Update GCC80 to version 8.3
[dragonfly.git] / contrib / gcc-8.0 / gcc / gimple-loop-interchange.cc
1 /* Loop interchange.
2    Copyright (C) 2017-2018 Free Software Foundation, Inc.
3    Contributed by ARM Ltd.
4
5 This file is part of GCC.
6
7 GCC is free software; you can redistribute it and/or modify it
8 under the terms of the GNU General Public License as published by the
9 Free Software Foundation; either version 3, or (at your option) any
10 later version.
11
12 GCC is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
13 ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
14 FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
15 for more details.
16
17 You should have received a copy of the GNU General Public License
18 along with GCC; see the file COPYING3.  If not see
19 <http://www.gnu.org/licenses/>.  */
20
21 #include "config.h"
22 #include "system.h"
23 #include "coretypes.h"
24 #include "backend.h"
25 #include "is-a.h"
26 #include "tree.h"
27 #include "gimple.h"
28 #include "tree-pass.h"
29 #include "ssa.h"
30 #include "gimple-pretty-print.h"
31 #include "fold-const.h"
32 #include "gimplify.h"
33 #include "gimple-iterator.h"
34 #include "gimplify-me.h"
35 #include "cfgloop.h"
36 #include "params.h"
37 #include "tree-ssa.h"
38 #include "tree-scalar-evolution.h"
39 #include "tree-ssa-loop-manip.h"
40 #include "tree-ssa-loop-niter.h"
41 #include "tree-ssa-loop-ivopts.h"
42 #include "tree-ssa-dce.h"
43 #include "tree-data-ref.h"
44 #include "tree-vectorizer.h"
45
46 /* This pass performs loop interchange: for example, the loop nest
47
48    for (int j = 0; j < N; j++)
49      for (int k = 0; k < N; k++)
50        for (int i = 0; i < N; i++)
51          c[i][j] = c[i][j] + a[i][k]*b[k][j];
52
53    is transformed to
54
55    for (int i = 0; i < N; i++)
56      for (int j = 0; j < N; j++)
57        for (int k = 0; k < N; k++)
58          c[i][j] = c[i][j] + a[i][k]*b[k][j];
59
60    This pass implements loop interchange in the following steps:
61
62      1) Find perfect loop nest for each innermost loop and compute data
63         dependence relations for it.  For above example, loop nest is
64         <loop_j, loop_k, loop_i>.
65      2) From innermost to outermost loop, this pass tries to interchange
66         each loop pair.  For above case, it firstly tries to interchange
67         <loop_k, loop_i> and loop nest becomes <loop_j, loop_i, loop_k>.
68         Then it tries to interchange <loop_j, loop_i> and loop nest becomes
69         <loop_i, loop_j, loop_k>.  The overall effect is to move innermost
70         loop to the outermost position.  For loop pair <loop_i, loop_j>
71         to be interchanged, we:
72      3) Check if data dependence relations are valid for loop interchange.
73      4) Check if both loops can be interchanged in terms of transformation.
74      5) Check if interchanging the two loops is profitable.
75      6) Interchange the two loops by mapping induction variables.
76
77    This pass also handles reductions in loop nest.  So far we only support
78    simple reduction of inner loop and double reduction of the loop nest.  */
79
80 /* Maximum number of stmts in each loop that should be interchanged.  */
81 #define MAX_NUM_STMT    (PARAM_VALUE (PARAM_LOOP_INTERCHANGE_MAX_NUM_STMTS))
82 /* Maximum number of data references in loop nest.  */
83 #define MAX_DATAREFS    (PARAM_VALUE (PARAM_LOOP_MAX_DATAREFS_FOR_DATADEPS))
84
85 /* Comparison ratio of access stride between inner/outer loops to be
86    interchanged.  This is the minimum stride ratio for loop interchange
87    to be profitable.  */
88 #define OUTER_STRIDE_RATIO  (PARAM_VALUE (PARAM_LOOP_INTERCHANGE_STRIDE_RATIO))
89 /* The same as above, but we require higher ratio for interchanging the
90    innermost two loops.  */
91 #define INNER_STRIDE_RATIO  ((OUTER_STRIDE_RATIO) + 1)
92
93 /* Comparison ratio of stmt cost between inner/outer loops.  Loops won't
94    be interchanged if outer loop has too many stmts.  */
95 #define STMT_COST_RATIO     (3)
96
97 /* Vector of strides that DR accesses in each level loop of a loop nest.  */
98 #define DR_ACCESS_STRIDE(dr) ((vec<tree> *) dr->aux)
99
100 /* Structure recording loop induction variable.  */
101 typedef struct induction
102 {
103   /* IV itself.  */
104   tree var;
105   /* IV's initializing value, which is the init arg of the IV PHI node.  */
106   tree init_val;
107   /* IV's initializing expr, which is (the expanded result of) init_val.  */
108   tree init_expr;
109   /* IV's step.  */
110   tree step;
111 } *induction_p;
112
113 /* Enum type for loop reduction variable.  */
114 enum reduction_type
115 {
116   UNKNOWN_RTYPE = 0,
117   SIMPLE_RTYPE,
118   DOUBLE_RTYPE
119 };
120
121 /* Structure recording loop reduction variable.  */
122 typedef struct reduction
123 {
124   /* Reduction itself.  */
125   tree var;
126   /* PHI node defining reduction variable.  */
127   gphi *phi;
128   /* Init and next variables of the reduction.  */
129   tree init;
130   tree next;
131   /* Lcssa PHI node if reduction is used outside of its definition loop.  */
132   gphi *lcssa_phi;
133   /* Stmts defining init and next.  */
134   gimple *producer;
135   gimple *consumer;
136   /* If init is loaded from memory, this is the loading memory reference.  */
137   tree init_ref;
138   /* If reduction is finally stored to memory, this is the stored memory
139      reference.  */
140   tree fini_ref;
141   enum reduction_type type;
142 } *reduction_p;
143
144
145 /* Dump reduction RE.  */
146
147 static void
148 dump_reduction (reduction_p re)
149 {
150   if (re->type == SIMPLE_RTYPE)
151     fprintf (dump_file, "  Simple reduction:  ");
152   else if (re->type == DOUBLE_RTYPE)
153     fprintf (dump_file, "  Double reduction:  ");
154   else
155     fprintf (dump_file, "  Unknown reduction:  ");
156
157   print_gimple_stmt (dump_file, re->phi, 0);
158 }
159
160 /* Dump LOOP's induction IV.  */
161 static void
162 dump_induction (struct loop *loop, induction_p iv)
163 {
164   fprintf (dump_file, "  Induction:  ");
165   print_generic_expr (dump_file, iv->var, TDF_SLIM);
166   fprintf (dump_file, " = {");
167   print_generic_expr (dump_file, iv->init_expr, TDF_SLIM);
168   fprintf (dump_file, ", ");
169   print_generic_expr (dump_file, iv->step, TDF_SLIM);
170   fprintf (dump_file, "}_%d\n", loop->num);
171 }
172
173 /* Loop candidate for interchange.  */
174
175 struct loop_cand
176 {
177   loop_cand (struct loop *, struct loop *);
178   ~loop_cand ();
179
180   reduction_p find_reduction_by_stmt (gimple *);
181   void classify_simple_reduction (reduction_p);
182   bool analyze_iloop_reduction_var (tree);
183   bool analyze_oloop_reduction_var (loop_cand *, tree);
184   bool analyze_induction_var (tree, tree);
185   bool analyze_carried_vars (loop_cand *);
186   bool analyze_lcssa_phis (void);
187   bool can_interchange_p (loop_cand *);
188   void undo_simple_reduction (reduction_p, bitmap);
189
190   /* The loop itself.  */
191   struct loop *m_loop;
192   /* The outer loop for interchange.  It equals to loop if this loop cand
193      itself represents the outer loop.  */
194   struct loop *m_outer;
195   /* Vector of induction variables in loop.  */
196   vec<induction_p> m_inductions;
197   /* Vector of reduction variables in loop.  */
198   vec<reduction_p> m_reductions;
199   /* Lcssa PHI nodes of this loop.  */
200   vec<gphi *> m_lcssa_nodes;
201   /* Single exit edge of this loop.  */
202   edge m_exit;
203   /* Basic blocks of this loop.  */
204   basic_block *m_bbs;
205   /* Number of stmts of this loop.  Inner loops' stmts are not included.  */
206   int m_num_stmts;
207   /* Number of constant initialized simple reduction.  */
208   int m_const_init_reduc;
209 };
210
211 /* Constructor.  */
212
213 loop_cand::loop_cand (struct loop *loop, struct loop *outer)
214   : m_loop (loop), m_outer (outer), m_exit (single_exit (loop)),
215     m_bbs (get_loop_body (loop)), m_num_stmts (0), m_const_init_reduc (0)
216 {
217     m_inductions.create (3);
218     m_reductions.create (3);
219     m_lcssa_nodes.create (3);
220 }
221
222 /* Destructor.  */
223
224 loop_cand::~loop_cand ()
225 {
226   induction_p iv;
227   for (unsigned i = 0; m_inductions.iterate (i, &iv); ++i)
228     free (iv);
229
230   reduction_p re;
231   for (unsigned i = 0; m_reductions.iterate (i, &re); ++i)
232     free (re);
233
234   m_inductions.release ();
235   m_reductions.release ();
236   m_lcssa_nodes.release ();
237   free (m_bbs);
238 }
239
240 /* Return single use stmt of VAR in LOOP, otherwise return NULL.  */
241
242 static gimple *
243 single_use_in_loop (tree var, struct loop *loop)
244 {
245   gimple *stmt, *res = NULL;
246   use_operand_p use_p;
247   imm_use_iterator iterator;
248
249   FOR_EACH_IMM_USE_FAST (use_p, iterator, var)
250     {
251       stmt = USE_STMT (use_p);
252       if (is_gimple_debug (stmt))
253         continue;
254
255       if (!flow_bb_inside_loop_p (loop, gimple_bb (stmt)))
256         continue;
257
258       if (res)
259         return NULL;
260
261       res = stmt;
262     }
263   return res;
264 }
265
266 /* Return true if E is unsupported in loop interchange, i.e, E is a complex
267    edge or part of irreducible loop.  */
268
269 static inline bool
270 unsupported_edge (edge e)
271 {
272   return (e->flags & (EDGE_COMPLEX | EDGE_IRREDUCIBLE_LOOP));
273 }
274
275 /* Return the reduction if STMT is one of its lcssa PHI, producer or consumer
276    stmt.  */
277
278 reduction_p
279 loop_cand::find_reduction_by_stmt (gimple *stmt)
280 {
281   gphi *phi = dyn_cast <gphi *> (stmt);
282   reduction_p re;
283
284   for (unsigned i = 0; m_reductions.iterate (i, &re); ++i)
285     if ((phi != NULL && phi == re->lcssa_phi)
286         || (stmt == re->producer || stmt == re->consumer))
287       return re;
288
289   return NULL;
290 }
291
292 /* Return true if current loop_cand be interchanged.  ILOOP is not NULL if
293    current loop_cand is outer loop in loop nest.  */
294
295 bool
296 loop_cand::can_interchange_p (loop_cand *iloop)
297 {
298   /* For now we only support at most one reduction.  */
299   unsigned allowed_reduction_num = 1;
300
301   /* Only support reduction if the loop nest to be interchanged is the
302      innermostin two loops.  */
303   if ((iloop == NULL && m_loop->inner != NULL)
304        || (iloop != NULL && iloop->m_loop->inner != NULL))
305     allowed_reduction_num = 0;
306
307   if (m_reductions.length () > allowed_reduction_num
308       || (m_reductions.length () == 1
309           && m_reductions[0]->type == UNKNOWN_RTYPE))
310     return false;
311
312   /* Only support lcssa PHI node which is for reduction.  */
313   if (m_lcssa_nodes.length () > allowed_reduction_num)
314     return false;
315
316   /* Check if basic block has any unsupported operation.  Note basic blocks
317      of inner loops are not checked here.  */
318   for (unsigned i = 0; i < m_loop->num_nodes; i++)
319     {
320       basic_block bb = m_bbs[i];
321       gphi_iterator psi;
322       gimple_stmt_iterator gsi;
323
324       /* Skip basic blocks of inner loops.  */
325       if (bb->loop_father != m_loop)
326        continue;
327
328       for (gsi = gsi_start_bb (bb); !gsi_end_p (gsi); gsi_next (&gsi))
329         {
330           gimple *stmt = gsi_stmt (gsi);
331           if (is_gimple_debug (stmt))
332             continue;
333
334           if (gimple_has_side_effects (stmt))
335             return false;
336
337           m_num_stmts++;
338           if (gcall *call = dyn_cast <gcall *> (stmt))
339             {
340               /* In basic block of outer loop, the call should be cheap since
341                  it will be moved to inner loop.  */
342               if (iloop != NULL
343                   && !gimple_inexpensive_call_p (call))
344                 return false;
345               continue;
346             }
347
348           if (!iloop || !gimple_vuse (stmt))
349             continue;
350
351           /* Support stmt accessing memory in outer loop only if it is for
352              inner loop's reduction.  */
353           if (iloop->find_reduction_by_stmt (stmt))
354             continue;
355
356           tree lhs;
357           /* Support loop invariant memory reference if it's only used once by
358              inner loop.  */
359           /* ???  How's this checking for invariantness?  */
360           if (gimple_assign_single_p (stmt)
361               && (lhs = gimple_assign_lhs (stmt)) != NULL_TREE
362               && TREE_CODE (lhs) == SSA_NAME
363               && single_use_in_loop (lhs, iloop->m_loop))
364             continue;
365
366           return false;
367         }
368       /* Check if loop has too many stmts.  */
369       if (m_num_stmts > MAX_NUM_STMT)
370         return false;
371
372       /* Allow PHI nodes in any basic block of inner loop, PHI nodes in outer
373          loop's header, or PHI nodes in dest bb of inner loop's exit edge.  */
374       if (!iloop || bb == m_loop->header
375           || bb == iloop->m_exit->dest)
376         continue;
377
378       /* Don't allow any other PHI nodes.  */
379       for (psi = gsi_start_phis (bb); !gsi_end_p (psi); gsi_next (&psi))
380         if (!virtual_operand_p (PHI_RESULT (psi.phi ())))
381           return false;
382     }
383
384   return true;
385 }
386
387 /* Programmers and optimizers (like loop store motion) may optimize code:
388
389      for (int i = 0; i < N; i++)
390        for (int j = 0; j < N; j++)
391          a[i] += b[j][i] * c[j][i];
392
393    into reduction:
394
395      for (int i = 0; i < N; i++)
396        {
397          // producer.  Note sum can be intitialized to a constant.
398          int sum = a[i];
399          for (int j = 0; j < N; j++)
400            {
401              sum += b[j][i] * c[j][i];
402            }
403          // consumer.
404          a[i] = sum;
405        }
406
407    The result code can't be interchanged without undoing the optimization.
408    This function classifies this kind reduction and records information so
409    that we can undo the store motion during interchange.  */
410
411 void
412 loop_cand::classify_simple_reduction (reduction_p re)
413 {
414   gimple *producer, *consumer;
415
416   /* Check init variable of reduction and how it is initialized.  */
417   if (TREE_CODE (re->init) == SSA_NAME)
418     {
419       producer = SSA_NAME_DEF_STMT (re->init);
420       re->producer = producer;
421       basic_block bb = gimple_bb (producer);
422       if (!bb || bb->loop_father != m_outer)
423         return;
424
425       if (!gimple_assign_load_p (producer))
426         return;
427
428       re->init_ref = gimple_assign_rhs1 (producer);
429     }
430   else if (CONSTANT_CLASS_P (re->init))
431     m_const_init_reduc++;
432   else
433     return;
434
435   /* Check how reduction variable is used.  */
436   consumer = single_use_in_loop (PHI_RESULT (re->lcssa_phi), m_outer);
437   if (!consumer
438       || !gimple_store_p (consumer))
439     return;
440
441   re->fini_ref = gimple_get_lhs (consumer);
442   re->consumer = consumer;
443
444   /* Simple reduction with constant initializer.  */
445   if (!re->init_ref)
446     {
447       gcc_assert (CONSTANT_CLASS_P (re->init));
448       re->init_ref = unshare_expr (re->fini_ref);
449     }
450
451   /* Require memory references in producer and consumer are the same so
452      that we can undo reduction during interchange.  */
453   if (re->init_ref && !operand_equal_p (re->init_ref, re->fini_ref, 0))
454     return;
455
456   re->type = SIMPLE_RTYPE;
457 }
458
459 /* Analyze reduction variable VAR for inner loop of the loop nest to be
460    interchanged.  Return true if analysis succeeds.  */
461
462 bool
463 loop_cand::analyze_iloop_reduction_var (tree var)
464 {
465   gphi *phi = as_a <gphi *> (SSA_NAME_DEF_STMT (var));
466   gphi *lcssa_phi = NULL, *use_phi;
467   tree init = PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi, loop_preheader_edge (m_loop));
468   tree next = PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi, loop_latch_edge (m_loop));
469   reduction_p re;
470   gimple *stmt, *next_def, *single_use = NULL;
471   use_operand_p use_p;
472   imm_use_iterator iterator;
473
474   if (TREE_CODE (next) != SSA_NAME)
475     return false;
476
477   next_def = SSA_NAME_DEF_STMT (next);
478   basic_block bb = gimple_bb (next_def);
479   if (!bb || !flow_bb_inside_loop_p (m_loop, bb))
480     return false;
481
482   /* In restricted reduction, the var is (and must be) used in defining
483      the updated var.  The process can be depicted as below:
484
485                 var ;; = PHI<init, next>
486                  |
487                  |
488                  v
489       +---------------------+
490       | reduction operators | <-- other operands
491       +---------------------+
492                  |
493                  |
494                  v
495                 next
496
497      In terms loop interchange, we don't change how NEXT is computed based
498      on VAR and OTHER OPERANDS.  In case of double reduction in loop nest
499      to be interchanged, we don't changed it at all.  In the case of simple
500      reduction in inner loop, we only make change how VAR/NEXT is loaded or
501      stored.  With these conditions, we can relax restrictions on reduction
502      in a way that reduction operation is seen as black box.  In general,
503      we can ignore reassociation of reduction operator; we can handle fake
504      reductions in which VAR is not even used to compute NEXT.  */
505   if (! single_imm_use (var, &use_p, &single_use)
506       || ! flow_bb_inside_loop_p (m_loop, gimple_bb (single_use)))
507     return false;
508
509   /* Check the reduction operation.  We require a left-associative operation.
510      For FP math we also need to be allowed to associate operations.  */
511   if (gassign *ass = dyn_cast <gassign *> (single_use))
512     {
513       enum tree_code code = gimple_assign_rhs_code (ass);
514       if (! (associative_tree_code (code)
515              || (code == MINUS_EXPR
516                  && use_p->use == gimple_assign_rhs1_ptr (ass)))
517           || (FLOAT_TYPE_P (TREE_TYPE (var))
518               && ! flag_associative_math))
519         return false;
520     }
521   else
522     return false;
523
524   /* Handle and verify a series of stmts feeding the reduction op.  */
525   if (single_use != next_def
526       && !check_reduction_path (UNKNOWN_LOCATION, m_loop, phi, next,
527                                 gimple_assign_rhs_code (single_use)))
528     return false;
529
530   /* Only support cases in which INIT is used in inner loop.  */
531   if (TREE_CODE (init) == SSA_NAME)
532     FOR_EACH_IMM_USE_FAST (use_p, iterator, init)
533       {
534         stmt = USE_STMT (use_p);
535         if (is_gimple_debug (stmt))
536           continue;
537
538         if (!flow_bb_inside_loop_p (m_loop, gimple_bb (stmt)))
539           return false;
540       }
541
542   FOR_EACH_IMM_USE_FAST (use_p, iterator, next)
543     {
544       stmt = USE_STMT (use_p);
545       if (is_gimple_debug (stmt))
546         continue;
547
548       /* Or else it's used in PHI itself.  */
549       use_phi = dyn_cast <gphi *> (stmt);
550       if (use_phi == phi)
551         continue;
552
553       if (use_phi != NULL
554           && lcssa_phi == NULL
555           && gimple_bb (stmt) == m_exit->dest
556           && PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (use_phi, m_exit) == next)
557         lcssa_phi = use_phi;
558       else
559         return false;
560     }
561   if (!lcssa_phi)
562     return false;
563
564   re = XCNEW (struct reduction);
565   re->var = var;
566   re->init = init;
567   re->next = next;
568   re->phi = phi;
569   re->lcssa_phi = lcssa_phi;
570
571   classify_simple_reduction (re);
572
573   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
574     dump_reduction (re);
575
576   m_reductions.safe_push (re);
577   return true;
578 }
579
580 /* Analyze reduction variable VAR for outer loop of the loop nest to be
581    interchanged.  ILOOP is not NULL and points to inner loop.  For the
582    moment, we only support double reduction for outer loop, like:
583
584      for (int i = 0; i < n; i++)
585        {
586          int sum = 0;
587
588          for (int j = 0; j < n; j++)    // outer loop
589            for (int k = 0; k < n; k++)  // inner loop
590              sum += a[i][k]*b[k][j];
591
592          s[i] = sum;
593        }
594
595    Note the innermost two loops are the loop nest to be interchanged.
596    Return true if analysis succeeds.  */
597
598 bool
599 loop_cand::analyze_oloop_reduction_var (loop_cand *iloop, tree var)
600 {
601   gphi *phi = as_a <gphi *> (SSA_NAME_DEF_STMT (var));
602   gphi *lcssa_phi = NULL, *use_phi;
603   tree init = PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi, loop_preheader_edge (m_loop));
604   tree next = PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi, loop_latch_edge (m_loop));
605   reduction_p re;
606   gimple *stmt, *next_def;
607   use_operand_p use_p;
608   imm_use_iterator iterator;
609
610   if (TREE_CODE (next) != SSA_NAME)
611     return false;
612
613   next_def = SSA_NAME_DEF_STMT (next);
614   basic_block bb = gimple_bb (next_def);
615   if (!bb || !flow_bb_inside_loop_p (m_loop, bb))
616     return false;
617
618   /* Find inner loop's simple reduction that uses var as initializer.  */
619   reduction_p inner_re = NULL;
620   for (unsigned i = 0; iloop->m_reductions.iterate (i, &inner_re); ++i)
621     if (inner_re->init == var || operand_equal_p (inner_re->init, var, 0))
622       break;
623
624   if (inner_re == NULL
625       || inner_re->type != UNKNOWN_RTYPE
626       || inner_re->producer != phi)
627     return false;
628
629   /* In case of double reduction, outer loop's reduction should be updated
630      by inner loop's simple reduction.  */
631   if (next_def != inner_re->lcssa_phi)
632     return false;
633
634   /* Outer loop's reduction should only be used to initialize inner loop's
635      simple reduction.  */
636   if (! single_imm_use (var, &use_p, &stmt)
637       || stmt != inner_re->phi)
638     return false;
639
640   /* Check this reduction is correctly used outside of loop via lcssa phi.  */
641   FOR_EACH_IMM_USE_FAST (use_p, iterator, next)
642     {
643       stmt = USE_STMT (use_p);
644       if (is_gimple_debug (stmt))
645         continue;
646
647       /* Or else it's used in PHI itself.  */
648       use_phi = dyn_cast <gphi *> (stmt);
649       if (use_phi == phi)
650         continue;
651
652       if (lcssa_phi == NULL
653           && use_phi != NULL
654           && gimple_bb (stmt) == m_exit->dest
655           && PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (use_phi, m_exit) == next)
656         lcssa_phi = use_phi;
657       else
658         return false;
659     }
660   if (!lcssa_phi)
661     return false;
662
663   re = XCNEW (struct reduction);
664   re->var = var;
665   re->init = init;
666   re->next = next;
667   re->phi = phi;
668   re->lcssa_phi = lcssa_phi;
669   re->type = DOUBLE_RTYPE;
670   inner_re->type = DOUBLE_RTYPE;
671
672   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
673     dump_reduction (re);
674
675   m_reductions.safe_push (re);
676   return true;
677 }
678
679 /* Return true if VAR is induction variable of current loop whose scev is
680    specified by CHREC.  */
681
682 bool
683 loop_cand::analyze_induction_var (tree var, tree chrec)
684 {
685   gphi *phi = as_a <gphi *> (SSA_NAME_DEF_STMT (var));
686   tree init = PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi, loop_preheader_edge (m_loop));
687
688   /* Var is loop invariant, though it's unlikely to happen.  */
689   if (tree_does_not_contain_chrecs (chrec))
690     {
691       /* Punt on floating point invariants if honoring signed zeros,
692          representing that as + 0.0 would change the result if init
693          is -0.0.  Similarly for SNaNs it can raise exception.  */
694       if (HONOR_SIGNED_ZEROS (chrec) || HONOR_SNANS (chrec))
695         return false;
696       struct induction *iv = XCNEW (struct induction);
697       iv->var = var;
698       iv->init_val = init;
699       iv->init_expr = chrec;
700       iv->step = build_zero_cst (TREE_TYPE (chrec));
701       m_inductions.safe_push (iv);
702       return true;
703     }
704
705   if (TREE_CODE (chrec) != POLYNOMIAL_CHREC
706       || CHREC_VARIABLE (chrec) != (unsigned) m_loop->num
707       || tree_contains_chrecs (CHREC_LEFT (chrec), NULL)
708       || tree_contains_chrecs (CHREC_RIGHT (chrec), NULL))
709     return false;
710
711   struct induction *iv = XCNEW (struct induction);
712   iv->var = var;
713   iv->init_val = init;
714   iv->init_expr = CHREC_LEFT (chrec);
715   iv->step = CHREC_RIGHT (chrec);
716
717   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
718     dump_induction (m_loop, iv);
719
720   m_inductions.safe_push (iv);
721   return true;
722 }
723
724 /* Return true if all loop carried variables defined in loop header can
725    be successfully analyzed.  */
726
727 bool
728 loop_cand::analyze_carried_vars (loop_cand *iloop)
729 {
730   edge e = loop_preheader_edge (m_outer);
731   gphi_iterator gsi;
732
733   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
734     fprintf (dump_file, "\nLoop(%d) carried vars:\n", m_loop->num);
735
736   for (gsi = gsi_start_phis (m_loop->header); !gsi_end_p (gsi); gsi_next (&gsi))
737     {
738       gphi *phi = gsi.phi ();
739
740       tree var = PHI_RESULT (phi);
741       if (virtual_operand_p (var))
742         continue;
743
744       tree chrec = analyze_scalar_evolution (m_loop, var);
745       chrec = instantiate_scev (e, m_loop, chrec);
746
747       /* Analyze var as reduction variable.  */
748       if (chrec_contains_undetermined (chrec)
749           || chrec_contains_symbols_defined_in_loop (chrec, m_outer->num))
750         {
751           if (iloop && !analyze_oloop_reduction_var (iloop, var))
752             return false;
753           if (!iloop && !analyze_iloop_reduction_var (var))
754             return false;
755         }
756       /* Analyze var as induction variable.  */
757       else if (!analyze_induction_var (var, chrec))
758         return false;
759     }
760
761   return true;
762 }
763
764 /* Return TRUE if loop closed PHI nodes can be analyzed successfully.  */
765
766 bool
767 loop_cand::analyze_lcssa_phis (void)
768 {
769   gphi_iterator gsi;
770   for (gsi = gsi_start_phis (m_exit->dest); !gsi_end_p (gsi); gsi_next (&gsi))
771     {
772       gphi *phi = gsi.phi ();
773
774       if (virtual_operand_p (PHI_RESULT (phi)))
775         continue;
776
777       /* TODO: We only support lcssa phi for reduction for now.  */
778       if (!find_reduction_by_stmt (phi))
779         return false;
780     }
781
782   return true;
783 }
784
785 /* CONSUMER is a stmt in BB storing reduction result into memory object.
786    When the reduction is intialized from constant value, we need to add
787    a stmt loading from the memory object to target basic block in inner
788    loop during undoing the reduction.  Problem is that memory reference
789    may use ssa variables not dominating the target basic block.  This
790    function finds all stmts on which CONSUMER depends in basic block BB,
791    records and returns them via STMTS.  */
792
793 static void
794 find_deps_in_bb_for_stmt (gimple_seq *stmts, basic_block bb, gimple *consumer)
795 {
796   auto_vec<gimple *, 4> worklist;
797   use_operand_p use_p;
798   ssa_op_iter iter;
799   gimple *stmt, *def_stmt;
800   gimple_stmt_iterator gsi;
801
802   /* First clear flag for stmts in bb.  */
803   for (gsi = gsi_start_bb (bb); !gsi_end_p (gsi); gsi_next (&gsi))
804     gimple_set_plf (gsi_stmt (gsi), GF_PLF_1, false);
805
806   /* DFS search all depended stmts in bb and mark flag for these stmts.  */
807   worklist.safe_push (consumer);
808   while (!worklist.is_empty ())
809     {
810       stmt = worklist.pop ();
811       FOR_EACH_SSA_USE_OPERAND (use_p, stmt, iter, SSA_OP_USE)
812         {
813           def_stmt = SSA_NAME_DEF_STMT (USE_FROM_PTR (use_p));
814
815           if (is_a <gphi *> (def_stmt)
816               || gimple_bb (def_stmt) != bb
817               || gimple_plf (def_stmt, GF_PLF_1))
818             continue;
819
820           worklist.safe_push (def_stmt);
821         }
822       gimple_set_plf (stmt, GF_PLF_1, true);
823     }
824   for (gsi = gsi_start_nondebug_bb (bb);
825        !gsi_end_p (gsi) && (stmt = gsi_stmt (gsi)) != consumer;)
826     {
827       /* Move dep stmts to sequence STMTS.  */
828       if (gimple_plf (stmt, GF_PLF_1))
829         {
830           gsi_remove (&gsi, false);
831           gimple_seq_add_stmt_without_update (stmts, stmt);
832         }
833       else
834         gsi_next_nondebug (&gsi);
835     }
836 }
837
838 /* User can write, optimizers can generate simple reduction RE for inner
839    loop.  In order to make interchange valid, we have to undo reduction by
840    moving producer and consumer stmts into the inner loop.  For example,
841    below code:
842
843      init = MEM_REF[idx];               //producer
844      loop:
845        var = phi<init, next>
846        next = var op ...
847      reduc_sum = phi<next>
848      MEM_REF[idx] = reduc_sum           //consumer
849
850    is transformed into:
851
852      loop:
853        new_var = MEM_REF[idx];          //producer after moving
854        next = new_var op ...
855        MEM_REF[idx] = next;             //consumer after moving
856
857    Note if the reduction variable is initialized to constant, like:
858
859      var = phi<0.0, next>
860
861    we compute new_var as below:
862
863      loop:
864        tmp = MEM_REF[idx];
865        new_var = !first_iteration ? tmp : 0.0;
866
867    so that the initial const is used in the first iteration of loop.  Also
868    record ssa variables for dead code elimination in DCE_SEEDS.  */
869
870 void
871 loop_cand::undo_simple_reduction (reduction_p re, bitmap dce_seeds)
872 {
873   gimple *stmt;
874   gimple_stmt_iterator from, to = gsi_after_labels (m_loop->header);
875   gimple_seq stmts = NULL;
876   tree new_var;
877
878   /* Prepare the initialization stmts and insert it to inner loop.  */
879   if (re->producer != NULL)
880     {
881       gimple_set_vuse (re->producer, NULL_TREE);
882       from = gsi_for_stmt (re->producer);
883       gsi_remove (&from, false);
884       gimple_seq_add_stmt_without_update (&stmts, re->producer);
885       new_var = re->init;
886     }
887   else
888     {
889       /* Find all stmts on which expression "MEM_REF[idx]" depends.  */
890       find_deps_in_bb_for_stmt (&stmts, gimple_bb (re->consumer), re->consumer);
891       /* Because we generate new stmt loading from the MEM_REF to TMP.  */
892       tree cond, tmp = copy_ssa_name (re->var);
893       stmt = gimple_build_assign (tmp, re->init_ref);
894       gimple_seq_add_stmt_without_update (&stmts, stmt);
895
896       /* Init new_var to MEM_REF or CONST depending on if it is the first
897          iteration.  */
898       induction_p iv = m_inductions[0];
899       cond = fold_build2 (NE_EXPR, boolean_type_node, iv->var, iv->init_val);
900       new_var = copy_ssa_name (re->var);
901       stmt = gimple_build_assign (new_var, COND_EXPR, cond, tmp, re->init);
902       gimple_seq_add_stmt_without_update (&stmts, stmt);
903     }
904   gsi_insert_seq_before (&to, stmts, GSI_SAME_STMT);
905
906   /* Replace all uses of reduction var with new variable.  */
907   use_operand_p use_p;
908   imm_use_iterator iterator;
909   FOR_EACH_IMM_USE_STMT (stmt, iterator, re->var)
910     {
911       FOR_EACH_IMM_USE_ON_STMT (use_p, iterator)
912         SET_USE (use_p, new_var);
913
914       update_stmt (stmt);
915     }
916
917   /* Move consumer stmt into inner loop, just after reduction next's def.  */
918   unlink_stmt_vdef (re->consumer);
919   release_ssa_name (gimple_vdef (re->consumer));
920   gimple_set_vdef (re->consumer, NULL_TREE);
921   gimple_set_vuse (re->consumer, NULL_TREE);
922   gimple_assign_set_rhs1 (re->consumer, re->next);
923   from = gsi_for_stmt (re->consumer);
924   to = gsi_for_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (re->next));
925   gsi_move_after (&from, &to);
926
927   /* Mark the reduction variables for DCE.  */
928   bitmap_set_bit (dce_seeds, SSA_NAME_VERSION (re->var));
929   bitmap_set_bit (dce_seeds, SSA_NAME_VERSION (PHI_RESULT (re->lcssa_phi)));
930 }
931
932 /* Free DATAREFS and its auxiliary memory.  */
933
934 static void
935 free_data_refs_with_aux (vec<data_reference_p> datarefs)
936 {
937   data_reference_p dr;
938   for (unsigned i = 0; datarefs.iterate (i, &dr); ++i)
939     if (dr->aux != NULL)
940       {
941         DR_ACCESS_STRIDE (dr)->release ();
942         delete (vec<tree> *) dr->aux;
943       }
944
945   free_data_refs (datarefs);
946 }
947
948 /* Class for loop interchange transformation.  */
949
950 class tree_loop_interchange
951 {
952 public:
953   tree_loop_interchange (vec<struct loop *> loop_nest)
954     : m_loop_nest (loop_nest), m_niters_iv_var (NULL_TREE),
955       m_dce_seeds (BITMAP_ALLOC (NULL)) { }
956   ~tree_loop_interchange () { BITMAP_FREE (m_dce_seeds); }
957   bool interchange (vec<data_reference_p>, vec<ddr_p>);
958
959 private:
960   void update_data_info (unsigned, unsigned, vec<data_reference_p>, vec<ddr_p>);
961   bool valid_data_dependences (unsigned, unsigned, vec<ddr_p>);
962   void interchange_loops (loop_cand &, loop_cand &);
963   void map_inductions_to_loop (loop_cand &, loop_cand &);
964   void move_code_to_inner_loop (struct loop *, struct loop *, basic_block *);
965
966   /* The whole loop nest in which interchange is ongoing.  */
967   vec<struct loop *> m_loop_nest;
968   /* We create new IV which is only used in loop's exit condition check.
969      In case of 3-level loop nest interchange, when we interchange the
970      innermost two loops, new IV created in the middle level loop does
971      not need to be preserved in interchanging the outermost two loops
972      later.  We record the IV so that it can be skipped.  */
973   tree m_niters_iv_var;
974   /* Bitmap of seed variables for dead code elimination after interchange.  */
975   bitmap m_dce_seeds;
976 };
977
978 /* Update data refs' access stride and dependence information after loop
979    interchange.  I_IDX/O_IDX gives indices of interchanged loops in loop
980    nest.  DATAREFS are data references.  DDRS are data dependences.  */
981
982 void
983 tree_loop_interchange::update_data_info (unsigned i_idx, unsigned o_idx,
984                                          vec<data_reference_p> datarefs,
985                                          vec<ddr_p> ddrs)
986 {
987   struct data_reference *dr;
988   struct data_dependence_relation *ddr;
989
990   /* Update strides of data references.  */
991   for (unsigned i = 0; datarefs.iterate (i, &dr); ++i)
992     {
993       vec<tree> *stride = DR_ACCESS_STRIDE (dr);
994       gcc_assert (stride->length () > i_idx);
995       std::swap ((*stride)[i_idx], (*stride)[o_idx]);
996     }
997   /* Update data dependences.  */
998   for (unsigned i = 0; ddrs.iterate (i, &ddr); ++i)
999     if (DDR_ARE_DEPENDENT (ddr) != chrec_known)
1000       {
1001         for (unsigned j = 0; j < DDR_NUM_DIST_VECTS (ddr); ++j)
1002           {
1003             lambda_vector dist_vect = DDR_DIST_VECT (ddr, j);
1004             std::swap (dist_vect[i_idx], dist_vect[o_idx]);
1005           }
1006       }
1007 }
1008
1009 /* Check data dependence relations, return TRUE if it's valid to interchange
1010    two loops specified by I_IDX/O_IDX.  Theoretically, interchanging the two
1011    loops is valid only if dist vector, after interchanging, doesn't have '>'
1012    as the leftmost non-'=' direction.  Practically, this function have been
1013    conservative here by not checking some valid cases.  */
1014
1015 bool
1016 tree_loop_interchange::valid_data_dependences (unsigned i_idx, unsigned o_idx,
1017                                                vec<ddr_p> ddrs)
1018 {
1019   struct data_dependence_relation *ddr;
1020
1021   for (unsigned i = 0; ddrs.iterate (i, &ddr); ++i)
1022     {
1023       /* Skip no-dependence case.  */
1024       if (DDR_ARE_DEPENDENT (ddr) == chrec_known)
1025         continue;
1026
1027       for (unsigned j = 0; j < DDR_NUM_DIST_VECTS (ddr); ++j)
1028         {
1029           lambda_vector dist_vect = DDR_DIST_VECT (ddr, j);
1030           unsigned level = dependence_level (dist_vect, m_loop_nest.length ());
1031
1032           /* If there is no carried dependence.  */
1033           if (level == 0)
1034             continue;
1035
1036           level --;
1037
1038           /* If dependence is not carried by any loop in between the two
1039              loops [oloop, iloop] to interchange.  */
1040           if (level < o_idx || level > i_idx)
1041             continue;
1042
1043           /* Be conservative, skip case if either direction at i_idx/o_idx
1044              levels is not '=' or '<'.  */
1045           if (dist_vect[i_idx] < 0 || dist_vect[o_idx] < 0)
1046             return false;
1047         }
1048     }
1049
1050   return true;
1051 }
1052
1053 /* Interchange two loops specified by ILOOP and OLOOP.  */
1054
1055 void
1056 tree_loop_interchange::interchange_loops (loop_cand &iloop, loop_cand &oloop)
1057 {
1058   reduction_p re;
1059   gimple_stmt_iterator gsi;
1060   tree i_niters, o_niters, var_after;
1061
1062   /* Undo inner loop's simple reduction.  */
1063   for (unsigned i = 0; iloop.m_reductions.iterate (i, &re); ++i)
1064     if (re->type != DOUBLE_RTYPE)
1065       {
1066         if (re->producer)
1067           reset_debug_uses (re->producer);
1068
1069         iloop.undo_simple_reduction (re, m_dce_seeds);
1070       }
1071
1072   /* Only need to reset debug uses for double reduction.  */
1073   for (unsigned i = 0; oloop.m_reductions.iterate (i, &re); ++i)
1074     {
1075       gcc_assert (re->type == DOUBLE_RTYPE);
1076       reset_debug_uses (SSA_NAME_DEF_STMT (re->var));
1077       reset_debug_uses (SSA_NAME_DEF_STMT (re->next));
1078     }
1079
1080   /* Prepare niters for both loops.  */
1081   struct loop *loop_nest = m_loop_nest[0];
1082   edge instantiate_below = loop_preheader_edge (loop_nest);
1083   gsi = gsi_last_bb (loop_preheader_edge (loop_nest)->src);
1084   i_niters = number_of_latch_executions (iloop.m_loop);
1085   i_niters = analyze_scalar_evolution (loop_outer (iloop.m_loop), i_niters);
1086   i_niters = instantiate_scev (instantiate_below, loop_outer (iloop.m_loop),
1087                                i_niters);
1088   i_niters = force_gimple_operand_gsi (&gsi, unshare_expr (i_niters), true,
1089                                        NULL_TREE, false, GSI_CONTINUE_LINKING);
1090   o_niters = number_of_latch_executions (oloop.m_loop);
1091   if (oloop.m_loop != loop_nest)
1092     {
1093       o_niters = analyze_scalar_evolution (loop_outer (oloop.m_loop), o_niters);
1094       o_niters = instantiate_scev (instantiate_below, loop_outer (oloop.m_loop),
1095                                    o_niters);
1096     }
1097   o_niters = force_gimple_operand_gsi (&gsi, unshare_expr (o_niters), true,
1098                                        NULL_TREE, false, GSI_CONTINUE_LINKING);
1099
1100   /* Move src's code to tgt loop.  This is necessary when src is the outer
1101      loop and tgt is the inner loop.  */
1102   move_code_to_inner_loop (oloop.m_loop, iloop.m_loop, oloop.m_bbs);
1103
1104   /* Map outer loop's IV to inner loop, and vice versa.  */
1105   map_inductions_to_loop (oloop, iloop);
1106   map_inductions_to_loop (iloop, oloop);
1107
1108   /* Create canonical IV for both loops.  Note canonical IV for outer/inner
1109      loop is actually from inner/outer loop.  Also we record the new IV
1110      created for the outer loop so that it can be skipped in later loop
1111      interchange.  */
1112   create_canonical_iv (oloop.m_loop, oloop.m_exit,
1113                        i_niters, &m_niters_iv_var, &var_after);
1114   bitmap_set_bit (m_dce_seeds, SSA_NAME_VERSION (var_after));
1115   create_canonical_iv (iloop.m_loop, iloop.m_exit,
1116                        o_niters, NULL, &var_after);
1117   bitmap_set_bit (m_dce_seeds, SSA_NAME_VERSION (var_after));
1118
1119   /* Scrap niters estimation of interchanged loops.  */
1120   iloop.m_loop->any_upper_bound = false;
1121   iloop.m_loop->any_likely_upper_bound = false;
1122   free_numbers_of_iterations_estimates (iloop.m_loop);
1123   oloop.m_loop->any_upper_bound = false;
1124   oloop.m_loop->any_likely_upper_bound = false;
1125   free_numbers_of_iterations_estimates (oloop.m_loop);
1126
1127   /* Clear all cached scev information.  This is expensive but shouldn't be
1128      a problem given we interchange in very limited times.  */
1129   scev_reset_htab ();
1130
1131   /* ???  The association between the loop data structure and the
1132      CFG changed, so what was loop N at the source level is now
1133      loop M.  We should think of retaining the association or breaking
1134      it fully by creating a new loop instead of re-using the "wrong" one.  */
1135 }
1136
1137 /* Map induction variables of SRC loop to TGT loop.  The function firstly
1138    creates the same IV of SRC loop in TGT loop, then deletes the original
1139    IV and re-initialize it using the newly created IV.  For example, loop
1140    nest:
1141
1142      for (i = 0; i < N; i++)
1143        for (j = 0; j < M; j++)
1144          {
1145            //use of i;
1146            //use of j;
1147          }
1148
1149    will be transformed into:
1150
1151      for (jj = 0; jj < M; jj++)
1152        for (ii = 0; ii < N; ii++)
1153          {
1154            //use of ii;
1155            //use of jj;
1156          }
1157
1158    after loop interchange.  */
1159
1160 void
1161 tree_loop_interchange::map_inductions_to_loop (loop_cand &src, loop_cand &tgt)
1162 {
1163   induction_p iv;
1164   edge e = tgt.m_exit;
1165   gimple_stmt_iterator incr_pos = gsi_last_bb (e->src), gsi;
1166
1167   /* Map source loop's IV to target loop.  */
1168   for (unsigned i = 0; src.m_inductions.iterate (i, &iv); ++i)
1169     {
1170       gimple *use_stmt, *stmt = SSA_NAME_DEF_STMT (iv->var);
1171       gcc_assert (is_a <gphi *> (stmt));
1172
1173       use_operand_p use_p;
1174       /* Only map original IV to target loop.  */
1175       if (m_niters_iv_var != iv->var)
1176         {
1177           /* Map the IV by creating the same one in target loop.  */
1178           tree var_before, var_after;
1179           tree base = unshare_expr (iv->init_expr);
1180           tree step = unshare_expr (iv->step);
1181           create_iv (base, step, SSA_NAME_VAR (iv->var),
1182                      tgt.m_loop, &incr_pos, false, &var_before, &var_after);
1183           bitmap_set_bit (m_dce_seeds, SSA_NAME_VERSION (var_before));
1184           bitmap_set_bit (m_dce_seeds, SSA_NAME_VERSION (var_after));
1185
1186           /* Replace uses of the original IV var with newly created IV var.  */
1187           imm_use_iterator imm_iter;
1188           FOR_EACH_IMM_USE_STMT (use_stmt, imm_iter, iv->var)
1189             {
1190               FOR_EACH_IMM_USE_ON_STMT (use_p, imm_iter)
1191                 SET_USE (use_p, var_before);
1192
1193               update_stmt (use_stmt);
1194             }
1195         }
1196
1197       /* Mark all uses for DCE.  */
1198       ssa_op_iter op_iter;
1199       FOR_EACH_PHI_OR_STMT_USE (use_p, stmt, op_iter, SSA_OP_USE)
1200         {
1201           tree use = USE_FROM_PTR (use_p);
1202           if (TREE_CODE (use) == SSA_NAME
1203               && ! SSA_NAME_IS_DEFAULT_DEF (use))
1204             bitmap_set_bit (m_dce_seeds, SSA_NAME_VERSION (use));
1205         }
1206
1207       /* Delete definition of the original IV in the source loop.  */
1208       gsi = gsi_for_stmt (stmt);
1209       remove_phi_node (&gsi, true);
1210     }
1211 }
1212
1213 /* Move stmts of outer loop to inner loop.  */
1214
1215 void
1216 tree_loop_interchange::move_code_to_inner_loop (struct loop *outer,
1217                                                 struct loop *inner,
1218                                                 basic_block *outer_bbs)
1219 {
1220   basic_block oloop_exit_bb = single_exit (outer)->src;
1221   gimple_stmt_iterator gsi, to;
1222
1223   for (unsigned i = 0; i < outer->num_nodes; i++)
1224     {
1225       basic_block bb = outer_bbs[i];
1226
1227       /* Skip basic blocks of inner loop.  */
1228       if (flow_bb_inside_loop_p (inner, bb))
1229         continue;
1230
1231       /* Move code from header/latch to header/latch.  */
1232       if (bb == outer->header)
1233         to = gsi_after_labels (inner->header);
1234       else if (bb == outer->latch)
1235         to = gsi_after_labels (inner->latch);
1236       else
1237         /* Otherwise, simply move to exit->src.  */
1238         to = gsi_last_bb (single_exit (inner)->src);
1239
1240       for (gsi = gsi_after_labels (bb); !gsi_end_p (gsi);)
1241         {
1242           gimple *stmt = gsi_stmt (gsi);
1243
1244           if (oloop_exit_bb == bb
1245               && stmt == gsi_stmt (gsi_last_bb (oloop_exit_bb)))
1246             {
1247               gsi_next (&gsi);
1248               continue;
1249             }
1250
1251           if (gimple_vuse (stmt))
1252             gimple_set_vuse (stmt, NULL_TREE);
1253           if (gimple_vdef (stmt))
1254             {
1255               unlink_stmt_vdef (stmt);
1256               release_ssa_name (gimple_vdef (stmt));
1257               gimple_set_vdef (stmt, NULL_TREE);
1258             }
1259
1260           reset_debug_uses (stmt);
1261           gsi_move_before (&gsi, &to);
1262         }
1263     }
1264 }
1265
1266 /* Given data reference DR in LOOP_NEST, the function computes DR's access
1267    stride at each level of loop from innermost LOOP to outer.  On success,
1268    it saves access stride at each level loop in a vector which is pointed
1269    by DR->aux.  For example:
1270
1271      int arr[100][100][100];
1272      for (i = 0; i < 100; i++)       ;(DR->aux)strides[0] = 40000
1273        for (j = 100; j > 0; j--)     ;(DR->aux)strides[1] = 400
1274          for (k = 0; k < 100; k++)   ;(DR->aux)strides[2] = 4
1275            arr[i][j - 1][k] = 0;  */
1276
1277 static void
1278 compute_access_stride (struct loop *loop_nest, struct loop *loop,
1279                        data_reference_p dr)
1280 {
1281   vec<tree> *strides = new vec<tree> ();
1282   basic_block bb = gimple_bb (DR_STMT (dr));
1283
1284   while (!flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1285     {
1286       strides->safe_push (build_int_cst (sizetype, 0));
1287       loop = loop_outer (loop);
1288     }
1289   gcc_assert (loop == bb->loop_father);
1290
1291   tree ref = DR_REF (dr);
1292   if (TREE_CODE (ref) == COMPONENT_REF
1293       && DECL_BIT_FIELD (TREE_OPERAND (ref, 1)))
1294     {
1295       /* We can't take address of bitfields.  If the bitfield is at constant
1296          offset from the start of the struct, just use address of the
1297          struct, for analysis of the strides that shouldn't matter.  */
1298       if (!TREE_OPERAND (ref, 2)
1299           || TREE_CODE (TREE_OPERAND (ref, 2)) == INTEGER_CST)
1300         ref = TREE_OPERAND (ref, 0);
1301       /* Otherwise, if we have a bit field representative, use that.  */
1302       else if (DECL_BIT_FIELD_REPRESENTATIVE (TREE_OPERAND (ref, 1))
1303                != NULL_TREE)
1304         {
1305           tree repr = DECL_BIT_FIELD_REPRESENTATIVE (TREE_OPERAND (ref, 1));
1306           ref = build3 (COMPONENT_REF, TREE_TYPE (repr), TREE_OPERAND (ref, 0),
1307                         repr, TREE_OPERAND (ref, 2));
1308         }
1309       /* Otherwise punt.  */
1310       else
1311         {
1312           dr->aux = strides;
1313           return;
1314         }
1315     }
1316   tree scev_base = build_fold_addr_expr (ref);
1317   tree scev = analyze_scalar_evolution (loop, scev_base);
1318   scev = instantiate_scev (loop_preheader_edge (loop_nest), loop, scev);
1319   if (! chrec_contains_undetermined (scev))
1320     {
1321       tree sl = scev;
1322       struct loop *expected = loop;
1323       while (TREE_CODE (sl) == POLYNOMIAL_CHREC)
1324         {
1325           struct loop *sl_loop = get_chrec_loop (sl);
1326           while (sl_loop != expected)
1327             {
1328               strides->safe_push (size_int (0));
1329               expected = loop_outer (expected);
1330             }
1331           strides->safe_push (CHREC_RIGHT (sl));
1332           sl = CHREC_LEFT (sl);
1333           expected = loop_outer (expected);
1334         }
1335       if (! tree_contains_chrecs (sl, NULL))
1336         while (expected != loop_outer (loop_nest))
1337           {
1338             strides->safe_push (size_int (0));
1339             expected = loop_outer (expected);
1340           }
1341     }
1342
1343   dr->aux = strides;
1344 }
1345
1346 /* Given loop nest LOOP_NEST with innermost LOOP, the function computes
1347    access strides with respect to each level loop for all data refs in
1348    DATAREFS from inner loop to outer loop.  On success, it returns the
1349    outermost loop that access strides can be computed successfully for
1350    all data references.  If access strides cannot be computed at least
1351    for two levels of loop for any data reference, it returns NULL.  */
1352
1353 static struct loop *
1354 compute_access_strides (struct loop *loop_nest, struct loop *loop,
1355                         vec<data_reference_p> datarefs)
1356 {
1357   unsigned i, j, num_loops = (unsigned) -1;
1358   data_reference_p dr;
1359   vec<tree> *stride;
1360
1361   for (i = 0; datarefs.iterate (i, &dr); ++i)
1362     {
1363       compute_access_stride (loop_nest, loop, dr);
1364       stride = DR_ACCESS_STRIDE (dr);
1365       if (stride->length () < num_loops)
1366         {
1367           num_loops = stride->length ();
1368           if (num_loops < 2)
1369             return NULL;
1370         }
1371     }
1372
1373   for (i = 0; datarefs.iterate (i, &dr); ++i)
1374     {
1375       stride = DR_ACCESS_STRIDE (dr);
1376       if (stride->length () > num_loops)
1377         stride->truncate (num_loops);
1378
1379       for (j = 0; j < (num_loops >> 1); ++j)
1380         std::swap ((*stride)[j], (*stride)[num_loops - j - 1]);
1381     }
1382
1383   loop = superloop_at_depth (loop, loop_depth (loop) + 1 - num_loops);
1384   gcc_assert (loop_nest == loop || flow_loop_nested_p (loop_nest, loop));
1385   return loop;
1386 }
1387
1388 /* Prune access strides for data references in DATAREFS by removing strides
1389    of loops that isn't in current LOOP_NEST.  */
1390
1391 static void
1392 prune_access_strides_not_in_loop (struct loop *loop_nest,
1393                                   struct loop *innermost,
1394                                   vec<data_reference_p> datarefs)
1395 {
1396   data_reference_p dr;
1397   unsigned num_loops = loop_depth (innermost) - loop_depth (loop_nest) + 1;
1398   gcc_assert (num_loops > 1);
1399
1400   /* Block remove strides of loops that is not in current loop nest.  */
1401   for (unsigned i = 0; datarefs.iterate (i, &dr); ++i)
1402     {
1403       vec<tree> *stride = DR_ACCESS_STRIDE (dr);
1404       if (stride->length () > num_loops)
1405         stride->block_remove (0, stride->length () - num_loops);
1406     }
1407 }
1408
1409 /* Dump access strides for all DATAREFS.  */
1410
1411 static void
1412 dump_access_strides (vec<data_reference_p> datarefs)
1413 {
1414   data_reference_p dr;
1415   fprintf (dump_file, "Access Strides for DRs:\n");
1416   for (unsigned i = 0; datarefs.iterate (i, &dr); ++i)
1417     {
1418       fprintf (dump_file, "  ");
1419       print_generic_expr (dump_file, DR_REF (dr), TDF_SLIM);
1420       fprintf (dump_file, ":\t\t<");
1421
1422       vec<tree> *stride = DR_ACCESS_STRIDE (dr);
1423       unsigned num_loops = stride->length ();
1424       for (unsigned j = 0; j < num_loops; ++j)
1425         {
1426           print_generic_expr (dump_file, (*stride)[j], TDF_SLIM);
1427           fprintf (dump_file, "%s", (j < num_loops - 1) ? ",\t" : ">\n");
1428         }
1429     }
1430 }
1431
1432 /* Return true if it's profitable to interchange two loops whose index
1433    in whole loop nest vector are I_IDX/O_IDX respectively.  The function
1434    computes and compares three types information from all DATAREFS:
1435      1) Access stride for loop I_IDX and O_IDX.
1436      2) Number of invariant memory references with respect to I_IDX before
1437         and after loop interchange.
1438      3) Flags indicating if all memory references access sequential memory
1439         in ILOOP, before and after loop interchange.
1440    If INNMOST_LOOP_P is true, the two loops for interchanging are the two
1441    innermost loops in loop nest.  This function also dumps information if
1442    DUMP_INFO_P is true.  */
1443
1444 static bool
1445 should_interchange_loops (unsigned i_idx, unsigned o_idx,
1446                           vec<data_reference_p> datarefs,
1447                           unsigned i_stmt_cost, unsigned o_stmt_cost,
1448                           bool innermost_loops_p, bool dump_info_p = true)
1449 {
1450   unsigned HOST_WIDE_INT ratio;
1451   unsigned i, j, num_old_inv_drs = 0, num_new_inv_drs = 0;
1452   struct data_reference *dr;
1453   bool all_seq_dr_before_p = true, all_seq_dr_after_p = true;
1454   widest_int iloop_strides = 0, oloop_strides = 0;
1455   unsigned num_unresolved_drs = 0;
1456   unsigned num_resolved_ok_drs = 0;
1457   unsigned num_resolved_not_ok_drs = 0;
1458
1459   if (dump_info_p && dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1460     fprintf (dump_file, "\nData ref strides:\n\tmem_ref:\t\tiloop\toloop\n");
1461
1462   for (i = 0; datarefs.iterate (i, &dr); ++i)
1463     {
1464       vec<tree> *stride = DR_ACCESS_STRIDE (dr);
1465       tree iloop_stride = (*stride)[i_idx], oloop_stride = (*stride)[o_idx];
1466
1467       bool subloop_stride_p = false;
1468       /* Data ref can't be invariant or sequential access at current loop if
1469          its address changes with respect to any subloops.  */
1470       for (j = i_idx + 1; j < stride->length (); ++j)
1471         if (!integer_zerop ((*stride)[j]))
1472           {
1473             subloop_stride_p = true;
1474             break;
1475           }
1476
1477       if (integer_zerop (iloop_stride))
1478         {
1479           if (!subloop_stride_p)
1480             num_old_inv_drs++;
1481         }
1482       if (integer_zerop (oloop_stride))
1483         {
1484           if (!subloop_stride_p)
1485             num_new_inv_drs++;
1486         }
1487
1488       if (TREE_CODE (iloop_stride) == INTEGER_CST
1489           && TREE_CODE (oloop_stride) == INTEGER_CST)
1490         {
1491           iloop_strides = wi::add (iloop_strides, wi::to_widest (iloop_stride));
1492           oloop_strides = wi::add (oloop_strides, wi::to_widest (oloop_stride));
1493         }
1494       else if (multiple_of_p (TREE_TYPE (iloop_stride),
1495                               iloop_stride, oloop_stride))
1496         num_resolved_ok_drs++;
1497       else if (multiple_of_p (TREE_TYPE (iloop_stride),
1498                               oloop_stride, iloop_stride))
1499         num_resolved_not_ok_drs++;
1500       else
1501         num_unresolved_drs++;
1502
1503       /* Data ref can't be sequential access if its address changes in sub
1504          loop.  */
1505       if (subloop_stride_p)
1506         {
1507           all_seq_dr_before_p = false;
1508           all_seq_dr_after_p = false;
1509           continue;
1510         }
1511       /* Track if all data references are sequential accesses before/after loop
1512          interchange.  Note invariant is considered sequential here.  */
1513       tree access_size = TYPE_SIZE_UNIT (TREE_TYPE (DR_REF (dr)));
1514       if (all_seq_dr_before_p
1515           && ! (integer_zerop (iloop_stride)
1516                 || operand_equal_p (access_size, iloop_stride, 0)))
1517         all_seq_dr_before_p = false;
1518       if (all_seq_dr_after_p
1519           && ! (integer_zerop (oloop_stride)
1520                 || operand_equal_p (access_size, oloop_stride, 0)))
1521         all_seq_dr_after_p = false;
1522     }
1523
1524   if (dump_info_p && dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1525     {
1526       fprintf (dump_file, "\toverall:\t\t");
1527       print_decu (iloop_strides, dump_file);
1528       fprintf (dump_file, "\t");
1529       print_decu (oloop_strides, dump_file);
1530       fprintf (dump_file, "\n");
1531
1532       fprintf (dump_file, "Invariant data ref: before(%d), after(%d)\n",
1533                num_old_inv_drs, num_new_inv_drs);
1534       fprintf (dump_file, "All consecutive stride: before(%s), after(%s)\n",
1535                all_seq_dr_before_p ? "true" : "false",
1536                all_seq_dr_after_p ? "true" : "false");
1537       fprintf (dump_file, "OK to interchage with variable strides: %d\n",
1538                num_resolved_ok_drs);
1539       fprintf (dump_file, "Not OK to interchage with variable strides: %d\n",
1540                num_resolved_not_ok_drs);
1541       fprintf (dump_file, "Variable strides we cannot decide: %d\n",
1542                num_unresolved_drs);
1543       fprintf (dump_file, "Stmt cost of inner loop: %d\n", i_stmt_cost);
1544       fprintf (dump_file, "Stmt cost of outer loop: %d\n", o_stmt_cost);
1545     }
1546
1547   if (num_unresolved_drs != 0 || num_resolved_not_ok_drs != 0)
1548     return false;
1549
1550   /* Stmts of outer loop will be moved to inner loop.  If there are two many
1551      such stmts, it could make inner loop costly.  Here we compare stmt cost
1552      between outer and inner loops.  */
1553   if (i_stmt_cost && o_stmt_cost
1554       && num_old_inv_drs + o_stmt_cost > num_new_inv_drs
1555       && o_stmt_cost * STMT_COST_RATIO > i_stmt_cost)
1556     return false;
1557
1558   /* We use different stride comparison ratio for interchanging innermost
1559      two loops or not.  The idea is to be conservative in interchange for
1560      the innermost loops.  */
1561   ratio = innermost_loops_p ? INNER_STRIDE_RATIO : OUTER_STRIDE_RATIO;
1562   /* Do interchange if it gives better data locality behavior.  */
1563   if (wi::gtu_p (iloop_strides, wi::mul (oloop_strides, ratio)))
1564     return true;
1565   if (wi::gtu_p (iloop_strides, oloop_strides))
1566     {
1567       /* Or it creates more invariant memory references.  */
1568       if ((!all_seq_dr_before_p || all_seq_dr_after_p)
1569           && num_new_inv_drs > num_old_inv_drs)
1570         return true;
1571       /* Or it makes all memory references sequential.  */
1572       if (num_new_inv_drs >= num_old_inv_drs
1573           && !all_seq_dr_before_p && all_seq_dr_after_p)
1574         return true;
1575     }
1576
1577   return false;
1578 }
1579
1580 /* Try to interchange inner loop of a loop nest to outer level.  */
1581
1582 bool
1583 tree_loop_interchange::interchange (vec<data_reference_p> datarefs,
1584                                     vec<ddr_p> ddrs)
1585 {
1586   location_t loc = find_loop_location (m_loop_nest[0]);
1587   bool changed_p = false;
1588   /* In each iteration we try to interchange I-th loop with (I+1)-th loop.
1589      The overall effect is to push inner loop to outermost level in whole
1590      loop nest.  */
1591   for (unsigned i = m_loop_nest.length (); i > 1; --i)
1592     {
1593       unsigned i_idx = i - 1, o_idx = i - 2;
1594
1595       /* Check validity for loop interchange.  */
1596       if (!valid_data_dependences (i_idx, o_idx, ddrs))
1597         break;
1598
1599       loop_cand iloop (m_loop_nest[i_idx], m_loop_nest[o_idx]);
1600       loop_cand oloop (m_loop_nest[o_idx], m_loop_nest[o_idx]);
1601
1602       /* Check if we can do transformation for loop interchange.  */
1603       if (!iloop.analyze_carried_vars (NULL)
1604           || !iloop.analyze_lcssa_phis ()
1605           || !oloop.analyze_carried_vars (&iloop)
1606           || !oloop.analyze_lcssa_phis ()
1607           || !iloop.can_interchange_p (NULL)
1608           || !oloop.can_interchange_p (&iloop))
1609         break;
1610
1611       /* Outer loop's stmts will be moved to inner loop during interchange.
1612          If there are many of them, it may make inner loop very costly.  We
1613          need to check number of outer loop's stmts in profit cost model of
1614          interchange.  */
1615       int stmt_cost = oloop.m_num_stmts;
1616       /* Count out the exit checking stmt of outer loop.  */
1617       stmt_cost --;
1618       /* Count out IV's increasing stmt, IVOPTs takes care if it.  */
1619       stmt_cost -= oloop.m_inductions.length ();
1620       /* Count in the additional load and cond_expr stmts caused by inner
1621          loop's constant initialized reduction.  */
1622       stmt_cost += iloop.m_const_init_reduc * 2;
1623       if (stmt_cost < 0)
1624         stmt_cost = 0;
1625
1626       /* Check profitability for loop interchange.  */
1627       if (should_interchange_loops (i_idx, o_idx, datarefs,
1628                                     (unsigned) iloop.m_num_stmts,
1629                                     (unsigned) stmt_cost,
1630                                     iloop.m_loop->inner == NULL))
1631         {
1632           if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1633             fprintf (dump_file,
1634                      "Loop_pair<outer:%d, inner:%d> is interchanged\n\n",
1635                      oloop.m_loop->num, iloop.m_loop->num);
1636
1637           changed_p = true;
1638           interchange_loops (iloop, oloop);
1639           /* No need to update if there is no further loop interchange.  */
1640           if (o_idx > 0)
1641             update_data_info (i_idx, o_idx, datarefs, ddrs);
1642         }
1643       else
1644         {
1645           if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1646             fprintf (dump_file,
1647                      "Loop_pair<outer:%d, inner:%d> is not interchanged\n\n",
1648                      oloop.m_loop->num, iloop.m_loop->num);
1649         }
1650     }
1651   simple_dce_from_worklist (m_dce_seeds);
1652
1653   if (changed_p)
1654     dump_printf_loc (MSG_OPTIMIZED_LOCATIONS, loc,
1655                      "loops interchanged in loop nest\n");
1656
1657   return changed_p;
1658 }
1659
1660
1661 /* Loop interchange pass.  */
1662
1663 namespace {
1664
1665 const pass_data pass_data_linterchange =
1666 {
1667   GIMPLE_PASS, /* type */
1668   "linterchange", /* name */
1669   OPTGROUP_LOOP, /* optinfo_flags */
1670   TV_LINTERCHANGE, /* tv_id */
1671   PROP_cfg, /* properties_required */
1672   0, /* properties_provided */
1673   0, /* properties_destroyed */
1674   0, /* todo_flags_start */
1675   0, /* todo_flags_finish */
1676 };
1677
1678 class pass_linterchange : public gimple_opt_pass
1679 {
1680 public:
1681   pass_linterchange (gcc::context *ctxt)
1682     : gimple_opt_pass (pass_data_linterchange, ctxt)
1683   {}
1684
1685   /* opt_pass methods: */
1686   opt_pass * clone () { return new pass_linterchange (m_ctxt); }
1687   virtual bool gate (function *) { return flag_loop_interchange; }
1688   virtual unsigned int execute (function *);
1689
1690 }; // class pass_linterchange
1691
1692
1693 /* Return true if LOOP has proper form for interchange.  We check three
1694    conditions in the function:
1695      1) In general, a loop can be interchanged only if it doesn't have
1696         basic blocks other than header, exit and latch besides possible
1697         inner loop nest.  This basically restricts loop interchange to
1698         below form loop nests:
1699
1700           header<---+
1701             |       |
1702             v       |
1703         INNER_LOOP  |
1704             |       |
1705             v       |
1706           exit--->latch
1707
1708      2) Data reference in basic block that executes in different times
1709         than loop head/exit is not allowed.
1710      3) Record the innermost outer loop that doesn't form rectangle loop
1711         nest with LOOP.  */
1712
1713 static bool
1714 proper_loop_form_for_interchange (struct loop *loop, struct loop **min_outer)
1715 {
1716   edge e0, e1, exit;
1717
1718   /* Don't interchange if loop has unsupported information for the moment.  */
1719   if (loop->safelen > 0
1720       || loop->constraints != 0
1721       || loop->can_be_parallel
1722       || loop->dont_vectorize
1723       || loop->force_vectorize
1724       || loop->in_oacc_kernels_region
1725       || loop->orig_loop_num != 0
1726       || loop->simduid != NULL_TREE)
1727     return false;
1728
1729   /* Don't interchange if outer loop has basic block other than header, exit
1730      and latch.  */
1731   if (loop->inner != NULL
1732       && loop->num_nodes != loop->inner->num_nodes + 3)
1733     return false;
1734
1735   if ((exit = single_dom_exit (loop)) == NULL)
1736     return false;
1737
1738   /* Check control flow on loop header/exit blocks.  */
1739   if (loop->header == exit->src
1740       && (EDGE_COUNT (loop->header->preds) != 2
1741           || EDGE_COUNT (loop->header->succs) != 2))
1742     return false;
1743   else if (loop->header != exit->src
1744            && (EDGE_COUNT (loop->header->preds) != 2
1745                || !single_succ_p (loop->header)
1746                || unsupported_edge (single_succ_edge (loop->header))
1747                || EDGE_COUNT (exit->src->succs) != 2
1748                || !single_pred_p (exit->src)
1749                || unsupported_edge (single_pred_edge (exit->src))))
1750     return false;
1751
1752   e0 = EDGE_PRED (loop->header, 0);
1753   e1 = EDGE_PRED (loop->header, 1);
1754   if (unsupported_edge (e0) || unsupported_edge (e1)
1755       || (e0->src != loop->latch && e1->src != loop->latch)
1756       || (e0->src->loop_father == loop && e1->src->loop_father == loop))
1757     return false;
1758
1759   e0 = EDGE_SUCC (exit->src, 0);
1760   e1 = EDGE_SUCC (exit->src, 1);
1761   if (unsupported_edge (e0) || unsupported_edge (e1)
1762       || (e0->dest != loop->latch && e1->dest != loop->latch)
1763       || (e0->dest->loop_father == loop && e1->dest->loop_father == loop))
1764     return false;
1765
1766   /* Don't interchange if any reference is in basic block that doesn't
1767      dominate exit block.  */
1768   basic_block *bbs = get_loop_body (loop);
1769   for (unsigned i = 0; i < loop->num_nodes; i++)
1770     {
1771       basic_block bb = bbs[i];
1772
1773       if (bb->loop_father != loop
1774           || bb == loop->header || bb == exit->src
1775           || dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, exit->src, bb))
1776         continue;
1777
1778       for (gimple_stmt_iterator gsi = gsi_start_nondebug_bb (bb);
1779            !gsi_end_p (gsi); gsi_next_nondebug (&gsi))
1780         if (gimple_vuse (gsi_stmt (gsi)))
1781           {
1782             free (bbs);
1783             return false;
1784           }
1785     }
1786   free (bbs);
1787
1788   tree niters = number_of_latch_executions (loop);
1789   niters = analyze_scalar_evolution (loop_outer (loop), niters);
1790   if (!niters || chrec_contains_undetermined (niters))
1791     return false;
1792
1793   /* Record the innermost outer loop that doesn't form rectangle loop nest.  */
1794   for (loop_p loop2 = loop_outer (loop);
1795        loop2 && flow_loop_nested_p (*min_outer, loop2);
1796        loop2 = loop_outer (loop2))
1797     {
1798       niters = instantiate_scev (loop_preheader_edge (loop2),
1799                                  loop_outer (loop), niters);
1800       if (!evolution_function_is_invariant_p (niters, loop2->num))
1801         {
1802           *min_outer = loop2;
1803           break;
1804         }
1805     }
1806   return true;
1807 }
1808
1809 /* Return true if any two adjacent loops in loop nest [INNERMOST, LOOP_NEST]
1810    should be interchanged by looking into all DATAREFS.  */
1811
1812 static bool
1813 should_interchange_loop_nest (struct loop *loop_nest, struct loop *innermost,
1814                               vec<data_reference_p> datarefs)
1815 {
1816   unsigned idx = loop_depth (innermost) - loop_depth (loop_nest);
1817   gcc_assert (idx > 0);
1818
1819   /* Check if any two adjacent loops should be interchanged.  */
1820   for (struct loop *loop = innermost;
1821        loop != loop_nest; loop = loop_outer (loop), idx--)
1822     if (should_interchange_loops (idx, idx - 1, datarefs, 0, 0,
1823                                   loop == innermost, false))
1824       return true;
1825
1826   return false;
1827 }
1828
1829 /* Given loop nest LOOP_NEST and data references DATAREFS, compute data
1830    dependences for loop interchange and store it in DDRS.  Note we compute
1831    dependences directly rather than call generic interface so that we can
1832    return on unknown dependence instantly.  */
1833
1834 static bool
1835 tree_loop_interchange_compute_ddrs (vec<loop_p> loop_nest,
1836                                     vec<data_reference_p> datarefs,
1837                                     vec<ddr_p> *ddrs)
1838 {
1839   struct data_reference *a, *b;
1840   struct loop *innermost = loop_nest.last ();
1841
1842   for (unsigned i = 0; datarefs.iterate (i, &a); ++i)
1843     {
1844       bool a_outer_p = gimple_bb (DR_STMT (a))->loop_father != innermost;
1845       for (unsigned j = i + 1; datarefs.iterate (j, &b); ++j)
1846         if (DR_IS_WRITE (a) || DR_IS_WRITE (b))
1847           {
1848             bool b_outer_p = gimple_bb (DR_STMT (b))->loop_father != innermost;
1849             /* Don't support multiple write references in outer loop.  */
1850             if (a_outer_p && b_outer_p && DR_IS_WRITE (a) && DR_IS_WRITE (b))
1851               return false;
1852
1853             ddr_p ddr = initialize_data_dependence_relation (a, b, loop_nest);
1854             ddrs->safe_push (ddr);
1855             compute_affine_dependence (ddr, loop_nest[0]);
1856
1857             /* Give up if ddr is unknown dependence or classic direct vector
1858                is not available.  */
1859             if (DDR_ARE_DEPENDENT (ddr) == chrec_dont_know
1860                 || (DDR_ARE_DEPENDENT (ddr) == NULL_TREE
1861                     && DDR_NUM_DIR_VECTS (ddr) == 0))
1862               return false;
1863
1864             /* If either data references is in outer loop of nest, we require
1865                no dependence here because the data reference need to be moved
1866                into inner loop during interchange.  */
1867             if (a_outer_p && b_outer_p
1868                 && operand_equal_p (DR_REF (a), DR_REF (b), 0))
1869               continue;
1870             if (DDR_ARE_DEPENDENT (ddr) != chrec_known
1871                 && (a_outer_p || b_outer_p))
1872               return false;
1873         }
1874     }
1875
1876   return true;
1877 }
1878
1879 /* Prune DATAREFS by removing any data reference not inside of LOOP.  */
1880
1881 static inline void
1882 prune_datarefs_not_in_loop (struct loop *loop, vec<data_reference_p> datarefs)
1883 {
1884   unsigned i, j;
1885   struct data_reference *dr;
1886
1887   for (i = 0, j = 0; datarefs.iterate (i, &dr); ++i)
1888     {
1889       if (flow_bb_inside_loop_p (loop, gimple_bb (DR_STMT (dr))))
1890         datarefs[j++] = dr;
1891       else
1892         {
1893           if (dr->aux)
1894             {
1895               DR_ACCESS_STRIDE (dr)->release ();
1896               delete (vec<tree> *) dr->aux;
1897             }
1898           free_data_ref (dr);
1899         }
1900     }
1901   datarefs.truncate (j);
1902 }
1903
1904 /* Find and store data references in DATAREFS for LOOP nest.  If there's
1905    difficult data reference in a basic block, we shrink the loop nest to
1906    inner loop of that basic block's father loop.  On success, return the
1907    outer loop of the result loop nest.  */
1908
1909 static struct loop *
1910 prepare_data_references (struct loop *loop, vec<data_reference_p> *datarefs)
1911 {
1912   struct loop *loop_nest = loop;
1913   vec<data_reference_p> *bb_refs;
1914   basic_block bb, *bbs = get_loop_body_in_dom_order (loop);
1915
1916   for (unsigned i = 0; i < loop->num_nodes; i++)
1917     bbs[i]->aux = NULL;
1918
1919   /* Find data references for all basic blocks.  Shrink loop nest on difficult
1920      data reference.  */
1921   for (unsigned i = 0; loop_nest && i < loop->num_nodes; ++i)
1922     {
1923       bb = bbs[i];
1924       if (!flow_bb_inside_loop_p (loop_nest, bb))
1925         continue;
1926
1927       bb_refs = new vec<data_reference_p> ();
1928       if (find_data_references_in_bb (loop, bb, bb_refs) == chrec_dont_know)
1929         {
1930           loop_nest = bb->loop_father->inner;
1931           if (loop_nest && !loop_nest->inner)
1932             loop_nest = NULL;
1933
1934           free_data_refs (*bb_refs);
1935           delete bb_refs;
1936         }
1937       else if (bb_refs->is_empty ())
1938         delete bb_refs;
1939       else
1940         bb->aux = bb_refs;
1941     }
1942
1943   /* Collect all data references in loop nest.  */
1944   for (unsigned i = 0; i < loop->num_nodes; i++)
1945     {
1946       bb = bbs[i];
1947       if (!bb->aux)
1948         continue;
1949
1950       bb_refs = (vec<data_reference_p> *) bb->aux;
1951       if (loop_nest && flow_bb_inside_loop_p (loop_nest, bb))
1952         datarefs->safe_splice (*bb_refs);
1953       else
1954         free_data_refs (*bb_refs);
1955
1956       delete bb_refs;
1957       bb->aux = NULL;
1958     }
1959   free (bbs);
1960
1961   return loop_nest;
1962 }
1963
1964 /* Given innermost LOOP, return true if perfect loop nest can be found and
1965    data dependences can be computed.  If succeed, record the perfect loop
1966    nest in LOOP_NEST; record all data references in DATAREFS and record all
1967    data dependence relations in DDRS.
1968
1969    We do support a restricted form of imperfect loop nest, i.e, loop nest
1970    with load/store in outer loop initializing/finalizing simple reduction
1971    of the innermost loop.  For such outer loop reference, we require that
1972    it has no dependence with others sinve it will be moved to inner loop
1973    in interchange.  */
1974
1975 static bool
1976 prepare_perfect_loop_nest (struct loop *loop, vec<loop_p> *loop_nest,
1977                            vec<data_reference_p> *datarefs, vec<ddr_p> *ddrs)
1978 {
1979   struct loop *start_loop = NULL, *innermost = loop;
1980   struct loop *outermost = loops_for_fn (cfun)->tree_root;
1981
1982   /* Find loop nest from the innermost loop.  The outermost is the innermost
1983      outer*/
1984   while (loop->num != 0 && loop->inner == start_loop
1985          && flow_loop_nested_p (outermost, loop))
1986     {
1987       if (!proper_loop_form_for_interchange (loop, &outermost))
1988         break;
1989
1990       start_loop = loop;
1991       /* If this loop has sibling loop, the father loop won't be in perfect
1992          loop nest.  */
1993       if (loop->next != NULL)
1994         break;
1995
1996       loop = loop_outer (loop);
1997     }
1998   if (!start_loop || !start_loop->inner)
1999     return false;
2000
2001   /* Prepare the data reference vector for the loop nest, pruning outer
2002      loops we cannot handle.  */
2003   start_loop = prepare_data_references (start_loop, datarefs);
2004   if (!start_loop
2005       /* Check if there is no data reference.  */
2006       || datarefs->is_empty ()
2007       /* Check if there are too many of data references.  */
2008       || (int) datarefs->length () > MAX_DATAREFS)
2009     return false;
2010
2011   /* Compute access strides for all data references, pruning outer
2012      loops we cannot analyze refs in.  */
2013   start_loop = compute_access_strides (start_loop, innermost, *datarefs);
2014   if (!start_loop)
2015     return false;
2016
2017   /* Check if any interchange is profitable in the loop nest.  */
2018   if (!should_interchange_loop_nest (start_loop, innermost, *datarefs))
2019     return false;
2020
2021   /* Check if data dependences can be computed for loop nest starting from
2022      start_loop.  */
2023   loop = start_loop;
2024   do {
2025     loop_nest->truncate (0);
2026
2027     if (loop != start_loop)
2028       prune_datarefs_not_in_loop (start_loop, *datarefs);
2029
2030     if (find_loop_nest (start_loop, loop_nest)
2031         && tree_loop_interchange_compute_ddrs (*loop_nest, *datarefs, ddrs))
2032       {
2033         if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2034           fprintf (dump_file,
2035                    "\nConsider loop interchange for loop_nest<%d - %d>\n",
2036                    start_loop->num, innermost->num);
2037
2038         if (loop != start_loop)
2039           prune_access_strides_not_in_loop (start_loop, innermost, *datarefs);
2040
2041         if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2042           dump_access_strides (*datarefs);
2043
2044         return true;
2045       }
2046
2047     free_dependence_relations (*ddrs);
2048     *ddrs = vNULL;
2049     /* Try to compute data dependences with the outermost loop stripped.  */
2050     loop = start_loop;
2051     start_loop = start_loop->inner;
2052   } while (start_loop && start_loop->inner);
2053
2054   return false;
2055 }
2056
2057 /* Main entry for loop interchange pass.  */
2058
2059 unsigned int
2060 pass_linterchange::execute (function *fun)
2061 {
2062   if (number_of_loops (fun) <= 2)
2063     return 0;
2064
2065   bool changed_p = false;
2066   struct loop *loop;
2067   FOR_EACH_LOOP (loop, LI_ONLY_INNERMOST)
2068     {
2069       vec<loop_p> loop_nest = vNULL;
2070       vec<data_reference_p> datarefs = vNULL;
2071       vec<ddr_p> ddrs = vNULL;
2072       if (prepare_perfect_loop_nest (loop, &loop_nest, &datarefs, &ddrs))
2073         {
2074           tree_loop_interchange loop_interchange (loop_nest);
2075           changed_p |= loop_interchange.interchange (datarefs, ddrs);
2076         }
2077       free_dependence_relations (ddrs);
2078       free_data_refs_with_aux (datarefs);
2079       loop_nest.release ();
2080     }
2081
2082   return changed_p ? (TODO_update_ssa_only_virtuals) : 0;
2083 }
2084
2085 } // anon namespace
2086
2087 gimple_opt_pass *
2088 make_pass_linterchange (gcc::context *ctxt)
2089 {
2090   return new pass_linterchange (ctxt);
2091 }