298       basic_block def_bb = gimple_bb (def_stmt);
299       FOR_EACH_EDGE (e, ei, exit->preds)
300         {
301           class loop *aloop = find_common_loop (def_bb->loop_father,
302                                                  e->src->loop_father);
303           if (!flow_bb_inside_loop_p (aloop, e->dest))
304             break;
305         }
306       gcc_assert (e);
307     }
308
309   phi = create_phi_node (NULL_TREE, exit);
310   create_new_def_for (var, phi, gimple_phi_result_ptr (phi));
311   FOR_EACH_EDGE (e, ei, exit->preds)
312     add_phi_arg (phi, var, e, UNKNOWN_LOCATION);
313
314   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
315     {
316       fprintf (dump_file, ";; Created LCSSA PHI: ");
317       print_gimple_stmt (dump_file, phi, 0, dump_flags);
318     }
319 }
320
321 /* Add exit phis for VAR that is used in LIVEIN.
322    Exits of the loops are stored in LOOP_EXITS.  */
323
324 static void
325 add_exit_phis_var (tree var, bitmap use_blocks, bitmap *loop_exits)
326 {
327   unsigned index;
328   bitmap_iterator bi;
329   basic_block def_bb = gimple_bb (SSA_NAME_DEF_STMT (var));
330   bitmap live_exits = BITMAP_ALLOC (&loop_renamer_obstack);
331
332   gcc_checking_assert (! bitmap_bit_p (use_blocks, def_bb->index));
333
334   compute_live_loop_exits (live_exits, use_blocks, loop_exits, def_bb);
335
336   EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (live_exits, 0, index, bi)
337     {
338       add_exit_phi (BASIC_BLOCK_FOR_FN (cfun, index), var);
339     }
340
341   BITMAP_FREE (live_exits);
342 }
343
344 /* Add exit phis for the names marked in NAMES_TO_RENAME.
345    Exits of the loops are stored in EXITS.  Sets of blocks where the ssa
346    names are used are stored in USE_BLOCKS.  */
347
348 static void
349 add_exit_phis (bitmap names_to_rename, bitmap *use_blocks, bitmap *loop_exits)
350 {
351   unsigned i;
352   bitmap_iterator bi;
353
354   EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (names_to_rename, 0, i, bi)
355     {
356       add_exit_phis_var (ssa_name (i), use_blocks[i], loop_exits);
357     }
358 }
359
360 /* Fill the array of bitmaps LOOP_EXITS with all loop exit edge targets.  */
361
362 static void
363 get_loops_exits (bitmap *loop_exits)
364 {
365   unsigned j;
366   edge e;
367
368   for (auto loop : loops_list (cfun, 0))
369     {
370       auto_vec<edge> exit_edges = get_loop_exit_edges (loop);
371       loop_exits[loop->num] = BITMAP_ALLOC (&loop_renamer_obstack);
372       FOR_EACH_VEC_ELT (exit_edges, j, e)
373         bitmap_set_bit (loop_exits[loop->num], e->dest->index);
374     }
375 }
376
377 /* For USE in BB, if it is used outside of the loop it is defined in,
378    mark it for rewrite.  Record basic block BB where it is used
379    to USE_BLOCKS.  Record the ssa name index to NEED_PHIS bitmap.
380    Note that for USEs in phis, BB should be the src of the edge corresponding to
381    the use, rather than the bb containing the phi.  */
382
383 static void
384 find_uses_to_rename_use (basic_block bb, tree use, bitmap *use_blocks,
385                          bitmap need_phis)
386 {
387   unsigned ver;
388   basic_block def_bb;
389   class loop *def_loop;
390
391   if (TREE_CODE (use) != SSA_NAME)
392     return;
393
394   ver = SSA_NAME_VERSION (use);
395   def_bb = gimple_bb (SSA_NAME_DEF_STMT (use));
396   if (!def_bb)
397     return;
398   def_loop = def_bb->loop_father;
399
400   /* If the definition is not inside a loop, it is not interesting.  */
401   if (!loop_outer (def_loop))
402     return;
403
404   /* If the use is not outside of the loop it is defined in, it is not
405      interesting.  */
406   if (flow_bb_inside_loop_p (def_loop, bb))
407     return;
408
409   /* If we're seeing VER for the first time, we still have to allocate
410      a bitmap for its uses.  */
411   if (bitmap_set_bit (need_phis, ver))
412     use_blocks[ver] = BITMAP_ALLOC (&loop_renamer_obstack);
413   bitmap_set_bit (use_blocks[ver], bb->index);
414 }
415
416 /* For uses matching USE_FLAGS in STMT, mark names that are used outside of the
417    loop they are defined to rewrite.  Record the set of blocks in which the ssa
418    names are used to USE_BLOCKS, and the ssa names themselves to NEED_PHIS.  */
419
420 static void
421 find_uses_to_rename_stmt (gimple *stmt, bitmap *use_blocks, bitmap need_phis,
422                           int use_flags)
423 {
424   ssa_op_iter iter;
425   tree var;
426   basic_block bb = gimple_bb (stmt);
427
428   if (is_gimple_debug (stmt))
429     return;
430
431   /* FOR_EACH_SSA_TREE_OPERAND iterator does not allows SSA_OP_VIRTUAL_USES
432      only.  */
433   if (use_flags == SSA_OP_VIRTUAL_USES)
434     {
435       tree vuse = gimple_vuse (stmt);
436       if (vuse != NULL_TREE)
437         find_uses_to_rename_use (bb, gimple_vuse (stmt), use_blocks, need_phis);
438     }
439   else
440     FOR_EACH_SSA_TREE_OPERAND (var, stmt, iter, use_flags)
441       find_uses_to_rename_use (bb, var, use_blocks, need_phis);
442 }
443
444 /* Marks names matching USE_FLAGS that are used in BB and outside of the loop
445    they are defined in for rewrite.  Records the set of blocks in which the ssa
446    names are used to USE_BLOCKS.  Record the SSA names that will
447    need exit PHIs in NEED_PHIS.  */
448
449 static void
450 find_uses_to_rename_bb (basic_block bb, bitmap *use_blocks, bitmap need_phis,
451                         int use_flags)
452 {
453   edge e;
454   edge_iterator ei;
455   bool do_virtuals = (use_flags & SSA_OP_VIRTUAL_USES) != 0;
456   bool do_nonvirtuals = (use_flags & SSA_OP_USE) != 0;
457
458   FOR_EACH_EDGE (e, ei, bb->succs)
459     for (gphi_iterator bsi = gsi_start_phis (e->dest); !gsi_end_p (bsi);
460          gsi_next (&bsi))
461       {
462         gphi *phi = bsi.phi ();
463         bool virtual_p = virtual_operand_p (gimple_phi_result (phi));
464         if ((virtual_p && do_virtuals)
465             || (!virtual_p && do_nonvirtuals))
466           find_uses_to_rename_use (bb, PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi, e),
467                                    use_blocks, need_phis);
468       }
469
470   for (gimple_stmt_iterator bsi = gsi_start_bb (bb); !gsi_end_p (bsi);
471        gsi_next (&bsi))
472     find_uses_to_rename_stmt (gsi_stmt (bsi), use_blocks, need_phis,
473                               use_flags);
474 }
475
476 /* Marks names matching USE_FLAGS that are used outside of the loop they are
477    defined in for rewrite.  Records the set of blocks in which the ssa names are
478    used to USE_BLOCKS.  Record the SSA names that will need exit PHIs in
479    NEED_PHIS.  If CHANGED_BBS is not NULL, scan only blocks in this set.  */
480
481 static void
482 find_uses_to_rename (bitmap changed_bbs, bitmap *use_blocks, bitmap need_phis,
483                      int use_flags)
484 {
485   basic_block bb;
486   unsigned index;
487   bitmap_iterator bi;
488
489   if (changed_bbs)
490     EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (changed_bbs, 0, index, bi)
491       {
492         bb = BASIC_BLOCK_FOR_FN (cfun, index);
493         if (bb)
494           find_uses_to_rename_bb (bb, use_blocks, need_phis, use_flags);
495       }
496   else
497     FOR_EACH_BB_FN (bb, cfun)
498       find_uses_to_rename_bb (bb, use_blocks, need_phis, use_flags);
499 }
500
501 /* Mark uses of DEF that are used outside of the loop they are defined in for
502    rewrite.  Record the set of blocks in which the ssa names are used to
503    USE_BLOCKS.  Record the SSA names that will need exit PHIs in NEED_PHIS.  */
504
505 static void
506 find_uses_to_rename_def (tree def, bitmap *use_blocks, bitmap need_phis)
507 {
508   gimple *use_stmt;
509   imm_use_iterator imm_iter;
510
511   FOR_EACH_IMM_USE_STMT (use_stmt, imm_iter, def)
512     {
513       if (is_gimple_debug (use_stmt))
514         continue;
515
516       basic_block use_bb = gimple_bb (use_stmt);
517
518       use_operand_p use_p;
519       FOR_EACH_IMM_USE_ON_STMT (use_p, imm_iter)
520         {
521           if (gimple_code (use_stmt) == GIMPLE_PHI)
522             {
523               edge e = gimple_phi_arg_edge (as_a <gphi *> (use_stmt),
524                                             PHI_ARG_INDEX_FROM_USE (use_p));
525               use_bb = e->src;
526             }
527           find_uses_to_rename_use (use_bb, USE_FROM_PTR (use_p), use_blocks,
528                                    need_phis);
529         }
530     }
531 }
532
533 /* Marks names matching USE_FLAGS that are defined in LOOP and used outside of
534    it for rewrite.  Records the set of blocks in which the ssa names are used to
535    USE_BLOCKS.  Record the SSA names that will need exit PHIs in NEED_PHIS.  */
536
537 static void
538 find_uses_to_rename_in_loop (class loop *loop, bitmap *use_blocks,
539                              bitmap need_phis, int use_flags)
540 {
541   bool do_virtuals = (use_flags & SSA_OP_VIRTUAL_USES) != 0;
542   bool do_nonvirtuals = (use_flags & SSA_OP_USE) != 0;
543   int def_flags = ((do_virtuals ? SSA_OP_VIRTUAL_DEFS : 0)
544                    | (do_nonvirtuals ? SSA_OP_DEF : 0));
545
546
547   basic_block *bbs = get_loop_body (loop);
548
549   for (unsigned int i = 0; i < loop->num_nodes; i++)
550     {
551       basic_block bb = bbs[i];
552
553       for (gphi_iterator bsi = gsi_start_phis (bb); !gsi_end_p (bsi);
554            gsi_next (&bsi))
555         {
556           gphi *phi = bsi.phi ();
557           tree res = gimple_phi_result (phi);
558           bool virtual_p = virtual_operand_p (res);
559           if ((virtual_p && do_virtuals)
560               || (!virtual_p && do_nonvirtuals))
561             find_uses_to_rename_def (res, use_blocks, need_phis);
562       }
563
564       for (gimple_stmt_iterator bsi = gsi_start_bb (bb); !gsi_end_p (bsi);
565            gsi_next (&bsi))
566         {
567           gimple *stmt = gsi_stmt (bsi);
568           /* FOR_EACH_SSA_TREE_OPERAND iterator does not allows
569              SSA_OP_VIRTUAL_DEFS only.  */
570           if (def_flags == SSA_OP_VIRTUAL_DEFS)
571             {
572               tree vdef = gimple_vdef (stmt);
573               if (vdef != NULL)
574                 find_uses_to_rename_def (vdef, use_blocks, need_phis);
575             }
576           else
577             {
578               tree var;
579               ssa_op_iter iter;
580               FOR_EACH_SSA_TREE_OPERAND (var, stmt, iter, def_flags)
581                 find_uses_to_rename_def (var, use_blocks, need_phis);
582             }
583         }
584     }
585
586   XDELETEVEC (bbs);
587 }
588
589 /* Rewrites the program into a loop closed ssa form -- i.e. inserts extra
590    phi nodes to ensure that no variable is used outside the loop it is
591    defined in.
592
593    This strengthening of the basic ssa form has several advantages:
594
595    1) Updating it during unrolling/peeling/versioning is trivial, since
596       we do not need to care about the uses outside of the loop.
597       The same applies to virtual operands which are also rewritten into
598       loop closed SSA form.  Note that virtual operands are always live
599       until function exit.
600    2) The behavior of all uses of an induction variable is the same.
601       Without this, you need to distinguish the case when the variable
602       is used outside of the loop it is defined in, for example
603
604       for (i = 0; i < 100; i++)
605         {
606           for (j = 0; j < 100; j++)
607             {
608               k = i + j;
609               use1 (k);
610             }
611           use2 (k);
612         }
613
614       Looking from the outer loop with the normal SSA form, the first use of k
615       is not well-behaved, while the second one is an induction variable with
616       base 99 and step 1.
617
618       If LOOP is non-null, only rewrite uses that have defs in LOOP.  Otherwise,
619       if CHANGED_BBS is not NULL, we look for uses outside loops only in the
620       basic blocks in this set.
621
622       USE_FLAGS allows us to specify whether we want virtual, non-virtual or
623       both variables rewritten.
624
625       UPDATE_FLAG is used in the call to update_ssa.  See
626       TODO_update_ssa* for documentation.  */
627
628 void
629 rewrite_into_loop_closed_ssa_1 (bitmap changed_bbs, unsigned update_flag,
630                                 int use_flags, class loop *loop)
631 {
632   bitmap *use_blocks;
633   bitmap names_to_rename;
634
635   loops_state_set (LOOP_CLOSED_SSA);
636   if (number_of_loops (cfun) <= 1)
637     return;
638
639   /* If the pass has caused the SSA form to be out-of-date, update it
640      now.  */
641   if (update_flag != 0)
642     update_ssa (update_flag);
643   else if (flag_checking)
644     verify_ssa (true, true);
645
646   bitmap_obstack_initialize (&loop_renamer_obstack);
647
648   names_to_rename = BITMAP_ALLOC (&loop_renamer_obstack);
649
650   /* Uses of names to rename.  We don't have to initialize this array,
651      because we know that we will only have entries for the SSA names
652      in NAMES_TO_RENAME.  */
653   use_blocks = XNEWVEC (bitmap, num_ssa_names);
654
655   if (loop != NULL)
656     {
657       gcc_assert (changed_bbs == NULL);
658       find_uses_to_rename_in_loop (loop, use_blocks, names_to_rename,
659                                    use_flags);
660     }
661   else
662     {
663       gcc_assert (loop == NULL);
664       find_uses_to_rename (changed_bbs, use_blocks, names_to_rename, use_flags);
665     }
666
667   if (!bitmap_empty_p (names_to_rename))
668     {
669       /* An array of bitmaps where LOOP_EXITS[I] is the set of basic blocks
670          that are the destination of an edge exiting loop number I.  */
671       bitmap *loop_exits = XNEWVEC (bitmap, number_of_loops (cfun));
672       get_loops_exits (loop_exits);
673
674       /* Add the PHI nodes on exits of the loops for the names we need to
675          rewrite.  */
676       add_exit_phis (names_to_rename, use_blocks, loop_exits);
677
678       free (loop_exits);
679
680       /* Fix up all the names found to be used outside their original
681          loops.  */
682       update_ssa (TODO_update_ssa);
683     }
684
685   bitmap_obstack_release (&loop_renamer_obstack);
686   free (use_blocks);
687 }
688
689 /* Rewrites the non-virtual defs and uses into a loop closed ssa form.  If
690    CHANGED_BBS is not NULL, we look for uses outside loops only in the basic
691    blocks in this set.  UPDATE_FLAG is used in the call to update_ssa.  See
692    TODO_update_ssa* for documentation.  */
693
694 void
695 rewrite_into_loop_closed_ssa (bitmap changed_bbs, unsigned update_flag)
696 {
697   rewrite_into_loop_closed_ssa_1 (changed_bbs, update_flag, SSA_OP_USE, NULL);
698 }
699
700 /* Rewrites virtual defs and uses with def in LOOP into loop closed ssa
701    form.  */
702
703 void
704 rewrite_virtuals_into_loop_closed_ssa (class loop *loop)
705 {
706   rewrite_into_loop_closed_ssa_1 (NULL, 0, SSA_OP_VIRTUAL_USES, loop);
707 }
708
709 /* Check invariants of the loop closed ssa form for the def in DEF_BB.  */
710
711 static void
712 check_loop_closed_ssa_def (basic_block def_bb, tree def)
713 {
714   use_operand_p use_p;
715   imm_use_iterator iterator;
716   FOR_EACH_IMM_USE_FAST (use_p, iterator, def)
717     {
718       if (is_gimple_debug (USE_STMT (use_p)))
719         continue;
720
721       basic_block use_bb = gimple_bb (USE_STMT (use_p));
722       if (is_a <gphi *> (USE_STMT (use_p)))
723         use_bb = EDGE_PRED (use_bb, PHI_ARG_INDEX_FROM_USE (use_p))->src;
724
725       gcc_assert (flow_bb_inside_loop_p (def_bb->loop_father, use_bb));
726     }
727 }
728
729 /* Checks invariants of loop closed ssa form in BB.  */
730
731 static void
732 check_loop_closed_ssa_bb (basic_block bb)
733 {
734   for (gphi_iterator bsi = gsi_start_phis (bb); !gsi_end_p (bsi);
735        gsi_next (&bsi))
736     {
737       gphi *phi = bsi.phi ();
738
739       if (!virtual_operand_p (PHI_RESULT (phi)))
740         check_loop_closed_ssa_def (bb, PHI_RESULT (phi));
741     }
742
743   for (gimple_stmt_iterator bsi = gsi_start_nondebug_bb (bb); !gsi_end_p (bsi);
744        gsi_next_nondebug (&bsi))
745     {
746       ssa_op_iter iter;
747       tree var;
748       gimple *stmt = gsi_stmt (bsi);
749
750       FOR_EACH_SSA_TREE_OPERAND (var, stmt, iter, SSA_OP_DEF)
751         check_loop_closed_ssa_def (bb, var);
752     }
753 }
754
755 /* Checks that invariants of the loop closed ssa form are preserved.
756    Call verify_ssa when VERIFY_SSA_P is true.  Note all loops are checked
757    if LOOP is NULL, otherwise, only LOOP is checked.  */
758
759 DEBUG_FUNCTION void
760 verify_loop_closed_ssa (bool verify_ssa_p, class loop *loop)
761 {
762   if (number_of_loops (cfun) <= 1)
763     return;
764
765   if (verify_ssa_p)
766     verify_ssa (false, true);
767
768   timevar_push (TV_VERIFY_LOOP_CLOSED);
769
770   if (loop == NULL)
771     {
772       basic_block bb;
773
774       FOR_EACH_BB_FN (bb, cfun)
775         if (bb->loop_father && bb->loop_father->num > 0)
776           check_loop_closed_ssa_bb (bb);
777     }
778   else
779     {
780       basic_block *bbs = get_loop_body (loop);
781
782       for (unsigned i = 0; i < loop->num_nodes; ++i)
783         check_loop_closed_ssa_bb (bbs[i]);
784
785       free (bbs);
786     }
787
788   timevar_pop (TV_VERIFY_LOOP_CLOSED);
789 }
790
791 /* Split loop exit edge EXIT.  The things are a bit complicated by a need to
792    preserve the loop closed ssa form.  If COPY_CONSTANTS_P is true then
793    forwarder PHIs are also created for constant arguments.
794    The newly created block is returned.  */
795
796 basic_block
797 split_loop_exit_edge (edge exit, bool copy_constants_p)
798 {
799   basic_block dest = exit->dest;
800   basic_block bb = split_edge (exit);
801   gphi *phi, *new_phi;
802   tree new_name, name;
803   use_operand_p op_p;
804   gphi_iterator psi;
805   location_t locus;
806
807   for (psi = gsi_start_phis (dest); !gsi_end_p (psi); gsi_next (&psi))
808     {
809       phi = psi.phi ();
810       op_p = PHI_ARG_DEF_PTR_FROM_EDGE (phi, single_succ_edge (bb));
811       locus = gimple_phi_arg_location_from_edge (phi, single_succ_edge (bb));
812
813       name = USE_FROM_PTR (op_p);
814
815       /* If the argument of the PHI node is a constant, we do not need
816          to keep it inside loop.  */
817       if (TREE_CODE (name) != SSA_NAME
818           && !copy_constants_p)
819         continue;
820
821       /* Otherwise create an auxiliary phi node that will copy the value
822          of the SSA name out of the loop.  */
823       new_name = duplicate_ssa_name (PHI_RESULT (phi), NULL);
824       new_phi = create_phi_node (new_name, bb);
825       add_phi_arg (new_phi, name, exit, locus);
826       SET_USE (op_p, new_name);
827     }
828
829   return bb;
830 }
831
832 /* Returns the basic block in that statements should be emitted for induction
833    variables incremented at the end of the LOOP.  */
834
835 basic_block
836 ip_end_pos (class loop *loop)
837 {
838   return loop->latch;
839 }
840
841 /* Returns the basic block in that statements should be emitted for induction
842    variables incremented just before exit condition of a LOOP.  */
843
844 basic_block
845 ip_normal_pos (class loop *loop)
846 {
847   gimple *last;
848   basic_block bb;
849   edge exit;
850
851   if (!single_pred_p (loop->latch))
852     return NULL;
853
854   bb = single_pred (loop->latch);
855   last = last_stmt (bb);
856   if (!last
857       || gimple_code (last) != GIMPLE_COND)
858     return NULL;
859
860   exit = EDGE_SUCC (bb, 0);
861   if (exit->dest == loop->latch)
862     exit = EDGE_SUCC (bb, 1);
863
864   if (flow_bb_inside_loop_p (loop, exit->dest))
865     return NULL;
866
867   return bb;
868 }
869
870 /* Stores the standard position for induction variable increment in LOOP
871    (just before the exit condition if it is available and latch block is empty,
872    end of the latch block otherwise) to BSI.  INSERT_AFTER is set to true if
873    the increment should be inserted after *BSI.  */
874
875 void
876 standard_iv_increment_position (class loop *loop, gimple_stmt_iterator *bsi,
877                                 bool *insert_after)
878 {
879   basic_block bb = ip_normal_pos (loop), latch = ip_end_pos (loop);
880   gimple *last = last_stmt (latch);
881
882   if (!bb
883       || (last && gimple_code (last) != GIMPLE_LABEL))
884     {
885       *bsi = gsi_last_bb (latch);
886       *insert_after = true;
887     }
888   else
889     {
890       *bsi = gsi_last_bb (bb);
891       *insert_after = false;
892     }
893 }
894
895 /* Copies phi node arguments for duplicated blocks.  The index of the first
896    duplicated block is FIRST_NEW_BLOCK.  */
897
898 static void
899 copy_phi_node_args (unsigned first_new_block)
900 {
901   unsigned i;
902
903   for (i = first_new_block; i < (unsigned) last_basic_block_for_fn (cfun); i++)
904     BASIC_BLOCK_FOR_FN (cfun, i)->flags |= BB_DUPLICATED;
905
906   for (i = first_new_block; i < (unsigned) last_basic_block_for_fn (cfun); i++)
907     add_phi_args_after_copy_bb (BASIC_BLOCK_FOR_FN (cfun, i));
908
909   for (i = first_new_block; i < (unsigned) last_basic_block_for_fn (cfun); i++)
910     BASIC_BLOCK_FOR_FN (cfun, i)->flags &= ~BB_DUPLICATED;
911 }
912
913
914 /* The same as cfgloopmanip.c:duplicate_loop_body_to_header_edge, but also
915    updates the PHI nodes at start of the copied region.  In order to
916    achieve this, only loops whose exits all lead to the same location
917    are handled.
918
919    Notice that we do not completely update the SSA web after
920    duplication.  The caller is responsible for calling update_ssa
921    after the loop has been duplicated.  */
922
923 bool
924 gimple_duplicate_loop_body_to_header_edge (class loop *loop, edge e,
925                                            unsigned int ndupl,
926                                            sbitmap wont_exit, edge orig,
927                                            vec<edge> *to_remove, int flags)
928 {
929   unsigned first_new_block;
930
931   if (!loops_state_satisfies_p (LOOPS_HAVE_SIMPLE_LATCHES))
932     return false;
933   if (!loops_state_satisfies_p (LOOPS_HAVE_PREHEADERS))
934     return false;
935
936   first_new_block = last_basic_block_for_fn (cfun);
937   if (!duplicate_loop_body_to_header_edge (loop, e, ndupl, wont_exit, orig,
938                                            to_remove, flags))
939     return false;
940
941   /* Readd the removed phi args for e.  */
942   flush_pending_stmts (e);
943
944   /* Copy the phi node arguments.  */
945   copy_phi_node_args (first_new_block);
946
947   scev_reset ();
948
949   return true;
950 }
951
952 /* Returns true if we can unroll LOOP FACTOR times.  Number
953    of iterations of the loop is returned in NITER.  */
954
955 bool
956 can_unroll_loop_p (class loop *loop, unsigned factor,
957                    class tree_niter_desc *niter)
958 {
959   edge exit;
960
961   /* Check whether unrolling is possible.  We only want to unroll loops
962      for that we are able to determine number of iterations.  We also
963      want to split the extra iterations of the loop from its end,
964      therefore we require that the loop has precisely one
965      exit.  */
966
967   exit = single_dom_exit (loop);
968   if (!exit)
969     return false;
970
971   if (!number_of_iterations_exit (loop, exit, niter, false)
972       || niter->cmp == ERROR_MARK
973       /* Scalar evolutions analysis might have copy propagated
974          the abnormal ssa names into these expressions, hence
975          emitting the computations based on them during loop
976          unrolling might create overlapping life ranges for
977          them, and failures in out-of-ssa.  */
978       || contains_abnormal_ssa_name_p (niter->may_be_zero)
979       || contains_abnormal_ssa_name_p (niter->control.base)
980       || contains_abnormal_ssa_name_p (niter->control.step)
981       || contains_abnormal_ssa_name_p (niter->bound))
982     return false;
983
984   /* And of course, we must be able to duplicate the loop.  */
985   if (!can_duplicate_loop_p (loop))
986     return false;
987
988   /* The final loop should be small enough.  */
989   if (tree_num_loop_insns (loop, &eni_size_weights) * factor
990       > (unsigned) param_max_unrolled_insns)
991     return false;
992
993   return true;
994 }
995
996 /* Determines the conditions that control execution of LOOP unrolled FACTOR
997    times.  DESC is number of iterations of LOOP.  ENTER_COND is set to
998    condition that must be true if the main loop can be entered.
999    If the loop does not always iterate an exact multiple of FACTOR times,
1000    EXIT_BASE, EXIT_STEP, EXIT_CMP and EXIT_BOUND are set to values describing
1001    how the exit from the unrolled loop should be controlled.  Otherwise,
1002    the trees are set to null and EXIT_CMP is set to ERROR_MARK.  */
1003
1004 static void
1005 determine_exit_conditions (class loop *loop, class tree_niter_desc *desc,
1006                            unsigned factor, tree *enter_cond,
1007                            tree *exit_base, tree *exit_step,
1008                            enum tree_code *exit_cmp, tree *exit_bound)
1009 {
1010   gimple_seq stmts;
1011   tree base = desc->control.base;
1012   tree step = desc->control.step;
1013   tree bound = desc->bound;
1014   tree type = TREE_TYPE (step);
1015   tree bigstep, delta;
1016   tree min = lower_bound_in_type (type, type);
1017   tree max = upper_bound_in_type (type, type);
1018   enum tree_code cmp = desc->cmp;
1019   tree cond = boolean_true_node, assum;
1020
1021   /* For pointers, do the arithmetics in the type of step.  */
1022   base = fold_convert (type, base);
1023   bound = fold_convert (type, bound);
1024
1025   *enter_cond = boolean_false_node;
1026   *exit_base = NULL_TREE;
1027   *exit_step = NULL_TREE;
1028   *exit_cmp = ERROR_MARK;
1029   *exit_bound = NULL_TREE;
1030   gcc_assert (cmp != ERROR_MARK);
1031
1032   /* We only need to be correct when we answer question
1033      "Do at least FACTOR more iterations remain?" in the unrolled loop.
1034      Thus, transforming BASE + STEP * i <> BOUND to
1035      BASE + STEP * i < BOUND is ok.  */
1036   if (cmp == NE_EXPR)
1037     {
1038       if (tree_int_cst_sign_bit (step))
1039         cmp = GT_EXPR;
1040       else
1041         cmp = LT_EXPR;
1042     }
1043   else if (cmp == LT_EXPR)
1044     {
1045       gcc_assert (!tree_int_cst_sign_bit (step));
1046     }
1047   else if (cmp == GT_EXPR)
1048     {
1049       gcc_assert (tree_int_cst_sign_bit (step));
1050     }
1051   else
1052     gcc_unreachable ();
1053
1054   /* The main body of the loop may be entered iff:
1055
1056      1) desc->may_be_zero is false.
1057      2) it is possible to check that there are at least FACTOR iterations
1058         of the loop, i.e., BOUND - step * FACTOR does not overflow.
1059      3) # of iterations is at least FACTOR  */
1060
1061   if (!integer_zerop (desc->may_be_zero))
1062     cond = fold_build2 (TRUTH_AND_EXPR, boolean_type_node,
1063                         invert_truthvalue (desc->may_be_zero),
1064                         cond);
1065
1066   bigstep = fold_build2 (MULT_EXPR, type, step,
1067                          build_int_cst_type (type, factor));
1068   delta = fold_build2 (MINUS_EXPR, type, bigstep, step);
1069   if (cmp == LT_EXPR)
1070     assum = fold_build2 (GE_EXPR, boolean_type_node,
1071                          bound,
1072                          fold_build2 (PLUS_EXPR, type, min, delta));
1073   else
1074     assum = fold_build2 (LE_EXPR, boolean_type_node,
1075                          bound,
1076                          fold_build2 (PLUS_EXPR, type, max, delta));
1077   cond = fold_build2 (TRUTH_AND_EXPR, boolean_type_node, assum, cond);
1078
1079   bound = fold_build2 (MINUS_EXPR, type, bound, delta);
1080   assum = fold_build2 (cmp, boolean_type_node, base, bound);
1081   cond = fold_build2 (TRUTH_AND_EXPR, boolean_type_node, assum, cond);
1082
1083   if (integer_nonzerop (cond)
1084       && integer_zerop (desc->may_be_zero))
1085     {
1086       /* Convert the latch count to an iteration count.  */
1087       tree niter = fold_build2 (PLUS_EXPR, type, desc->niter,
1088                                 build_one_cst (type));
1089       if (multiple_of_p (type, niter, bigstep))
1090         return;
1091     }
1092
1093   cond = force_gimple_operand (unshare_expr (cond), &stmts, false, NULL_TREE);
1094   if (stmts)
1095     gsi_insert_seq_on_edge_immediate (loop_preheader_edge (loop), stmts);
1096   /* cond now may be a gimple comparison, which would be OK, but also any
1097      other gimple rhs (say a && b).  In this case we need to force it to
1098      operand.  */
1099   if (!is_gimple_condexpr (cond))
1100     {
1101       cond = force_gimple_operand (cond, &stmts, true, NULL_TREE);
1102       if (stmts)
1103         gsi_insert_seq_on_edge_immediate (loop_preheader_edge (loop), stmts);
1104     }
1105   *enter_cond = cond;
1106
1107   base = force_gimple_operand (unshare_expr (base), &stmts, true, NULL_TREE);
1108   if (stmts)
1109     gsi_insert_seq_on_edge_immediate (loop_preheader_edge (loop), stmts);
1110   bound = force_gimple_operand (unshare_expr (bound), &stmts, true, NULL_TREE);
1111   if (stmts)
1112     gsi_insert_seq_on_edge_immediate (loop_preheader_edge (loop), stmts);
1113
1114   *exit_base = base;
1115   *exit_step = bigstep;
1116   *exit_cmp = cmp;
1117   *exit_bound = bound;
1118 }
1119
1120 /* Scales the frequencies of all basic blocks in LOOP that are strictly
1121    dominated by BB by NUM/DEN.  */
1122
1123 static void
1124 scale_dominated_blocks_in_loop (class loop *loop, basic_block bb,
1125                                 profile_count num, profile_count den)
1126 {
1127   basic_block son;
1128
1129   if (!den.nonzero_p () && !(num == profile_count::zero ()))
1130     return;
1131
1132   for (son = first_dom_son (CDI_DOMINATORS, bb);
1133        son;
1134        son = next_dom_son (CDI_DOMINATORS, son))
1135     {
1136       if (!flow_bb_inside_loop_p (loop, son))
1137         continue;
1138       scale_bbs_frequencies_profile_count (&son, 1, num, den);
1139       scale_dominated_blocks_in_loop (loop, son, num, den);
1140     }
1141 }
1142
1143 /* Return estimated niter for LOOP after unrolling by FACTOR times.  */
1144
1145 gcov_type
1146 niter_for_unrolled_loop (class loop *loop, unsigned factor)
1147 {
1148   gcc_assert (factor != 0);
1149   bool profile_p = false;
1150   gcov_type est_niter = expected_loop_iterations_unbounded (loop, &profile_p);
1151   /* Note that this is really CEIL (est_niter + 1, factor) - 1, where the
1152      "+ 1" converts latch iterations to loop iterations and the "- 1"
1153      converts back.  */
1154   gcov_type new_est_niter = est_niter / factor;
1155
1156   if (est_niter == -1)
1157     return -1;
1158
1159   /* Without profile feedback, loops for which we do not know a better estimate
1160      are assumed to roll 10 times.  When we unroll such loop, it appears to
1161      roll too little, and it may even seem to be cold.  To avoid this, we
1162      ensure that the created loop appears to roll at least 5 times (but at
1163      most as many times as before unrolling).  Don't do adjustment if profile
1164      feedback is present.  */
1165   if (new_est_niter < 5 && !profile_p)
1166     {
1167       if (est_niter < 5)
1168         new_est_niter = est_niter;
1169       else
1170         new_est_niter = 5;
1171     }
1172
1173   if (loop->any_upper_bound)
1174     {
1175       /* As above, this is really CEIL (upper_bound + 1, factor) - 1.  */
1176       widest_int bound = wi::udiv_floor (loop->nb_iterations_upper_bound,
1177                                          factor);
1178       if (wi::ltu_p (bound, new_est_niter))
1179         new_est_niter = bound.to_uhwi ();
1180     }
1181
1182   return new_est_niter;
1183 }
1184
1185 /* Unroll LOOP FACTOR times.  LOOP is known to have a single exit edge
1186    whose source block dominates the latch.  DESC describes the number of
1187    iterations of LOOP.
1188
1189    If N is number of iterations of the loop and MAY_BE_ZERO is the condition
1190    under that loop exits in the first iteration even if N != 0,
1191
1192    while (1)
1193      {
1194        x = phi (init, next);
1195
1196        pre;
1197        if (st)
1198          break;
1199        post;
1200      }
1201
1202    becomes (with possibly the exit conditions formulated a bit differently,
1203    avoiding the need to create a new iv):
1204
1205    if (MAY_BE_ZERO || N < FACTOR)
1206      goto rest;
1207
1208    do
1209      {
1210        x = phi (init, next);
1211
1212        pre;
1213        post;
1214        pre;
1215        post;
1216        ...
1217        pre;
1218        post;
1219        N -= FACTOR;
1220
1221      } while (N >= FACTOR);
1222
1223    rest:
1224      init' = phi (init, x);
1225
1226    while (1)
1227      {
1228        x = phi (init', next);
1229
1230        pre;
1231        if (st)
1232          break;
1233        post;
1234      }
1235
1236    Before the loop is unrolled, TRANSFORM is called for it (only for the
1237    unrolled loop, but not for its versioned copy).  DATA is passed to
1238    TRANSFORM.  */
1239
1240 /* Probability in % that the unrolled loop is entered.  Just a guess.  */
1241 #define PROB_UNROLLED_LOOP_ENTERED 90
1242
1243 void
1244 tree_transform_and_unroll_loop (class loop *loop, unsigned factor,
1245                                 class tree_niter_desc *desc,
1246                                 transform_callback transform,
1247                                 void *data)
1248 {
1249   gcov_type new_est_niter = niter_for_unrolled_loop (loop, factor);
1250   unsigned irr = loop_preheader_edge (loop)->flags & EDGE_IRREDUCIBLE_LOOP;
1251
1252   enum tree_code exit_cmp;
1253   tree enter_main_cond, exit_base, exit_step, exit_bound;
1254   determine_exit_conditions (loop, desc, factor,
1255                              &enter_main_cond, &exit_base, &exit_step,
1256                              &exit_cmp, &exit_bound);
1257   bool single_loop_p = !exit_base;
1258
1259   /* Let us assume that the unrolled loop is quite likely to be entered.  */
1260   profile_probability prob_entry;
1261   if (integer_nonzerop (enter_main_cond))
1262     prob_entry = profile_probability::always ();
1263   else
1264     prob_entry = profile_probability::guessed_always ()
1265                         .apply_scale (PROB_UNROLLED_LOOP_ENTERED, 100);
1266
1267   gcond *exit_if = nullptr;
1268   class loop *new_loop = nullptr;
1269   edge new_exit;
1270   if (!single_loop_p)
1271     {
1272       edge exit = single_dom_exit (loop);
1273
1274       /* The values for scales should keep profile consistent, and somewhat
1275          close to correct.
1276
1277          TODO: The current value of SCALE_REST makes it appear that the loop
1278          that is created by splitting the remaining iterations of the unrolled
1279          loop is executed the same number of times as the original loop, and
1280          with the same frequencies, which is obviously wrong.  This does not
1281          appear to cause problems, so we do not bother with fixing it for now.
1282          To make the profile correct, we would need to change the probability
1283          of the exit edge of the loop, and recompute the distribution of
1284          frequencies in its body because of this change (scale the frequencies
1285          of blocks before and after the exit by appropriate factors).  */
1286       profile_probability scale_unrolled = prob_entry;
1287       new_loop = loop_version (loop, enter_main_cond, NULL, prob_entry,
1288                                prob_entry.invert (), scale_unrolled,
1289                                profile_probability::guessed_always (),
1290                                true);
1291       gcc_assert (new_loop != NULL);
1292       update_ssa (TODO_update_ssa);
1293
1294       /* Prepare the cfg and update the phi nodes.  Move the loop exit to the
1295          loop latch (and make its condition dummy, for the moment).  */
1296       basic_block rest = loop_preheader_edge (new_loop)->src;
1297       edge precond_edge = single_pred_edge (rest);
1298       split_edge (loop_latch_edge (loop));
1299       basic_block exit_bb = single_pred (loop->latch);
1300
1301       /* Since the exit edge will be removed, the frequency of all the blocks
1302          in the loop that are dominated by it must be scaled by
1303          1 / (1 - exit->probability).  */
1304       if (exit->probability.initialized_p ())
1305         scale_dominated_blocks_in_loop (loop, exit->src,
1306                                         /* We are scaling up here so
1307                                            probability does not fit.  */
1308                                         loop->header->count,
1309                                         loop->header->count
1310                                         - loop->header->count.apply_probability
1311                                             (exit->probability));
1312
1313       gimple_stmt_iterator bsi = gsi_last_bb (exit_bb);
1314       exit_if = gimple_build_cond (EQ_EXPR, integer_zero_node,
1315                                    integer_zero_node,
1316                                    NULL_TREE, NULL_TREE);
1317
1318       gsi_insert_after (&bsi, exit_if, GSI_NEW_STMT);
1319       new_exit = make_edge (exit_bb, rest, EDGE_FALSE_VALUE | irr);
1320       rescan_loop_exit (new_exit, true, false);
1321
1322       /* Set the probability of new exit to the same of the old one.  Fix
1323          the frequency of the latch block, by scaling it back by
1324          1 - exit->probability.  */
1325       new_exit->probability = exit->probability;
1326       edge new_nonexit = single_pred_edge (loop->latch);
1327       new_nonexit->probability = exit->probability.invert ();
1328       new_nonexit->flags = EDGE_TRUE_VALUE;
1329       if (new_nonexit->probability.initialized_p ())
1330         scale_bbs_frequencies (&loop->latch, 1, new_nonexit->probability);
1331
1332       edge old_entry = loop_preheader_edge (loop);
1333       edge new_entry = loop_preheader_edge (new_loop);
1334       edge old_latch = loop_latch_edge (loop);
1335       for (gphi_iterator psi_old_loop = gsi_start_phis (loop->header),
1336              psi_new_loop = gsi_start_phis (new_loop->header);
1337            !gsi_end_p (psi_old_loop);
1338            gsi_next (&psi_old_loop), gsi_next (&psi_new_loop))
1339         {
1340           gphi *phi_old_loop = psi_old_loop.phi ();
1341           gphi *phi_new_loop = psi_new_loop.phi ();
1342
1343           tree init = PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi_old_loop, old_entry);
1344           use_operand_p op
1345             = PHI_ARG_DEF_PTR_FROM_EDGE (phi_new_loop, new_entry);
1346           gcc_assert (operand_equal_for_phi_arg_p (init, USE_FROM_PTR (op)));
1347           tree next = PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi_old_loop, old_latch);
1348
1349           /* Prefer using original variable as a base for the new ssa name.
1350              This is necessary for virtual ops, and useful in order to avoid
1351              losing debug info for real ops.  */
1352           tree new_init;
1353           if (TREE_CODE (next) == SSA_NAME
1354               && useless_type_conversion_p (TREE_TYPE (next),
1355                                             TREE_TYPE (init)))
1356             new_init = copy_ssa_name (next);
1357           else if (TREE_CODE (init) == SSA_NAME
1358                    && useless_type_conversion_p (TREE_TYPE (init),
1359                                                  TREE_TYPE (next)))
1360             new_init = copy_ssa_name (init);
1361           else if (useless_type_conversion_p (TREE_TYPE (next),
1362                                               TREE_TYPE (init)))
1363             new_init = make_temp_ssa_name (TREE_TYPE (next), NULL,
1364                                            "unrinittmp");
1365           else
1366             new_init = make_temp_ssa_name (TREE_TYPE (init), NULL,
1367                                            "unrinittmp");
1368
1369           gphi *phi_rest = create_phi_node (new_init, rest);
1370           add_phi_arg (phi_rest, init, precond_edge, UNKNOWN_LOCATION);
1371           add_phi_arg (phi_rest, next, new_exit, UNKNOWN_LOCATION);
1372           SET_USE (op, new_init);
1373         }
1374
1375       remove_path (exit);
1376     }
1377   else
1378     new_exit = single_dom_exit (loop);
1379
1380   /* Transform the loop.  */
1381   if (transform)
1382     (*transform) (loop, data);
1383
1384   /* Unroll the loop and remove the exits in all iterations except for the
1385      last one.  */
1386   auto_sbitmap wont_exit (factor);
1387   bitmap_ones (wont_exit);
1388   bitmap_clear_bit (wont_exit, factor - 1);
1389
1390   auto_vec<edge> to_remove;
1391   bool ok
1392     = gimple_duplicate_loop_body_to_header_edge (loop, loop_latch_edge (loop),
1393                                                  factor - 1, wont_exit,
1394                                                  new_exit, &to_remove,
1395                                                  DLTHE_FLAG_UPDATE_FREQ);
1396   gcc_assert (ok);
1397
1398   for (edge e : to_remove)
1399     {
1400       ok = remove_path (e);
1401       gcc_assert (ok);
1402     }
1403   update_ssa (TODO_update_ssa);
1404
1405   new_exit = single_dom_exit (loop);
1406   if (!single_loop_p)
1407     {
1408       /* Ensure that the frequencies in the loop match the new estimated
1409          number of iterations, and change the probability of the new
1410          exit edge.  */
1411
1412       profile_count freq_h = loop->header->count;
1413       profile_count freq_e = (loop_preheader_edge (loop))->count ();
1414       if (freq_h.nonzero_p ())
1415         {
1416           /* Avoid dropping loop body profile counter to 0 because of zero
1417              count in loop's preheader.  */
1418           if (freq_h.nonzero_p () && !(freq_e == profile_count::zero ()))
1419             freq_e = freq_e.force_nonzero ();
1420           scale_loop_frequencies (loop, freq_e.probability_in (freq_h));
1421         }
1422
1423       basic_block rest = new_exit->dest;
1424       new_exit->probability = profile_probability::always ()
1425         .apply_scale (1, new_est_niter + 1);
1426
1427       rest->count += new_exit->count ();
1428
1429       edge new_nonexit = single_pred_edge (loop->latch);
1430       profile_probability prob = new_nonexit->probability;
1431       new_nonexit->probability = new_exit->probability.invert ();
1432       prob = new_nonexit->probability / prob;
1433       if (prob.initialized_p ())
1434         scale_bbs_frequencies (&loop->latch, 1, prob);
1435
1436       /* Finally create the new counter for number of iterations and add
1437          the new exit instruction.  */
1438       tree ctr_before, ctr_after;
1439       gimple_stmt_iterator bsi = gsi_last_nondebug_bb (new_exit->src);
1440       exit_if = as_a <gcond *> (gsi_stmt (bsi));
1441       create_iv (exit_base, exit_step, NULL_TREE, loop,
1442                  &bsi, false, &ctr_before, &ctr_after);
1443       gimple_cond_set_code (exit_if, exit_cmp);
1444       gimple_cond_set_lhs (exit_if, ctr_after);
1445       gimple_cond_set_rhs (exit_if, exit_bound);
1446       update_stmt (exit_if);
1447     }
1448   else
1449     {
1450       /* gimple_duplicate_loop_to_header_edge has adjusted the loop body's
1451          original profile counts in line with the unroll factor.  However,
1452          the old counts might not have been consistent with the old
1453          iteration count.
1454
1455          Therefore, if the iteration count is known exactly, make sure that the
1456          profile counts of the loop header (and any other blocks that might be
1457          executed in the final iteration) are consistent with the combination
1458          of (a) the incoming profile count and (b) the new iteration count.  */
1459       profile_count in_count = loop_preheader_edge (loop)->count ();
1460       profile_count old_header_count = loop->header->count;
1461       if (in_count.nonzero_p ()
1462           && old_header_count.nonzero_p ()
1463           && TREE_CODE (desc->niter) == INTEGER_CST)
1464         {
1465           /* The + 1 converts latch counts to iteration counts.  */
1466           profile_count new_header_count
1467             = (in_count.apply_scale (new_est_niter + 1, 1));
1468           basic_block *body = get_loop_body (loop);
1469           scale_bbs_frequencies_profile_count (body, loop->num_nodes,
1470                                                new_header_count,
1471                                                old_header_count);
1472           free (body);
1473         }
1474
1475       /* gimple_duplicate_loop_to_header_edge discarded FACTOR - 1
1476          exit edges and adjusted the loop body's profile counts for the
1477          new probabilities of the remaining non-exit edges.  However,
1478          the remaining exit edge still has the same probability as it
1479          did before, even though it is now more likely.
1480
1481          Therefore, all blocks executed after a failed exit test now have
1482          a profile count that is too high, and the sum of the profile counts
1483          for the header's incoming edges is greater than the profile count
1484          of the header itself.
1485
1486          Adjust the profile counts of all code in the loop body after
1487          the exit test so that the sum of the counts on entry to the
1488          header agree.  */
1489       profile_count old_latch_count = loop_latch_edge (loop)->count ();
1490       profile_count new_latch_count = loop->header->count - in_count;
1491       if (old_latch_count.nonzero_p () && new_latch_count.nonzero_p ())
1492         scale_dominated_blocks_in_loop (loop, new_exit->src, new_latch_count,
1493                                         old_latch_count);
1494
1495       /* Set the probability of the exit edge based on NEW_EST_NITER
1496          (which estimates latch counts rather than iteration counts).
1497          Update the probabilities of other edges to match.
1498
1499          If the profile counts are large enough to give the required
1500          precision, the updates above will have made
1501
1502             e->dest->count / e->src->count ~= new e->probability
1503
1504          for every outgoing edge e of NEW_EXIT->src.  */
1505       profile_probability new_exit_prob = profile_probability::always ()
1506         .apply_scale (1, new_est_niter + 1);
1507       change_edge_frequency (new_exit, new_exit_prob);
1508     }
1509
1510   checking_verify_flow_info ();
1511   checking_verify_loop_structure ();
1512   checking_verify_loop_closed_ssa (true, loop);
1513   checking_verify_loop_closed_ssa (true, new_loop);
1514 }
1515
1516 /* Wrapper over tree_transform_and_unroll_loop for case we do not
1517    want to transform the loop before unrolling.  The meaning
1518    of the arguments is the same as for tree_transform_and_unroll_loop.  */
1519
1520 void
1521 tree_unroll_loop (class loop *loop, unsigned factor,
1522                   class tree_niter_desc *desc)
1523 {
1524   tree_transform_and_unroll_loop (loop, factor, desc, NULL, NULL);
1525 }
1526
1527 /* Rewrite the phi node at position PSI in function of the main
1528    induction variable MAIN_IV and insert the generated code at GSI.  */
1529
1530 static void
1531 rewrite_phi_with_iv (loop_p loop,
1532                      gphi_iterator *psi,
1533                      gimple_stmt_iterator *gsi,
1534                      tree main_iv)
1535 {
1536   affine_iv iv;
1537   gassign *stmt;
1538   gphi *phi = psi->phi ();
1539   tree atype, mtype, val, res = PHI_RESULT (phi);
1540
1541   if (virtual_operand_p (res) || res == main_iv)
1542     {
1543       gsi_next (psi);
1544       return;
1545     }
1546
1547   if (!simple_iv (loop, loop, res, &iv, true))
1548     {
1549       gsi_next (psi);
1550       return;
1551     }
1552
1553   remove_phi_node (psi, false);
1554
1555   atype = TREE_TYPE (res);
1556   mtype = POINTER_TYPE_P (atype) ? sizetype : atype;
1557   val = fold_build2 (MULT_EXPR, mtype, unshare_expr (iv.step),
1558                      fold_convert (mtype, main_iv));
1559   val = fold_build2 (POINTER_TYPE_P (atype)
1560                      ? POINTER_PLUS_EXPR : PLUS_EXPR,
1561                      atype, unshare_expr (iv.base), val);
1562   val = force_gimple_operand_gsi (gsi, val, false, NULL_TREE, true,
1563                                   GSI_SAME_STMT);
1564   stmt = gimple_build_assign (res, val);
1565   gsi_insert_before (gsi, stmt, GSI_SAME_STMT);
1566 }
1567
1568 /* Rewrite all the phi nodes of LOOP in function of the main induction
1569    variable MAIN_IV.  */
1570
1571 static void
1572 rewrite_all_phi_nodes_with_iv (loop_p loop, tree main_iv)
1573 {
1574   unsigned i;
1575   basic_block *bbs = get_loop_body_in_dom_order (loop);
1576   gphi_iterator psi;
1577
1578   for (i = 0; i < loop->num_nodes; i++)
1579     {
1580       basic_block bb = bbs[i];
1581       gimple_stmt_iterator gsi = gsi_after_labels (bb);
1582
1583       if (bb->loop_father != loop)
1584         continue;
1585
1586       for (psi = gsi_start_phis (bb); !gsi_end_p (psi); )
1587         rewrite_phi_with_iv (loop, &psi, &gsi, main_iv);
1588     }
1589
1590   free (bbs);
1591 }
1592
1593 /* Bases all the induction variables in LOOP on a single induction variable
1594    (with base 0 and step 1), whose final value is compared with *NIT.  When the
1595    IV type precision has to be larger than *NIT type precision, *NIT is
1596    converted to the larger type, the conversion code is inserted before the
1597    loop, and *NIT is updated to the new definition.  When BUMP_IN_LATCH is true,
1598    the induction variable is incremented in the loop latch, otherwise it is
1599    incremented in the loop header.  Return the induction variable that was
1600    created.  */
1601
1602 tree
1603 canonicalize_loop_ivs (class loop *loop, tree *nit, bool bump_in_latch)
1604 {
1605   unsigned precision = TYPE_PRECISION (TREE_TYPE (*nit));
1606   unsigned original_precision = precision;
1607   tree type, var_before;
1608   gimple_stmt_iterator gsi;
1609   gphi_iterator psi;
1610   gcond *stmt;
1611   edge exit = single_dom_exit (loop);
1612   gimple_seq stmts;
1613   bool unsigned_p = false;
1614
1615   for (psi = gsi_start_phis (loop->header);
1616        !gsi_end_p (psi); gsi_next (&psi))
1617     {
1618       gphi *phi = psi.phi ();
1619       tree res = PHI_RESULT (phi);
1620       bool uns;
1621
1622       type = TREE_TYPE (res);
1623       if (virtual_operand_p (res)
1624           || (!INTEGRAL_TYPE_P (type)
1625               && !POINTER_TYPE_P (type))
1626           || TYPE_PRECISION (type) < precision)
1627         continue;
1628
1629       uns = POINTER_TYPE_P (type) | TYPE_UNSIGNED (type);
1630
1631       if (TYPE_PRECISION (type) > precision)
1632         unsigned_p = uns;
1633       else
1634         unsigned_p |= uns;
1635
1636       precision = TYPE_PRECISION (type);
1637     }
1638
1639   scalar_int_mode mode = smallest_int_mode_for_size (precision);
1640   precision = GET_MODE_PRECISION (mode);
1641   type = build_nonstandard_integer_type (precision, unsigned_p);
1642
1643   if (original_precision != precision
1644       || TYPE_UNSIGNED (TREE_TYPE (*nit)) != unsigned_p)
1645     {
1646       *nit = fold_convert (type, *nit);
1647       *nit = force_gimple_operand (*nit, &stmts, true, NULL_TREE);
1648       if (stmts)
1649         gsi_insert_seq_on_edge_immediate (loop_preheader_edge (loop), stmts);
1650     }
1651
1652   if (bump_in_latch)
1653     gsi = gsi_last_bb (loop->latch);
1654   else
1655     gsi = gsi_last_nondebug_bb (loop->header);
1656   create_iv (build_int_cst_type (type, 0), build_int_cst (type, 1), NULL_TREE,
1657              loop, &gsi, bump_in_latch, &var_before, NULL);
1658
1659   rewrite_all_phi_nodes_with_iv (loop, var_before);
1660
1661   stmt = as_a <gcond *> (last_stmt (exit->src));
1662   /* Make the loop exit if the control condition is not satisfied.  */
1663   if (exit->flags & EDGE_TRUE_VALUE)
1664     {
1665       edge te, fe;
1666
1667       extract_true_false_edges_from_block (exit->src, &te, &fe);
1668       te->flags = EDGE_FALSE_VALUE;
1669       fe->flags = EDGE_TRUE_VALUE;
1670     }
1671   gimple_cond_set_code (stmt, LT_EXPR);
1672   gimple_cond_set_lhs (stmt, var_before);
1673   gimple_cond_set_rhs (stmt, *nit);
1674   update_stmt (stmt);
1675
1676   return var_before;
1677 }