Import GCC-8 to a new vendor branch
[dragonfly.git] / contrib / gcc-8.0 / gcc / tree-ssa-math-opts.c
1 /* Global, SSA-based optimizations using mathematical identities.
2    Copyright (C) 2005-2018 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 /* Currently, the only mini-pass in this file tries to CSE reciprocal
21    operations.  These are common in sequences such as this one:
22
23         modulus = sqrt(x*x + y*y + z*z);
24         x = x / modulus;
25         y = y / modulus;
26         z = z / modulus;
27
28    that can be optimized to
29
30         modulus = sqrt(x*x + y*y + z*z);
31         rmodulus = 1.0 / modulus;
32         x = x * rmodulus;
33         y = y * rmodulus;
34         z = z * rmodulus;
35
36    We do this for loop invariant divisors, and with this pass whenever
37    we notice that a division has the same divisor multiple times.
38
39    Of course, like in PRE, we don't insert a division if a dominator
40    already has one.  However, this cannot be done as an extension of
41    PRE for several reasons.
42
43    First of all, with some experiments it was found out that the
44    transformation is not always useful if there are only two divisions
45    by the same divisor.  This is probably because modern processors
46    can pipeline the divisions; on older, in-order processors it should
47    still be effective to optimize two divisions by the same number.
48    We make this a param, and it shall be called N in the remainder of
49    this comment.
50
51    Second, if trapping math is active, we have less freedom on where
52    to insert divisions: we can only do so in basic blocks that already
53    contain one.  (If divisions don't trap, instead, we can insert
54    divisions elsewhere, which will be in blocks that are common dominators
55    of those that have the division).
56
57    We really don't want to compute the reciprocal unless a division will
58    be found.  To do this, we won't insert the division in a basic block
59    that has less than N divisions *post-dominating* it.
60
61    The algorithm constructs a subset of the dominator tree, holding the
62    blocks containing the divisions and the common dominators to them,
63    and walk it twice.  The first walk is in post-order, and it annotates
64    each block with the number of divisions that post-dominate it: this
65    gives information on where divisions can be inserted profitably.
66    The second walk is in pre-order, and it inserts divisions as explained
67    above, and replaces divisions by multiplications.
68
69    In the best case, the cost of the pass is O(n_statements).  In the
70    worst-case, the cost is due to creating the dominator tree subset,
71    with a cost of O(n_basic_blocks ^ 2); however this can only happen
72    for n_statements / n_basic_blocks statements.  So, the amortized cost
73    of creating the dominator tree subset is O(n_basic_blocks) and the
74    worst-case cost of the pass is O(n_statements * n_basic_blocks).
75
76    More practically, the cost will be small because there are few
77    divisions, and they tend to be in the same basic block, so insert_bb
78    is called very few times.
79
80    If we did this using domwalk.c, an efficient implementation would have
81    to work on all the variables in a single pass, because we could not
82    work on just a subset of the dominator tree, as we do now, and the
83    cost would also be something like O(n_statements * n_basic_blocks).
84    The data structures would be more complex in order to work on all the
85    variables in a single pass.  */
86
87 #include "config.h"
88 #include "system.h"
89 #include "coretypes.h"
90 #include "backend.h"
91 #include "target.h"
92 #include "rtl.h"
93 #include "tree.h"
94 #include "gimple.h"
95 #include "predict.h"
96 #include "alloc-pool.h"
97 #include "tree-pass.h"
98 #include "ssa.h"
99 #include "optabs-tree.h"
100 #include "gimple-pretty-print.h"
101 #include "alias.h"
102 #include "fold-const.h"
103 #include "gimple-fold.h"
104 #include "gimple-iterator.h"
105 #include "gimplify.h"
106 #include "gimplify-me.h"
107 #include "stor-layout.h"
108 #include "tree-cfg.h"
109 #include "tree-dfa.h"
110 #include "tree-ssa.h"
111 #include "builtins.h"
112 #include "params.h"
113 #include "internal-fn.h"
114 #include "case-cfn-macros.h"
115 #include "optabs-libfuncs.h"
116 #include "tree-eh.h"
117 #include "targhooks.h"
118 #include "domwalk.h"
119
120 /* This structure represents one basic block that either computes a
121    division, or is a common dominator for basic block that compute a
122    division.  */
123 struct occurrence {
124   /* The basic block represented by this structure.  */
125   basic_block bb;
126
127   /* If non-NULL, the SSA_NAME holding the definition for a reciprocal
128      inserted in BB.  */
129   tree recip_def;
130
131   /* If non-NULL, the SSA_NAME holding the definition for a squared
132      reciprocal inserted in BB.  */
133   tree square_recip_def;
134
135   /* If non-NULL, the GIMPLE_ASSIGN for a reciprocal computation that
136      was inserted in BB.  */
137   gimple *recip_def_stmt;
138
139   /* Pointer to a list of "struct occurrence"s for blocks dominated
140      by BB.  */
141   struct occurrence *children;
142
143   /* Pointer to the next "struct occurrence"s in the list of blocks
144      sharing a common dominator.  */
145   struct occurrence *next;
146
147   /* The number of divisions that are in BB before compute_merit.  The
148      number of divisions that are in BB or post-dominate it after
149      compute_merit.  */
150   int num_divisions;
151
152   /* True if the basic block has a division, false if it is a common
153      dominator for basic blocks that do.  If it is false and trapping
154      math is active, BB is not a candidate for inserting a reciprocal.  */
155   bool bb_has_division;
156 };
157
158 static struct
159 {
160   /* Number of 1.0/X ops inserted.  */
161   int rdivs_inserted;
162
163   /* Number of 1.0/FUNC ops inserted.  */
164   int rfuncs_inserted;
165 } reciprocal_stats;
166
167 static struct
168 {
169   /* Number of cexpi calls inserted.  */
170   int inserted;
171 } sincos_stats;
172
173 static struct
174 {
175   /* Number of widening multiplication ops inserted.  */
176   int widen_mults_inserted;
177
178   /* Number of integer multiply-and-accumulate ops inserted.  */
179   int maccs_inserted;
180
181   /* Number of fp fused multiply-add ops inserted.  */
182   int fmas_inserted;
183
184   /* Number of divmod calls inserted.  */
185   int divmod_calls_inserted;
186 } widen_mul_stats;
187
188 /* The instance of "struct occurrence" representing the highest
189    interesting block in the dominator tree.  */
190 static struct occurrence *occ_head;
191
192 /* Allocation pool for getting instances of "struct occurrence".  */
193 static object_allocator<occurrence> *occ_pool;
194
195
196
197 /* Allocate and return a new struct occurrence for basic block BB, and
198    whose children list is headed by CHILDREN.  */
199 static struct occurrence *
200 occ_new (basic_block bb, struct occurrence *children)
201 {
202   struct occurrence *occ;
203
204   bb->aux = occ = occ_pool->allocate ();
205   memset (occ, 0, sizeof (struct occurrence));
206
207   occ->bb = bb;
208   occ->children = children;
209   return occ;
210 }
211
212
213 /* Insert NEW_OCC into our subset of the dominator tree.  P_HEAD points to a
214    list of "struct occurrence"s, one per basic block, having IDOM as
215    their common dominator.
216
217    We try to insert NEW_OCC as deep as possible in the tree, and we also
218    insert any other block that is a common dominator for BB and one
219    block already in the tree.  */
220
221 static void
222 insert_bb (struct occurrence *new_occ, basic_block idom,
223            struct occurrence **p_head)
224 {
225   struct occurrence *occ, **p_occ;
226
227   for (p_occ = p_head; (occ = *p_occ) != NULL; )
228     {
229       basic_block bb = new_occ->bb, occ_bb = occ->bb;
230       basic_block dom = nearest_common_dominator (CDI_DOMINATORS, occ_bb, bb);
231       if (dom == bb)
232         {
233           /* BB dominates OCC_BB.  OCC becomes NEW_OCC's child: remove OCC
234              from its list.  */
235           *p_occ = occ->next;
236           occ->next = new_occ->children;
237           new_occ->children = occ;
238
239           /* Try the next block (it may as well be dominated by BB).  */
240         }
241
242       else if (dom == occ_bb)
243         {
244           /* OCC_BB dominates BB.  Tail recurse to look deeper.  */
245           insert_bb (new_occ, dom, &occ->children);
246           return;
247         }
248
249       else if (dom != idom)
250         {
251           gcc_assert (!dom->aux);
252
253           /* There is a dominator between IDOM and BB, add it and make
254              two children out of NEW_OCC and OCC.  First, remove OCC from
255              its list.  */
256           *p_occ = occ->next;
257           new_occ->next = occ;
258           occ->next = NULL;
259
260           /* None of the previous blocks has DOM as a dominator: if we tail
261              recursed, we would reexamine them uselessly. Just switch BB with
262              DOM, and go on looking for blocks dominated by DOM.  */
263           new_occ = occ_new (dom, new_occ);
264         }
265
266       else
267         {
268           /* Nothing special, go on with the next element.  */
269           p_occ = &occ->next;
270         }
271     }
272
273   /* No place was found as a child of IDOM.  Make BB a sibling of IDOM.  */
274   new_occ->next = *p_head;
275   *p_head = new_occ;
276 }
277
278 /* Register that we found a division in BB.
279    IMPORTANCE is a measure of how much weighting to give
280    that division.  Use IMPORTANCE = 2 to register a single
281    division.  If the division is going to be found multiple
282    times use 1 (as it is with squares).  */
283
284 static inline void
285 register_division_in (basic_block bb, int importance)
286 {
287   struct occurrence *occ;
288
289   occ = (struct occurrence *) bb->aux;
290   if (!occ)
291     {
292       occ = occ_new (bb, NULL);
293       insert_bb (occ, ENTRY_BLOCK_PTR_FOR_FN (cfun), &occ_head);
294     }
295
296   occ->bb_has_division = true;
297   occ->num_divisions += importance;
298 }
299
300
301 /* Compute the number of divisions that postdominate each block in OCC and
302    its children.  */
303
304 static void
305 compute_merit (struct occurrence *occ)
306 {
307   struct occurrence *occ_child;
308   basic_block dom = occ->bb;
309
310   for (occ_child = occ->children; occ_child; occ_child = occ_child->next)
311     {
312       basic_block bb;
313       if (occ_child->children)
314         compute_merit (occ_child);
315
316       if (flag_exceptions)
317         bb = single_noncomplex_succ (dom);
318       else
319         bb = dom;
320
321       if (dominated_by_p (CDI_POST_DOMINATORS, bb, occ_child->bb))
322         occ->num_divisions += occ_child->num_divisions;
323     }
324 }
325
326
327 /* Return whether USE_STMT is a floating-point division by DEF.  */
328 static inline bool
329 is_division_by (gimple *use_stmt, tree def)
330 {
331   return is_gimple_assign (use_stmt)
332          && gimple_assign_rhs_code (use_stmt) == RDIV_EXPR
333          && gimple_assign_rhs2 (use_stmt) == def
334          /* Do not recognize x / x as valid division, as we are getting
335             confused later by replacing all immediate uses x in such
336             a stmt.  */
337          && gimple_assign_rhs1 (use_stmt) != def;
338 }
339
340 /* Return whether USE_STMT is DEF * DEF.  */
341 static inline bool
342 is_square_of (gimple *use_stmt, tree def)
343 {
344   if (gimple_code (use_stmt) == GIMPLE_ASSIGN
345       && gimple_assign_rhs_code (use_stmt) == MULT_EXPR)
346     {
347       tree op0 = gimple_assign_rhs1 (use_stmt);
348       tree op1 = gimple_assign_rhs2 (use_stmt);
349
350       return op0 == op1 && op0 == def;
351     }
352   return 0;
353 }
354
355 /* Return whether USE_STMT is a floating-point division by
356    DEF * DEF.  */
357 static inline bool
358 is_division_by_square (gimple *use_stmt, tree def)
359 {
360   if (gimple_code (use_stmt) == GIMPLE_ASSIGN
361       && gimple_assign_rhs_code (use_stmt) == RDIV_EXPR
362       && gimple_assign_rhs1 (use_stmt) != gimple_assign_rhs2 (use_stmt))
363     {
364       tree denominator = gimple_assign_rhs2 (use_stmt);
365       if (TREE_CODE (denominator) == SSA_NAME)
366         {
367           return is_square_of (SSA_NAME_DEF_STMT (denominator), def);
368         }
369     }
370   return 0;
371 }
372
373 /* Walk the subset of the dominator tree rooted at OCC, setting the
374    RECIP_DEF field to a definition of 1.0 / DEF that can be used in
375    the given basic block.  The field may be left NULL, of course,
376    if it is not possible or profitable to do the optimization.
377
378    DEF_BSI is an iterator pointing at the statement defining DEF.
379    If RECIP_DEF is set, a dominator already has a computation that can
380    be used.
381
382    If should_insert_square_recip is set, then this also inserts
383    the square of the reciprocal immediately after the definition
384    of the reciprocal.  */
385
386 static void
387 insert_reciprocals (gimple_stmt_iterator *def_gsi, struct occurrence *occ,
388                     tree def, tree recip_def, tree square_recip_def,
389                     int should_insert_square_recip, int threshold)
390 {
391   tree type;
392   gassign *new_stmt, *new_square_stmt;
393   gimple_stmt_iterator gsi;
394   struct occurrence *occ_child;
395
396   if (!recip_def
397       && (occ->bb_has_division || !flag_trapping_math)
398       /* Divide by two as all divisions are counted twice in
399          the costing loop.  */
400       && occ->num_divisions / 2 >= threshold)
401     {
402       /* Make a variable with the replacement and substitute it.  */
403       type = TREE_TYPE (def);
404       recip_def = create_tmp_reg (type, "reciptmp");
405       new_stmt = gimple_build_assign (recip_def, RDIV_EXPR,
406                                       build_one_cst (type), def);
407
408       if (should_insert_square_recip)
409         {
410           square_recip_def = create_tmp_reg (type, "powmult_reciptmp");
411           new_square_stmt = gimple_build_assign (square_recip_def, MULT_EXPR,
412                                                  recip_def, recip_def);
413         }
414
415       if (occ->bb_has_division)
416         {
417           /* Case 1: insert before an existing division.  */
418           gsi = gsi_after_labels (occ->bb);
419           while (!gsi_end_p (gsi)
420                  && (!is_division_by (gsi_stmt (gsi), def))
421                  && (!is_division_by_square (gsi_stmt (gsi), def)))
422             gsi_next (&gsi);
423
424           gsi_insert_before (&gsi, new_stmt, GSI_SAME_STMT);
425         }
426       else if (def_gsi && occ->bb == def_gsi->bb)
427         {
428           /* Case 2: insert right after the definition.  Note that this will
429              never happen if the definition statement can throw, because in
430              that case the sole successor of the statement's basic block will
431              dominate all the uses as well.  */
432           gsi = *def_gsi;
433           gsi_insert_after (def_gsi, new_stmt, GSI_NEW_STMT);
434         }
435       else
436         {
437           /* Case 3: insert in a basic block not containing defs/uses.  */
438           gsi = gsi_after_labels (occ->bb);
439           gsi_insert_before (&gsi, new_stmt, GSI_SAME_STMT);
440         }
441
442       /* Regardless of which case the reciprocal as inserted in,
443          we insert the square immediately after the reciprocal.  */
444       if (should_insert_square_recip)
445         gsi_insert_before (&gsi, new_square_stmt, GSI_SAME_STMT);
446
447       reciprocal_stats.rdivs_inserted++;
448
449       occ->recip_def_stmt = new_stmt;
450     }
451
452   occ->recip_def = recip_def;
453   occ->square_recip_def = square_recip_def;
454   for (occ_child = occ->children; occ_child; occ_child = occ_child->next)
455     insert_reciprocals (def_gsi, occ_child, def, recip_def,
456                         square_recip_def, should_insert_square_recip,
457                         threshold);
458 }
459
460 /* Replace occurrences of expr / (x * x) with expr * ((1 / x) * (1 / x)).
461    Take as argument the use for (x * x).  */
462 static inline void
463 replace_reciprocal_squares (use_operand_p use_p)
464 {
465   gimple *use_stmt = USE_STMT (use_p);
466   basic_block bb = gimple_bb (use_stmt);
467   struct occurrence *occ = (struct occurrence *) bb->aux;
468
469   if (optimize_bb_for_speed_p (bb) && occ->square_recip_def
470       && occ->recip_def)
471     {
472       gimple_stmt_iterator gsi = gsi_for_stmt (use_stmt);
473       gimple_assign_set_rhs_code (use_stmt, MULT_EXPR);
474       gimple_assign_set_rhs2 (use_stmt, occ->square_recip_def);
475       SET_USE (use_p, occ->square_recip_def);
476       fold_stmt_inplace (&gsi);
477       update_stmt (use_stmt);
478     }
479 }
480
481
482 /* Replace the division at USE_P with a multiplication by the reciprocal, if
483    possible.  */
484
485 static inline void
486 replace_reciprocal (use_operand_p use_p)
487 {
488   gimple *use_stmt = USE_STMT (use_p);
489   basic_block bb = gimple_bb (use_stmt);
490   struct occurrence *occ = (struct occurrence *) bb->aux;
491
492   if (optimize_bb_for_speed_p (bb)
493       && occ->recip_def && use_stmt != occ->recip_def_stmt)
494     {
495       gimple_stmt_iterator gsi = gsi_for_stmt (use_stmt);
496       gimple_assign_set_rhs_code (use_stmt, MULT_EXPR);
497       SET_USE (use_p, occ->recip_def);
498       fold_stmt_inplace (&gsi);
499       update_stmt (use_stmt);
500     }
501 }
502
503
504 /* Free OCC and return one more "struct occurrence" to be freed.  */
505
506 static struct occurrence *
507 free_bb (struct occurrence *occ)
508 {
509   struct occurrence *child, *next;
510
511   /* First get the two pointers hanging off OCC.  */
512   next = occ->next;
513   child = occ->children;
514   occ->bb->aux = NULL;
515   occ_pool->remove (occ);
516
517   /* Now ensure that we don't recurse unless it is necessary.  */
518   if (!child)
519     return next;
520   else
521     {
522       while (next)
523         next = free_bb (next);
524
525       return child;
526     }
527 }
528
529
530 /* Look for floating-point divisions among DEF's uses, and try to
531    replace them by multiplications with the reciprocal.  Add
532    as many statements computing the reciprocal as needed.
533
534    DEF must be a GIMPLE register of a floating-point type.  */
535
536 static void
537 execute_cse_reciprocals_1 (gimple_stmt_iterator *def_gsi, tree def)
538 {
539   use_operand_p use_p, square_use_p;
540   imm_use_iterator use_iter, square_use_iter;
541   tree square_def;
542   struct occurrence *occ;
543   int count = 0;
544   int threshold;
545   int square_recip_count = 0;
546   int sqrt_recip_count = 0;
547
548   gcc_assert (FLOAT_TYPE_P (TREE_TYPE (def)) && TREE_CODE (def) == SSA_NAME);
549   threshold = targetm.min_divisions_for_recip_mul (TYPE_MODE (TREE_TYPE (def)));
550
551   /* If DEF is a square (x * x), count the number of divisions by x.
552      If there are more divisions by x than by (DEF * DEF), prefer to optimize
553      the reciprocal of x instead of DEF.  This improves cases like:
554        def = x * x
555        t0 = a / def
556        t1 = b / def
557        t2 = c / x
558      Reciprocal optimization of x results in 1 division rather than 2 or 3.  */
559   gimple *def_stmt = SSA_NAME_DEF_STMT (def);
560
561   if (is_gimple_assign (def_stmt)
562       && gimple_assign_rhs_code (def_stmt) == MULT_EXPR
563       && TREE_CODE (gimple_assign_rhs1 (def_stmt)) == SSA_NAME
564       && gimple_assign_rhs1 (def_stmt) == gimple_assign_rhs2 (def_stmt))
565     {
566       tree op0 = gimple_assign_rhs1 (def_stmt);
567
568       FOR_EACH_IMM_USE_FAST (use_p, use_iter, op0)
569         {
570           gimple *use_stmt = USE_STMT (use_p);
571           if (is_division_by (use_stmt, op0))
572             sqrt_recip_count++;
573         }
574     }
575
576   FOR_EACH_IMM_USE_FAST (use_p, use_iter, def)
577     {
578       gimple *use_stmt = USE_STMT (use_p);
579       if (is_division_by (use_stmt, def))
580         {
581           register_division_in (gimple_bb (use_stmt), 2);
582           count++;
583         }
584
585       if (is_square_of (use_stmt, def))
586         {
587           square_def = gimple_assign_lhs (use_stmt);
588           FOR_EACH_IMM_USE_FAST (square_use_p, square_use_iter, square_def)
589             {
590               gimple *square_use_stmt = USE_STMT (square_use_p);
591               if (is_division_by (square_use_stmt, square_def))
592                 {
593                   /* This is executed twice for each division by a square.  */
594                   register_division_in (gimple_bb (square_use_stmt), 1);
595                   square_recip_count++;
596                 }
597             }
598         }
599     }
600
601   /* Square reciprocals were counted twice above.  */
602   square_recip_count /= 2;
603
604   /* If it is more profitable to optimize 1 / x, don't optimize 1 / (x * x).  */
605   if (sqrt_recip_count > square_recip_count)
606     return;
607
608   /* Do the expensive part only if we can hope to optimize something.  */
609   if (count + square_recip_count >= threshold && count >= 1)
610     {
611       gimple *use_stmt;
612       for (occ = occ_head; occ; occ = occ->next)
613         {
614           compute_merit (occ);
615           insert_reciprocals (def_gsi, occ, def, NULL, NULL,
616                               square_recip_count, threshold);
617         }
618
619       FOR_EACH_IMM_USE_STMT (use_stmt, use_iter, def)
620         {
621           if (is_division_by (use_stmt, def))
622             {
623               FOR_EACH_IMM_USE_ON_STMT (use_p, use_iter)
624                 replace_reciprocal (use_p);
625             }
626           else if (square_recip_count > 0 && is_square_of (use_stmt, def))
627             {
628               FOR_EACH_IMM_USE_ON_STMT (use_p, use_iter)
629                 {
630                   /* Find all uses of the square that are divisions and
631                    * replace them by multiplications with the inverse.  */
632                   imm_use_iterator square_iterator;
633                   gimple *powmult_use_stmt = USE_STMT (use_p);
634                   tree powmult_def_name = gimple_assign_lhs (powmult_use_stmt);
635
636                   FOR_EACH_IMM_USE_STMT (powmult_use_stmt,
637                                          square_iterator, powmult_def_name)
638                     FOR_EACH_IMM_USE_ON_STMT (square_use_p, square_iterator)
639                       {
640                         gimple *powmult_use_stmt = USE_STMT (square_use_p);
641                         if (is_division_by (powmult_use_stmt, powmult_def_name))
642                           replace_reciprocal_squares (square_use_p);
643                       }
644                 }
645             }
646         }
647     }
648
649   for (occ = occ_head; occ; )
650     occ = free_bb (occ);
651
652   occ_head = NULL;
653 }
654
655 /* Return an internal function that implements the reciprocal of CALL,
656    or IFN_LAST if there is no such function that the target supports.  */
657
658 internal_fn
659 internal_fn_reciprocal (gcall *call)
660 {
661   internal_fn ifn;
662
663   switch (gimple_call_combined_fn (call))
664     {
665     CASE_CFN_SQRT:
666     CASE_CFN_SQRT_FN:
667       ifn = IFN_RSQRT;
668       break;
669
670     default:
671       return IFN_LAST;
672     }
673
674   tree_pair types = direct_internal_fn_types (ifn, call);
675   if (!direct_internal_fn_supported_p (ifn, types, OPTIMIZE_FOR_SPEED))
676     return IFN_LAST;
677
678   return ifn;
679 }
680
681 /* Go through all the floating-point SSA_NAMEs, and call
682    execute_cse_reciprocals_1 on each of them.  */
683 namespace {
684
685 const pass_data pass_data_cse_reciprocals =
686 {
687   GIMPLE_PASS, /* type */
688   "recip", /* name */
689   OPTGROUP_NONE, /* optinfo_flags */
690   TV_TREE_RECIP, /* tv_id */
691   PROP_ssa, /* properties_required */
692   0, /* properties_provided */
693   0, /* properties_destroyed */
694   0, /* todo_flags_start */
695   TODO_update_ssa, /* todo_flags_finish */
696 };
697
698 class pass_cse_reciprocals : public gimple_opt_pass
699 {
700 public:
701   pass_cse_reciprocals (gcc::context *ctxt)
702     : gimple_opt_pass (pass_data_cse_reciprocals, ctxt)
703   {}
704
705   /* opt_pass methods: */
706   virtual bool gate (function *) { return optimize && flag_reciprocal_math; }
707   virtual unsigned int execute (function *);
708
709 }; // class pass_cse_reciprocals
710
711 unsigned int
712 pass_cse_reciprocals::execute (function *fun)
713 {
714   basic_block bb;
715   tree arg;
716
717   occ_pool = new object_allocator<occurrence> ("dominators for recip");
718
719   memset (&reciprocal_stats, 0, sizeof (reciprocal_stats));
720   calculate_dominance_info (CDI_DOMINATORS);
721   calculate_dominance_info (CDI_POST_DOMINATORS);
722
723   if (flag_checking)
724     FOR_EACH_BB_FN (bb, fun)
725       gcc_assert (!bb->aux);
726
727   for (arg = DECL_ARGUMENTS (fun->decl); arg; arg = DECL_CHAIN (arg))
728     if (FLOAT_TYPE_P (TREE_TYPE (arg))
729         && is_gimple_reg (arg))
730       {
731         tree name = ssa_default_def (fun, arg);
732         if (name)
733           execute_cse_reciprocals_1 (NULL, name);
734       }
735
736   FOR_EACH_BB_FN (bb, fun)
737     {
738       tree def;
739
740       for (gphi_iterator gsi = gsi_start_phis (bb); !gsi_end_p (gsi);
741            gsi_next (&gsi))
742         {
743           gphi *phi = gsi.phi ();
744           def = PHI_RESULT (phi);
745           if (! virtual_operand_p (def)
746               && FLOAT_TYPE_P (TREE_TYPE (def)))
747             execute_cse_reciprocals_1 (NULL, def);
748         }
749
750       for (gimple_stmt_iterator gsi = gsi_after_labels (bb); !gsi_end_p (gsi);
751            gsi_next (&gsi))
752         {
753           gimple *stmt = gsi_stmt (gsi);
754
755           if (gimple_has_lhs (stmt)
756               && (def = SINGLE_SSA_TREE_OPERAND (stmt, SSA_OP_DEF)) != NULL
757               && FLOAT_TYPE_P (TREE_TYPE (def))
758               && TREE_CODE (def) == SSA_NAME)
759             execute_cse_reciprocals_1 (&gsi, def);
760         }
761
762       if (optimize_bb_for_size_p (bb))
763         continue;
764
765       /* Scan for a/func(b) and convert it to reciprocal a*rfunc(b).  */
766       for (gimple_stmt_iterator gsi = gsi_after_labels (bb); !gsi_end_p (gsi);
767            gsi_next (&gsi))
768         {
769           gimple *stmt = gsi_stmt (gsi);
770
771           if (is_gimple_assign (stmt)
772               && gimple_assign_rhs_code (stmt) == RDIV_EXPR)
773             {
774               tree arg1 = gimple_assign_rhs2 (stmt);
775               gimple *stmt1;
776
777               if (TREE_CODE (arg1) != SSA_NAME)
778                 continue;
779
780               stmt1 = SSA_NAME_DEF_STMT (arg1);
781
782               if (is_gimple_call (stmt1)
783                   && gimple_call_lhs (stmt1))
784                 {
785                   bool fail;
786                   imm_use_iterator ui;
787                   use_operand_p use_p;
788                   tree fndecl = NULL_TREE;
789
790                   gcall *call = as_a <gcall *> (stmt1);
791                   internal_fn ifn = internal_fn_reciprocal (call);
792                   if (ifn == IFN_LAST)
793                     {
794                       fndecl = gimple_call_fndecl (call);
795                       if (!fndecl
796                           || DECL_BUILT_IN_CLASS (fndecl) != BUILT_IN_MD)
797                         continue;
798                       fndecl = targetm.builtin_reciprocal (fndecl);
799                       if (!fndecl)
800                         continue;
801                     }
802
803                   /* Check that all uses of the SSA name are divisions,
804                      otherwise replacing the defining statement will do
805                      the wrong thing.  */
806                   fail = false;
807                   FOR_EACH_IMM_USE_FAST (use_p, ui, arg1)
808                     {
809                       gimple *stmt2 = USE_STMT (use_p);
810                       if (is_gimple_debug (stmt2))
811                         continue;
812                       if (!is_gimple_assign (stmt2)
813                           || gimple_assign_rhs_code (stmt2) != RDIV_EXPR
814                           || gimple_assign_rhs1 (stmt2) == arg1
815                           || gimple_assign_rhs2 (stmt2) != arg1)
816                         {
817                           fail = true;
818                           break;
819                         }
820                     }
821                   if (fail)
822                     continue;
823
824                   gimple_replace_ssa_lhs (call, arg1);
825                   if (gimple_call_internal_p (call) != (ifn != IFN_LAST))
826                     {
827                       auto_vec<tree, 4> args;
828                       for (unsigned int i = 0;
829                            i < gimple_call_num_args (call); i++)
830                         args.safe_push (gimple_call_arg (call, i));
831                       gcall *stmt2;
832                       if (ifn == IFN_LAST)
833                         stmt2 = gimple_build_call_vec (fndecl, args);
834                       else
835                         stmt2 = gimple_build_call_internal_vec (ifn, args);
836                       gimple_call_set_lhs (stmt2, arg1);
837                       if (gimple_vdef (call))
838                         {
839                           gimple_set_vdef (stmt2, gimple_vdef (call));
840                           SSA_NAME_DEF_STMT (gimple_vdef (stmt2)) = stmt2;
841                         }
842                       gimple_call_set_nothrow (stmt2,
843                                                gimple_call_nothrow_p (call));
844                       gimple_set_vuse (stmt2, gimple_vuse (call));
845                       gimple_stmt_iterator gsi2 = gsi_for_stmt (call);
846                       gsi_replace (&gsi2, stmt2, true);
847                     }
848                   else
849                     {
850                       if (ifn == IFN_LAST)
851                         gimple_call_set_fndecl (call, fndecl);
852                       else
853                         gimple_call_set_internal_fn (call, ifn);
854                       update_stmt (call);
855                     }
856                   reciprocal_stats.rfuncs_inserted++;
857
858                   FOR_EACH_IMM_USE_STMT (stmt, ui, arg1)
859                     {
860                       gimple_stmt_iterator gsi = gsi_for_stmt (stmt);
861                       gimple_assign_set_rhs_code (stmt, MULT_EXPR);
862                       fold_stmt_inplace (&gsi);
863                       update_stmt (stmt);
864                     }
865                 }
866             }
867         }
868     }
869
870   statistics_counter_event (fun, "reciprocal divs inserted",
871                             reciprocal_stats.rdivs_inserted);
872   statistics_counter_event (fun, "reciprocal functions inserted",
873                             reciprocal_stats.rfuncs_inserted);
874
875   free_dominance_info (CDI_DOMINATORS);
876   free_dominance_info (CDI_POST_DOMINATORS);
877   delete occ_pool;
878   return 0;
879 }
880
881 } // anon namespace
882
883 gimple_opt_pass *
884 make_pass_cse_reciprocals (gcc::context *ctxt)
885 {
886   return new pass_cse_reciprocals (ctxt);
887 }
888
889 /* Records an occurrence at statement USE_STMT in the vector of trees
890    STMTS if it is dominated by *TOP_BB or dominates it or this basic block
891    is not yet initialized.  Returns true if the occurrence was pushed on
892    the vector.  Adjusts *TOP_BB to be the basic block dominating all
893    statements in the vector.  */
894
895 static bool
896 maybe_record_sincos (vec<gimple *> *stmts,
897                      basic_block *top_bb, gimple *use_stmt)
898 {
899   basic_block use_bb = gimple_bb (use_stmt);
900   if (*top_bb
901       && (*top_bb == use_bb
902           || dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, use_bb, *top_bb)))
903     stmts->safe_push (use_stmt);
904   else if (!*top_bb
905            || dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, *top_bb, use_bb))
906     {
907       stmts->safe_push (use_stmt);
908       *top_bb = use_bb;
909     }
910   else
911     return false;
912
913   return true;
914 }
915
916 /* Look for sin, cos and cexpi calls with the same argument NAME and
917    create a single call to cexpi CSEing the result in this case.
918    We first walk over all immediate uses of the argument collecting
919    statements that we can CSE in a vector and in a second pass replace
920    the statement rhs with a REALPART or IMAGPART expression on the
921    result of the cexpi call we insert before the use statement that
922    dominates all other candidates.  */
923
924 static bool
925 execute_cse_sincos_1 (tree name)
926 {
927   gimple_stmt_iterator gsi;
928   imm_use_iterator use_iter;
929   tree fndecl, res, type;
930   gimple *def_stmt, *use_stmt, *stmt;
931   int seen_cos = 0, seen_sin = 0, seen_cexpi = 0;
932   auto_vec<gimple *> stmts;
933   basic_block top_bb = NULL;
934   int i;
935   bool cfg_changed = false;
936
937   type = TREE_TYPE (name);
938   FOR_EACH_IMM_USE_STMT (use_stmt, use_iter, name)
939     {
940       if (gimple_code (use_stmt) != GIMPLE_CALL
941           || !gimple_call_lhs (use_stmt))
942         continue;
943
944       switch (gimple_call_combined_fn (use_stmt))
945         {
946         CASE_CFN_COS:
947           seen_cos |= maybe_record_sincos (&stmts, &top_bb, use_stmt) ? 1 : 0;
948           break;
949
950         CASE_CFN_SIN:
951           seen_sin |= maybe_record_sincos (&stmts, &top_bb, use_stmt) ? 1 : 0;
952           break;
953
954         CASE_CFN_CEXPI:
955           seen_cexpi |= maybe_record_sincos (&stmts, &top_bb, use_stmt) ? 1 : 0;
956           break;
957
958         default:;
959         }
960     }
961
962   if (seen_cos + seen_sin + seen_cexpi <= 1)
963     return false;
964
965   /* Simply insert cexpi at the beginning of top_bb but not earlier than
966      the name def statement.  */
967   fndecl = mathfn_built_in (type, BUILT_IN_CEXPI);
968   if (!fndecl)
969     return false;
970   stmt = gimple_build_call (fndecl, 1, name);
971   res = make_temp_ssa_name (TREE_TYPE (TREE_TYPE (fndecl)), stmt, "sincostmp");
972   gimple_call_set_lhs (stmt, res);
973
974   def_stmt = SSA_NAME_DEF_STMT (name);
975   if (!SSA_NAME_IS_DEFAULT_DEF (name)
976       && gimple_code (def_stmt) != GIMPLE_PHI
977       && gimple_bb (def_stmt) == top_bb)
978     {
979       gsi = gsi_for_stmt (def_stmt);
980       gsi_insert_after (&gsi, stmt, GSI_SAME_STMT);
981     }
982   else
983     {
984       gsi = gsi_after_labels (top_bb);
985       gsi_insert_before (&gsi, stmt, GSI_SAME_STMT);
986     }
987   sincos_stats.inserted++;
988
989   /* And adjust the recorded old call sites.  */
990   for (i = 0; stmts.iterate (i, &use_stmt); ++i)
991     {
992       tree rhs = NULL;
993
994       switch (gimple_call_combined_fn (use_stmt))
995         {
996         CASE_CFN_COS:
997           rhs = fold_build1 (REALPART_EXPR, type, res);
998           break;
999
1000         CASE_CFN_SIN:
1001           rhs = fold_build1 (IMAGPART_EXPR, type, res);
1002           break;
1003
1004         CASE_CFN_CEXPI:
1005           rhs = res;
1006           break;
1007
1008         default:;
1009           gcc_unreachable ();
1010         }
1011
1012         /* Replace call with a copy.  */
1013         stmt = gimple_build_assign (gimple_call_lhs (use_stmt), rhs);
1014
1015         gsi = gsi_for_stmt (use_stmt);
1016         gsi_replace (&gsi, stmt, true);
1017         if (gimple_purge_dead_eh_edges (gimple_bb (stmt)))
1018           cfg_changed = true;
1019     }
1020
1021   return cfg_changed;
1022 }
1023
1024 /* To evaluate powi(x,n), the floating point value x raised to the
1025    constant integer exponent n, we use a hybrid algorithm that
1026    combines the "window method" with look-up tables.  For an
1027    introduction to exponentiation algorithms and "addition chains",
1028    see section 4.6.3, "Evaluation of Powers" of Donald E. Knuth,
1029    "Seminumerical Algorithms", Vol. 2, "The Art of Computer Programming",
1030    3rd Edition, 1998, and Daniel M. Gordon, "A Survey of Fast Exponentiation
1031    Methods", Journal of Algorithms, Vol. 27, pp. 129-146, 1998.  */
1032
1033 /* Provide a default value for POWI_MAX_MULTS, the maximum number of
1034    multiplications to inline before calling the system library's pow
1035    function.  powi(x,n) requires at worst 2*bits(n)-2 multiplications,
1036    so this default never requires calling pow, powf or powl.  */
1037
1038 #ifndef POWI_MAX_MULTS
1039 #define POWI_MAX_MULTS  (2*HOST_BITS_PER_WIDE_INT-2)
1040 #endif
1041
1042 /* The size of the "optimal power tree" lookup table.  All
1043    exponents less than this value are simply looked up in the
1044    powi_table below.  This threshold is also used to size the
1045    cache of pseudo registers that hold intermediate results.  */
1046 #define POWI_TABLE_SIZE 256
1047
1048 /* The size, in bits of the window, used in the "window method"
1049    exponentiation algorithm.  This is equivalent to a radix of
1050    (1<<POWI_WINDOW_SIZE) in the corresponding "m-ary method".  */
1051 #define POWI_WINDOW_SIZE 3
1052
1053 /* The following table is an efficient representation of an
1054    "optimal power tree".  For each value, i, the corresponding
1055    value, j, in the table states than an optimal evaluation
1056    sequence for calculating pow(x,i) can be found by evaluating
1057    pow(x,j)*pow(x,i-j).  An optimal power tree for the first
1058    100 integers is given in Knuth's "Seminumerical algorithms".  */
1059
1060 static const unsigned char powi_table[POWI_TABLE_SIZE] =
1061   {
1062       0,   1,   1,   2,   2,   3,   3,   4,  /*   0 -   7 */
1063       4,   6,   5,   6,   6,  10,   7,   9,  /*   8 -  15 */
1064       8,  16,   9,  16,  10,  12,  11,  13,  /*  16 -  23 */
1065      12,  17,  13,  18,  14,  24,  15,  26,  /*  24 -  31 */
1066      16,  17,  17,  19,  18,  33,  19,  26,  /*  32 -  39 */
1067      20,  25,  21,  40,  22,  27,  23,  44,  /*  40 -  47 */
1068      24,  32,  25,  34,  26,  29,  27,  44,  /*  48 -  55 */
1069      28,  31,  29,  34,  30,  60,  31,  36,  /*  56 -  63 */
1070      32,  64,  33,  34,  34,  46,  35,  37,  /*  64 -  71 */
1071      36,  65,  37,  50,  38,  48,  39,  69,  /*  72 -  79 */
1072      40,  49,  41,  43,  42,  51,  43,  58,  /*  80 -  87 */
1073      44,  64,  45,  47,  46,  59,  47,  76,  /*  88 -  95 */
1074      48,  65,  49,  66,  50,  67,  51,  66,  /*  96 - 103 */
1075      52,  70,  53,  74,  54, 104,  55,  74,  /* 104 - 111 */
1076      56,  64,  57,  69,  58,  78,  59,  68,  /* 112 - 119 */
1077      60,  61,  61,  80,  62,  75,  63,  68,  /* 120 - 127 */
1078      64,  65,  65, 128,  66, 129,  67,  90,  /* 128 - 135 */
1079      68,  73,  69, 131,  70,  94,  71,  88,  /* 136 - 143 */
1080      72, 128,  73,  98,  74, 132,  75, 121,  /* 144 - 151 */
1081      76, 102,  77, 124,  78, 132,  79, 106,  /* 152 - 159 */
1082      80,  97,  81, 160,  82,  99,  83, 134,  /* 160 - 167 */
1083      84,  86,  85,  95,  86, 160,  87, 100,  /* 168 - 175 */
1084      88, 113,  89,  98,  90, 107,  91, 122,  /* 176 - 183 */
1085      92, 111,  93, 102,  94, 126,  95, 150,  /* 184 - 191 */
1086      96, 128,  97, 130,  98, 133,  99, 195,  /* 192 - 199 */
1087     100, 128, 101, 123, 102, 164, 103, 138,  /* 200 - 207 */
1088     104, 145, 105, 146, 106, 109, 107, 149,  /* 208 - 215 */
1089     108, 200, 109, 146, 110, 170, 111, 157,  /* 216 - 223 */
1090     112, 128, 113, 130, 114, 182, 115, 132,  /* 224 - 231 */
1091     116, 200, 117, 132, 118, 158, 119, 206,  /* 232 - 239 */
1092     120, 240, 121, 162, 122, 147, 123, 152,  /* 240 - 247 */
1093     124, 166, 125, 214, 126, 138, 127, 153,  /* 248 - 255 */
1094   };
1095
1096
1097 /* Return the number of multiplications required to calculate
1098    powi(x,n) where n is less than POWI_TABLE_SIZE.  This is a
1099    subroutine of powi_cost.  CACHE is an array indicating
1100    which exponents have already been calculated.  */
1101
1102 static int
1103 powi_lookup_cost (unsigned HOST_WIDE_INT n, bool *cache)
1104 {
1105   /* If we've already calculated this exponent, then this evaluation
1106      doesn't require any additional multiplications.  */
1107   if (cache[n])
1108     return 0;
1109
1110   cache[n] = true;
1111   return powi_lookup_cost (n - powi_table[n], cache)
1112          + powi_lookup_cost (powi_table[n], cache) + 1;
1113 }
1114
1115 /* Return the number of multiplications required to calculate
1116    powi(x,n) for an arbitrary x, given the exponent N.  This
1117    function needs to be kept in sync with powi_as_mults below.  */
1118
1119 static int
1120 powi_cost (HOST_WIDE_INT n)
1121 {
1122   bool cache[POWI_TABLE_SIZE];
1123   unsigned HOST_WIDE_INT digit;
1124   unsigned HOST_WIDE_INT val;
1125   int result;
1126
1127   if (n == 0)
1128     return 0;
1129
1130   /* Ignore the reciprocal when calculating the cost.  */
1131   val = (n < 0) ? -n : n;
1132
1133   /* Initialize the exponent cache.  */
1134   memset (cache, 0, POWI_TABLE_SIZE * sizeof (bool));
1135   cache[1] = true;
1136
1137   result = 0;
1138
1139   while (val >= POWI_TABLE_SIZE)
1140     {
1141       if (val & 1)
1142         {
1143           digit = val & ((1 << POWI_WINDOW_SIZE) - 1);
1144           result += powi_lookup_cost (digit, cache)
1145                     + POWI_WINDOW_SIZE + 1;
1146           val >>= POWI_WINDOW_SIZE;
1147         }
1148       else
1149         {
1150           val >>= 1;
1151           result++;
1152         }
1153     }
1154
1155   return result + powi_lookup_cost (val, cache);
1156 }
1157
1158 /* Recursive subroutine of powi_as_mults.  This function takes the
1159    array, CACHE, of already calculated exponents and an exponent N and
1160    returns a tree that corresponds to CACHE[1]**N, with type TYPE.  */
1161
1162 static tree
1163 powi_as_mults_1 (gimple_stmt_iterator *gsi, location_t loc, tree type,
1164                  HOST_WIDE_INT n, tree *cache)
1165 {
1166   tree op0, op1, ssa_target;
1167   unsigned HOST_WIDE_INT digit;
1168   gassign *mult_stmt;
1169
1170   if (n < POWI_TABLE_SIZE && cache[n])
1171     return cache[n];
1172
1173   ssa_target = make_temp_ssa_name (type, NULL, "powmult");
1174
1175   if (n < POWI_TABLE_SIZE)
1176     {
1177       cache[n] = ssa_target;
1178       op0 = powi_as_mults_1 (gsi, loc, type, n - powi_table[n], cache);
1179       op1 = powi_as_mults_1 (gsi, loc, type, powi_table[n], cache);
1180     }
1181   else if (n & 1)
1182     {
1183       digit = n & ((1 << POWI_WINDOW_SIZE) - 1);
1184       op0 = powi_as_mults_1 (gsi, loc, type, n - digit, cache);
1185       op1 = powi_as_mults_1 (gsi, loc, type, digit, cache);
1186     }
1187   else
1188     {
1189       op0 = powi_as_mults_1 (gsi, loc, type, n >> 1, cache);
1190       op1 = op0;
1191     }
1192
1193   mult_stmt = gimple_build_assign (ssa_target, MULT_EXPR, op0, op1);
1194   gimple_set_location (mult_stmt, loc);
1195   gsi_insert_before (gsi, mult_stmt, GSI_SAME_STMT);
1196
1197   return ssa_target;
1198 }
1199
1200 /* Convert ARG0**N to a tree of multiplications of ARG0 with itself.
1201    This function needs to be kept in sync with powi_cost above.  */
1202
1203 static tree
1204 powi_as_mults (gimple_stmt_iterator *gsi, location_t loc,
1205                tree arg0, HOST_WIDE_INT n)
1206 {
1207   tree cache[POWI_TABLE_SIZE], result, type = TREE_TYPE (arg0);
1208   gassign *div_stmt;
1209   tree target;
1210
1211   if (n == 0)
1212     return build_real (type, dconst1);
1213
1214   memset (cache, 0,  sizeof (cache));
1215   cache[1] = arg0;
1216
1217   result = powi_as_mults_1 (gsi, loc, type, (n < 0) ? -n : n, cache);
1218   if (n >= 0)
1219     return result;
1220
1221   /* If the original exponent was negative, reciprocate the result.  */
1222   target = make_temp_ssa_name (type, NULL, "powmult");
1223   div_stmt = gimple_build_assign (target, RDIV_EXPR,
1224                                   build_real (type, dconst1), result);
1225   gimple_set_location (div_stmt, loc);
1226   gsi_insert_before (gsi, div_stmt, GSI_SAME_STMT);
1227
1228   return target;
1229 }
1230
1231 /* ARG0 and N are the two arguments to a powi builtin in GSI with
1232    location info LOC.  If the arguments are appropriate, create an
1233    equivalent sequence of statements prior to GSI using an optimal
1234    number of multiplications, and return an expession holding the
1235    result.  */
1236
1237 static tree
1238 gimple_expand_builtin_powi (gimple_stmt_iterator *gsi, location_t loc, 
1239                             tree arg0, HOST_WIDE_INT n)
1240 {
1241   /* Avoid largest negative number.  */
1242   if (n != -n
1243       && ((n >= -1 && n <= 2)
1244           || (optimize_function_for_speed_p (cfun)
1245               && powi_cost (n) <= POWI_MAX_MULTS)))
1246     return powi_as_mults (gsi, loc, arg0, n);
1247
1248   return NULL_TREE;
1249 }
1250
1251 /* Build a gimple call statement that calls FN with argument ARG.
1252    Set the lhs of the call statement to a fresh SSA name.  Insert the
1253    statement prior to GSI's current position, and return the fresh
1254    SSA name.  */
1255
1256 static tree
1257 build_and_insert_call (gimple_stmt_iterator *gsi, location_t loc,
1258                        tree fn, tree arg)
1259 {
1260   gcall *call_stmt;
1261   tree ssa_target;
1262
1263   call_stmt = gimple_build_call (fn, 1, arg);
1264   ssa_target = make_temp_ssa_name (TREE_TYPE (arg), NULL, "powroot");
1265   gimple_set_lhs (call_stmt, ssa_target);
1266   gimple_set_location (call_stmt, loc);
1267   gsi_insert_before (gsi, call_stmt, GSI_SAME_STMT);
1268
1269   return ssa_target;
1270 }
1271
1272 /* Build a gimple binary operation with the given CODE and arguments
1273    ARG0, ARG1, assigning the result to a new SSA name for variable
1274    TARGET.  Insert the statement prior to GSI's current position, and
1275    return the fresh SSA name.*/
1276
1277 static tree
1278 build_and_insert_binop (gimple_stmt_iterator *gsi, location_t loc,
1279                         const char *name, enum tree_code code,
1280                         tree arg0, tree arg1)
1281 {
1282   tree result = make_temp_ssa_name (TREE_TYPE (arg0), NULL, name);
1283   gassign *stmt = gimple_build_assign (result, code, arg0, arg1);
1284   gimple_set_location (stmt, loc);
1285   gsi_insert_before (gsi, stmt, GSI_SAME_STMT);
1286   return result;
1287 }
1288
1289 /* Build a gimple reference operation with the given CODE and argument
1290    ARG, assigning the result to a new SSA name of TYPE with NAME.
1291    Insert the statement prior to GSI's current position, and return
1292    the fresh SSA name.  */
1293
1294 static inline tree
1295 build_and_insert_ref (gimple_stmt_iterator *gsi, location_t loc, tree type,
1296                       const char *name, enum tree_code code, tree arg0)
1297 {
1298   tree result = make_temp_ssa_name (type, NULL, name);
1299   gimple *stmt = gimple_build_assign (result, build1 (code, type, arg0));
1300   gimple_set_location (stmt, loc);
1301   gsi_insert_before (gsi, stmt, GSI_SAME_STMT);
1302   return result;
1303 }
1304
1305 /* Build a gimple assignment to cast VAL to TYPE.  Insert the statement
1306    prior to GSI's current position, and return the fresh SSA name.  */
1307
1308 static tree
1309 build_and_insert_cast (gimple_stmt_iterator *gsi, location_t loc,
1310                        tree type, tree val)
1311 {
1312   tree result = make_ssa_name (type);
1313   gassign *stmt = gimple_build_assign (result, NOP_EXPR, val);
1314   gimple_set_location (stmt, loc);
1315   gsi_insert_before (gsi, stmt, GSI_SAME_STMT);
1316   return result;
1317 }
1318
1319 struct pow_synth_sqrt_info
1320 {
1321   bool *factors;
1322   unsigned int deepest;
1323   unsigned int num_mults;
1324 };
1325
1326 /* Return true iff the real value C can be represented as a
1327    sum of powers of 0.5 up to N.  That is:
1328    C == SUM<i from 1..N> (a[i]*(0.5**i)) where a[i] is either 0 or 1.
1329    Record in INFO the various parameters of the synthesis algorithm such
1330    as the factors a[i], the maximum 0.5 power and the number of
1331    multiplications that will be required.  */
1332
1333 bool
1334 representable_as_half_series_p (REAL_VALUE_TYPE c, unsigned n,
1335                                  struct pow_synth_sqrt_info *info)
1336 {
1337   REAL_VALUE_TYPE factor = dconsthalf;
1338   REAL_VALUE_TYPE remainder = c;
1339
1340   info->deepest = 0;
1341   info->num_mults = 0;
1342   memset (info->factors, 0, n * sizeof (bool));
1343
1344   for (unsigned i = 0; i < n; i++)
1345     {
1346       REAL_VALUE_TYPE res;
1347
1348       /* If something inexact happened bail out now.  */
1349       if (real_arithmetic (&res, MINUS_EXPR, &remainder, &factor))
1350         return false;
1351
1352       /* We have hit zero.  The number is representable as a sum
1353          of powers of 0.5.  */
1354       if (real_equal (&res, &dconst0))
1355         {
1356           info->factors[i] = true;
1357           info->deepest = i + 1;
1358           return true;
1359         }
1360       else if (!REAL_VALUE_NEGATIVE (res))
1361         {
1362           remainder = res;
1363           info->factors[i] = true;
1364           info->num_mults++;
1365         }
1366       else
1367         info->factors[i] = false;
1368
1369       real_arithmetic (&factor, MULT_EXPR, &factor, &dconsthalf);
1370     }
1371   return false;
1372 }
1373
1374 /* Return the tree corresponding to FN being applied
1375    to ARG N times at GSI and LOC.
1376    Look up previous results from CACHE if need be.
1377    cache[0] should contain just plain ARG i.e. FN applied to ARG 0 times.  */
1378
1379 static tree
1380 get_fn_chain (tree arg, unsigned int n, gimple_stmt_iterator *gsi,
1381               tree fn, location_t loc, tree *cache)
1382 {
1383   tree res = cache[n];
1384   if (!res)
1385     {
1386       tree prev = get_fn_chain (arg, n - 1, gsi, fn, loc, cache);
1387       res = build_and_insert_call (gsi, loc, fn, prev);
1388       cache[n] = res;
1389     }
1390
1391   return res;
1392 }
1393
1394 /* Print to STREAM the repeated application of function FNAME to ARG
1395    N times.  So, for FNAME = "foo", ARG = "x", N = 2 it would print:
1396    "foo (foo (x))".  */
1397
1398 static void
1399 print_nested_fn (FILE* stream, const char *fname, const char* arg,
1400                  unsigned int n)
1401 {
1402   if (n == 0)
1403     fprintf (stream, "%s", arg);
1404   else
1405     {
1406       fprintf (stream, "%s (", fname);
1407       print_nested_fn (stream, fname, arg, n - 1);
1408       fprintf (stream, ")");
1409     }
1410 }
1411
1412 /* Print to STREAM the fractional sequence of sqrt chains
1413    applied to ARG, described by INFO.  Used for the dump file.  */
1414
1415 static void
1416 dump_fractional_sqrt_sequence (FILE *stream, const char *arg,
1417                                 struct pow_synth_sqrt_info *info)
1418 {
1419   for (unsigned int i = 0; i < info->deepest; i++)
1420     {
1421       bool is_set = info->factors[i];
1422       if (is_set)
1423         {
1424           print_nested_fn (stream, "sqrt", arg, i + 1);
1425           if (i != info->deepest - 1)
1426             fprintf (stream, " * ");
1427         }
1428     }
1429 }
1430
1431 /* Print to STREAM a representation of raising ARG to an integer
1432    power N.  Used for the dump file.  */
1433
1434 static void
1435 dump_integer_part (FILE *stream, const char* arg, HOST_WIDE_INT n)
1436 {
1437   if (n > 1)
1438     fprintf (stream, "powi (%s, " HOST_WIDE_INT_PRINT_DEC ")", arg, n);
1439   else if (n == 1)
1440     fprintf (stream, "%s", arg);
1441 }
1442
1443 /* Attempt to synthesize a POW[F] (ARG0, ARG1) call using chains of
1444    square roots.  Place at GSI and LOC.  Limit the maximum depth
1445    of the sqrt chains to MAX_DEPTH.  Return the tree holding the
1446    result of the expanded sequence or NULL_TREE if the expansion failed.
1447
1448    This routine assumes that ARG1 is a real number with a fractional part
1449    (the integer exponent case will have been handled earlier in
1450    gimple_expand_builtin_pow).
1451
1452    For ARG1 > 0.0:
1453    * For ARG1 composed of a whole part WHOLE_PART and a fractional part
1454      FRAC_PART i.e. WHOLE_PART == floor (ARG1) and
1455                     FRAC_PART == ARG1 - WHOLE_PART:
1456      Produce POWI (ARG0, WHOLE_PART) * POW (ARG0, FRAC_PART) where
1457      POW (ARG0, FRAC_PART) is expanded as a product of square root chains
1458      if it can be expressed as such, that is if FRAC_PART satisfies:
1459      FRAC_PART == <SUM from i = 1 until MAX_DEPTH> (a[i] * (0.5**i))
1460      where integer a[i] is either 0 or 1.
1461
1462      Example:
1463      POW (x, 3.625) == POWI (x, 3) * POW (x, 0.625)
1464        --> POWI (x, 3) * SQRT (x) * SQRT (SQRT (SQRT (x)))
1465
1466    For ARG1 < 0.0 there are two approaches:
1467    * (A) Expand to 1.0 / POW (ARG0, -ARG1) where POW (ARG0, -ARG1)
1468          is calculated as above.
1469
1470      Example:
1471      POW (x, -5.625) == 1.0 / POW (x, 5.625)
1472        -->  1.0 / (POWI (x, 5) * SQRT (x) * SQRT (SQRT (SQRT (x))))
1473
1474    * (B) : WHOLE_PART := - ceil (abs (ARG1))
1475            FRAC_PART  := ARG1 - WHOLE_PART
1476      and expand to POW (x, FRAC_PART) / POWI (x, WHOLE_PART).
1477      Example:
1478      POW (x, -5.875) == POW (x, 0.125) / POWI (X, 6)
1479        --> SQRT (SQRT (SQRT (x))) / (POWI (x, 6))
1480
1481    For ARG1 < 0.0 we choose between (A) and (B) depending on
1482    how many multiplications we'd have to do.
1483    So, for the example in (B): POW (x, -5.875), if we were to
1484    follow algorithm (A) we would produce:
1485    1.0 / POWI (X, 5) * SQRT (X) * SQRT (SQRT (X)) * SQRT (SQRT (SQRT (X)))
1486    which contains more multiplications than approach (B).
1487
1488    Hopefully, this approach will eliminate potentially expensive POW library
1489    calls when unsafe floating point math is enabled and allow the compiler to
1490    further optimise the multiplies, square roots and divides produced by this
1491    function.  */
1492
1493 static tree
1494 expand_pow_as_sqrts (gimple_stmt_iterator *gsi, location_t loc,
1495                      tree arg0, tree arg1, HOST_WIDE_INT max_depth)
1496 {
1497   tree type = TREE_TYPE (arg0);
1498   machine_mode mode = TYPE_MODE (type);
1499   tree sqrtfn = mathfn_built_in (type, BUILT_IN_SQRT);
1500   bool one_over = true;
1501
1502   if (!sqrtfn)
1503     return NULL_TREE;
1504
1505   if (TREE_CODE (arg1) != REAL_CST)
1506     return NULL_TREE;
1507
1508   REAL_VALUE_TYPE exp_init = TREE_REAL_CST (arg1);
1509
1510   gcc_assert (max_depth > 0);
1511   tree *cache = XALLOCAVEC (tree, max_depth + 1);
1512
1513   struct pow_synth_sqrt_info synth_info;
1514   synth_info.factors = XALLOCAVEC (bool, max_depth + 1);
1515   synth_info.deepest = 0;
1516   synth_info.num_mults = 0;
1517
1518   bool neg_exp = REAL_VALUE_NEGATIVE (exp_init);
1519   REAL_VALUE_TYPE exp = real_value_abs (&exp_init);
1520
1521   /* The whole and fractional parts of exp.  */
1522   REAL_VALUE_TYPE whole_part;
1523   REAL_VALUE_TYPE frac_part;
1524
1525   real_floor (&whole_part, mode, &exp);
1526   real_arithmetic (&frac_part, MINUS_EXPR, &exp, &whole_part);
1527
1528
1529   REAL_VALUE_TYPE ceil_whole = dconst0;
1530   REAL_VALUE_TYPE ceil_fract = dconst0;
1531
1532   if (neg_exp)
1533     {
1534       real_ceil (&ceil_whole, mode, &exp);
1535       real_arithmetic (&ceil_fract, MINUS_EXPR, &ceil_whole, &exp);
1536     }
1537
1538   if (!representable_as_half_series_p (frac_part, max_depth, &synth_info))
1539     return NULL_TREE;
1540
1541   /* Check whether it's more profitable to not use 1.0 / ...  */
1542   if (neg_exp)
1543     {
1544       struct pow_synth_sqrt_info alt_synth_info;
1545       alt_synth_info.factors = XALLOCAVEC (bool, max_depth + 1);
1546       alt_synth_info.deepest = 0;
1547       alt_synth_info.num_mults = 0;
1548
1549       if (representable_as_half_series_p (ceil_fract, max_depth,
1550                                            &alt_synth_info)
1551           && alt_synth_info.deepest <= synth_info.deepest
1552           && alt_synth_info.num_mults < synth_info.num_mults)
1553         {
1554           whole_part = ceil_whole;
1555           frac_part = ceil_fract;
1556           synth_info.deepest = alt_synth_info.deepest;
1557           synth_info.num_mults = alt_synth_info.num_mults;
1558           memcpy (synth_info.factors, alt_synth_info.factors,
1559                   (max_depth + 1) * sizeof (bool));
1560           one_over = false;
1561         }
1562     }
1563
1564   HOST_WIDE_INT n = real_to_integer (&whole_part);
1565   REAL_VALUE_TYPE cint;
1566   real_from_integer (&cint, VOIDmode, n, SIGNED);
1567
1568   if (!real_identical (&whole_part, &cint))
1569     return NULL_TREE;
1570
1571   if (powi_cost (n) + synth_info.num_mults > POWI_MAX_MULTS)
1572     return NULL_TREE;
1573
1574   memset (cache, 0, (max_depth + 1) * sizeof (tree));
1575
1576   tree integer_res = n == 0 ? build_real (type, dconst1) : arg0;
1577
1578   /* Calculate the integer part of the exponent.  */
1579   if (n > 1)
1580     {
1581       integer_res = gimple_expand_builtin_powi (gsi, loc, arg0, n);
1582       if (!integer_res)
1583         return NULL_TREE;
1584     }
1585
1586   if (dump_file)
1587     {
1588       char string[64];
1589
1590       real_to_decimal (string, &exp_init, sizeof (string), 0, 1);
1591       fprintf (dump_file, "synthesizing pow (x, %s) as:\n", string);
1592
1593       if (neg_exp)
1594         {
1595           if (one_over)
1596             {
1597               fprintf (dump_file, "1.0 / (");
1598               dump_integer_part (dump_file, "x", n);
1599               if (n > 0)
1600                 fprintf (dump_file, " * ");
1601               dump_fractional_sqrt_sequence (dump_file, "x", &synth_info);
1602               fprintf (dump_file, ")");
1603             }
1604           else
1605             {
1606               dump_fractional_sqrt_sequence (dump_file, "x", &synth_info);
1607               fprintf (dump_file, " / (");
1608               dump_integer_part (dump_file, "x", n);
1609               fprintf (dump_file, ")");
1610             }
1611         }
1612       else
1613         {
1614           dump_fractional_sqrt_sequence (dump_file, "x", &synth_info);
1615           if (n > 0)
1616             fprintf (dump_file, " * ");
1617           dump_integer_part (dump_file, "x", n);
1618         }
1619
1620       fprintf (dump_file, "\ndeepest sqrt chain: %d\n", synth_info.deepest);
1621     }
1622
1623
1624   tree fract_res = NULL_TREE;
1625   cache[0] = arg0;
1626
1627   /* Calculate the fractional part of the exponent.  */
1628   for (unsigned i = 0; i < synth_info.deepest; i++)
1629     {
1630       if (synth_info.factors[i])
1631         {
1632           tree sqrt_chain = get_fn_chain (arg0, i + 1, gsi, sqrtfn, loc, cache);
1633
1634           if (!fract_res)
1635               fract_res = sqrt_chain;
1636
1637           else
1638             fract_res = build_and_insert_binop (gsi, loc, "powroot", MULT_EXPR,
1639                                            fract_res, sqrt_chain);
1640         }
1641     }
1642
1643   tree res = NULL_TREE;
1644
1645   if (neg_exp)
1646     {
1647       if (one_over)
1648         {
1649           if (n > 0)
1650             res = build_and_insert_binop (gsi, loc, "powroot", MULT_EXPR,
1651                                            fract_res, integer_res);
1652           else
1653             res = fract_res;
1654
1655           res = build_and_insert_binop (gsi, loc, "powrootrecip", RDIV_EXPR,
1656                                           build_real (type, dconst1), res);
1657         }
1658       else
1659         {
1660           res = build_and_insert_binop (gsi, loc, "powroot", RDIV_EXPR,
1661                                          fract_res, integer_res);
1662         }
1663     }
1664   else
1665     res = build_and_insert_binop (gsi, loc, "powroot", MULT_EXPR,
1666                                    fract_res, integer_res);
1667   return res;
1668 }
1669
1670 /* ARG0 and ARG1 are the two arguments to a pow builtin call in GSI
1671    with location info LOC.  If possible, create an equivalent and
1672    less expensive sequence of statements prior to GSI, and return an
1673    expession holding the result.  */
1674
1675 static tree
1676 gimple_expand_builtin_pow (gimple_stmt_iterator *gsi, location_t loc, 
1677                            tree arg0, tree arg1)
1678 {
1679   REAL_VALUE_TYPE c, cint, dconst1_3, dconst1_4, dconst1_6;
1680   REAL_VALUE_TYPE c2, dconst3;
1681   HOST_WIDE_INT n;
1682   tree type, sqrtfn, cbrtfn, sqrt_arg0, result, cbrt_x, powi_cbrt_x;
1683   machine_mode mode;
1684   bool speed_p = optimize_bb_for_speed_p (gsi_bb (*gsi));
1685   bool hw_sqrt_exists, c_is_int, c2_is_int;
1686
1687   dconst1_4 = dconst1;
1688   SET_REAL_EXP (&dconst1_4, REAL_EXP (&dconst1_4) - 2);
1689
1690   /* If the exponent isn't a constant, there's nothing of interest
1691      to be done.  */
1692   if (TREE_CODE (arg1) != REAL_CST)
1693     return NULL_TREE;
1694
1695   /* Don't perform the operation if flag_signaling_nans is on
1696      and the operand is a signaling NaN.  */
1697   if (HONOR_SNANS (TYPE_MODE (TREE_TYPE (arg1)))
1698       && ((TREE_CODE (arg0) == REAL_CST
1699            && REAL_VALUE_ISSIGNALING_NAN (TREE_REAL_CST (arg0)))
1700           || REAL_VALUE_ISSIGNALING_NAN (TREE_REAL_CST (arg1))))
1701     return NULL_TREE;
1702
1703   /* If the exponent is equivalent to an integer, expand to an optimal
1704      multiplication sequence when profitable.  */
1705   c = TREE_REAL_CST (arg1);
1706   n = real_to_integer (&c);
1707   real_from_integer (&cint, VOIDmode, n, SIGNED);
1708   c_is_int = real_identical (&c, &cint);
1709
1710   if (c_is_int
1711       && ((n >= -1 && n <= 2)
1712           || (flag_unsafe_math_optimizations
1713               && speed_p
1714               && powi_cost (n) <= POWI_MAX_MULTS)))
1715     return gimple_expand_builtin_powi (gsi, loc, arg0, n);
1716
1717   /* Attempt various optimizations using sqrt and cbrt.  */
1718   type = TREE_TYPE (arg0);
1719   mode = TYPE_MODE (type);
1720   sqrtfn = mathfn_built_in (type, BUILT_IN_SQRT);
1721
1722   /* Optimize pow(x,0.5) = sqrt(x).  This replacement is always safe
1723      unless signed zeros must be maintained.  pow(-0,0.5) = +0, while
1724      sqrt(-0) = -0.  */
1725   if (sqrtfn
1726       && real_equal (&c, &dconsthalf)
1727       && !HONOR_SIGNED_ZEROS (mode))
1728     return build_and_insert_call (gsi, loc, sqrtfn, arg0);
1729
1730   hw_sqrt_exists = optab_handler (sqrt_optab, mode) != CODE_FOR_nothing;
1731
1732   /* Optimize pow(x,1./3.) = cbrt(x).  This requires unsafe math
1733      optimizations since 1./3. is not exactly representable.  If x
1734      is negative and finite, the correct value of pow(x,1./3.) is
1735      a NaN with the "invalid" exception raised, because the value
1736      of 1./3. actually has an even denominator.  The correct value
1737      of cbrt(x) is a negative real value.  */
1738   cbrtfn = mathfn_built_in (type, BUILT_IN_CBRT);
1739   dconst1_3 = real_value_truncate (mode, dconst_third ());
1740
1741   if (flag_unsafe_math_optimizations
1742       && cbrtfn
1743       && (!HONOR_NANS (mode) || tree_expr_nonnegative_p (arg0))
1744       && real_equal (&c, &dconst1_3))
1745     return build_and_insert_call (gsi, loc, cbrtfn, arg0);
1746   
1747   /* Optimize pow(x,1./6.) = cbrt(sqrt(x)).  Don't do this optimization
1748      if we don't have a hardware sqrt insn.  */
1749   dconst1_6 = dconst1_3;
1750   SET_REAL_EXP (&dconst1_6, REAL_EXP (&dconst1_6) - 1);
1751
1752   if (flag_unsafe_math_optimizations
1753       && sqrtfn
1754       && cbrtfn
1755       && (!HONOR_NANS (mode) || tree_expr_nonnegative_p (arg0))
1756       && speed_p
1757       && hw_sqrt_exists
1758       && real_equal (&c, &dconst1_6))
1759     {
1760       /* sqrt(x)  */
1761       sqrt_arg0 = build_and_insert_call (gsi, loc, sqrtfn, arg0);
1762
1763       /* cbrt(sqrt(x))  */
1764       return build_and_insert_call (gsi, loc, cbrtfn, sqrt_arg0);
1765     }
1766
1767
1768   /* Attempt to expand the POW as a product of square root chains.
1769      Expand the 0.25 case even when otpimising for size.  */
1770   if (flag_unsafe_math_optimizations
1771       && sqrtfn
1772       && hw_sqrt_exists
1773       && (speed_p || real_equal (&c, &dconst1_4))
1774       && !HONOR_SIGNED_ZEROS (mode))
1775     {
1776       unsigned int max_depth = speed_p
1777                                 ? PARAM_VALUE (PARAM_MAX_POW_SQRT_DEPTH)
1778                                 : 2;
1779
1780       tree expand_with_sqrts
1781         = expand_pow_as_sqrts (gsi, loc, arg0, arg1, max_depth);
1782
1783       if (expand_with_sqrts)
1784         return expand_with_sqrts;
1785     }
1786
1787   real_arithmetic (&c2, MULT_EXPR, &c, &dconst2);
1788   n = real_to_integer (&c2);
1789   real_from_integer (&cint, VOIDmode, n, SIGNED);
1790   c2_is_int = real_identical (&c2, &cint);
1791
1792   /* Optimize pow(x,c), where 3c = n for some nonzero integer n, into
1793
1794      powi(x, n/3) * powi(cbrt(x), n%3),                    n > 0;
1795      1.0 / (powi(x, abs(n)/3) * powi(cbrt(x), abs(n)%3)),  n < 0.
1796
1797      Do not calculate the first factor when n/3 = 0.  As cbrt(x) is
1798      different from pow(x, 1./3.) due to rounding and behavior with
1799      negative x, we need to constrain this transformation to unsafe
1800      math and positive x or finite math.  */
1801   real_from_integer (&dconst3, VOIDmode, 3, SIGNED);
1802   real_arithmetic (&c2, MULT_EXPR, &c, &dconst3);
1803   real_round (&c2, mode, &c2);
1804   n = real_to_integer (&c2);
1805   real_from_integer (&cint, VOIDmode, n, SIGNED);
1806   real_arithmetic (&c2, RDIV_EXPR, &cint, &dconst3);
1807   real_convert (&c2, mode, &c2);
1808
1809   if (flag_unsafe_math_optimizations
1810       && cbrtfn
1811       && (!HONOR_NANS (mode) || tree_expr_nonnegative_p (arg0))
1812       && real_identical (&c2, &c)
1813       && !c2_is_int
1814       && optimize_function_for_speed_p (cfun)
1815       && powi_cost (n / 3) <= POWI_MAX_MULTS)
1816     {
1817       tree powi_x_ndiv3 = NULL_TREE;
1818
1819       /* Attempt to fold powi(arg0, abs(n/3)) into multiplies.  If not
1820          possible or profitable, give up.  Skip the degenerate case when
1821          abs(n) < 3, where the result is always 1.  */
1822       if (absu_hwi (n) >= 3)
1823         {
1824           powi_x_ndiv3 = gimple_expand_builtin_powi (gsi, loc, arg0,
1825                                                      abs_hwi (n / 3));
1826           if (!powi_x_ndiv3)
1827             return NULL_TREE;
1828         }
1829
1830       /* Calculate powi(cbrt(x), n%3).  Don't use gimple_expand_builtin_powi
1831          as that creates an unnecessary variable.  Instead, just produce
1832          either cbrt(x) or cbrt(x) * cbrt(x).  */
1833       cbrt_x = build_and_insert_call (gsi, loc, cbrtfn, arg0);
1834
1835       if (absu_hwi (n) % 3 == 1)
1836         powi_cbrt_x = cbrt_x;
1837       else
1838         powi_cbrt_x = build_and_insert_binop (gsi, loc, "powroot", MULT_EXPR,
1839                                               cbrt_x, cbrt_x);
1840
1841       /* Multiply the two subexpressions, unless powi(x,abs(n)/3) = 1.  */
1842       if (absu_hwi (n) < 3)
1843         result = powi_cbrt_x;
1844       else
1845         result = build_and_insert_binop (gsi, loc, "powroot", MULT_EXPR,
1846                                          powi_x_ndiv3, powi_cbrt_x);
1847
1848       /* If n is negative, reciprocate the result.  */
1849       if (n < 0)
1850         result = build_and_insert_binop (gsi, loc, "powroot", RDIV_EXPR,
1851                                          build_real (type, dconst1), result);
1852
1853       return result;
1854     }
1855
1856   /* No optimizations succeeded.  */
1857   return NULL_TREE;
1858 }
1859
1860 /* ARG is the argument to a cabs builtin call in GSI with location info
1861    LOC.  Create a sequence of statements prior to GSI that calculates
1862    sqrt(R*R + I*I), where R and I are the real and imaginary components
1863    of ARG, respectively.  Return an expression holding the result.  */
1864
1865 static tree
1866 gimple_expand_builtin_cabs (gimple_stmt_iterator *gsi, location_t loc, tree arg)
1867 {
1868   tree real_part, imag_part, addend1, addend2, sum, result;
1869   tree type = TREE_TYPE (TREE_TYPE (arg));
1870   tree sqrtfn = mathfn_built_in (type, BUILT_IN_SQRT);
1871   machine_mode mode = TYPE_MODE (type);
1872
1873   if (!flag_unsafe_math_optimizations
1874       || !optimize_bb_for_speed_p (gimple_bb (gsi_stmt (*gsi)))
1875       || !sqrtfn
1876       || optab_handler (sqrt_optab, mode) == CODE_FOR_nothing)
1877     return NULL_TREE;
1878
1879   real_part = build_and_insert_ref (gsi, loc, type, "cabs",
1880                                     REALPART_EXPR, arg);
1881   addend1 = build_and_insert_binop (gsi, loc, "cabs", MULT_EXPR,
1882                                     real_part, real_part);
1883   imag_part = build_and_insert_ref (gsi, loc, type, "cabs",
1884                                     IMAGPART_EXPR, arg);
1885   addend2 = build_and_insert_binop (gsi, loc, "cabs", MULT_EXPR,
1886                                     imag_part, imag_part);
1887   sum = build_and_insert_binop (gsi, loc, "cabs", PLUS_EXPR, addend1, addend2);
1888   result = build_and_insert_call (gsi, loc, sqrtfn, sum);
1889
1890   return result;
1891 }
1892
1893 /* Go through all calls to sin, cos and cexpi and call execute_cse_sincos_1
1894    on the SSA_NAME argument of each of them.  Also expand powi(x,n) into
1895    an optimal number of multiplies, when n is a constant.  */
1896
1897 namespace {
1898
1899 const pass_data pass_data_cse_sincos =
1900 {
1901   GIMPLE_PASS, /* type */
1902   "sincos", /* name */
1903   OPTGROUP_NONE, /* optinfo_flags */
1904   TV_TREE_SINCOS, /* tv_id */
1905   PROP_ssa, /* properties_required */
1906   PROP_gimple_opt_math, /* properties_provided */
1907   0, /* properties_destroyed */
1908   0, /* todo_flags_start */
1909   TODO_update_ssa, /* todo_flags_finish */
1910 };
1911
1912 class pass_cse_sincos : public gimple_opt_pass
1913 {
1914 public:
1915   pass_cse_sincos (gcc::context *ctxt)
1916     : gimple_opt_pass (pass_data_cse_sincos, ctxt)
1917   {}
1918
1919   /* opt_pass methods: */
1920   virtual bool gate (function *)
1921     {
1922       /* We no longer require either sincos or cexp, since powi expansion
1923          piggybacks on this pass.  */
1924       return optimize;
1925     }
1926
1927   virtual unsigned int execute (function *);
1928
1929 }; // class pass_cse_sincos
1930
1931 unsigned int
1932 pass_cse_sincos::execute (function *fun)
1933 {
1934   basic_block bb;
1935   bool cfg_changed = false;
1936
1937   calculate_dominance_info (CDI_DOMINATORS);
1938   memset (&sincos_stats, 0, sizeof (sincos_stats));
1939
1940   FOR_EACH_BB_FN (bb, fun)
1941     {
1942       gimple_stmt_iterator gsi;
1943       bool cleanup_eh = false;
1944
1945       for (gsi = gsi_after_labels (bb); !gsi_end_p (gsi); gsi_next (&gsi))
1946         {
1947           gimple *stmt = gsi_stmt (gsi);
1948
1949           /* Only the last stmt in a bb could throw, no need to call
1950              gimple_purge_dead_eh_edges if we change something in the middle
1951              of a basic block.  */
1952           cleanup_eh = false;
1953
1954           if (is_gimple_call (stmt)
1955               && gimple_call_lhs (stmt))
1956             {
1957               tree arg, arg0, arg1, result;
1958               HOST_WIDE_INT n;
1959               location_t loc;
1960
1961               switch (gimple_call_combined_fn (stmt))
1962                 {
1963                 CASE_CFN_COS:
1964                 CASE_CFN_SIN:
1965                 CASE_CFN_CEXPI:
1966                   /* Make sure we have either sincos or cexp.  */
1967                   if (!targetm.libc_has_function (function_c99_math_complex)
1968                       && !targetm.libc_has_function (function_sincos))
1969                     break;
1970
1971                   arg = gimple_call_arg (stmt, 0);
1972                   if (TREE_CODE (arg) == SSA_NAME)
1973                     cfg_changed |= execute_cse_sincos_1 (arg);
1974                   break;
1975
1976                 CASE_CFN_POW:
1977                   arg0 = gimple_call_arg (stmt, 0);
1978                   arg1 = gimple_call_arg (stmt, 1);
1979
1980                   loc = gimple_location (stmt);
1981                   result = gimple_expand_builtin_pow (&gsi, loc, arg0, arg1);
1982
1983                   if (result)
1984                     {
1985                       tree lhs = gimple_get_lhs (stmt);
1986                       gassign *new_stmt = gimple_build_assign (lhs, result);
1987                       gimple_set_location (new_stmt, loc);
1988                       unlink_stmt_vdef (stmt);
1989                       gsi_replace (&gsi, new_stmt, true);
1990                       cleanup_eh = true;
1991                       if (gimple_vdef (stmt))
1992                         release_ssa_name (gimple_vdef (stmt));
1993                     }
1994                   break;
1995
1996                 CASE_CFN_POWI:
1997                   arg0 = gimple_call_arg (stmt, 0);
1998                   arg1 = gimple_call_arg (stmt, 1);
1999                   loc = gimple_location (stmt);
2000
2001                   if (real_minus_onep (arg0))
2002                     {
2003                       tree t0, t1, cond, one, minus_one;
2004                       gassign *stmt;
2005
2006                       t0 = TREE_TYPE (arg0);
2007                       t1 = TREE_TYPE (arg1);
2008                       one = build_real (t0, dconst1);
2009                       minus_one = build_real (t0, dconstm1);
2010
2011                       cond = make_temp_ssa_name (t1, NULL, "powi_cond");
2012                       stmt = gimple_build_assign (cond, BIT_AND_EXPR,
2013                                                   arg1, build_int_cst (t1, 1));
2014                       gimple_set_location (stmt, loc);
2015                       gsi_insert_before (&gsi, stmt, GSI_SAME_STMT);
2016
2017                       result = make_temp_ssa_name (t0, NULL, "powi");
2018                       stmt = gimple_build_assign (result, COND_EXPR, cond,
2019                                                   minus_one, one);
2020                       gimple_set_location (stmt, loc);
2021                       gsi_insert_before (&gsi, stmt, GSI_SAME_STMT);
2022                     }
2023                   else
2024                     {
2025                       if (!tree_fits_shwi_p (arg1))
2026                         break;
2027
2028                       n = tree_to_shwi (arg1);
2029                       result = gimple_expand_builtin_powi (&gsi, loc, arg0, n);
2030                     }
2031
2032                   if (result)
2033                     {
2034                       tree lhs = gimple_get_lhs (stmt);
2035                       gassign *new_stmt = gimple_build_assign (lhs, result);
2036                       gimple_set_location (new_stmt, loc);
2037                       unlink_stmt_vdef (stmt);
2038                       gsi_replace (&gsi, new_stmt, true);
2039                       cleanup_eh = true;
2040                       if (gimple_vdef (stmt))
2041                         release_ssa_name (gimple_vdef (stmt));
2042                     }
2043                   break;
2044
2045                 CASE_CFN_CABS:
2046                   arg0 = gimple_call_arg (stmt, 0);
2047                   loc = gimple_location (stmt);
2048                   result = gimple_expand_builtin_cabs (&gsi, loc, arg0);
2049
2050                   if (result)
2051                     {
2052                       tree lhs = gimple_get_lhs (stmt);
2053                       gassign *new_stmt = gimple_build_assign (lhs, result);
2054                       gimple_set_location (new_stmt, loc);
2055                       unlink_stmt_vdef (stmt);
2056                       gsi_replace (&gsi, new_stmt, true);
2057                       cleanup_eh = true;
2058                       if (gimple_vdef (stmt))
2059                         release_ssa_name (gimple_vdef (stmt));
2060                     }
2061                   break;
2062
2063                 default:;
2064                 }
2065             }
2066         }
2067       if (cleanup_eh)
2068         cfg_changed |= gimple_purge_dead_eh_edges (bb);
2069     }
2070
2071   statistics_counter_event (fun, "sincos statements inserted",
2072                             sincos_stats.inserted);
2073
2074   return cfg_changed ? TODO_cleanup_cfg : 0;
2075 }
2076
2077 } // anon namespace
2078
2079 gimple_opt_pass *
2080 make_pass_cse_sincos (gcc::context *ctxt)
2081 {
2082   return new pass_cse_sincos (ctxt);
2083 }
2084
2085 /* Return true if stmt is a type conversion operation that can be stripped
2086    when used in a widening multiply operation.  */
2087 static bool
2088 widening_mult_conversion_strippable_p (tree result_type, gimple *stmt)
2089 {
2090   enum tree_code rhs_code = gimple_assign_rhs_code (stmt);
2091
2092   if (TREE_CODE (result_type) == INTEGER_TYPE)
2093     {
2094       tree op_type;
2095       tree inner_op_type;
2096
2097       if (!CONVERT_EXPR_CODE_P (rhs_code))
2098         return false;
2099
2100       op_type = TREE_TYPE (gimple_assign_lhs (stmt));
2101
2102       /* If the type of OP has the same precision as the result, then
2103          we can strip this conversion.  The multiply operation will be
2104          selected to create the correct extension as a by-product.  */
2105       if (TYPE_PRECISION (result_type) == TYPE_PRECISION (op_type))
2106         return true;
2107
2108       /* We can also strip a conversion if it preserves the signed-ness of
2109          the operation and doesn't narrow the range.  */
2110       inner_op_type = TREE_TYPE (gimple_assign_rhs1 (stmt));
2111
2112       /* If the inner-most type is unsigned, then we can strip any
2113          intermediate widening operation.  If it's signed, then the
2114          intermediate widening operation must also be signed.  */
2115       if ((TYPE_UNSIGNED (inner_op_type)
2116            || TYPE_UNSIGNED (op_type) == TYPE_UNSIGNED (inner_op_type))
2117           && TYPE_PRECISION (op_type) > TYPE_PRECISION (inner_op_type))
2118         return true;
2119
2120       return false;
2121     }
2122
2123   return rhs_code == FIXED_CONVERT_EXPR;
2124 }
2125
2126 /* Return true if RHS is a suitable operand for a widening multiplication,
2127    assuming a target type of TYPE.
2128    There are two cases:
2129
2130      - RHS makes some value at least twice as wide.  Store that value
2131        in *NEW_RHS_OUT if so, and store its type in *TYPE_OUT.
2132
2133      - RHS is an integer constant.  Store that value in *NEW_RHS_OUT if so,
2134        but leave *TYPE_OUT untouched.  */
2135
2136 static bool
2137 is_widening_mult_rhs_p (tree type, tree rhs, tree *type_out,
2138                         tree *new_rhs_out)
2139 {
2140   gimple *stmt;
2141   tree type1, rhs1;
2142
2143   if (TREE_CODE (rhs) == SSA_NAME)
2144     {
2145       stmt = SSA_NAME_DEF_STMT (rhs);
2146       if (is_gimple_assign (stmt))
2147         {
2148           if (! widening_mult_conversion_strippable_p (type, stmt))
2149             rhs1 = rhs;
2150           else
2151             {
2152               rhs1 = gimple_assign_rhs1 (stmt);
2153
2154               if (TREE_CODE (rhs1) == INTEGER_CST)
2155                 {
2156                   *new_rhs_out = rhs1;
2157                   *type_out = NULL;
2158                   return true;
2159                 }
2160             }
2161         }
2162       else
2163         rhs1 = rhs;
2164
2165       type1 = TREE_TYPE (rhs1);
2166
2167       if (TREE_CODE (type1) != TREE_CODE (type)
2168           || TYPE_PRECISION (type1) * 2 > TYPE_PRECISION (type))
2169         return false;
2170
2171       *new_rhs_out = rhs1;
2172       *type_out = type1;
2173       return true;
2174     }
2175
2176   if (TREE_CODE (rhs) == INTEGER_CST)
2177     {
2178       *new_rhs_out = rhs;
2179       *type_out = NULL;
2180       return true;
2181     }
2182
2183   return false;
2184 }
2185
2186 /* Return true if STMT performs a widening multiplication, assuming the
2187    output type is TYPE.  If so, store the unwidened types of the operands
2188    in *TYPE1_OUT and *TYPE2_OUT respectively.  Also fill *RHS1_OUT and
2189    *RHS2_OUT such that converting those operands to types *TYPE1_OUT
2190    and *TYPE2_OUT would give the operands of the multiplication.  */
2191
2192 static bool
2193 is_widening_mult_p (gimple *stmt,
2194                     tree *type1_out, tree *rhs1_out,
2195                     tree *type2_out, tree *rhs2_out)
2196 {
2197   tree type = TREE_TYPE (gimple_assign_lhs (stmt));
2198
2199   if (TREE_CODE (type) == INTEGER_TYPE)
2200     {
2201       if (TYPE_OVERFLOW_TRAPS (type))
2202         return false;
2203     }
2204   else if (TREE_CODE (type) != FIXED_POINT_TYPE)
2205     return false;
2206
2207   if (!is_widening_mult_rhs_p (type, gimple_assign_rhs1 (stmt), type1_out,
2208                                rhs1_out))
2209     return false;
2210
2211   if (!is_widening_mult_rhs_p (type, gimple_assign_rhs2 (stmt), type2_out,
2212                                rhs2_out))
2213     return false;
2214
2215   if (*type1_out == NULL)
2216     {
2217       if (*type2_out == NULL || !int_fits_type_p (*rhs1_out, *type2_out))
2218         return false;
2219       *type1_out = *type2_out;
2220     }
2221
2222   if (*type2_out == NULL)
2223     {
2224       if (!int_fits_type_p (*rhs2_out, *type1_out))
2225         return false;
2226       *type2_out = *type1_out;
2227     }
2228
2229   /* Ensure that the larger of the two operands comes first. */
2230   if (TYPE_PRECISION (*type1_out) < TYPE_PRECISION (*type2_out))
2231     {
2232       std::swap (*type1_out, *type2_out);
2233       std::swap (*rhs1_out, *rhs2_out);
2234     }
2235
2236   return true;
2237 }
2238
2239 /* Check to see if the CALL statement is an invocation of copysign
2240    with 1. being the first argument.  */
2241 static bool
2242 is_copysign_call_with_1 (gimple *call)
2243 {
2244   gcall *c = dyn_cast <gcall *> (call);
2245   if (! c)
2246     return false;
2247
2248   enum combined_fn code = gimple_call_combined_fn (c);
2249
2250   if (code == CFN_LAST)
2251     return false;
2252
2253   if (builtin_fn_p (code))
2254     {
2255       switch (as_builtin_fn (code))
2256         {
2257         CASE_FLT_FN (BUILT_IN_COPYSIGN):
2258         CASE_FLT_FN_FLOATN_NX (BUILT_IN_COPYSIGN):
2259           return real_onep (gimple_call_arg (c, 0));
2260         default:
2261           return false;
2262         }
2263     }
2264
2265   if (internal_fn_p (code))
2266     {
2267       switch (as_internal_fn (code))
2268         {
2269         case IFN_COPYSIGN:
2270           return real_onep (gimple_call_arg (c, 0));
2271         default:
2272           return false;
2273         }
2274     }
2275
2276    return false;
2277 }
2278
2279 /* Try to expand the pattern x * copysign (1, y) into xorsign (x, y).
2280    This only happens when the the xorsign optab is defined, if the
2281    pattern is not a xorsign pattern or if expansion fails FALSE is
2282    returned, otherwise TRUE is returned.  */
2283 static bool
2284 convert_expand_mult_copysign (gimple *stmt, gimple_stmt_iterator *gsi)
2285 {
2286   tree treeop0, treeop1, lhs, type;
2287   location_t loc = gimple_location (stmt);
2288   lhs = gimple_assign_lhs (stmt);
2289   treeop0 = gimple_assign_rhs1 (stmt);
2290   treeop1 = gimple_assign_rhs2 (stmt);
2291   type = TREE_TYPE (lhs);
2292   machine_mode mode = TYPE_MODE (type);
2293
2294   if (HONOR_SNANS (type))
2295     return false;
2296
2297   if (TREE_CODE (treeop0) == SSA_NAME && TREE_CODE (treeop1) == SSA_NAME)
2298     {
2299       gimple *call0 = SSA_NAME_DEF_STMT (treeop0);
2300       if (!has_single_use (treeop0) || !is_copysign_call_with_1 (call0))
2301         {
2302           call0 = SSA_NAME_DEF_STMT (treeop1);
2303           if (!has_single_use (treeop1) || !is_copysign_call_with_1 (call0))
2304             return false;
2305
2306           treeop1 = treeop0;
2307         }
2308         if (optab_handler (xorsign_optab, mode) == CODE_FOR_nothing)
2309           return false;
2310
2311         gcall *c = as_a<gcall*> (call0);
2312         treeop0 = gimple_call_arg (c, 1);
2313
2314         gcall *call_stmt
2315           = gimple_build_call_internal (IFN_XORSIGN, 2, treeop1, treeop0);
2316         gimple_set_lhs (call_stmt, lhs);
2317         gimple_set_location (call_stmt, loc);
2318         gsi_replace (gsi, call_stmt, true);
2319         return true;
2320     }
2321
2322   return false;
2323 }
2324
2325 /* Process a single gimple statement STMT, which has a MULT_EXPR as
2326    its rhs, and try to convert it into a WIDEN_MULT_EXPR.  The return
2327    value is true iff we converted the statement.  */
2328
2329 static bool
2330 convert_mult_to_widen (gimple *stmt, gimple_stmt_iterator *gsi)
2331 {
2332   tree lhs, rhs1, rhs2, type, type1, type2;
2333   enum insn_code handler;
2334   scalar_int_mode to_mode, from_mode, actual_mode;
2335   optab op;
2336   int actual_precision;
2337   location_t loc = gimple_location (stmt);
2338   bool from_unsigned1, from_unsigned2;
2339
2340   lhs = gimple_assign_lhs (stmt);
2341   type = TREE_TYPE (lhs);
2342   if (TREE_CODE (type) != INTEGER_TYPE)
2343     return false;
2344
2345   if (!is_widening_mult_p (stmt, &type1, &rhs1, &type2, &rhs2))
2346     return false;
2347
2348   to_mode = SCALAR_INT_TYPE_MODE (type);
2349   from_mode = SCALAR_INT_TYPE_MODE (type1);
2350   if (to_mode == from_mode)
2351     return false;
2352
2353   from_unsigned1 = TYPE_UNSIGNED (type1);
2354   from_unsigned2 = TYPE_UNSIGNED (type2);
2355
2356   if (from_unsigned1 && from_unsigned2)
2357     op = umul_widen_optab;
2358   else if (!from_unsigned1 && !from_unsigned2)
2359     op = smul_widen_optab;
2360   else
2361     op = usmul_widen_optab;
2362
2363   handler = find_widening_optab_handler_and_mode (op, to_mode, from_mode,
2364                                                   &actual_mode);
2365
2366   if (handler == CODE_FOR_nothing)
2367     {
2368       if (op != smul_widen_optab)
2369         {
2370           /* We can use a signed multiply with unsigned types as long as
2371              there is a wider mode to use, or it is the smaller of the two
2372              types that is unsigned.  Note that type1 >= type2, always.  */
2373           if ((TYPE_UNSIGNED (type1)
2374                && TYPE_PRECISION (type1) == GET_MODE_PRECISION (from_mode))
2375               || (TYPE_UNSIGNED (type2)
2376                   && TYPE_PRECISION (type2) == GET_MODE_PRECISION (from_mode)))
2377             {
2378               if (!GET_MODE_WIDER_MODE (from_mode).exists (&from_mode)
2379                   || GET_MODE_SIZE (to_mode) <= GET_MODE_SIZE (from_mode))
2380                 return false;
2381             }
2382
2383           op = smul_widen_optab;
2384           handler = find_widening_optab_handler_and_mode (op, to_mode,
2385                                                           from_mode,
2386                                                           &actual_mode);
2387
2388           if (handler == CODE_FOR_nothing)
2389             return false;
2390
2391           from_unsigned1 = from_unsigned2 = false;
2392         }
2393       else
2394         return false;
2395     }
2396
2397   /* Ensure that the inputs to the handler are in the correct precison
2398      for the opcode.  This will be the full mode size.  */
2399   actual_precision = GET_MODE_PRECISION (actual_mode);
2400   if (2 * actual_precision > TYPE_PRECISION (type))
2401     return false;
2402   if (actual_precision != TYPE_PRECISION (type1)
2403       || from_unsigned1 != TYPE_UNSIGNED (type1))
2404     rhs1 = build_and_insert_cast (gsi, loc,
2405                                   build_nonstandard_integer_type
2406                                     (actual_precision, from_unsigned1), rhs1);
2407   if (actual_precision != TYPE_PRECISION (type2)
2408       || from_unsigned2 != TYPE_UNSIGNED (type2))
2409     rhs2 = build_and_insert_cast (gsi, loc,
2410                                   build_nonstandard_integer_type
2411                                     (actual_precision, from_unsigned2), rhs2);
2412
2413   /* Handle constants.  */
2414   if (TREE_CODE (rhs1) == INTEGER_CST)
2415     rhs1 = fold_convert (type1, rhs1);
2416   if (TREE_CODE (rhs2) == INTEGER_CST)
2417     rhs2 = fold_convert (type2, rhs2);
2418
2419   gimple_assign_set_rhs1 (stmt, rhs1);
2420   gimple_assign_set_rhs2 (stmt, rhs2);
2421   gimple_assign_set_rhs_code (stmt, WIDEN_MULT_EXPR);
2422   update_stmt (stmt);
2423   widen_mul_stats.widen_mults_inserted++;
2424   return true;
2425 }
2426
2427 /* Process a single gimple statement STMT, which is found at the
2428    iterator GSI and has a either a PLUS_EXPR or a MINUS_EXPR as its
2429    rhs (given by CODE), and try to convert it into a
2430    WIDEN_MULT_PLUS_EXPR or a WIDEN_MULT_MINUS_EXPR.  The return value
2431    is true iff we converted the statement.  */
2432
2433 static bool
2434 convert_plusminus_to_widen (gimple_stmt_iterator *gsi, gimple *stmt,
2435                             enum tree_code code)
2436 {
2437   gimple *rhs1_stmt = NULL, *rhs2_stmt = NULL;
2438   gimple *conv1_stmt = NULL, *conv2_stmt = NULL, *conv_stmt;
2439   tree type, type1, type2, optype;
2440   tree lhs, rhs1, rhs2, mult_rhs1, mult_rhs2, add_rhs;
2441   enum tree_code rhs1_code = ERROR_MARK, rhs2_code = ERROR_MARK;
2442   optab this_optab;
2443   enum tree_code wmult_code;
2444   enum insn_code handler;
2445   scalar_mode to_mode, from_mode, actual_mode;
2446   location_t loc = gimple_location (stmt);
2447   int actual_precision;
2448   bool from_unsigned1, from_unsigned2;
2449
2450   lhs = gimple_assign_lhs (stmt);
2451   type = TREE_TYPE (lhs);
2452   if (TREE_CODE (type) != INTEGER_TYPE
2453       && TREE_CODE (type) != FIXED_POINT_TYPE)
2454     return false;
2455
2456   if (code == MINUS_EXPR)
2457     wmult_code = WIDEN_MULT_MINUS_EXPR;
2458   else
2459     wmult_code = WIDEN_MULT_PLUS_EXPR;
2460
2461   rhs1 = gimple_assign_rhs1 (stmt);
2462   rhs2 = gimple_assign_rhs2 (stmt);
2463
2464   if (TREE_CODE (rhs1) == SSA_NAME)
2465     {
2466       rhs1_stmt = SSA_NAME_DEF_STMT (rhs1);
2467       if (is_gimple_assign (rhs1_stmt))
2468         rhs1_code = gimple_assign_rhs_code (rhs1_stmt);
2469     }
2470
2471   if (TREE_CODE (rhs2) == SSA_NAME)
2472     {
2473       rhs2_stmt = SSA_NAME_DEF_STMT (rhs2);
2474       if (is_gimple_assign (rhs2_stmt))
2475         rhs2_code = gimple_assign_rhs_code (rhs2_stmt);
2476     }
2477
2478   /* Allow for one conversion statement between the multiply
2479      and addition/subtraction statement.  If there are more than
2480      one conversions then we assume they would invalidate this
2481      transformation.  If that's not the case then they should have
2482      been folded before now.  */
2483   if (CONVERT_EXPR_CODE_P (rhs1_code))
2484     {
2485       conv1_stmt = rhs1_stmt;
2486       rhs1 = gimple_assign_rhs1 (rhs1_stmt);
2487       if (TREE_CODE (rhs1) == SSA_NAME)
2488         {
2489           rhs1_stmt = SSA_NAME_DEF_STMT (rhs1);
2490           if (is_gimple_assign (rhs1_stmt))
2491             rhs1_code = gimple_assign_rhs_code (rhs1_stmt);
2492         }
2493       else
2494         return false;
2495     }
2496   if (CONVERT_EXPR_CODE_P (rhs2_code))
2497     {
2498       conv2_stmt = rhs2_stmt;
2499       rhs2 = gimple_assign_rhs1 (rhs2_stmt);
2500       if (TREE_CODE (rhs2) == SSA_NAME)
2501         {
2502           rhs2_stmt = SSA_NAME_DEF_STMT (rhs2);
2503           if (is_gimple_assign (rhs2_stmt))
2504             rhs2_code = gimple_assign_rhs_code (rhs2_stmt);
2505         }
2506       else
2507         return false;
2508     }
2509
2510   /* If code is WIDEN_MULT_EXPR then it would seem unnecessary to call
2511      is_widening_mult_p, but we still need the rhs returns.
2512
2513      It might also appear that it would be sufficient to use the existing
2514      operands of the widening multiply, but that would limit the choice of
2515      multiply-and-accumulate instructions.
2516
2517      If the widened-multiplication result has more than one uses, it is
2518      probably wiser not to do the conversion.  */
2519   if (code == PLUS_EXPR
2520       && (rhs1_code == MULT_EXPR || rhs1_code == WIDEN_MULT_EXPR))
2521     {
2522       if (!has_single_use (rhs1)
2523           || !is_widening_mult_p (rhs1_stmt, &type1, &mult_rhs1,
2524                                   &type2, &mult_rhs2))
2525         return false;
2526       add_rhs = rhs2;
2527       conv_stmt = conv1_stmt;
2528     }
2529   else if (rhs2_code == MULT_EXPR || rhs2_code == WIDEN_MULT_EXPR)
2530     {
2531       if (!has_single_use (rhs2)
2532           || !is_widening_mult_p (rhs2_stmt, &type1, &mult_rhs1,
2533                                   &type2, &mult_rhs2))
2534         return false;
2535       add_rhs = rhs1;
2536       conv_stmt = conv2_stmt;
2537     }
2538   else
2539     return false;
2540
2541   to_mode = SCALAR_TYPE_MODE (type);
2542   from_mode = SCALAR_TYPE_MODE (type1);
2543   if (to_mode == from_mode)
2544     return false;
2545
2546   from_unsigned1 = TYPE_UNSIGNED (type1);
2547   from_unsigned2 = TYPE_UNSIGNED (type2);
2548   optype = type1;
2549
2550   /* There's no such thing as a mixed sign madd yet, so use a wider mode.  */
2551   if (from_unsigned1 != from_unsigned2)
2552     {
2553       if (!INTEGRAL_TYPE_P (type))
2554         return false;
2555       /* We can use a signed multiply with unsigned types as long as
2556          there is a wider mode to use, or it is the smaller of the two
2557          types that is unsigned.  Note that type1 >= type2, always.  */
2558       if ((from_unsigned1
2559            && TYPE_PRECISION (type1) == GET_MODE_PRECISION (from_mode))
2560           || (from_unsigned2
2561               && TYPE_PRECISION (type2) == GET_MODE_PRECISION (from_mode)))
2562         {
2563           if (!GET_MODE_WIDER_MODE (from_mode).exists (&from_mode)
2564               || GET_MODE_SIZE (from_mode) >= GET_MODE_SIZE (to_mode))
2565             return false;
2566         }
2567
2568       from_unsigned1 = from_unsigned2 = false;
2569       optype = build_nonstandard_integer_type (GET_MODE_PRECISION (from_mode),
2570                                                false);
2571     }
2572
2573   /* If there was a conversion between the multiply and addition
2574      then we need to make sure it fits a multiply-and-accumulate.
2575      The should be a single mode change which does not change the
2576      value.  */
2577   if (conv_stmt)
2578     {
2579       /* We use the original, unmodified data types for this.  */
2580       tree from_type = TREE_TYPE (gimple_assign_rhs1 (conv_stmt));
2581       tree to_type = TREE_TYPE (gimple_assign_lhs (conv_stmt));
2582       int data_size = TYPE_PRECISION (type1) + TYPE_PRECISION (type2);
2583       bool is_unsigned = TYPE_UNSIGNED (type1) && TYPE_UNSIGNED (type2);
2584
2585       if (TYPE_PRECISION (from_type) > TYPE_PRECISION (to_type))
2586         {
2587           /* Conversion is a truncate.  */
2588           if (TYPE_PRECISION (to_type) < data_size)
2589             return false;
2590         }
2591       else if (TYPE_PRECISION (from_type) < TYPE_PRECISION (to_type))
2592         {
2593           /* Conversion is an extend.  Check it's the right sort.  */
2594           if (TYPE_UNSIGNED (from_type) != is_unsigned
2595               && !(is_unsigned && TYPE_PRECISION (from_type) > data_size))
2596             return false;
2597         }
2598       /* else convert is a no-op for our purposes.  */
2599     }
2600
2601   /* Verify that the machine can perform a widening multiply
2602      accumulate in this mode/signedness combination, otherwise
2603      this transformation is likely to pessimize code.  */
2604   this_optab = optab_for_tree_code (wmult_code, optype, optab_default);
2605   handler = find_widening_optab_handler_and_mode (this_optab, to_mode,
2606                                                   from_mode, &actual_mode);
2607
2608   if (handler == CODE_FOR_nothing)
2609     return false;
2610
2611   /* Ensure that the inputs to the handler are in the correct precison
2612      for the opcode.  This will be the full mode size.  */
2613   actual_precision = GET_MODE_PRECISION (actual_mode);
2614   if (actual_precision != TYPE_PRECISION (type1)
2615       || from_unsigned1 != TYPE_UNSIGNED (type1))
2616     mult_rhs1 = build_and_insert_cast (gsi, loc,
2617                                        build_nonstandard_integer_type
2618                                          (actual_precision, from_unsigned1),
2619                                        mult_rhs1);
2620   if (actual_precision != TYPE_PRECISION (type2)
2621       || from_unsigned2 != TYPE_UNSIGNED (type2))
2622     mult_rhs2 = build_and_insert_cast (gsi, loc,
2623                                        build_nonstandard_integer_type
2624                                          (actual_precision, from_unsigned2),
2625                                        mult_rhs2);
2626
2627   if (!useless_type_conversion_p (type, TREE_TYPE (add_rhs)))
2628     add_rhs = build_and_insert_cast (gsi, loc, type, add_rhs);
2629
2630   /* Handle constants.  */
2631   if (TREE_CODE (mult_rhs1) == INTEGER_CST)
2632     mult_rhs1 = fold_convert (type1, mult_rhs1);
2633   if (TREE_CODE (mult_rhs2) == INTEGER_CST)
2634     mult_rhs2 = fold_convert (type2, mult_rhs2);
2635
2636   gimple_assign_set_rhs_with_ops (gsi, wmult_code, mult_rhs1, mult_rhs2,
2637                                   add_rhs);
2638   update_stmt (gsi_stmt (*gsi));
2639   widen_mul_stats.maccs_inserted++;
2640   return true;
2641 }
2642
2643 /* Given a result MUL_RESULT which is a result of a multiplication of OP1 and
2644    OP2 and which we know is used in statements that can be, together with the
2645    multiplication, converted to FMAs, perform the transformation.  */
2646
2647 static void
2648 convert_mult_to_fma_1 (tree mul_result, tree op1, tree op2)
2649 {
2650   tree type = TREE_TYPE (mul_result);
2651   gimple *use_stmt;
2652   imm_use_iterator imm_iter;
2653   gassign *fma_stmt;
2654
2655   FOR_EACH_IMM_USE_STMT (use_stmt, imm_iter, mul_result)
2656     {
2657       gimple_stmt_iterator gsi = gsi_for_stmt (use_stmt);
2658       enum tree_code use_code;
2659       tree addop, mulop1 = op1, result = mul_result;
2660       bool negate_p = false;
2661
2662       if (is_gimple_debug (use_stmt))
2663         continue;
2664
2665       use_code = gimple_assign_rhs_code (use_stmt);
2666       if (use_code == NEGATE_EXPR)
2667         {
2668           result = gimple_assign_lhs (use_stmt);
2669           use_operand_p use_p;
2670           gimple *neguse_stmt;
2671           single_imm_use (gimple_assign_lhs (use_stmt), &use_p, &neguse_stmt);
2672           gsi_remove (&gsi, true);
2673           release_defs (use_stmt);
2674
2675           use_stmt = neguse_stmt;
2676           gsi = gsi_for_stmt (use_stmt);
2677           use_code = gimple_assign_rhs_code (use_stmt);
2678           negate_p = true;
2679         }
2680
2681       if (gimple_assign_rhs1 (use_stmt) == result)
2682         {
2683           addop = gimple_assign_rhs2 (use_stmt);
2684           /* a * b - c -> a * b + (-c)  */
2685           if (gimple_assign_rhs_code (use_stmt) == MINUS_EXPR)
2686             addop = force_gimple_operand_gsi (&gsi,
2687                                               build1 (NEGATE_EXPR,
2688                                                       type, addop),
2689                                               true, NULL_TREE, true,
2690                                               GSI_SAME_STMT);
2691         }
2692       else
2693         {
2694           addop = gimple_assign_rhs1 (use_stmt);
2695           /* a - b * c -> (-b) * c + a */
2696           if (gimple_assign_rhs_code (use_stmt) == MINUS_EXPR)
2697             negate_p = !negate_p;
2698         }
2699
2700       if (negate_p)
2701         mulop1 = force_gimple_operand_gsi (&gsi,
2702                                            build1 (NEGATE_EXPR,
2703                                                    type, mulop1),
2704                                            true, NULL_TREE, true,
2705                                            GSI_SAME_STMT);
2706
2707       fma_stmt = gimple_build_assign (gimple_assign_lhs (use_stmt),
2708                                       FMA_EXPR, mulop1, op2, addop);
2709
2710       if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2711         {
2712           fprintf (dump_file, "Generated FMA ");
2713           print_gimple_stmt (dump_file, fma_stmt, 0, 0);
2714           fprintf (dump_file, "\n");
2715         }
2716
2717       gsi_replace (&gsi, fma_stmt, true);
2718       widen_mul_stats.fmas_inserted++;
2719     }
2720 }
2721
2722 /* Data necessary to perform the actual transformation from a multiplication
2723    and an addition to an FMA after decision is taken it should be done and to
2724    then delete the multiplication statement from the function IL.  */
2725
2726 struct fma_transformation_info
2727 {
2728   gimple *mul_stmt;
2729   tree mul_result;
2730   tree op1;
2731   tree op2;
2732 };
2733
2734 /* Structure containing the current state of FMA deferring, i.e. whether we are
2735    deferring, whether to continue deferring, and all data necessary to come
2736    back and perform all deferred transformations.  */
2737
2738 class fma_deferring_state
2739 {
2740 public:
2741   /* Class constructor.  Pass true as PERFORM_DEFERRING in order to actually
2742      do any deferring.  */
2743
2744   fma_deferring_state (bool perform_deferring)
2745     : m_candidates (), m_mul_result_set (), m_initial_phi (NULL),
2746       m_last_result (NULL_TREE), m_deferring_p (perform_deferring) {}
2747
2748   /* List of FMA candidates for which we the transformation has been determined
2749      possible but we at this point in BB analysis we do not consider them
2750      beneficial.  */
2751   auto_vec<fma_transformation_info, 8> m_candidates;
2752
2753   /* Set of results of multiplication that are part of an already deferred FMA
2754      candidates.  */
2755   hash_set<tree> m_mul_result_set;
2756
2757   /* The PHI that supposedly feeds back result of a FMA to another over loop
2758      boundary.  */
2759   gphi *m_initial_phi;
2760
2761   /* Result of the last produced FMA candidate or NULL if there has not been
2762      one.  */
2763   tree m_last_result;
2764
2765   /* If true, deferring might still be profitable.  If false, transform all
2766      candidates and no longer defer.  */
2767   bool m_deferring_p;
2768 };
2769
2770 /* Transform all deferred FMA candidates and mark STATE as no longer
2771    deferring.  */
2772
2773 static void
2774 cancel_fma_deferring (fma_deferring_state *state)
2775 {
2776   if (!state->m_deferring_p)
2777     return;
2778
2779   for (unsigned i = 0; i < state->m_candidates.length (); i++)
2780     {
2781       if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2782         fprintf (dump_file, "Generating deferred FMA\n");
2783
2784       const fma_transformation_info &fti = state->m_candidates[i];
2785       convert_mult_to_fma_1 (fti.mul_result, fti.op1, fti.op2);
2786
2787       gimple_stmt_iterator gsi = gsi_for_stmt (fti.mul_stmt);
2788       gsi_remove (&gsi, true);
2789       release_defs (fti.mul_stmt);
2790     }
2791   state->m_deferring_p = false;
2792 }
2793
2794 /* If OP is an SSA name defined by a PHI node, return the PHI statement.
2795    Otherwise return NULL.  */
2796
2797 static gphi *
2798 result_of_phi (tree op)
2799 {
2800   if (TREE_CODE (op) != SSA_NAME)
2801     return NULL;
2802
2803   return dyn_cast <gphi *> (SSA_NAME_DEF_STMT (op));
2804 }
2805
2806 /* After processing statements of a BB and recording STATE, return true if the
2807    initial phi is fed by the last FMA candidate result ore one such result from
2808    previously processed BBs marked in LAST_RESULT_SET.  */
2809
2810 static bool
2811 last_fma_candidate_feeds_initial_phi (fma_deferring_state *state,
2812                                       hash_set<tree> *last_result_set)
2813 {
2814   ssa_op_iter iter;
2815   use_operand_p use;
2816   FOR_EACH_PHI_ARG (use, state->m_initial_phi, iter, SSA_OP_USE)
2817     {
2818       tree t = USE_FROM_PTR (use);
2819       if (t == state->m_last_result
2820           || last_result_set->contains (t))
2821         return true;
2822     }
2823
2824   return false;
2825 }
2826
2827 /* Combine the multiplication at MUL_STMT with operands MULOP1 and MULOP2
2828    with uses in additions and subtractions to form fused multiply-add
2829    operations.  Returns true if successful and MUL_STMT should be removed.
2830
2831    If STATE indicates that we are deferring FMA transformation, that means
2832    that we do not produce FMAs for basic blocks which look like:
2833
2834     <bb 6>
2835     # accumulator_111 = PHI <0.0(5), accumulator_66(6)>
2836     _65 = _14 * _16;
2837     accumulator_66 = _65 + accumulator_111;
2838
2839   or its unrolled version, i.e. with several FMA candidates that feed result
2840   of one into the addend of another.  Instead, we add them to a list in STATE
2841   and if we later discover an FMA candidate that is not part of such a chain,
2842   we go back and perform all deferred past candidates.  */
2843
2844 static bool
2845 convert_mult_to_fma (gimple *mul_stmt, tree op1, tree op2,
2846                      fma_deferring_state *state)
2847 {
2848   tree mul_result = gimple_get_lhs (mul_stmt);
2849   tree type = TREE_TYPE (mul_result);
2850   gimple *use_stmt, *neguse_stmt;
2851   use_operand_p use_p;
2852   imm_use_iterator imm_iter;
2853
2854   if (FLOAT_TYPE_P (type)
2855       && flag_fp_contract_mode == FP_CONTRACT_OFF)
2856     return false;
2857
2858   /* We don't want to do bitfield reduction ops.  */
2859   if (INTEGRAL_TYPE_P (type)
2860       && (!type_has_mode_precision_p (type) || TYPE_OVERFLOW_TRAPS (type)))
2861     return false;
2862
2863   /* If the target doesn't support it, don't generate it.  We assume that
2864      if fma isn't available then fms, fnma or fnms are not either.  */
2865   if (optab_handler (fma_optab, TYPE_MODE (type)) == CODE_FOR_nothing)
2866     return false;
2867
2868   /* If the multiplication has zero uses, it is kept around probably because
2869      of -fnon-call-exceptions.  Don't optimize it away in that case,
2870      it is DCE job.  */
2871   if (has_zero_uses (mul_result))
2872     return false;
2873
2874   bool check_defer
2875     = (state->m_deferring_p
2876        && (tree_to_shwi (TYPE_SIZE (type))
2877            <= PARAM_VALUE (PARAM_AVOID_FMA_MAX_BITS)));
2878   bool defer = check_defer;
2879   /* Make sure that the multiplication statement becomes dead after
2880      the transformation, thus that all uses are transformed to FMAs.
2881      This means we assume that an FMA operation has the same cost
2882      as an addition.  */
2883   FOR_EACH_IMM_USE_FAST (use_p, imm_iter, mul_result)
2884     {
2885       enum tree_code use_code;
2886       tree result = mul_result;
2887       bool negate_p = false;
2888
2889       use_stmt = USE_STMT (use_p);
2890
2891       if (is_gimple_debug (use_stmt))
2892         continue;
2893
2894       /* For now restrict this operations to single basic blocks.  In theory
2895          we would want to support sinking the multiplication in
2896          m = a*b;
2897          if ()
2898            ma = m + c;
2899          else
2900            d = m;
2901          to form a fma in the then block and sink the multiplication to the
2902          else block.  */
2903       if (gimple_bb (use_stmt) != gimple_bb (mul_stmt))
2904         return false;
2905
2906       if (!is_gimple_assign (use_stmt))
2907         return false;
2908
2909       use_code = gimple_assign_rhs_code (use_stmt);
2910
2911       /* A negate on the multiplication leads to FNMA.  */
2912       if (use_code == NEGATE_EXPR)
2913         {
2914           ssa_op_iter iter;
2915           use_operand_p usep;
2916
2917           result = gimple_assign_lhs (use_stmt);
2918
2919           /* Make sure the negate statement becomes dead with this
2920              single transformation.  */
2921           if (!single_imm_use (gimple_assign_lhs (use_stmt),
2922                                &use_p, &neguse_stmt))
2923             return false;
2924
2925           /* Make sure the multiplication isn't also used on that stmt.  */
2926           FOR_EACH_PHI_OR_STMT_USE (usep, neguse_stmt, iter, SSA_OP_USE)
2927             if (USE_FROM_PTR (usep) == mul_result)
2928               return false;
2929
2930           /* Re-validate.  */
2931           use_stmt = neguse_stmt;
2932           if (gimple_bb (use_stmt) != gimple_bb (mul_stmt))
2933             return false;
2934           if (!is_gimple_assign (use_stmt))
2935             return false;
2936
2937           use_code = gimple_assign_rhs_code (use_stmt);
2938           negate_p = true;
2939         }
2940
2941       switch (use_code)
2942         {
2943         case MINUS_EXPR:
2944           if (gimple_assign_rhs2 (use_stmt) == result)
2945             negate_p = !negate_p;
2946           break;
2947         case PLUS_EXPR:
2948           break;
2949         default:
2950           /* FMA can only be formed from PLUS and MINUS.  */
2951           return false;
2952         }
2953
2954       /* If the subtrahend (gimple_assign_rhs2 (use_stmt)) is computed
2955          by a MULT_EXPR that we'll visit later, we might be able to
2956          get a more profitable match with fnma.
2957          OTOH, if we don't, a negate / fma pair has likely lower latency
2958          that a mult / subtract pair.  */
2959       if (use_code == MINUS_EXPR && !negate_p
2960           && gimple_assign_rhs1 (use_stmt) == result
2961           && optab_handler (fms_optab, TYPE_MODE (type)) == CODE_FOR_nothing
2962           && optab_handler (fnma_optab, TYPE_MODE (type)) != CODE_FOR_nothing)
2963         {
2964           tree rhs2 = gimple_assign_rhs2 (use_stmt);
2965
2966           if (TREE_CODE (rhs2) == SSA_NAME)
2967             {
2968               gimple *stmt2 = SSA_NAME_DEF_STMT (rhs2);
2969               if (has_single_use (rhs2)
2970                   && is_gimple_assign (stmt2)
2971                   && gimple_assign_rhs_code (stmt2) == MULT_EXPR)
2972               return false;
2973             }
2974         }
2975
2976       tree use_rhs1 = gimple_assign_rhs1 (use_stmt);
2977       tree use_rhs2 = gimple_assign_rhs2 (use_stmt);
2978       /* We can't handle a * b + a * b.  */
2979       if (use_rhs1 == use_rhs2)
2980         return false;
2981       /* If deferring, make sure we are not looking at an instruction that
2982          wouldn't have existed if we were not.  */
2983       if (state->m_deferring_p
2984           && (state->m_mul_result_set.contains (use_rhs1)
2985               || state->m_mul_result_set.contains (use_rhs2)))
2986         return false;
2987
2988       if (check_defer)
2989         {
2990           tree use_lhs = gimple_assign_lhs (use_stmt);
2991           if (state->m_last_result)
2992             {
2993               if (use_rhs2 == state->m_last_result
2994                   || use_rhs1 == state->m_last_result)
2995                 defer = true;
2996               else
2997                 defer = false;
2998             }
2999           else
3000             {
3001               gcc_checking_assert (!state->m_initial_phi);
3002               gphi *phi;
3003               if (use_rhs1 == result)
3004                 phi = result_of_phi (use_rhs2);
3005               else
3006                 {
3007                   gcc_assert (use_rhs2 == result);
3008                   phi = result_of_phi (use_rhs1);
3009                 }
3010
3011               if (phi)
3012                 {
3013                   state->m_initial_phi = phi;
3014                   defer = true;
3015                 }
3016               else
3017                 defer = false;
3018             }
3019
3020           state->m_last_result = use_lhs;
3021           check_defer = false;
3022         }
3023       else
3024         defer = false;
3025
3026       /* While it is possible to validate whether or not the exact form that
3027          we've recognized is available in the backend, the assumption is that
3028          if the deferring logic above did not trigger, the transformation is
3029          never a loss.  For instance, suppose the target only has the plain FMA
3030          pattern available.  Consider a*b-c -> fma(a,b,-c): we've exchanged
3031          MUL+SUB for FMA+NEG, which is still two operations.  Consider
3032          -(a*b)-c -> fma(-a,b,-c): we still have 3 operations, but in the FMA
3033          form the two NEGs are independent and could be run in parallel.  */
3034     }
3035
3036   if (defer)
3037     {
3038       fma_transformation_info fti;
3039       fti.mul_stmt = mul_stmt;
3040       fti.mul_result = mul_result;
3041       fti.op1 = op1;
3042       fti.op2 = op2;
3043       state->m_candidates.safe_push (fti);
3044       state->m_mul_result_set.add (mul_result);
3045
3046       if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
3047         {
3048           fprintf (dump_file, "Deferred generating FMA for multiplication ");
3049           print_gimple_stmt (dump_file, mul_stmt, 0, 0);
3050           fprintf (dump_file, "\n");
3051         }
3052
3053       return false;
3054     }
3055   else
3056     {
3057       if (state->m_deferring_p)
3058         cancel_fma_deferring (state);
3059       convert_mult_to_fma_1 (mul_result, op1, op2);
3060       return true;
3061     }
3062 }
3063
3064
3065 /* Helper function of match_uaddsub_overflow.  Return 1
3066    if USE_STMT is unsigned overflow check ovf != 0 for
3067    STMT, -1 if USE_STMT is unsigned overflow check ovf == 0
3068    and 0 otherwise.  */
3069
3070 static int
3071 uaddsub_overflow_check_p (gimple *stmt, gimple *use_stmt)
3072 {
3073   enum tree_code ccode = ERROR_MARK;
3074   tree crhs1 = NULL_TREE, crhs2 = NULL_TREE;
3075   if (gimple_code (use_stmt) == GIMPLE_COND)
3076     {
3077       ccode = gimple_cond_code (use_stmt);
3078       crhs1 = gimple_cond_lhs (use_stmt);
3079       crhs2 = gimple_cond_rhs (use_stmt);
3080     }
3081   else if (is_gimple_assign (use_stmt))
3082     {
3083       if (gimple_assign_rhs_class (use_stmt) == GIMPLE_BINARY_RHS)
3084         {
3085           ccode = gimple_assign_rhs_code (use_stmt);
3086           crhs1 = gimple_assign_rhs1 (use_stmt);
3087           crhs2 = gimple_assign_rhs2 (use_stmt);
3088         }
3089       else if (gimple_assign_rhs_code (use_stmt) == COND_EXPR)
3090         {
3091           tree cond = gimple_assign_rhs1 (use_stmt);
3092           if (COMPARISON_CLASS_P (cond))
3093             {
3094               ccode = TREE_CODE (cond);
3095               crhs1 = TREE_OPERAND (cond, 0);
3096               crhs2 = TREE_OPERAND (cond, 1);
3097             }
3098           else
3099             return 0;
3100         }
3101       else
3102         return 0;
3103     }
3104   else
3105     return 0;
3106
3107   if (TREE_CODE_CLASS (ccode) != tcc_comparison)
3108     return 0;
3109
3110   enum tree_code code = gimple_assign_rhs_code (stmt);
3111   tree lhs = gimple_assign_lhs (stmt);
3112   tree rhs1 = gimple_assign_rhs1 (stmt);
3113   tree rhs2 = gimple_assign_rhs2 (stmt);
3114
3115   switch (ccode)
3116     {
3117     case GT_EXPR:
3118     case LE_EXPR:
3119       /* r = a - b; r > a or r <= a
3120          r = a + b; a > r or a <= r or b > r or b <= r.  */
3121       if ((code == MINUS_EXPR && crhs1 == lhs && crhs2 == rhs1)
3122           || (code == PLUS_EXPR && (crhs1 == rhs1 || crhs1 == rhs2)
3123               && crhs2 == lhs))
3124         return ccode == GT_EXPR ? 1 : -1;
3125       break;
3126     case LT_EXPR:
3127     case GE_EXPR:
3128       /* r = a - b; a < r or a >= r
3129          r = a + b; r < a or r >= a or r < b or r >= b.  */
3130       if ((code == MINUS_EXPR && crhs1 == rhs1 && crhs2 == lhs)
3131           || (code == PLUS_EXPR && crhs1 == lhs
3132               && (crhs2 == rhs1 || crhs2 == rhs2)))
3133         return ccode == LT_EXPR ? 1 : -1;
3134       break;
3135     default:
3136       break;
3137     }
3138   return 0;
3139 }
3140
3141 /* Recognize for unsigned x
3142    x = y - z;
3143    if (x > y)
3144    where there are other uses of x and replace it with
3145    _7 = SUB_OVERFLOW (y, z);
3146    x = REALPART_EXPR <_7>;
3147    _8 = IMAGPART_EXPR <_7>;
3148    if (_8)
3149    and similarly for addition.  */
3150
3151 static bool
3152 match_uaddsub_overflow (gimple_stmt_iterator *gsi, gimple *stmt,
3153                         enum tree_code code)
3154 {
3155   tree lhs = gimple_assign_lhs (stmt);
3156   tree type = TREE_TYPE (lhs);
3157   use_operand_p use_p;
3158   imm_use_iterator iter;
3159   bool use_seen = false;
3160   bool ovf_use_seen = false;
3161   gimple *use_stmt;
3162
3163   gcc_checking_assert (code == PLUS_EXPR || code == MINUS_EXPR);
3164   if (!INTEGRAL_TYPE_P (type)
3165       || !TYPE_UNSIGNED (type)
3166       || has_zero_uses (lhs)
3167       || has_single_use (lhs)
3168       || optab_handler (code == PLUS_EXPR ? uaddv4_optab : usubv4_optab,
3169                         TYPE_MODE (type)) == CODE_FOR_nothing)
3170     return false;
3171
3172   FOR_EACH_IMM_USE_FAST (use_p, iter, lhs)
3173     {
3174       use_stmt = USE_STMT (use_p);
3175       if (is_gimple_debug (use_stmt))
3176         continue;
3177
3178       if (uaddsub_overflow_check_p (stmt, use_stmt))
3179         ovf_use_seen = true;
3180       else
3181         use_seen = true;
3182       if (ovf_use_seen && use_seen)
3183         break;
3184     }
3185
3186   if (!ovf_use_seen || !use_seen)
3187     return false;
3188
3189   tree ctype = build_complex_type (type);
3190   tree rhs1 = gimple_assign_rhs1 (stmt);
3191   tree rhs2 = gimple_assign_rhs2 (stmt);
3192   gcall *g = gimple_build_call_internal (code == PLUS_EXPR
3193                                          ? IFN_ADD_OVERFLOW : IFN_SUB_OVERFLOW,
3194                                          2, rhs1, rhs2);
3195   tree ctmp = make_ssa_name (ctype);
3196   gimple_call_set_lhs (g, ctmp);
3197   gsi_insert_before (gsi, g, GSI_SAME_STMT);
3198   gassign *g2 = gimple_build_assign (lhs, REALPART_EXPR,
3199                                      build1 (REALPART_EXPR, type, ctmp));
3200   gsi_replace (gsi, g2, true);
3201   tree ovf = make_ssa_name (type);
3202   g2 = gimple_build_assign (ovf, IMAGPART_EXPR,
3203                             build1 (IMAGPART_EXPR, type, ctmp));
3204   gsi_insert_after (gsi, g2, GSI_NEW_STMT);
3205
3206   FOR_EACH_IMM_USE_STMT (use_stmt, iter, lhs)
3207     {
3208       if (is_gimple_debug (use_stmt))
3209         continue;
3210
3211       int ovf_use = uaddsub_overflow_check_p (stmt, use_stmt);
3212       if (ovf_use == 0)
3213         continue;
3214       if (gimple_code (use_stmt) == GIMPLE_COND)
3215         {
3216           gcond *cond_stmt = as_a <gcond *> (use_stmt);
3217           gimple_cond_set_lhs (cond_stmt, ovf);
3218           gimple_cond_set_rhs (cond_stmt, build_int_cst (type, 0));
3219           gimple_cond_set_code (cond_stmt, ovf_use == 1 ? NE_EXPR : EQ_EXPR);
3220         }
3221       else
3222         {
3223           gcc_checking_assert (is_gimple_assign (use_stmt));
3224           if (gimple_assign_rhs_class (use_stmt) == GIMPLE_BINARY_RHS)
3225             {
3226               gimple_assign_set_rhs1 (use_stmt, ovf);
3227               gimple_assign_set_rhs2 (use_stmt, build_int_cst (type, 0));
3228               gimple_assign_set_rhs_code (use_stmt,
3229                                           ovf_use == 1 ? NE_EXPR : EQ_EXPR);
3230             }
3231           else
3232             {
3233               gcc_checking_assert (gimple_assign_rhs_code (use_stmt)
3234                                    == COND_EXPR);
3235               tree cond = build2 (ovf_use == 1 ? NE_EXPR : EQ_EXPR,
3236                                   boolean_type_node, ovf,
3237                                   build_int_cst (type, 0));
3238               gimple_assign_set_rhs1 (use_stmt, cond);
3239             }
3240         }
3241       update_stmt (use_stmt);
3242     }
3243   return true;
3244 }
3245
3246 /* Return true if target has support for divmod.  */
3247
3248 static bool
3249 target_supports_divmod_p (optab divmod_optab, optab div_optab, machine_mode mode) 
3250 {
3251   /* If target supports hardware divmod insn, use it for divmod.  */
3252   if (optab_handler (divmod_optab, mode) != CODE_FOR_nothing)
3253     return true;
3254
3255   /* Check if libfunc for divmod is available.  */
3256   rtx libfunc = optab_libfunc (divmod_optab, mode);
3257   if (libfunc != NULL_RTX)
3258     {
3259       /* If optab_handler exists for div_optab, perhaps in a wider mode,
3260          we don't want to use the libfunc even if it exists for given mode.  */ 
3261       machine_mode div_mode;
3262       FOR_EACH_MODE_FROM (div_mode, mode)
3263         if (optab_handler (div_optab, div_mode) != CODE_FOR_nothing)
3264           return false;
3265
3266       return targetm.expand_divmod_libfunc != NULL;
3267     }
3268   
3269   return false; 
3270 }
3271
3272 /* Check if stmt is candidate for divmod transform.  */
3273
3274 static bool
3275 divmod_candidate_p (gassign *stmt)
3276 {
3277   tree type = TREE_TYPE (gimple_assign_lhs (stmt));
3278   machine_mode mode = TYPE_MODE (type);
3279   optab divmod_optab, div_optab;
3280
3281   if (TYPE_UNSIGNED (type))
3282     {
3283       divmod_optab = udivmod_optab;
3284       div_optab = udiv_optab;
3285     }
3286   else
3287     {
3288       divmod_optab = sdivmod_optab;
3289       div_optab = sdiv_optab;
3290     }
3291
3292   tree op1 = gimple_assign_rhs1 (stmt);
3293   tree op2 = gimple_assign_rhs2 (stmt);
3294
3295   /* Disable the transform if either is a constant, since division-by-constant
3296      may have specialized expansion.  */
3297   if (CONSTANT_CLASS_P (op1) || CONSTANT_CLASS_P (op2))
3298     return false;
3299
3300   /* Exclude the case where TYPE_OVERFLOW_TRAPS (type) as that should
3301      expand using the [su]divv optabs.  */
3302   if (TYPE_OVERFLOW_TRAPS (type))
3303     return false;
3304   
3305   if (!target_supports_divmod_p (divmod_optab, div_optab, mode)) 
3306     return false;
3307
3308   return true;
3309 }
3310
3311 /* This function looks for:
3312    t1 = a TRUNC_DIV_EXPR b;
3313    t2 = a TRUNC_MOD_EXPR b;
3314    and transforms it to the following sequence:
3315    complex_tmp = DIVMOD (a, b);
3316    t1 = REALPART_EXPR(a);
3317    t2 = IMAGPART_EXPR(b);
3318    For conditions enabling the transform see divmod_candidate_p().
3319
3320    The pass has three parts:
3321    1) Find top_stmt which is trunc_div or trunc_mod stmt and dominates all
3322       other trunc_div_expr and trunc_mod_expr stmts.
3323    2) Add top_stmt and all trunc_div and trunc_mod stmts dominated by top_stmt
3324       to stmts vector.
3325    3) Insert DIVMOD call just before top_stmt and update entries in
3326       stmts vector to use return value of DIMOVD (REALEXPR_PART for div,
3327       IMAGPART_EXPR for mod).  */
3328
3329 static bool
3330 convert_to_divmod (gassign *stmt)
3331 {
3332   if (stmt_can_throw_internal (stmt)
3333       || !divmod_candidate_p (stmt))
3334     return false;
3335
3336   tree op1 = gimple_assign_rhs1 (stmt);
3337   tree op2 = gimple_assign_rhs2 (stmt);
3338   
3339   imm_use_iterator use_iter;
3340   gimple *use_stmt;
3341   auto_vec<gimple *> stmts; 
3342
3343   gimple *top_stmt = stmt; 
3344   basic_block top_bb = gimple_bb (stmt);
3345
3346   /* Part 1: Try to set top_stmt to "topmost" stmt that dominates
3347      at-least stmt and possibly other trunc_div/trunc_mod stmts
3348      having same operands as stmt.  */
3349
3350   FOR_EACH_IMM_USE_STMT (use_stmt, use_iter, op1)
3351     {
3352       if (is_gimple_assign (use_stmt)
3353           && (gimple_assign_rhs_code (use_stmt) == TRUNC_DIV_EXPR
3354               || gimple_assign_rhs_code (use_stmt) == TRUNC_MOD_EXPR)
3355           && operand_equal_p (op1, gimple_assign_rhs1 (use_stmt), 0)
3356           && operand_equal_p (op2, gimple_assign_rhs2 (use_stmt), 0))
3357         {
3358           if (stmt_can_throw_internal (use_stmt))
3359             continue;
3360
3361           basic_block bb = gimple_bb (use_stmt);
3362
3363           if (bb == top_bb)
3364             {
3365               if (gimple_uid (use_stmt) < gimple_uid (top_stmt))
3366                 top_stmt = use_stmt;
3367             }
3368           else if (dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, top_bb, bb))
3369             {
3370               top_bb = bb;
3371               top_stmt = use_stmt;
3372             }
3373         }
3374     }
3375
3376   tree top_op1 = gimple_assign_rhs1 (top_stmt);
3377   tree top_op2 = gimple_assign_rhs2 (top_stmt);
3378
3379   stmts.safe_push (top_stmt);
3380   bool div_seen = (gimple_assign_rhs_code (top_stmt) == TRUNC_DIV_EXPR);
3381
3382   /* Part 2: Add all trunc_div/trunc_mod statements domianted by top_bb
3383      to stmts vector. The 2nd loop will always add stmt to stmts vector, since
3384      gimple_bb (top_stmt) dominates gimple_bb (stmt), so the
3385      2nd loop ends up adding at-least single trunc_mod_expr stmt.  */  
3386
3387   FOR_EACH_IMM_USE_STMT (use_stmt, use_iter, top_op1)
3388     {
3389       if (is_gimple_assign (use_stmt)
3390           && (gimple_assign_rhs_code (use_stmt) == TRUNC_DIV_EXPR
3391               || gimple_assign_rhs_code (use_stmt) == TRUNC_MOD_EXPR)
3392           && operand_equal_p (top_op1, gimple_assign_rhs1 (use_stmt), 0)
3393           && operand_equal_p (top_op2, gimple_assign_rhs2 (use_stmt), 0))
3394         {
3395           if (use_stmt == top_stmt
3396               || stmt_can_throw_internal (use_stmt)
3397               || !dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, gimple_bb (use_stmt), top_bb))
3398             continue;
3399
3400           stmts.safe_push (use_stmt);
3401           if (gimple_assign_rhs_code (use_stmt) == TRUNC_DIV_EXPR)
3402             div_seen = true;
3403         }
3404     }
3405
3406   if (!div_seen)
3407     return false;
3408
3409   /* Part 3: Create libcall to internal fn DIVMOD:
3410      divmod_tmp = DIVMOD (op1, op2).  */
3411
3412   gcall *call_stmt = gimple_build_call_internal (IFN_DIVMOD, 2, op1, op2);
3413   tree res = make_temp_ssa_name (build_complex_type (TREE_TYPE (op1)),
3414                                  call_stmt, "divmod_tmp");
3415   gimple_call_set_lhs (call_stmt, res);
3416   /* We rejected throwing statements above.  */
3417   gimple_call_set_nothrow (call_stmt, true);
3418
3419   /* Insert the call before top_stmt.  */
3420   gimple_stmt_iterator top_stmt_gsi = gsi_for_stmt (top_stmt);
3421   gsi_insert_before (&top_stmt_gsi, call_stmt, GSI_SAME_STMT);
3422
3423   widen_mul_stats.divmod_calls_inserted++;              
3424
3425   /* Update all statements in stmts vector:
3426      lhs = op1 TRUNC_DIV_EXPR op2 -> lhs = REALPART_EXPR<divmod_tmp>
3427      lhs = op1 TRUNC_MOD_EXPR op2 -> lhs = IMAGPART_EXPR<divmod_tmp>.  */
3428
3429   for (unsigned i = 0; stmts.iterate (i, &use_stmt); ++i)
3430     {
3431       tree new_rhs;
3432
3433       switch (gimple_assign_rhs_code (use_stmt))
3434         {
3435           case TRUNC_DIV_EXPR:
3436             new_rhs = fold_build1 (REALPART_EXPR, TREE_TYPE (op1), res);
3437             break;
3438
3439           case TRUNC_MOD_EXPR:
3440             new_rhs = fold_build1 (IMAGPART_EXPR, TREE_TYPE (op1), res);
3441             break;
3442
3443           default:
3444             gcc_unreachable ();
3445         }
3446
3447       gimple_stmt_iterator gsi = gsi_for_stmt (use_stmt);
3448       gimple_assign_set_rhs_from_tree (&gsi, new_rhs);
3449       update_stmt (use_stmt);
3450     }
3451
3452   return true; 
3453 }    
3454
3455 /* Find integer multiplications where the operands are extended from
3456    smaller types, and replace the MULT_EXPR with a WIDEN_MULT_EXPR
3457    where appropriate.  */
3458
3459 namespace {
3460
3461 const pass_data pass_data_optimize_widening_mul =
3462 {
3463   GIMPLE_PASS, /* type */
3464   "widening_mul", /* name */
3465   OPTGROUP_NONE, /* optinfo_flags */
3466   TV_TREE_WIDEN_MUL, /* tv_id */
3467   PROP_ssa, /* properties_required */
3468   0, /* properties_provided */
3469   0, /* properties_destroyed */
3470   0, /* todo_flags_start */
3471   TODO_update_ssa, /* todo_flags_finish */
3472 };
3473
3474 class pass_optimize_widening_mul : public gimple_opt_pass
3475 {
3476 public:
3477   pass_optimize_widening_mul (gcc::context *ctxt)
3478     : gimple_opt_pass (pass_data_optimize_widening_mul, ctxt)
3479   {}
3480
3481   /* opt_pass methods: */
3482   virtual bool gate (function *)
3483     {
3484       return flag_expensive_optimizations && optimize;
3485     }
3486
3487   virtual unsigned int execute (function *);
3488
3489 }; // class pass_optimize_widening_mul
3490
3491 /* Walker class to perform the transformation in reverse dominance order. */
3492
3493 class math_opts_dom_walker : public dom_walker
3494 {
3495 public:
3496   /* Constructor, CFG_CHANGED is a pointer to a boolean flag that will be set
3497      if walking modidifes the CFG.  */
3498
3499   math_opts_dom_walker (bool *cfg_changed_p)
3500     : dom_walker (CDI_DOMINATORS), m_last_result_set (),
3501       m_cfg_changed_p (cfg_changed_p) {}
3502
3503   /* The actual actions performed in the walk.  */
3504
3505   virtual void after_dom_children (basic_block);
3506
3507   /* Set of results of chains of multiply and add statement combinations that
3508      were not transformed into FMAs because of active deferring.  */
3509   hash_set<tree> m_last_result_set;
3510
3511   /* Pointer to a flag of the user that needs to be set if CFG has been
3512      modified.  */
3513   bool *m_cfg_changed_p;
3514 };
3515
3516 void
3517 math_opts_dom_walker::after_dom_children (basic_block bb)
3518 {
3519   gimple_stmt_iterator gsi;
3520
3521   fma_deferring_state fma_state (PARAM_VALUE (PARAM_AVOID_FMA_MAX_BITS) > 0);
3522
3523   for (gsi = gsi_after_labels (bb); !gsi_end_p (gsi);)
3524     {
3525       gimple *stmt = gsi_stmt (gsi);
3526       enum tree_code code;
3527
3528       if (is_gimple_assign (stmt))
3529         {
3530           code = gimple_assign_rhs_code (stmt);
3531           switch (code)
3532             {
3533             case MULT_EXPR:
3534               if (!convert_mult_to_widen (stmt, &gsi)
3535                   && !convert_expand_mult_copysign (stmt, &gsi)
3536                   && convert_mult_to_fma (stmt,
3537                                           gimple_assign_rhs1 (stmt),
3538                                           gimple_assign_rhs2 (stmt),
3539                                           &fma_state))
3540                 {
3541                   gsi_remove (&gsi, true);
3542                   release_defs (stmt);
3543                   continue;
3544                 }
3545               break;
3546
3547             case PLUS_EXPR:
3548             case MINUS_EXPR:
3549               if (!convert_plusminus_to_widen (&gsi, stmt, code))
3550                 match_uaddsub_overflow (&gsi, stmt, code);
3551               break;
3552
3553             case TRUNC_MOD_EXPR:
3554               convert_to_divmod (as_a<gassign *> (stmt));
3555               break;
3556
3557             default:;
3558             }
3559         }
3560       else if (is_gimple_call (stmt))
3561         {
3562           tree fndecl = gimple_call_fndecl (stmt);
3563           if (fndecl && gimple_call_builtin_p (stmt, BUILT_IN_NORMAL))
3564             {
3565               switch (DECL_FUNCTION_CODE (fndecl))
3566                 {
3567                 case BUILT_IN_POWF:
3568                 case BUILT_IN_POW:
3569                 case BUILT_IN_POWL:
3570                   if (gimple_call_lhs (stmt)
3571                       && TREE_CODE (gimple_call_arg (stmt, 1)) == REAL_CST
3572                       && real_equal
3573                       (&TREE_REAL_CST (gimple_call_arg (stmt, 1)),
3574                        &dconst2)
3575                       && convert_mult_to_fma (stmt,
3576                                               gimple_call_arg (stmt, 0),
3577                                               gimple_call_arg (stmt, 0),
3578                                               &fma_state))
3579                     {
3580                       unlink_stmt_vdef (stmt);
3581                       if (gsi_remove (&gsi, true)
3582                           && gimple_purge_dead_eh_edges (bb))
3583                         *m_cfg_changed_p = true;
3584                       release_defs (stmt);
3585                       continue;
3586                     }
3587                   break;
3588
3589                 default:;
3590                 }
3591             }
3592           else
3593             cancel_fma_deferring (&fma_state);
3594         }
3595       gsi_next (&gsi);
3596     }
3597   if (fma_state.m_deferring_p
3598       && fma_state.m_initial_phi)
3599     {
3600       gcc_checking_assert (fma_state.m_last_result);
3601       if (!last_fma_candidate_feeds_initial_phi (&fma_state,
3602                                                  &m_last_result_set))
3603         cancel_fma_deferring (&fma_state);
3604       else
3605         m_last_result_set.add (fma_state.m_last_result);
3606     }
3607 }
3608
3609
3610 unsigned int
3611 pass_optimize_widening_mul::execute (function *fun)
3612 {
3613   bool cfg_changed = false;
3614
3615   memset (&widen_mul_stats, 0, sizeof (widen_mul_stats));
3616   calculate_dominance_info (CDI_DOMINATORS);
3617   renumber_gimple_stmt_uids ();
3618
3619   math_opts_dom_walker (&cfg_changed).walk (ENTRY_BLOCK_PTR_FOR_FN (cfun));
3620
3621   statistics_counter_event (fun, "widening multiplications inserted",
3622                             widen_mul_stats.widen_mults_inserted);
3623   statistics_counter_event (fun, "widening maccs inserted",
3624                             widen_mul_stats.maccs_inserted);
3625   statistics_counter_event (fun, "fused multiply-adds inserted",
3626                             widen_mul_stats.fmas_inserted);
3627   statistics_counter_event (fun, "divmod calls inserted",
3628                             widen_mul_stats.divmod_calls_inserted);
3629
3630   return cfg_changed ? TODO_cleanup_cfg : 0;
3631 }
3632
3633 } // anon namespace
3634
3635 gimple_opt_pass *
3636 make_pass_optimize_widening_mul (gcc::context *ctxt)
3637 {
3638   return new pass_optimize_widening_mul (ctxt);
3639 }