]> git.ipfire.org Git - thirdparty/gcc.git/blobdiff - gcc/tree-loop-distribution.c
c++: Handle multiple aggregate overloads [PR95319].
[thirdparty/gcc.git] / gcc / tree-loop-distribution.c
index a801348453a46bab3f438494422fbedd087d5c01..b122c3964a093d33ce2657588186dfb79e04d7b2 100644 (file)
@@ -1,5 +1,5 @@
 /* Loop distribution.
-   Copyright (C) 2006-2016 Free Software Foundation, Inc.
+   Copyright (C) 2006-2020 Free Software Foundation, Inc.
    Contributed by Georges-Andre Silber <Georges-Andre.Silber@ensmp.fr>
    and Sebastian Pop <sebastian.pop@amd.com>.
 
@@ -36,10 +36,58 @@ along with GCC; see the file COPYING3.  If not see
    |   D(I) = A(I-1)*E
    |ENDDO
 
-   This pass uses an RDG, Reduced Dependence Graph built on top of the
-   data dependence relations.  The RDG is then topologically sorted to
-   obtain a map of information producers/consumers based on which it
-   generates the new loops.  */
+   Loop distribution is the dual of loop fusion.  It separates statements
+   of a loop (or loop nest) into multiple loops (or loop nests) with the
+   same loop header.  The major goal is to separate statements which may
+   be vectorized from those that can't.  This pass implements distribution
+   in the following steps:
+
+     1) Seed partitions with specific type statements.  For now we support
+       two types seed statements: statement defining variable used outside
+       of loop; statement storing to memory.
+     2) Build reduced dependence graph (RDG) for loop to be distributed.
+       The vertices (RDG:V) model all statements in the loop and the edges
+       (RDG:E) model flow and control dependencies between statements.
+     3) Apart from RDG, compute data dependencies between memory references.
+     4) Starting from seed statement, build up partition by adding depended
+       statements according to RDG's dependence information.  Partition is
+       classified as parallel type if it can be executed paralleled; or as
+       sequential type if it can't.  Parallel type partition is further
+       classified as different builtin kinds if it can be implemented as
+       builtin function calls.
+     5) Build partition dependence graph (PG) based on data dependencies.
+       The vertices (PG:V) model all partitions and the edges (PG:E) model
+       all data dependencies between every partitions pair.  In general,
+       data dependence is either compilation time known or unknown.  In C
+       family languages, there exists quite amount compilation time unknown
+       dependencies because of possible alias relation of data references.
+       We categorize PG's edge to two types: "true" edge that represents
+       compilation time known data dependencies; "alias" edge for all other
+       data dependencies.
+     6) Traverse subgraph of PG as if all "alias" edges don't exist.  Merge
+       partitions in each strong connected component (SCC) correspondingly.
+       Build new PG for merged partitions.
+     7) Traverse PG again and this time with both "true" and "alias" edges
+       included.  We try to break SCCs by removing some edges.  Because
+       SCCs by "true" edges are all fused in step 6), we can break SCCs
+       by removing some "alias" edges.  It's NP-hard to choose optimal
+       edge set, fortunately simple approximation is good enough for us
+       given the small problem scale.
+     8) Collect all data dependencies of the removed "alias" edges.  Create
+       runtime alias checks for collected data dependencies.
+     9) Version loop under the condition of runtime alias checks.  Given
+       loop distribution generally introduces additional overhead, it is
+       only useful if vectorization is achieved in distributed loop.  We
+       version loop with internal function call IFN_LOOP_DIST_ALIAS.  If
+       no distributed loop can be vectorized, we simply remove distributed
+       loops and recover to the original one.
+
+   TODO:
+     1) We only distribute innermost two-level loop nest now.  We should
+       extend it for arbitrary loop nests in the future.
+     2) We only fuse partitions in SCC now.  A better fusion algorithm is
+       desired to minimize loop overhead, maximize parallelism and maximize
+       data reuse.  */
 
 #include "config.h"
 #include "system.h"
@@ -58,14 +106,58 @@ along with GCC; see the file COPYING3.  If not see
 #include "stor-layout.h"
 #include "tree-cfg.h"
 #include "tree-ssa-loop-manip.h"
+#include "tree-ssa-loop-ivopts.h"
 #include "tree-ssa-loop.h"
 #include "tree-into-ssa.h"
 #include "tree-ssa.h"
 #include "cfgloop.h"
 #include "tree-scalar-evolution.h"
 #include "tree-vectorizer.h"
+#include "tree-eh.h"
+#include "gimple-fold.h"
 
 
+#define MAX_DATAREFS_NUM \
+       ((unsigned) param_loop_max_datarefs_for_datadeps)
+
+/* Threshold controlling number of distributed partitions.  Given it may
+   be unnecessary if a memory stream cost model is invented in the future,
+   we define it as a temporary macro, rather than a parameter.  */
+#define NUM_PARTITION_THRESHOLD (4)
+
+/* Hashtable helpers.  */
+
+struct ddr_hasher : nofree_ptr_hash <struct data_dependence_relation>
+{
+  static inline hashval_t hash (const data_dependence_relation *);
+  static inline bool equal (const data_dependence_relation *,
+                           const data_dependence_relation *);
+};
+
+/* Hash function for data dependence.  */
+
+inline hashval_t
+ddr_hasher::hash (const data_dependence_relation *ddr)
+{
+  inchash::hash h;
+  h.add_ptr (DDR_A (ddr));
+  h.add_ptr (DDR_B (ddr));
+  return h.end ();
+}
+
+/* Hash table equality function for data dependence.  */
+
+inline bool
+ddr_hasher::equal (const data_dependence_relation *ddr1,
+                  const data_dependence_relation *ddr2)
+{
+  return (DDR_A (ddr1) == DDR_A (ddr2) && DDR_B (ddr1) == DDR_B (ddr2));
+}
+
+
+
+#define DR_INDEX(dr)      ((uintptr_t) (dr)->aux)
+
 /* A Reduced Dependence Graph (RDG) vertex representing a statement.  */
 struct rdg_vertex
 {
@@ -112,6 +204,83 @@ struct rdg_edge
 
 #define RDGE_TYPE(E)        ((struct rdg_edge *) ((E)->data))->type
 
+/* Kind of distributed loop.  */
+enum partition_kind {
+    PKIND_NORMAL,
+    /* Partial memset stands for a paritition can be distributed into a loop
+       of memset calls, rather than a single memset call.  It's handled just
+       like a normal parition, i.e, distributed as separate loop, no memset
+       call is generated.
+
+       Note: This is a hacking fix trying to distribute ZERO-ing stmt in a
+       loop nest as deep as possible.  As a result, parloop achieves better
+       parallelization by parallelizing deeper loop nest.  This hack should
+       be unnecessary and removed once distributed memset can be understood
+       and analyzed in data reference analysis.  See PR82604 for more.  */
+    PKIND_PARTIAL_MEMSET,
+    PKIND_MEMSET, PKIND_MEMCPY, PKIND_MEMMOVE
+};
+
+/* Type of distributed loop.  */
+enum partition_type {
+    /* The distributed loop can be executed parallelly.  */
+    PTYPE_PARALLEL = 0,
+    /* The distributed loop has to be executed sequentially.  */
+    PTYPE_SEQUENTIAL
+};
+
+/* Builtin info for loop distribution.  */
+struct builtin_info
+{
+  /* data-references a kind != PKIND_NORMAL partition is about.  */
+  data_reference_p dst_dr;
+  data_reference_p src_dr;
+  /* Base address and size of memory objects operated by the builtin.  Note
+     both dest and source memory objects must have the same size.  */
+  tree dst_base;
+  tree src_base;
+  tree size;
+  /* Base and offset part of dst_base after stripping constant offset.  This
+     is only used in memset builtin distribution for now.  */
+  tree dst_base_base;
+  unsigned HOST_WIDE_INT dst_base_offset;
+};
+
+/* Partition for loop distribution.  */
+struct partition
+{
+  /* Statements of the partition.  */
+  bitmap stmts;
+  /* True if the partition defines variable which is used outside of loop.  */
+  bool reduction_p;
+  location_t loc;
+  enum partition_kind kind;
+  enum partition_type type;
+  /* Data references in the partition.  */
+  bitmap datarefs;
+  /* Information of builtin parition.  */
+  struct builtin_info *builtin;
+};
+
+/* Partitions are fused because of different reasons.  */
+enum fuse_type
+{
+  FUSE_NON_BUILTIN = 0,
+  FUSE_REDUCTION = 1,
+  FUSE_SHARE_REF = 2,
+  FUSE_SAME_SCC = 3,
+  FUSE_FINALIZE = 4
+};
+
+/* Description on different fusing reason.  */
+static const char *fuse_message[] = {
+  "they are non-builtins",
+  "they have reductions",
+  "they have shared memory refs",
+  "they are in the same dependence scc",
+  "there is no point to distribute loop"};
+
+
 /* Dump vertex I in RDG to FILE.  */
 
 static void
@@ -278,7 +447,7 @@ create_edge_for_control_dependence (struct graph *rdg, basic_block bb,
   EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (cd->get_edges_dependent_on (bb->index),
                            0, edge_n, bi)
     {
-      basic_block cond_bb = cd->get_edge (edge_n)->src;
+      basic_block cond_bb = cd->get_edge_src (edge_n);
       gimple *stmt = last_stmt (cond_bb);
       if (stmt && is_ctrl_stmt (stmt))
        {
@@ -332,12 +501,205 @@ create_rdg_cd_edges (struct graph *rdg, control_dependences *cd, loop_p loop)
     }
 }
 
-/* Build the vertices of the reduced dependence graph RDG.  Return false
-   if that failed.  */
 
-static bool
-create_rdg_vertices (struct graph *rdg, vec<gimple *> stmts, loop_p loop,
-                    vec<data_reference_p> *datarefs)
+class loop_distribution
+{
+  private:
+  /* The loop (nest) to be distributed.  */
+  vec<loop_p> loop_nest;
+
+  /* Vector of data references in the loop to be distributed.  */
+  vec<data_reference_p> datarefs_vec;
+
+  /* If there is nonaddressable data reference in above vector.  */
+  bool has_nonaddressable_dataref_p;
+
+  /* Store index of data reference in aux field.  */
+
+  /* Hash table for data dependence relation in the loop to be distributed.  */
+  hash_table<ddr_hasher> *ddrs_table;
+
+  /* Array mapping basic block's index to its topological order.  */
+  int *bb_top_order_index;
+  /* And size of the array.  */
+  int bb_top_order_index_size;
+
+  /* Build the vertices of the reduced dependence graph RDG.  Return false
+     if that failed.  */
+  bool create_rdg_vertices (struct graph *rdg, vec<gimple *> stmts, loop_p loop);
+
+  /* Initialize STMTS with all the statements of LOOP.  We use topological
+     order to discover all statements.  The order is important because
+     generate_loops_for_partition is using the same traversal for identifying
+     statements in loop copies.  */
+  void stmts_from_loop (class loop *loop, vec<gimple *> *stmts);
+
+
+  /* Build the Reduced Dependence Graph (RDG) with one vertex per statement of
+     LOOP, and one edge per flow dependence or control dependence from control
+     dependence CD.  During visiting each statement, data references are also
+     collected and recorded in global data DATAREFS_VEC.  */
+  struct graph * build_rdg (class loop *loop, control_dependences *cd);
+
+/* Merge PARTITION into the partition DEST.  RDG is the reduced dependence
+   graph and we update type for result partition if it is non-NULL.  */
+  void partition_merge_into (struct graph *rdg,
+                            partition *dest, partition *partition,
+                            enum fuse_type ft);
+
+
+  /* Return data dependence relation for data references A and B.  The two
+     data references must be in lexicographic order wrto reduced dependence
+     graph RDG.  We firstly try to find ddr from global ddr hash table.  If
+     it doesn't exist, compute the ddr and cache it.  */
+  data_dependence_relation * get_data_dependence (struct graph *rdg,
+                                                 data_reference_p a,
+                                                 data_reference_p b);
+
+
+  /* In reduced dependence graph RDG for loop distribution, return true if
+     dependence between references DR1 and DR2 leads to a dependence cycle
+     and such dependence cycle can't be resolved by runtime alias check.  */
+  bool data_dep_in_cycle_p (struct graph *rdg, data_reference_p dr1,
+                           data_reference_p dr2);
+
+
+  /* Given reduced dependence graph RDG, PARTITION1 and PARTITION2, update
+     PARTITION1's type after merging PARTITION2 into PARTITION1.  */
+  void update_type_for_merge (struct graph *rdg,
+                             partition *partition1, partition *partition2);
+
+
+  /* Returns a partition with all the statements needed for computing
+     the vertex V of the RDG, also including the loop exit conditions.  */
+  partition *build_rdg_partition_for_vertex (struct graph *rdg, int v);
+
+  /* Given data references DST_DR and SRC_DR in loop nest LOOP and RDG, classify
+     if it forms builtin memcpy or memmove call.  */
+  void classify_builtin_ldst (loop_p loop, struct graph *rdg, partition *partition,
+                             data_reference_p dst_dr, data_reference_p src_dr);
+
+  /* Classifies the builtin kind we can generate for PARTITION of RDG and LOOP.
+     For the moment we detect memset, memcpy and memmove patterns.  Bitmap
+     STMT_IN_ALL_PARTITIONS contains statements belonging to all partitions.
+     Returns true if there is a reduction in all partitions and we
+     possibly did not mark PARTITION as having one for this reason.  */
+
+  bool
+  classify_partition (loop_p loop,
+                     struct graph *rdg, partition *partition,
+                     bitmap stmt_in_all_partitions);
+
+
+  /* Returns true when PARTITION1 and PARTITION2 access the same memory
+     object in RDG.  */
+  bool share_memory_accesses (struct graph *rdg,
+                             partition *partition1, partition *partition2);
+
+  /* For each seed statement in STARTING_STMTS, this function builds
+     partition for it by adding depended statements according to RDG.
+     All partitions are recorded in PARTITIONS.  */
+  void rdg_build_partitions (struct graph *rdg,
+                            vec<gimple *> starting_stmts,
+                            vec<partition *> *partitions);
+
+  /* Compute partition dependence created by the data references in DRS1
+     and DRS2, modify and return DIR according to that.  IF ALIAS_DDR is
+     not NULL, we record dependence introduced by possible alias between
+     two data references in ALIAS_DDRS; otherwise, we simply ignore such
+     dependence as if it doesn't exist at all.  */
+  int pg_add_dependence_edges (struct graph *rdg, int dir, bitmap drs1,
+                              bitmap drs2, vec<ddr_p> *alias_ddrs);
+
+
+  /* Build and return partition dependence graph for PARTITIONS.  RDG is
+     reduced dependence graph for the loop to be distributed.  If IGNORE_ALIAS_P
+     is true, data dependence caused by possible alias between references
+     is ignored, as if it doesn't exist at all; otherwise all depdendences
+     are considered.  */
+  struct graph *build_partition_graph (struct graph *rdg,
+                                      vec<struct partition *> *partitions,
+                                      bool ignore_alias_p);
+
+  /* Given reduced dependence graph RDG merge strong connected components
+     of PARTITIONS.  If IGNORE_ALIAS_P is true, data dependence caused by
+     possible alias between references is ignored, as if it doesn't exist
+     at all; otherwise all depdendences are considered.  */
+  void merge_dep_scc_partitions (struct graph *rdg, vec<struct partition *>
+                                *partitions, bool ignore_alias_p);
+
+/* This is the main function breaking strong conected components in
+   PARTITIONS giving reduced depdendence graph RDG.  Store data dependence
+   relations for runtime alias check in ALIAS_DDRS.  */
+  void break_alias_scc_partitions (struct graph *rdg, vec<struct partition *>
+                                  *partitions, vec<ddr_p> *alias_ddrs);
+
+
+  /* Fuse PARTITIONS of LOOP if necessary before finalizing distribution.
+     ALIAS_DDRS contains ddrs which need runtime alias check.  */
+  void finalize_partitions (class loop *loop, vec<struct partition *>
+                           *partitions, vec<ddr_p> *alias_ddrs);
+
+  /* Distributes the code from LOOP in such a way that producer statements
+     are placed before consumer statements.  Tries to separate only the
+     statements from STMTS into separate loops.  Returns the number of
+     distributed loops.  Set NB_CALLS to number of generated builtin calls.
+     Set *DESTROY_P to whether LOOP needs to be destroyed.  */
+  int distribute_loop (class loop *loop, vec<gimple *> stmts,
+                      control_dependences *cd, int *nb_calls, bool *destroy_p,
+                      bool only_patterns_p);
+
+  /* Compute topological order for basic blocks.  Topological order is
+     needed because data dependence is computed for data references in
+     lexicographical order.  */
+  void bb_top_order_init (void);
+
+  void bb_top_order_destroy (void);
+
+  public:
+
+  /* Getter for bb_top_order.  */
+
+  inline int get_bb_top_order_index_size (void)
+    {
+      return bb_top_order_index_size;
+    }
+
+  inline int get_bb_top_order_index (int i)
+    {
+      return bb_top_order_index[i];
+    }
+
+  unsigned int execute (function *fun);
+};
+
+
+/* If X has a smaller topological sort number than Y, returns -1;
+   if greater, returns 1.  */
+static int
+bb_top_order_cmp_r (const void *x, const void *y, void *loop)
+{
+  loop_distribution *_loop =
+    (loop_distribution *) loop;
+
+  basic_block bb1 = *(const basic_block *) x;
+  basic_block bb2 = *(const basic_block *) y;
+
+  int bb_top_order_index_size = _loop->get_bb_top_order_index_size ();
+
+  gcc_assert (bb1->index < bb_top_order_index_size
+             && bb2->index < bb_top_order_index_size);
+  gcc_assert (bb1 == bb2
+             || _loop->get_bb_top_order_index(bb1->index)
+                != _loop->get_bb_top_order_index(bb2->index));
+
+  return (_loop->get_bb_top_order_index(bb1->index) - 
+         _loop->get_bb_top_order_index(bb2->index));
+}
+
+bool
+loop_distribution::create_rdg_vertices (struct graph *rdg, vec<gimple *> stmts,
+                                       loop_p loop)
 {
   int i;
   gimple *stmt;
@@ -357,32 +719,28 @@ create_rdg_vertices (struct graph *rdg, vec<gimple *> stmts, loop_p loop,
       if (gimple_code (stmt) == GIMPLE_PHI)
        continue;
 
-      unsigned drp = datarefs->length ();
-      if (!find_data_references_in_stmt (loop, stmt, datarefs))
+      unsigned drp = datarefs_vec.length ();
+      if (!find_data_references_in_stmt (loop, stmt, &datarefs_vec))
        return false;
-      for (unsigned j = drp; j < datarefs->length (); ++j)
+      for (unsigned j = drp; j < datarefs_vec.length (); ++j)
        {
-         data_reference_p dr = (*datarefs)[j];
+         data_reference_p dr = datarefs_vec[j];
          if (DR_IS_READ (dr))
            RDGV_HAS_MEM_READS (v) = true;
          else
            RDGV_HAS_MEM_WRITE (v) = true;
          RDGV_DATAREFS (v).safe_push (dr);
+         has_nonaddressable_dataref_p |= may_be_nonaddressable_p (dr->ref);
        }
     }
   return true;
 }
 
-/* Initialize STMTS with all the statements of LOOP.  The order in
-   which we discover statements is important as
-   generate_loops_for_partition is using the same traversal for
-   identifying statements in loop copies.  */
-
-static void
-stmts_from_loop (struct loop *loop, vec<gimple *> *stmts)
+void
+loop_distribution::stmts_from_loop (class loop *loop, vec<gimple *> *stmts)
 {
   unsigned int i;
-  basic_block *bbs = get_loop_body_in_dom_order (loop);
+  basic_block *bbs = get_loop_body_in_custom_order (loop, this, bb_top_order_cmp_r);
 
   for (i = 0; i < loop->num_nodes; i++)
     {
@@ -423,7 +781,7 @@ free_rdg (struct graph *rdg)
       if (v->data)
        {
          gimple_set_uid (RDGV_STMT (v), -1);
-         free_data_refs (RDGV_DATAREFS (v));
+         (RDGV_DATAREFS (v)).release ();
          free (v->data);
        }
     }
@@ -431,24 +789,17 @@ free_rdg (struct graph *rdg)
   free_graph (rdg);
 }
 
-/* Build the Reduced Dependence Graph (RDG) with one vertex per
-   statement of the loop nest LOOP_NEST, and one edge per data dependence or
-   scalar dependence.  */
-
-static struct graph *
-build_rdg (vec<loop_p> loop_nest, control_dependences *cd)
+struct graph *
+loop_distribution::build_rdg (class loop *loop, control_dependences *cd)
 {
   struct graph *rdg;
-  vec<data_reference_p> datarefs;
 
   /* Create the RDG vertices from the stmts of the loop nest.  */
   auto_vec<gimple *, 10> stmts;
-  stmts_from_loop (loop_nest[0], &stmts);
+  stmts_from_loop (loop, &stmts);
   rdg = new_graph (stmts.length ());
-  datarefs.create (10);
-  if (!create_rdg_vertices (rdg, stmts, loop_nest[0], &datarefs))
+  if (!create_rdg_vertices (rdg, stmts, loop))
     {
-      datarefs.release ();
       free_rdg (rdg);
       return NULL;
     }
@@ -456,43 +807,24 @@ build_rdg (vec<loop_p> loop_nest, control_dependences *cd)
 
   create_rdg_flow_edges (rdg);
   if (cd)
-    create_rdg_cd_edges (rdg, cd, loop_nest[0]);
-
-  datarefs.release ();
+    create_rdg_cd_edges (rdg, cd, loop);
 
   return rdg;
 }
 
 
-
-enum partition_kind {
-    PKIND_NORMAL, PKIND_MEMSET, PKIND_MEMCPY
-};
-
-struct partition
-{
-  bitmap stmts;
-  bitmap loops;
-  bool reduction_p;
-  enum partition_kind kind;
-  /* data-references a kind != PKIND_NORMAL partition is about.  */
-  data_reference_p main_dr;
-  data_reference_p secondary_dr;
-  tree niter;
-  bool plus_one;
-};
-
-
 /* Allocate and initialize a partition from BITMAP.  */
 
 static partition *
-partition_alloc (bitmap stmts, bitmap loops)
+partition_alloc (void)
 {
   partition *partition = XCNEW (struct partition);
-  partition->stmts = stmts ? stmts : BITMAP_ALLOC (NULL);
-  partition->loops = loops ? loops : BITMAP_ALLOC (NULL);
+  partition->stmts = BITMAP_ALLOC (NULL);
   partition->reduction_p = false;
+  partition->loc = UNKNOWN_LOCATION;
   partition->kind = PKIND_NORMAL;
+  partition->type = PTYPE_PARALLEL;
+  partition->datarefs = BITMAP_ALLOC (NULL);
   return partition;
 }
 
@@ -502,7 +834,10 @@ static void
 partition_free (partition *partition)
 {
   BITMAP_FREE (partition->stmts);
-  BITMAP_FREE (partition->loops);
+  BITMAP_FREE (partition->datarefs);
+  if (partition->builtin)
+    free (partition->builtin);
+
   free (partition);
 }
 
@@ -511,7 +846,7 @@ partition_free (partition *partition)
 static bool
 partition_builtin_p (partition *partition)
 {
-  return partition->kind != PKIND_NORMAL;
+  return partition->kind > PKIND_PARTIAL_MEMSET;
 }
 
 /* Returns true if the partition contains a reduction.  */
@@ -522,15 +857,33 @@ partition_reduction_p (partition *partition)
   return partition->reduction_p;
 }
 
-/* Merge PARTITION into the partition DEST.  */
-
-static void
-partition_merge_into (partition *dest, partition *partition)
+void
+loop_distribution::partition_merge_into (struct graph *rdg,
+                     partition *dest, partition *partition, enum fuse_type ft)
 {
+  if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
+    {
+      fprintf (dump_file, "Fuse partitions because %s:\n", fuse_message[ft]);
+      fprintf (dump_file, "  Part 1: ");
+      dump_bitmap (dump_file, dest->stmts);
+      fprintf (dump_file, "  Part 2: ");
+      dump_bitmap (dump_file, partition->stmts);
+    }
+
   dest->kind = PKIND_NORMAL;
+  if (dest->type == PTYPE_PARALLEL)
+    dest->type = partition->type;
+
   bitmap_ior_into (dest->stmts, partition->stmts);
   if (partition_reduction_p (partition))
     dest->reduction_p = true;
+
+  /* Further check if any data dependence prevents us from executing the
+     new partition parallelly.  */
+  if (dest->type == PTYPE_PARALLEL && rdg != NULL)
+    update_type_for_merge (rdg, dest, partition);
+
+  bitmap_ior_into (dest->datarefs, partition->datarefs);
 }
 
 
@@ -545,9 +898,11 @@ ssa_name_has_uses_outside_loop_p (tree def, loop_p loop)
 
   FOR_EACH_IMM_USE_FAST (use_p, imm_iter, def)
     {
-      gimple *use_stmt = USE_STMT (use_p);
-      if (!is_gimple_debug (use_stmt)
-         && loop != loop_containing_stmt (use_stmt))
+      if (is_gimple_debug (USE_STMT (use_p)))
+       continue;
+
+      basic_block use_bb = gimple_bb (USE_STMT (use_p));
+      if (!flow_bb_inside_loop_p (loop, use_bb))
        return true;
     }
 
@@ -575,10 +930,10 @@ stmt_has_scalar_dependences_outside_loop (loop_p loop, gimple *stmt)
 
 /* Return a copy of LOOP placed before LOOP.  */
 
-static struct loop *
-copy_loop_before (struct loop *loop)
+static class loop *
+copy_loop_before (class loop *loop)
 {
-  struct loop *res;
+  class loop *res;
   edge preheader = loop_preheader_edge (loop);
 
   initialize_original_copy_tables ();
@@ -593,7 +948,7 @@ copy_loop_before (struct loop *loop)
 /* Creates an empty basic block after LOOP.  */
 
 static void
-create_bb_after_loop (struct loop *loop)
+create_bb_after_loop (class loop *loop)
 {
   edge exit = single_exit (loop);
 
@@ -610,7 +965,7 @@ create_bb_after_loop (struct loop *loop)
    basic blocks of a loop are taken in dom order.  */
 
 static void
-generate_loops_for_partition (struct loop *loop, partition *partition,
+generate_loops_for_partition (class loop *loop, partition *partition,
                              bool copy_p)
 {
   unsigned i;
@@ -618,16 +973,23 @@ generate_loops_for_partition (struct loop *loop, partition *partition,
 
   if (copy_p)
     {
+      int orig_loop_num = loop->orig_loop_num;
       loop = copy_loop_before (loop);
       gcc_assert (loop != NULL);
+      loop->orig_loop_num = orig_loop_num;
       create_preheader (loop, CP_SIMPLE_PREHEADERS);
       create_bb_after_loop (loop);
     }
+  else
+    {
+      /* Origin number is set to the new versioned loop's num.  */
+      gcc_assert (loop->orig_loop_num != loop->num);
+    }
 
   /* Remove stmts not in the PARTITION bitmap.  */
   bbs = get_loop_body_in_dom_order (loop);
 
-  if (MAY_HAVE_DEBUG_STMTS)
+  if (MAY_HAVE_DEBUG_BIND_STMTS)
     for (i = 0; i < loop->num_nodes; i++)
       {
        basic_block bb = bbs[i];
@@ -654,6 +1016,10 @@ generate_loops_for_partition (struct loop *loop, partition *partition,
   for (i = 0; i < loop->num_nodes; i++)
     {
       basic_block bb = bbs[i];
+      edge inner_exit = NULL;
+
+      if (loop != bb->loop_father)
+       inner_exit = single_exit (bb->loop_father);
 
       for (gphi_iterator bsi = gsi_start_phis (bb); !gsi_end_p (bsi);)
        {
@@ -672,11 +1038,17 @@ generate_loops_for_partition (struct loop *loop, partition *partition,
              && !is_gimple_debug (stmt)
              && !bitmap_bit_p (partition->stmts, gimple_uid (stmt)))
            {
-             /* Choose an arbitrary path through the empty CFG part
-                that this unnecessary control stmt controls.  */
+             /* In distribution of loop nest, if bb is inner loop's exit_bb,
+                we choose its exit edge/path in order to avoid generating
+                infinite loop.  For all other cases, we choose an arbitrary
+                path through the empty CFG part that this unnecessary
+                control stmt controls.  */
              if (gcond *cond_stmt = dyn_cast <gcond *> (stmt))
                {
-                 gimple_cond_make_false (cond_stmt);
+                 if (inner_exit && inner_exit->flags & EDGE_TRUE_VALUE)
+                   gimple_cond_make_true (cond_stmt);
+                 else
+                   gimple_cond_make_false (cond_stmt);
                  update_stmt (stmt);
                }
              else if (gimple_code (stmt) == GIMPLE_SWITCH)
@@ -701,43 +1073,6 @@ generate_loops_for_partition (struct loop *loop, partition *partition,
   free (bbs);
 }
 
-/* Build the size argument for a memory operation call.  */
-
-static tree
-build_size_arg_loc (location_t loc, data_reference_p dr, tree nb_iter,
-                   bool plus_one)
-{
-  tree size = fold_convert_loc (loc, sizetype, nb_iter);
-  if (plus_one)
-    size = size_binop (PLUS_EXPR, size, size_one_node);
-  size = fold_build2_loc (loc, MULT_EXPR, sizetype, size,
-                         TYPE_SIZE_UNIT (TREE_TYPE (DR_REF (dr))));
-  size = fold_convert_loc (loc, size_type_node, size);
-  return size;
-}
-
-/* Build an address argument for a memory operation call.  */
-
-static tree
-build_addr_arg_loc (location_t loc, data_reference_p dr, tree nb_bytes)
-{
-  tree addr_base;
-
-  addr_base = size_binop_loc (loc, PLUS_EXPR, DR_OFFSET (dr), DR_INIT (dr));
-  addr_base = fold_convert_loc (loc, sizetype, addr_base);
-
-  /* Test for a negative stride, iterating over every element.  */
-  if (tree_int_cst_sgn (DR_STEP (dr)) == -1)
-    {
-      addr_base = size_binop_loc (loc, MINUS_EXPR, addr_base,
-                                 fold_convert_loc (loc, sizetype, nb_bytes));
-      addr_base = size_binop_loc (loc, PLUS_EXPR, addr_base,
-                                 TYPE_SIZE_UNIT (TREE_TYPE (DR_REF (dr))));
-    }
-
-  return fold_build_pointer_plus_loc (loc, DR_BASE_ADDRESS (dr), addr_base);
-}
-
 /* If VAL memory representation contains the same value in all bytes,
    return that value, otherwise return -1.
    E.g. for 0x24242424 return 0x24, for IEEE double
@@ -750,12 +1085,43 @@ const_with_all_bytes_same (tree val)
   int i, len;
 
   if (integer_zerop (val)
-      || real_zerop (val)
       || (TREE_CODE (val) == CONSTRUCTOR
           && !TREE_CLOBBER_P (val)
           && CONSTRUCTOR_NELTS (val) == 0))
     return 0;
 
+  if (real_zerop (val))
+    {
+      /* Only return 0 for +0.0, not for -0.0, which doesn't have
+        an all bytes same memory representation.  Don't transform
+        -0.0 stores into +0.0 even for !HONOR_SIGNED_ZEROS.  */
+      switch (TREE_CODE (val))
+       {
+       case REAL_CST:
+         if (!real_isneg (TREE_REAL_CST_PTR (val)))
+           return 0;
+         break;
+       case COMPLEX_CST:
+         if (!const_with_all_bytes_same (TREE_REALPART (val))
+             && !const_with_all_bytes_same (TREE_IMAGPART (val)))
+           return 0;
+         break;
+       case VECTOR_CST:
+         {
+           unsigned int count = vector_cst_encoded_nelts (val);
+           unsigned int j;
+           for (j = 0; j < count; ++j)
+             if (const_with_all_bytes_same (VECTOR_CST_ENCODED_ELT (val, j)))
+               break;
+           if (j == count)
+             return 0;
+           break;
+         }
+       default:
+         break;
+       }
+    }
+
   if (CHAR_BIT != 8 || BITS_PER_UNIT != 8)
     return -1;
 
@@ -771,30 +1137,26 @@ const_with_all_bytes_same (tree val)
 /* Generate a call to memset for PARTITION in LOOP.  */
 
 static void
-generate_memset_builtin (struct loop *loop, partition *partition)
+generate_memset_builtin (class loop *loop, partition *partition)
 {
   gimple_stmt_iterator gsi;
-  gimple *stmt, *fn_call;
   tree mem, fn, nb_bytes;
-  location_t loc;
   tree val;
-
-  stmt = DR_STMT (partition->main_dr);
-  loc = gimple_location (stmt);
+  struct builtin_info *builtin = partition->builtin;
+  gimple *fn_call;
 
   /* The new statements will be placed before LOOP.  */
   gsi = gsi_last_bb (loop_preheader_edge (loop)->src);
 
-  nb_bytes = build_size_arg_loc (loc, partition->main_dr, partition->niter,
-                                partition->plus_one);
+  nb_bytes = rewrite_to_non_trapping_overflow (builtin->size);
   nb_bytes = force_gimple_operand_gsi (&gsi, nb_bytes, true, NULL_TREE,
                                       false, GSI_CONTINUE_LINKING);
-  mem = build_addr_arg_loc (loc, partition->main_dr, nb_bytes);
+  mem = rewrite_to_non_trapping_overflow (builtin->dst_base);
   mem = force_gimple_operand_gsi (&gsi, mem, true, NULL_TREE,
                                  false, GSI_CONTINUE_LINKING);
 
   /* This exactly matches the pattern recognition in classify_partition.  */
-  val = gimple_assign_rhs1 (stmt);
+  val = gimple_assign_rhs1 (DR_STMT (builtin->dst_dr));
   /* Handle constants like 0x15151515 and similarly
      floating point constants etc. where all bytes are the same.  */
   int bytev = const_with_all_bytes_same (val);
@@ -812,7 +1174,9 @@ generate_memset_builtin (struct loop *loop, partition *partition)
 
   fn = build_fold_addr_expr (builtin_decl_implicit (BUILT_IN_MEMSET));
   fn_call = gimple_build_call (fn, 3, mem, val, nb_bytes);
+  gimple_set_location (fn_call, partition->loc);
   gsi_insert_after (&gsi, fn_call, GSI_CONTINUE_LINKING);
+  fold_stmt (&gsi);
 
   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
     {
@@ -827,30 +1191,27 @@ generate_memset_builtin (struct loop *loop, partition *partition)
 /* Generate a call to memcpy for PARTITION in LOOP.  */
 
 static void
-generate_memcpy_builtin (struct loop *loop, partition *partition)
+generate_memcpy_builtin (class loop *loop, partition *partition)
 {
   gimple_stmt_iterator gsi;
-  gimple *stmt, *fn_call;
+  gimple *fn_call;
   tree dest, src, fn, nb_bytes;
-  location_t loc;
   enum built_in_function kind;
-
-  stmt = DR_STMT (partition->main_dr);
-  loc = gimple_location (stmt);
+  struct builtin_info *builtin = partition->builtin;
 
   /* The new statements will be placed before LOOP.  */
   gsi = gsi_last_bb (loop_preheader_edge (loop)->src);
 
-  nb_bytes = build_size_arg_loc (loc, partition->main_dr, partition->niter,
-                                partition->plus_one);
+  nb_bytes = rewrite_to_non_trapping_overflow (builtin->size);
   nb_bytes = force_gimple_operand_gsi (&gsi, nb_bytes, true, NULL_TREE,
                                       false, GSI_CONTINUE_LINKING);
-  dest = build_addr_arg_loc (loc, partition->main_dr, nb_bytes);
-  src = build_addr_arg_loc (loc, partition->secondary_dr, nb_bytes);
-  if (ptr_derefs_may_alias_p (dest, src))
-    kind = BUILT_IN_MEMMOVE;
-  else
+  dest = rewrite_to_non_trapping_overflow (builtin->dst_base);
+  src = rewrite_to_non_trapping_overflow (builtin->src_base);
+  if (partition->kind == PKIND_MEMCPY
+      || ! ptr_derefs_may_alias_p (dest, src))
     kind = BUILT_IN_MEMCPY;
+  else
+    kind = BUILT_IN_MEMMOVE;
 
   dest = force_gimple_operand_gsi (&gsi, dest, true, NULL_TREE,
                                   false, GSI_CONTINUE_LINKING);
@@ -858,7 +1219,9 @@ generate_memcpy_builtin (struct loop *loop, partition *partition)
                                  false, GSI_CONTINUE_LINKING);
   fn = build_fold_addr_expr (builtin_decl_implicit (kind));
   fn_call = gimple_build_call (fn, 3, dest, src, nb_bytes);
+  gimple_set_location (fn_call, partition->loc);
   gsi_insert_after (&gsi, fn_call, GSI_CONTINUE_LINKING);
+  fold_stmt (&gsi);
 
   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
     {
@@ -872,7 +1235,7 @@ generate_memcpy_builtin (struct loop *loop, partition *partition)
 /* Remove and destroy the loop LOOP.  */
 
 static void
-destroy_loop (struct loop *loop)
+destroy_loop (class loop *loop)
 {
   unsigned nbbs = loop->num_nodes;
   edge exit = single_exit (loop);
@@ -882,13 +1245,9 @@ destroy_loop (struct loop *loop)
 
   bbs = get_loop_body_in_dom_order (loop);
 
-  redirect_edge_pred (exit, src);
-  exit->flags &= ~(EDGE_TRUE_VALUE|EDGE_FALSE_VALUE);
-  exit->flags |= EDGE_FALLTHRU;
-  cancel_loop_tree (loop);
-  rescan_loop_exit (exit, false, true);
-
-  for (i = 0; i < nbbs; i++)
+  gimple_stmt_iterator dst_gsi = gsi_after_labels (exit->dest);
+  bool safe_p = single_pred_p (exit->dest);
+  for (unsigned i = 0; i < nbbs; ++i)
     {
       /* We have made sure to not leave any dangling uses of SSA
          names defined in the loop.  With the exception of virtuals.
@@ -902,16 +1261,48 @@ destroy_loop (struct loop *loop)
          if (virtual_operand_p (gimple_phi_result (phi)))
            mark_virtual_phi_result_for_renaming (phi);
        }
-      for (gimple_stmt_iterator gsi = gsi_start_bb (bbs[i]); !gsi_end_p (gsi);
-          gsi_next (&gsi))
+      for (gimple_stmt_iterator gsi = gsi_start_bb (bbs[i]); !gsi_end_p (gsi);)
        {
          gimple *stmt = gsi_stmt (gsi);
          tree vdef = gimple_vdef (stmt);
          if (vdef && TREE_CODE (vdef) == SSA_NAME)
            mark_virtual_operand_for_renaming (vdef);
+         /* Also move and eventually reset debug stmts.  We can leave
+            constant values in place in case the stmt dominates the exit.
+            ???  Non-constant values from the last iteration can be
+            replaced with final values if we can compute them.  */
+         if (gimple_debug_bind_p (stmt))
+           {
+             tree val = gimple_debug_bind_get_value (stmt);
+             gsi_move_before (&gsi, &dst_gsi);
+             if (val
+                 && (!safe_p
+                     || !is_gimple_min_invariant (val)
+                     || !dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, exit->src, bbs[i])))
+               {
+                 gimple_debug_bind_reset_value (stmt);
+                 update_stmt (stmt);
+               }
+           }
+         else
+           gsi_next (&gsi);
        }
+    }
+
+  redirect_edge_pred (exit, src);
+  exit->flags &= ~(EDGE_TRUE_VALUE|EDGE_FALSE_VALUE);
+  exit->flags |= EDGE_FALLTHRU;
+  cancel_loop_tree (loop);
+  rescan_loop_exit (exit, false, true);
+
+  i = nbbs;
+  do
+    {
+      --i;
       delete_basic_block (bbs[i]);
     }
+  while (i != 0);
+
   free (bbs);
 
   set_immediate_dominator (CDI_DOMINATORS, dest,
@@ -921,12 +1312,13 @@ destroy_loop (struct loop *loop)
 /* Generates code for PARTITION.  Return whether LOOP needs to be destroyed.  */
 
 static bool 
-generate_code_for_partition (struct loop *loop,
+generate_code_for_partition (class loop *loop,
                             partition *partition, bool copy_p)
 {
   switch (partition->kind)
     {
     case PKIND_NORMAL:
+    case PKIND_PARTIAL_MEMSET:
       /* Reductions all have to be in the last partition.  */
       gcc_assert (!partition_reduction_p (partition)
                  || !copy_p);
@@ -938,6 +1330,7 @@ generate_code_for_partition (struct loop *loop,
       break;
 
     case PKIND_MEMCPY:
+    case PKIND_MEMMOVE:
       generate_memcpy_builtin (loop, partition);
       break;
 
@@ -952,77 +1345,149 @@ generate_code_for_partition (struct loop *loop,
   return false;
 }
 
+data_dependence_relation *
+loop_distribution::get_data_dependence (struct graph *rdg, data_reference_p a,
+                                       data_reference_p b)
+{
+  struct data_dependence_relation ent, **slot;
+  struct data_dependence_relation *ddr;
+
+  gcc_assert (DR_IS_WRITE (a) || DR_IS_WRITE (b));
+  gcc_assert (rdg_vertex_for_stmt (rdg, DR_STMT (a))
+             <= rdg_vertex_for_stmt (rdg, DR_STMT (b)));
+  ent.a = a;
+  ent.b = b;
+  slot = ddrs_table->find_slot (&ent, INSERT);
+  if (*slot == NULL)
+    {
+      ddr = initialize_data_dependence_relation (a, b, loop_nest);
+      compute_affine_dependence (ddr, loop_nest[0]);
+      *slot = ddr;
+    }
+
+  return *slot;
+}
 
-/* Returns a partition with all the statements needed for computing
-   the vertex V of the RDG, also including the loop exit conditions.  */
+bool
+loop_distribution::data_dep_in_cycle_p (struct graph *rdg,
+                                       data_reference_p dr1,
+                                       data_reference_p dr2)
+{
+  struct data_dependence_relation *ddr;
+
+  /* Re-shuffle data-refs to be in topological order.  */
+  if (rdg_vertex_for_stmt (rdg, DR_STMT (dr1))
+      > rdg_vertex_for_stmt (rdg, DR_STMT (dr2)))
+    std::swap (dr1, dr2);
+
+  ddr = get_data_dependence (rdg, dr1, dr2);
+
+  /* In case of no data dependence.  */
+  if (DDR_ARE_DEPENDENT (ddr) == chrec_known)
+    return false;
+  /* For unknown data dependence or known data dependence which can't be
+     expressed in classic distance vector, we check if it can be resolved
+     by runtime alias check.  If yes, we still consider data dependence
+     as won't introduce data dependence cycle.  */
+  else if (DDR_ARE_DEPENDENT (ddr) == chrec_dont_know
+          || DDR_NUM_DIST_VECTS (ddr) == 0)
+    return !runtime_alias_check_p (ddr, NULL, true);
+  else if (DDR_NUM_DIST_VECTS (ddr) > 1)
+    return true;
+  else if (DDR_REVERSED_P (ddr)
+          || lambda_vector_zerop (DDR_DIST_VECT (ddr, 0), 1))
+    return false;
 
-static partition *
-build_rdg_partition_for_vertex (struct graph *rdg, int v)
+  return true;
+}
+
+void
+loop_distribution::update_type_for_merge (struct graph *rdg,
+                                          partition *partition1,
+                                          partition *partition2)
+{
+  unsigned i, j;
+  bitmap_iterator bi, bj;
+  data_reference_p dr1, dr2;
+
+  EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (partition1->datarefs, 0, i, bi)
+    {
+      unsigned start = (partition1 == partition2) ? i + 1 : 0;
+
+      dr1 = datarefs_vec[i];
+      EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (partition2->datarefs, start, j, bj)
+       {
+         dr2 = datarefs_vec[j];
+         if (DR_IS_READ (dr1) && DR_IS_READ (dr2))
+           continue;
+
+         /* Partition can only be executed sequentially if there is any
+            data dependence cycle.  */
+         if (data_dep_in_cycle_p (rdg, dr1, dr2))
+           {
+             partition1->type = PTYPE_SEQUENTIAL;
+             return;
+           }
+       }
+    }
+}
+
+partition *
+loop_distribution::build_rdg_partition_for_vertex (struct graph *rdg, int v)
 {
-  partition *partition = partition_alloc (NULL, NULL);
+  partition *partition = partition_alloc ();
   auto_vec<int, 3> nodes;
-  unsigned i;
+  unsigned i, j;
   int x;
+  data_reference_p dr;
 
   graphds_dfs (rdg, &v, 1, &nodes, false, NULL);
 
   FOR_EACH_VEC_ELT (nodes, i, x)
     {
       bitmap_set_bit (partition->stmts, x);
-      bitmap_set_bit (partition->loops,
-                     loop_containing_stmt (RDG_STMT (rdg, x))->num);
-    }
 
-  return partition;
-}
+      for (j = 0; RDG_DATAREFS (rdg, x).iterate (j, &dr); ++j)
+       {
+         unsigned idx = (unsigned) DR_INDEX (dr);
+         gcc_assert (idx < datarefs_vec.length ());
 
-/* Classifies the builtin kind we can generate for PARTITION of RDG and LOOP.
-   For the moment we detect only the memset zero pattern.  */
+         /* Partition can only be executed sequentially if there is any
+            unknown data reference.  */
+         if (!DR_BASE_ADDRESS (dr) || !DR_OFFSET (dr)
+             || !DR_INIT (dr) || !DR_STEP (dr))
+           partition->type = PTYPE_SEQUENTIAL;
 
-static void
-classify_partition (loop_p loop, struct graph *rdg, partition *partition)
-{
-  bitmap_iterator bi;
-  unsigned i;
-  tree nb_iter;
-  data_reference_p single_load, single_store;
-  bool volatiles_p = false;
-  bool plus_one = false;
+         bitmap_set_bit (partition->datarefs, idx);
+       }
+    }
 
-  partition->kind = PKIND_NORMAL;
-  partition->main_dr = NULL;
-  partition->secondary_dr = NULL;
-  partition->niter = NULL_TREE;
-  partition->plus_one = false;
+  if (partition->type == PTYPE_SEQUENTIAL)
+    return partition;
 
-  EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (partition->stmts, 0, i, bi)
-    {
-      gimple *stmt = RDG_STMT (rdg, i);
+  /* Further check if any data dependence prevents us from executing the
+     partition parallelly.  */
+  update_type_for_merge (rdg, partition, partition);
 
-      if (gimple_has_volatile_ops (stmt))
-       volatiles_p = true;
+  return partition;
+}
 
-      /* If the stmt has uses outside of the loop mark it as reduction.  */
-      if (stmt_has_scalar_dependences_outside_loop (loop, stmt))
-       {
-         partition->reduction_p = true;
-         return;
-       }
-    }
+/* Given PARTITION of LOOP and RDG, record single load/store data references
+   for builtin partition in SRC_DR/DST_DR, return false if there is no such
+   data references.  */
 
-  /* Perform general partition disqualification for builtins.  */
-  if (volatiles_p
-      || !flag_tree_loop_distribute_patterns)
-    return;
+static bool
+find_single_drs (class loop *loop, struct graph *rdg, partition *partition,
+                data_reference_p *dst_dr, data_reference_p *src_dr)
+{
+  unsigned i;
+  data_reference_p single_ld = NULL, single_st = NULL;
+  bitmap_iterator bi;
 
-  /* Detect memset and memcpy.  */
-  single_load = NULL;
-  single_store = NULL;
   EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (partition->stmts, 0, i, bi)
     {
       gimple *stmt = RDG_STMT (rdg, i);
       data_reference_p dr;
-      unsigned j;
 
       if (gimple_code (stmt) == GIMPLE_PHI)
        continue;
@@ -1033,142 +1498,365 @@ classify_partition (loop_p loop, struct graph *rdg, partition *partition)
 
       /* Otherwise just regular loads/stores.  */
       if (!gimple_assign_single_p (stmt))
-       return;
+       return false;
 
       /* But exactly one store and/or load.  */
-      for (j = 0; RDG_DATAREFS (rdg, i).iterate (j, &dr); ++j)
+      for (unsigned j = 0; RDG_DATAREFS (rdg, i).iterate (j, &dr); ++j)
        {
+         tree type = TREE_TYPE (DR_REF (dr));
+
+         /* The memset, memcpy and memmove library calls are only
+            able to deal with generic address space.  */
+         if (!ADDR_SPACE_GENERIC_P (TYPE_ADDR_SPACE (type)))
+           return false;
+
          if (DR_IS_READ (dr))
            {
-             if (single_load != NULL)
-               return;
-             single_load = dr;
+             if (single_ld != NULL)
+               return false;
+             single_ld = dr;
            }
          else
            {
-             if (single_store != NULL)
-               return;
-             single_store = dr;
+             if (single_st != NULL)
+               return false;
+             single_st = dr;
            }
        }
     }
 
-  if (!single_store)
-    return;
+  if (!single_st)
+    return false;
 
-  nb_iter = number_of_latch_executions (loop);
-  if (!nb_iter || nb_iter == chrec_dont_know)
-    return;
-  if (dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, single_exit (loop)->src,
-                     gimple_bb (DR_STMT (single_store))))
-    plus_one = true;
-
-  if (single_store && !single_load)
-    {
-      gimple *stmt = DR_STMT (single_store);
-      tree rhs = gimple_assign_rhs1 (stmt);
-      if (const_with_all_bytes_same (rhs) == -1
-         && (!INTEGRAL_TYPE_P (TREE_TYPE (rhs))
-             || (TYPE_MODE (TREE_TYPE (rhs))
-                 != TYPE_MODE (unsigned_char_type_node))))
-       return;
-      if (TREE_CODE (rhs) == SSA_NAME
-         && !SSA_NAME_IS_DEFAULT_DEF (rhs)
-         && flow_bb_inside_loop_p (loop, gimple_bb (SSA_NAME_DEF_STMT (rhs))))
-       return;
-      if (!adjacent_dr_p (single_store)
-         || !dominated_by_p (CDI_DOMINATORS,
-                             loop->latch, gimple_bb (stmt)))
-       return;
-      partition->kind = PKIND_MEMSET;
-      partition->main_dr = single_store;
-      partition->niter = nb_iter;
-      partition->plus_one = plus_one;
-    }
-  else if (single_store && single_load)
+  /* Bail out if this is a bitfield memory reference.  */
+  if (TREE_CODE (DR_REF (single_st)) == COMPONENT_REF
+      && DECL_BIT_FIELD (TREE_OPERAND (DR_REF (single_st), 1)))
+    return false;
+
+  /* Data reference must be executed exactly once per iteration of each
+     loop in the loop nest.  We only need to check dominance information
+     against the outermost one in a perfect loop nest because a bb can't
+     dominate outermost loop's latch without dominating inner loop's.  */
+  basic_block bb_st = gimple_bb (DR_STMT (single_st));
+  if (!dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, loop->latch, bb_st))
+    return false;
+
+  if (single_ld)
     {
-      gimple *store = DR_STMT (single_store);
-      gimple *load = DR_STMT (single_load);
+      gimple *store = DR_STMT (single_st), *load = DR_STMT (single_ld);
       /* Direct aggregate copy or via an SSA name temporary.  */
       if (load != store
          && gimple_assign_lhs (load) != gimple_assign_rhs1 (store))
-       return;
-      if (!adjacent_dr_p (single_store)
-         || !adjacent_dr_p (single_load)
-         || !operand_equal_p (DR_STEP (single_store),
-                              DR_STEP (single_load), 0)
-         || !dominated_by_p (CDI_DOMINATORS,
-                             loop->latch, gimple_bb (store)))
-       return;
-      /* Now check that if there is a dependence this dependence is
-         of a suitable form for memmove.  */
-      vec<loop_p> loops = vNULL;
-      ddr_p ddr;
-      loops.safe_push (loop);
-      ddr = initialize_data_dependence_relation (single_load, single_store,
-                                                loops);
-      compute_affine_dependence (ddr, loop);
-      if (DDR_ARE_DEPENDENT (ddr) == chrec_dont_know)
-       {
-         free_dependence_relation (ddr);
-         loops.release ();
-         return;
-       }
-      if (DDR_ARE_DEPENDENT (ddr) != chrec_known)
-       {
-         if (DDR_NUM_DIST_VECTS (ddr) == 0)
-           {
-             free_dependence_relation (ddr);
-             loops.release ();
-             return;
-           }
-         lambda_vector dist_v;
-         FOR_EACH_VEC_ELT (DDR_DIST_VECTS (ddr), i, dist_v)
-           {
-             int dist = dist_v[index_in_loop_nest (loop->num,
-                                                   DDR_LOOP_NEST (ddr))];
-             if (dist > 0 && !DDR_REVERSED_P (ddr))
-               {
-                 free_dependence_relation (ddr);
-                 loops.release ();
-                 return;
-               }
-           }
-       }
-      free_dependence_relation (ddr);
-      loops.release ();
-      partition->kind = PKIND_MEMCPY;
-      partition->main_dr = single_store;
-      partition->secondary_dr = single_load;
-      partition->niter = nb_iter;
-      partition->plus_one = plus_one;
+       return false;
+
+      /* Bail out if this is a bitfield memory reference.  */
+      if (TREE_CODE (DR_REF (single_ld)) == COMPONENT_REF
+         && DECL_BIT_FIELD (TREE_OPERAND (DR_REF (single_ld), 1)))
+       return false;
+
+      /* Load and store must be in the same loop nest.  */
+      basic_block bb_ld = gimple_bb (DR_STMT (single_ld));
+      if (bb_st->loop_father != bb_ld->loop_father)
+       return false;
+
+      /* Data reference must be executed exactly once per iteration.
+        Same as single_st, we only need to check against the outermost
+        loop.  */
+      if (!dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, loop->latch, bb_ld))
+       return false;
+
+      edge e = single_exit (bb_st->loop_father);
+      bool dom_ld = dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, e->src, bb_ld);
+      bool dom_st = dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, e->src, bb_st);
+      if (dom_ld != dom_st)
+       return false;
     }
+
+  *src_dr = single_ld;
+  *dst_dr = single_st;
+  return true;
 }
 
-/* For a data reference REF, return the declaration of its base
-   address or NULL_TREE if the base is not determined.  */
+/* Given data reference DR in LOOP_NEST, this function checks the enclosing
+   loops from inner to outer to see if loop's step equals to access size at
+   each level of loop.  Return 2 if we can prove this at all level loops;
+   record access base and size in BASE and SIZE; save loop's step at each
+   level of loop in STEPS if it is not null.  For example:
 
-static tree
-ref_base_address (data_reference_p dr)
+     int arr[100][100][100];
+     for (i = 0; i < 100; i++)       ;steps[2] = 40000
+       for (j = 100; j > 0; j--)     ;steps[1] = -400
+        for (k = 0; k < 100; k++)   ;steps[0] = 4
+          arr[i][j - 1][k] = 0;     ;base = &arr, size = 4000000
+
+   Return 1 if we can prove the equality at the innermost loop, but not all
+   level loops.  In this case, no information is recorded.
+
+   Return 0 if no equality can be proven at any level loops.  */
+
+static int
+compute_access_range (loop_p loop_nest, data_reference_p dr, tree *base,
+                     tree *size, vec<tree> *steps = NULL)
 {
-  tree base_address = DR_BASE_ADDRESS (dr);
-  if (base_address
-      && TREE_CODE (base_address) == ADDR_EXPR)
-    return TREE_OPERAND (base_address, 0);
+  location_t loc = gimple_location (DR_STMT (dr));
+  basic_block bb = gimple_bb (DR_STMT (dr));
+  class loop *loop = bb->loop_father;
+  tree ref = DR_REF (dr);
+  tree access_base = build_fold_addr_expr (ref);
+  tree access_size = TYPE_SIZE_UNIT (TREE_TYPE (ref));
+  int res = 0;
 
-  return base_address;
+  do {
+      tree scev_fn = analyze_scalar_evolution (loop, access_base);
+      if (TREE_CODE (scev_fn) != POLYNOMIAL_CHREC)
+       return res;
+
+      access_base = CHREC_LEFT (scev_fn);
+      if (tree_contains_chrecs (access_base, NULL))
+       return res;
+
+      tree scev_step = CHREC_RIGHT (scev_fn);
+      /* Only support constant steps.  */
+      if (TREE_CODE (scev_step) != INTEGER_CST)
+       return res;
+
+      enum ev_direction access_dir = scev_direction (scev_fn);
+      if (access_dir == EV_DIR_UNKNOWN)
+       return res;
+
+      if (steps != NULL)
+       steps->safe_push (scev_step);
+
+      scev_step = fold_convert_loc (loc, sizetype, scev_step);
+      /* Compute absolute value of scev step.  */
+      if (access_dir == EV_DIR_DECREASES)
+       scev_step = fold_build1_loc (loc, NEGATE_EXPR, sizetype, scev_step);
+
+      /* At each level of loop, scev step must equal to access size.  In other
+        words, DR must access consecutive memory between loop iterations.  */
+      if (!operand_equal_p (scev_step, access_size, 0))
+       return res;
+
+      /* Access stride can be computed for data reference at least for the
+        innermost loop.  */
+      res = 1;
+
+      /* Compute DR's execution times in loop.  */
+      tree niters = number_of_latch_executions (loop);
+      niters = fold_convert_loc (loc, sizetype, niters);
+      if (dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, single_exit (loop)->src, bb))
+       niters = size_binop_loc (loc, PLUS_EXPR, niters, size_one_node);
+
+      /* Compute DR's overall access size in loop.  */
+      access_size = fold_build2_loc (loc, MULT_EXPR, sizetype,
+                                    niters, scev_step);
+      /* Adjust base address in case of negative step.  */
+      if (access_dir == EV_DIR_DECREASES)
+       {
+         tree adj = fold_build2_loc (loc, MINUS_EXPR, sizetype,
+                                     scev_step, access_size);
+         access_base = fold_build_pointer_plus_loc (loc, access_base, adj);
+       }
+  } while (loop != loop_nest && (loop = loop_outer (loop)) != NULL);
+
+  *base = access_base;
+  *size = access_size;
+  /* Access stride can be computed for data reference at each level loop.  */
+  return 2;
 }
 
-/* Returns true when PARTITION1 and PARTITION2 have similar memory
-   accesses in RDG.  */
+/* Allocate and return builtin struct.  Record information like DST_DR,
+   SRC_DR, DST_BASE, SRC_BASE and SIZE in the allocated struct.  */
 
-static bool
-similar_memory_accesses (struct graph *rdg, partition *partition1,
-                        partition *partition2)
+static struct builtin_info *
+alloc_builtin (data_reference_p dst_dr, data_reference_p src_dr,
+              tree dst_base, tree src_base, tree size)
 {
-  unsigned i, j, k, l;
+  struct builtin_info *builtin = XNEW (struct builtin_info);
+  builtin->dst_dr = dst_dr;
+  builtin->src_dr = src_dr;
+  builtin->dst_base = dst_base;
+  builtin->src_base = src_base;
+  builtin->size = size;
+  return builtin;
+}
+
+/* Given data reference DR in loop nest LOOP, classify if it forms builtin
+   memset call.  */
+
+static void
+classify_builtin_st (loop_p loop, partition *partition, data_reference_p dr)
+{
+  gimple *stmt = DR_STMT (dr);
+  tree base, size, rhs = gimple_assign_rhs1 (stmt);
+
+  if (const_with_all_bytes_same (rhs) == -1
+      && (!INTEGRAL_TYPE_P (TREE_TYPE (rhs))
+         || (TYPE_MODE (TREE_TYPE (rhs))
+             != TYPE_MODE (unsigned_char_type_node))))
+    return;
+
+  if (TREE_CODE (rhs) == SSA_NAME
+      && !SSA_NAME_IS_DEFAULT_DEF (rhs)
+      && flow_bb_inside_loop_p (loop, gimple_bb (SSA_NAME_DEF_STMT (rhs))))
+    return;
+
+  int res = compute_access_range (loop, dr, &base, &size);
+  if (res == 0)
+    return;
+  if (res == 1)
+    {
+      partition->kind = PKIND_PARTIAL_MEMSET;
+      return;
+    }
+
+  poly_uint64 base_offset;
+  unsigned HOST_WIDE_INT const_base_offset;
+  tree base_base = strip_offset (base, &base_offset);
+  if (!base_offset.is_constant (&const_base_offset))
+    return;
+
+  struct builtin_info *builtin;
+  builtin = alloc_builtin (dr, NULL, base, NULL_TREE, size);
+  builtin->dst_base_base = base_base;
+  builtin->dst_base_offset = const_base_offset;
+  partition->builtin = builtin;
+  partition->kind = PKIND_MEMSET;
+}
+
+/* Given data references DST_DR and SRC_DR in loop nest LOOP and RDG, classify
+   if it forms builtin memcpy or memmove call.  */
+
+void
+loop_distribution::classify_builtin_ldst (loop_p loop, struct graph *rdg,
+                                         partition *partition,
+                                         data_reference_p dst_dr,
+                                         data_reference_p src_dr)
+{
+  tree base, size, src_base, src_size;
+  auto_vec<tree> dst_steps, src_steps;
+
+  /* Compute access range of both load and store.  */
+  int res = compute_access_range (loop, dst_dr, &base, &size, &dst_steps);
+  if (res != 2)
+    return;
+  res = compute_access_range (loop, src_dr, &src_base, &src_size, &src_steps);
+  if (res != 2)
+    return;
+
+  /* They much have the same access size.  */
+  if (!operand_equal_p (size, src_size, 0))
+    return;
+
+  /* Load and store in loop nest must access memory in the same way, i.e,
+     their must have the same steps in each loop of the nest.  */
+  if (dst_steps.length () != src_steps.length ())
+    return;
+  for (unsigned i = 0; i < dst_steps.length (); ++i)
+    if (!operand_equal_p (dst_steps[i], src_steps[i], 0))
+      return;
+
+  /* Now check that if there is a dependence.  */
+  ddr_p ddr = get_data_dependence (rdg, src_dr, dst_dr);
+
+  /* Classify as memcpy if no dependence between load and store.  */
+  if (DDR_ARE_DEPENDENT (ddr) == chrec_known)
+    {
+      partition->builtin = alloc_builtin (dst_dr, src_dr, base, src_base, size);
+      partition->kind = PKIND_MEMCPY;
+      return;
+    }
+
+  /* Can't do memmove in case of unknown dependence or dependence without
+     classical distance vector.  */
+  if (DDR_ARE_DEPENDENT (ddr) == chrec_dont_know
+      || DDR_NUM_DIST_VECTS (ddr) == 0)
+    return;
+
+  unsigned i;
+  lambda_vector dist_v;
+  int num_lev = (DDR_LOOP_NEST (ddr)).length ();
+  FOR_EACH_VEC_ELT (DDR_DIST_VECTS (ddr), i, dist_v)
+    {
+      unsigned dep_lev = dependence_level (dist_v, num_lev);
+      /* Can't do memmove if load depends on store.  */
+      if (dep_lev > 0 && dist_v[dep_lev - 1] > 0 && !DDR_REVERSED_P (ddr))
+       return;
+    }
+
+  partition->builtin = alloc_builtin (dst_dr, src_dr, base, src_base, size);
+  partition->kind = PKIND_MEMMOVE;
+  return;
+}
+
+bool
+loop_distribution::classify_partition (loop_p loop,
+                                      struct graph *rdg, partition *partition,
+                                      bitmap stmt_in_all_partitions)
+{
+  bitmap_iterator bi;
+  unsigned i;
+  data_reference_p single_ld = NULL, single_st = NULL;
+  bool volatiles_p = false, has_reduction = false;
+
+  EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (partition->stmts, 0, i, bi)
+    {
+      gimple *stmt = RDG_STMT (rdg, i);
+
+      if (gimple_has_volatile_ops (stmt))
+       volatiles_p = true;
+
+      /* If the stmt is not included by all partitions and there is uses
+        outside of the loop, then mark the partition as reduction.  */
+      if (stmt_has_scalar_dependences_outside_loop (loop, stmt))
+       {
+         /* Due to limitation in the transform phase we have to fuse all
+            reduction partitions.  As a result, this could cancel valid
+            loop distribution especially for loop that induction variable
+            is used outside of loop.  To workaround this issue, we skip
+            marking partition as reudction if the reduction stmt belongs
+            to all partitions.  In such case, reduction will be computed
+            correctly no matter how partitions are fused/distributed.  */
+         if (!bitmap_bit_p (stmt_in_all_partitions, i))
+           partition->reduction_p = true;
+         else
+           has_reduction = true;
+       }
+    }
+
+  /* Simple workaround to prevent classifying the partition as builtin
+     if it contains any use outside of loop.  For the case where all
+     partitions have the reduction this simple workaround is delayed
+     to only affect the last partition.  */
+  if (partition->reduction_p)
+     return has_reduction;
+
+  /* Perform general partition disqualification for builtins.  */
+  if (volatiles_p
+      || !flag_tree_loop_distribute_patterns)
+    return has_reduction;
+
+  /* Find single load/store data references for builtin partition.  */
+  if (!find_single_drs (loop, rdg, partition, &single_st, &single_ld))
+    return has_reduction;
+
+  partition->loc = gimple_location (DR_STMT (single_st));
+
+  /* Classify the builtin kind.  */
+  if (single_ld == NULL)
+    classify_builtin_st (loop, partition, single_st);
+  else
+    classify_builtin_ldst (loop, rdg, partition, single_st, single_ld);
+  return has_reduction;
+}
+
+bool
+loop_distribution::share_memory_accesses (struct graph *rdg,
+                      partition *partition1, partition *partition2)
+{
+  unsigned i, j;
   bitmap_iterator bi, bj;
-  data_reference_p ref1, ref2;
+  data_reference_p dr1, dr2;
 
   /* First check whether in the intersection of the two partitions are
      any loads or stores.  Common loads are the situation that happens
@@ -1178,37 +1866,44 @@ similar_memory_accesses (struct graph *rdg, partition *partition1,
        || RDG_MEM_READS_STMT (rdg, i))
       return true;
 
-  /* Then check all data-references against each other.  */
-  EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (partition1->stmts, 0, i, bi)
-    if (RDG_MEM_WRITE_STMT (rdg, i)
-       || RDG_MEM_READS_STMT (rdg, i))
-      EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (partition2->stmts, 0, j, bj)
-       if (RDG_MEM_WRITE_STMT (rdg, j)
-           || RDG_MEM_READS_STMT (rdg, j))
-         {
-           FOR_EACH_VEC_ELT (RDG_DATAREFS (rdg, i), k, ref1)
-             {
-               tree base1 = ref_base_address (ref1);
-               if (base1)
-                 FOR_EACH_VEC_ELT (RDG_DATAREFS (rdg, j), l, ref2)
-                   if (base1 == ref_base_address (ref2))
-                     return true;
-             }
-         }
+  /* Then check whether the two partitions access the same memory object.  */
+  EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (partition1->datarefs, 0, i, bi)
+    {
+      dr1 = datarefs_vec[i];
+
+      if (!DR_BASE_ADDRESS (dr1)
+         || !DR_OFFSET (dr1) || !DR_INIT (dr1) || !DR_STEP (dr1))
+       continue;
+
+      EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (partition2->datarefs, 0, j, bj)
+       {
+         dr2 = datarefs_vec[j];
+
+         if (!DR_BASE_ADDRESS (dr2)
+             || !DR_OFFSET (dr2) || !DR_INIT (dr2) || !DR_STEP (dr2))
+           continue;
+
+         if (operand_equal_p (DR_BASE_ADDRESS (dr1), DR_BASE_ADDRESS (dr2), 0)
+             && operand_equal_p (DR_OFFSET (dr1), DR_OFFSET (dr2), 0)
+             && operand_equal_p (DR_INIT (dr1), DR_INIT (dr2), 0)
+             && operand_equal_p (DR_STEP (dr1), DR_STEP (dr2), 0))
+           return true;
+       }
+    }
 
   return false;
 }
 
-/* Aggregate several components into a useful partition that is
-   registered in the PARTITIONS vector.  Partitions will be
-   distributed in different loops.  */
+/* For each seed statement in STARTING_STMTS, this function builds
+   partition for it by adding depended statements according to RDG.
+   All partitions are recorded in PARTITIONS.  */
 
-static void
-rdg_build_partitions (struct graph *rdg,
-                     vec<gimple *> starting_stmts,
-                     vec<partition *> *partitions)
+void
+loop_distribution::rdg_build_partitions (struct graph *rdg,
+                                        vec<gimple *> starting_stmts,
+                                        vec<partition *> *partitions)
 {
-  bitmap processed = BITMAP_ALLOC (NULL);
+  auto_bitmap processed;
   int i;
   gimple *stmt;
 
@@ -1230,8 +1925,9 @@ rdg_build_partitions (struct graph *rdg,
 
       if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
        {
-         fprintf (dump_file, "ldist useful partition:\n");
-         dump_bitmap (dump_file, partition->stmts);
+         fprintf (dump_file, "ldist creates useful %s partition:\n",
+                  partition->type == PTYPE_PARALLEL ? "parallel" : "sequent");
+         bitmap_print (dump_file, partition->stmts, "  ", "\n");
        }
 
       partitions->safe_push (partition);
@@ -1239,8 +1935,6 @@ rdg_build_partitions (struct graph *rdg,
 
   /* All vertices should have been assigned to at least one partition now,
      other than vertices belonging to dead code.  */
-
-  BITMAP_FREE (processed);
 }
 
 /* Dump to FILE the PARTITIONS.  */
@@ -1298,127 +1992,917 @@ number_of_rw_in_partition (struct graph *rdg, partition *partition)
       if (RDG_MEM_WRITE_STMT (rdg, i))
        ++res;
 
-      if (RDG_MEM_READS_STMT (rdg, i))
-       ++res;
-    }
+      if (RDG_MEM_READS_STMT (rdg, i))
+       ++res;
+    }
+
+  return res;
+}
+
+/* Returns true when one of the PARTITIONS contains all the read or
+   write operations of RDG.  */
+
+static bool
+partition_contains_all_rw (struct graph *rdg,
+                          vec<partition *> partitions)
+{
+  int i;
+  partition *partition;
+  int nrw = number_of_rw_in_rdg (rdg);
+
+  FOR_EACH_VEC_ELT (partitions, i, partition)
+    if (nrw == number_of_rw_in_partition (rdg, partition))
+      return true;
+
+  return false;
+}
+
+int
+loop_distribution::pg_add_dependence_edges (struct graph *rdg, int dir,
+                        bitmap drs1, bitmap drs2, vec<ddr_p> *alias_ddrs)
+{
+  unsigned i, j;
+  bitmap_iterator bi, bj;
+  data_reference_p dr1, dr2, saved_dr1;
+
+  /* dependence direction - 0 is no dependence, -1 is back,
+     1 is forth, 2 is both (we can stop then, merging will occur).  */
+  EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (drs1, 0, i, bi)
+    {
+      dr1 = datarefs_vec[i];
+
+      EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (drs2, 0, j, bj)
+       {
+         int res, this_dir = 1;
+         ddr_p ddr;
+
+         dr2 = datarefs_vec[j];
+
+         /* Skip all <read, read> data dependence.  */
+         if (DR_IS_READ (dr1) && DR_IS_READ (dr2))
+           continue;
+
+         saved_dr1 = dr1;
+         /* Re-shuffle data-refs to be in topological order.  */
+         if (rdg_vertex_for_stmt (rdg, DR_STMT (dr1))
+             > rdg_vertex_for_stmt (rdg, DR_STMT (dr2)))
+           {
+             std::swap (dr1, dr2);
+             this_dir = -this_dir;
+           }
+         ddr = get_data_dependence (rdg, dr1, dr2);
+         if (DDR_ARE_DEPENDENT (ddr) == chrec_dont_know)
+           {
+             this_dir = 0;
+             res = data_ref_compare_tree (DR_BASE_ADDRESS (dr1),
+                                          DR_BASE_ADDRESS (dr2));
+             /* Be conservative.  If data references are not well analyzed,
+                or the two data references have the same base address and
+                offset, add dependence and consider it alias to each other.
+                In other words, the dependence cannot be resolved by
+                runtime alias check.  */
+             if (!DR_BASE_ADDRESS (dr1) || !DR_BASE_ADDRESS (dr2)
+                 || !DR_OFFSET (dr1) || !DR_OFFSET (dr2)
+                 || !DR_INIT (dr1) || !DR_INIT (dr2)
+                 || !DR_STEP (dr1) || !tree_fits_uhwi_p (DR_STEP (dr1))
+                 || !DR_STEP (dr2) || !tree_fits_uhwi_p (DR_STEP (dr2))
+                 || res == 0)
+               this_dir = 2;
+             /* Data dependence could be resolved by runtime alias check,
+                record it in ALIAS_DDRS.  */
+             else if (alias_ddrs != NULL)
+               alias_ddrs->safe_push (ddr);
+             /* Or simply ignore it.  */
+           }
+         else if (DDR_ARE_DEPENDENT (ddr) == NULL_TREE)
+           {
+             if (DDR_REVERSED_P (ddr))
+               this_dir = -this_dir;
+
+             /* Known dependences can still be unordered througout the
+                iteration space, see gcc.dg/tree-ssa/ldist-16.c and
+                gcc.dg/tree-ssa/pr94969.c.  */
+             if (DDR_NUM_DIST_VECTS (ddr) != 1)
+               this_dir = 2;
+             /* If the overlap is exact preserve stmt order.  */
+             else if (lambda_vector_zerop (DDR_DIST_VECT (ddr, 0),
+                                           DDR_NB_LOOPS (ddr)))
+               ;
+             /* Else as the distance vector is lexicographic positive swap
+                the dependence direction.  */
+             else
+               this_dir = -this_dir;
+           }
+         else
+           this_dir = 0;
+         if (this_dir == 2)
+           return 2;
+         else if (dir == 0)
+           dir = this_dir;
+         else if (this_dir != 0 && dir != this_dir)
+           return 2;
+         /* Shuffle "back" dr1.  */
+         dr1 = saved_dr1;
+       }
+    }
+  return dir;
+}
+
+/* Compare postorder number of the partition graph vertices V1 and V2.  */
+
+static int
+pgcmp (const void *v1_, const void *v2_)
+{
+  const vertex *v1 = (const vertex *)v1_;
+  const vertex *v2 = (const vertex *)v2_;
+  return v2->post - v1->post;
+}
+
+/* Data attached to vertices of partition dependence graph.  */
+struct pg_vdata
+{
+  /* ID of the corresponding partition.  */
+  int id;
+  /* The partition.  */
+  struct partition *partition;
+};
+
+/* Data attached to edges of partition dependence graph.  */
+struct pg_edata
+{
+  /* If the dependence edge can be resolved by runtime alias check,
+     this vector contains data dependence relations for runtime alias
+     check.  On the other hand, if the dependence edge is introduced
+     because of compilation time known data dependence, this vector
+     contains nothing.  */
+  vec<ddr_p> alias_ddrs;
+};
+
+/* Callback data for traversing edges in graph.  */
+struct pg_edge_callback_data
+{
+  /* Bitmap contains strong connected components should be merged.  */
+  bitmap sccs_to_merge;
+  /* Array constains component information for all vertices.  */
+  int *vertices_component;
+  /* Vector to record all data dependence relations which are needed
+     to break strong connected components by runtime alias checks.  */
+  vec<ddr_p> *alias_ddrs;
+};
+
+/* Initialize vertice's data for partition dependence graph PG with
+   PARTITIONS.  */
+
+static void
+init_partition_graph_vertices (struct graph *pg,
+                              vec<struct partition *> *partitions)
+{
+  int i;
+  partition *partition;
+  struct pg_vdata *data;
+
+  for (i = 0; partitions->iterate (i, &partition); ++i)
+    {
+      data = new pg_vdata;
+      pg->vertices[i].data = data;
+      data->id = i;
+      data->partition = partition;
+    }
+}
+
+/* Add edge <I, J> to partition dependence graph PG.  Attach vector of data
+   dependence relations to the EDGE if DDRS isn't NULL.  */
+
+static void
+add_partition_graph_edge (struct graph *pg, int i, int j, vec<ddr_p> *ddrs)
+{
+  struct graph_edge *e = add_edge (pg, i, j);
+
+  /* If the edge is attached with data dependence relations, it means this
+     dependence edge can be resolved by runtime alias checks.  */
+  if (ddrs != NULL)
+    {
+      struct pg_edata *data = new pg_edata;
+
+      gcc_assert (ddrs->length () > 0);
+      e->data = data;
+      data->alias_ddrs = vNULL;
+      data->alias_ddrs.safe_splice (*ddrs);
+    }
+}
+
+/* Callback function for graph travesal algorithm.  It returns true
+   if edge E should skipped when traversing the graph.  */
+
+static bool
+pg_skip_alias_edge (struct graph_edge *e)
+{
+  struct pg_edata *data = (struct pg_edata *)e->data;
+  return (data != NULL && data->alias_ddrs.length () > 0);
+}
+
+/* Callback function freeing data attached to edge E of graph.  */
+
+static void
+free_partition_graph_edata_cb (struct graph *, struct graph_edge *e, void *)
+{
+  if (e->data != NULL)
+    {
+      struct pg_edata *data = (struct pg_edata *)e->data;
+      data->alias_ddrs.release ();
+      delete data;
+    }
+}
+
+/* Free data attached to vertice of partition dependence graph PG.  */
+
+static void
+free_partition_graph_vdata (struct graph *pg)
+{
+  int i;
+  struct pg_vdata *data;
+
+  for (i = 0; i < pg->n_vertices; ++i)
+    {
+      data = (struct pg_vdata *)pg->vertices[i].data;
+      delete data;
+    }
+}
+
+/* Build and return partition dependence graph for PARTITIONS.  RDG is
+   reduced dependence graph for the loop to be distributed.  If IGNORE_ALIAS_P
+   is true, data dependence caused by possible alias between references
+   is ignored, as if it doesn't exist at all; otherwise all depdendences
+   are considered.  */
+
+struct graph *
+loop_distribution::build_partition_graph (struct graph *rdg,
+                                         vec<struct partition *> *partitions,
+                                         bool ignore_alias_p)
+{
+  int i, j;
+  struct partition *partition1, *partition2;
+  graph *pg = new_graph (partitions->length ());
+  auto_vec<ddr_p> alias_ddrs, *alias_ddrs_p;
+
+  alias_ddrs_p = ignore_alias_p ? NULL : &alias_ddrs;
+
+  init_partition_graph_vertices (pg, partitions);
+
+  for (i = 0; partitions->iterate (i, &partition1); ++i)
+    {
+      for (j = i + 1; partitions->iterate (j, &partition2); ++j)
+       {
+         /* dependence direction - 0 is no dependence, -1 is back,
+            1 is forth, 2 is both (we can stop then, merging will occur).  */
+         int dir = 0;
+
+         /* If the first partition has reduction, add back edge; if the
+            second partition has reduction, add forth edge.  This makes
+            sure that reduction partition will be sorted as the last one.  */
+         if (partition_reduction_p (partition1))
+           dir = -1;
+         else if (partition_reduction_p (partition2))
+           dir = 1;
+
+         /* Cleanup the temporary vector.  */
+         alias_ddrs.truncate (0);
+
+         dir = pg_add_dependence_edges (rdg, dir, partition1->datarefs,
+                                        partition2->datarefs, alias_ddrs_p);
+
+         /* Add edge to partition graph if there exists dependence.  There
+            are two types of edges.  One type edge is caused by compilation
+            time known dependence, this type cannot be resolved by runtime
+            alias check.  The other type can be resolved by runtime alias
+            check.  */
+         if (dir == 1 || dir == 2
+             || alias_ddrs.length () > 0)
+           {
+             /* Attach data dependence relations to edge that can be resolved
+                by runtime alias check.  */
+             bool alias_edge_p = (dir != 1 && dir != 2);
+             add_partition_graph_edge (pg, i, j,
+                                       (alias_edge_p) ? &alias_ddrs : NULL);
+           }
+         if (dir == -1 || dir == 2
+             || alias_ddrs.length () > 0)
+           {
+             /* Attach data dependence relations to edge that can be resolved
+                by runtime alias check.  */
+             bool alias_edge_p = (dir != -1 && dir != 2);
+             add_partition_graph_edge (pg, j, i,
+                                       (alias_edge_p) ? &alias_ddrs : NULL);
+           }
+       }
+    }
+  return pg;
+}
+
+/* Sort partitions in PG in descending post order and store them in
+   PARTITIONS.  */
+
+static void
+sort_partitions_by_post_order (struct graph *pg,
+                              vec<struct partition *> *partitions)
+{
+  int i;
+  struct pg_vdata *data;
+
+  /* Now order the remaining nodes in descending postorder.  */
+  qsort (pg->vertices, pg->n_vertices, sizeof (vertex), pgcmp);
+  partitions->truncate (0);
+  for (i = 0; i < pg->n_vertices; ++i)
+    {
+      data = (struct pg_vdata *)pg->vertices[i].data;
+      if (data->partition)
+       partitions->safe_push (data->partition);
+    }
+}
+
+void
+loop_distribution::merge_dep_scc_partitions (struct graph *rdg,
+                                            vec<struct partition *> *partitions,
+                                            bool ignore_alias_p)
+{
+  struct partition *partition1, *partition2;
+  struct pg_vdata *data;
+  graph *pg = build_partition_graph (rdg, partitions, ignore_alias_p);
+  int i, j, num_sccs = graphds_scc (pg, NULL);
+
+  /* Strong connected compoenent means dependence cycle, we cannot distribute
+     them.  So fuse them together.  */
+  if ((unsigned) num_sccs < partitions->length ())
+    {
+      for (i = 0; i < num_sccs; ++i)
+       {
+         for (j = 0; partitions->iterate (j, &partition1); ++j)
+           if (pg->vertices[j].component == i)
+             break;
+         for (j = j + 1; partitions->iterate (j, &partition2); ++j)
+           if (pg->vertices[j].component == i)
+             {
+               partition_merge_into (NULL, partition1,
+                                     partition2, FUSE_SAME_SCC);
+               partition1->type = PTYPE_SEQUENTIAL;
+               (*partitions)[j] = NULL;
+               partition_free (partition2);
+               data = (struct pg_vdata *)pg->vertices[j].data;
+               data->partition = NULL;
+             }
+       }
+    }
+
+  sort_partitions_by_post_order (pg, partitions);
+  gcc_assert (partitions->length () == (unsigned)num_sccs);
+  free_partition_graph_vdata (pg);
+  free_graph (pg);
+}
+
+/* Callback function for traversing edge E in graph G.  DATA is private
+   callback data.  */
+
+static void
+pg_collect_alias_ddrs (struct graph *g, struct graph_edge *e, void *data)
+{
+  int i, j, component;
+  struct pg_edge_callback_data *cbdata;
+  struct pg_edata *edata = (struct pg_edata *) e->data;
+
+  /* If the edge doesn't have attached data dependence, it represents
+     compilation time known dependences.  This type dependence cannot
+     be resolved by runtime alias check.  */
+  if (edata == NULL || edata->alias_ddrs.length () == 0)
+    return;
+
+  cbdata = (struct pg_edge_callback_data *) data;
+  i = e->src;
+  j = e->dest;
+  component = cbdata->vertices_component[i];
+  /* Vertices are topologically sorted according to compilation time
+     known dependences, so we can break strong connected components
+     by removing edges of the opposite direction, i.e, edges pointing
+     from vertice with smaller post number to vertice with bigger post
+     number.  */
+  if (g->vertices[i].post < g->vertices[j].post
+      /* We only need to remove edges connecting vertices in the same
+        strong connected component to break it.  */
+      && component == cbdata->vertices_component[j]
+      /* Check if we want to break the strong connected component or not.  */
+      && !bitmap_bit_p (cbdata->sccs_to_merge, component))
+    cbdata->alias_ddrs->safe_splice (edata->alias_ddrs);
+}
+
+/* This is the main function breaking strong conected components in
+   PARTITIONS giving reduced depdendence graph RDG.  Store data dependence
+   relations for runtime alias check in ALIAS_DDRS.  */
+void
+loop_distribution::break_alias_scc_partitions (struct graph *rdg,
+                                              vec<struct partition *> *partitions,
+                                              vec<ddr_p> *alias_ddrs)
+{
+  int i, j, k, num_sccs, num_sccs_no_alias;
+  /* Build partition dependence graph.  */
+  graph *pg = build_partition_graph (rdg, partitions, false);
+
+  alias_ddrs->truncate (0);
+  /* Find strong connected components in the graph, with all dependence edges
+     considered.  */
+  num_sccs = graphds_scc (pg, NULL);
+  /* All SCCs now can be broken by runtime alias checks because SCCs caused by
+     compilation time known dependences are merged before this function.  */
+  if ((unsigned) num_sccs < partitions->length ())
+    {
+      struct pg_edge_callback_data cbdata;
+      auto_bitmap sccs_to_merge;
+      auto_vec<enum partition_type> scc_types;
+      struct partition *partition, *first;
+
+      /* If all partitions in a SCC have the same type, we can simply merge the
+        SCC.  This loop finds out such SCCS and record them in bitmap.  */
+      bitmap_set_range (sccs_to_merge, 0, (unsigned) num_sccs);
+      for (i = 0; i < num_sccs; ++i)
+       {
+         for (j = 0; partitions->iterate (j, &first); ++j)
+           if (pg->vertices[j].component == i)
+             break;
+
+         bool same_type = true, all_builtins = partition_builtin_p (first);
+         for (++j; partitions->iterate (j, &partition); ++j)
+           {
+             if (pg->vertices[j].component != i)
+               continue;
+
+             if (first->type != partition->type)
+               {
+                 same_type = false;
+                 break;
+               }
+             all_builtins &= partition_builtin_p (partition);
+           }
+         /* Merge SCC if all partitions in SCC have the same type, though the
+            result partition is sequential, because vectorizer can do better
+            runtime alias check.  One expecption is all partitions in SCC are
+            builtins.  */
+         if (!same_type || all_builtins)
+           bitmap_clear_bit (sccs_to_merge, i);
+       }
+
+      /* Initialize callback data for traversing.  */
+      cbdata.sccs_to_merge = sccs_to_merge;
+      cbdata.alias_ddrs = alias_ddrs;
+      cbdata.vertices_component = XNEWVEC (int, pg->n_vertices);
+      /* Record the component information which will be corrupted by next
+        graph scc finding call.  */
+      for (i = 0; i < pg->n_vertices; ++i)
+       cbdata.vertices_component[i] = pg->vertices[i].component;
+
+      /* Collect data dependences for runtime alias checks to break SCCs.  */
+      if (bitmap_count_bits (sccs_to_merge) != (unsigned) num_sccs)
+       {
+         /* Run SCC finding algorithm again, with alias dependence edges
+            skipped.  This is to topologically sort partitions according to
+            compilation time known dependence.  Note the topological order
+            is stored in the form of pg's post order number.  */
+         num_sccs_no_alias = graphds_scc (pg, NULL, pg_skip_alias_edge);
+         gcc_assert (partitions->length () == (unsigned) num_sccs_no_alias);
+         /* With topological order, we can construct two subgraphs L and R.
+            L contains edge <x, y> where x < y in terms of post order, while
+            R contains edge <x, y> where x > y.  Edges for compilation time
+            known dependence all fall in R, so we break SCCs by removing all
+            (alias) edges of in subgraph L.  */
+         for_each_edge (pg, pg_collect_alias_ddrs, &cbdata);
+       }
+
+      /* For SCC that doesn't need to be broken, merge it.  */
+      for (i = 0; i < num_sccs; ++i)
+       {
+         if (!bitmap_bit_p (sccs_to_merge, i))
+           continue;
+
+         for (j = 0; partitions->iterate (j, &first); ++j)
+           if (cbdata.vertices_component[j] == i)
+             break;
+         for (k = j + 1; partitions->iterate (k, &partition); ++k)
+           {
+             struct pg_vdata *data;
+
+             if (cbdata.vertices_component[k] != i)
+               continue;
+
+             /* Update to the minimal postordeer number of vertices in scc so
+                that merged partition is sorted correctly against others.  */
+             if (pg->vertices[j].post > pg->vertices[k].post)
+               pg->vertices[j].post = pg->vertices[k].post;
+
+             partition_merge_into (NULL, first, partition, FUSE_SAME_SCC);
+             (*partitions)[k] = NULL;
+             partition_free (partition);
+             data = (struct pg_vdata *)pg->vertices[k].data;
+             gcc_assert (data->id == k);
+             data->partition = NULL;
+             /* The result partition of merged SCC must be sequential.  */
+             first->type = PTYPE_SEQUENTIAL;
+           }
+       }
+    }
+
+  sort_partitions_by_post_order (pg, partitions);
+  free_partition_graph_vdata (pg);
+  for_each_edge (pg, free_partition_graph_edata_cb, NULL);
+  free_graph (pg);
+
+  if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
+    {
+      fprintf (dump_file, "Possible alias data dependence to break:\n");
+      dump_data_dependence_relations (dump_file, *alias_ddrs);
+    }
+}
+
+/* Compute and return an expression whose value is the segment length which
+   will be accessed by DR in NITERS iterations.  */
+
+static tree
+data_ref_segment_size (struct data_reference *dr, tree niters)
+{
+  niters = size_binop (MINUS_EXPR,
+                      fold_convert (sizetype, niters),
+                      size_one_node);
+  return size_binop (MULT_EXPR,
+                    fold_convert (sizetype, DR_STEP (dr)),
+                    fold_convert (sizetype, niters));
+}
+
+/* Return true if LOOP's latch is dominated by statement for data reference
+   DR.  */
+
+static inline bool
+latch_dominated_by_data_ref (class loop *loop, data_reference *dr)
+{
+  return dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, single_exit (loop)->src,
+                        gimple_bb (DR_STMT (dr)));
+}
+
+/* Compute alias check pairs and store them in COMP_ALIAS_PAIRS for LOOP's
+   data dependence relations ALIAS_DDRS.  */
+
+static void
+compute_alias_check_pairs (class loop *loop, vec<ddr_p> *alias_ddrs,
+                          vec<dr_with_seg_len_pair_t> *comp_alias_pairs)
+{
+  unsigned int i;
+  unsigned HOST_WIDE_INT factor = 1;
+  tree niters_plus_one, niters = number_of_latch_executions (loop);
+
+  gcc_assert (niters != NULL_TREE && niters != chrec_dont_know);
+  niters = fold_convert (sizetype, niters);
+  niters_plus_one = size_binop (PLUS_EXPR, niters, size_one_node);
+
+  if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
+    fprintf (dump_file, "Creating alias check pairs:\n");
+
+  /* Iterate all data dependence relations and compute alias check pairs.  */
+  for (i = 0; i < alias_ddrs->length (); i++)
+    {
+      ddr_p ddr = (*alias_ddrs)[i];
+      struct data_reference *dr_a = DDR_A (ddr);
+      struct data_reference *dr_b = DDR_B (ddr);
+      tree seg_length_a, seg_length_b;
+
+      if (latch_dominated_by_data_ref (loop, dr_a))
+       seg_length_a = data_ref_segment_size (dr_a, niters_plus_one);
+      else
+       seg_length_a = data_ref_segment_size (dr_a, niters);
+
+      if (latch_dominated_by_data_ref (loop, dr_b))
+       seg_length_b = data_ref_segment_size (dr_b, niters_plus_one);
+      else
+       seg_length_b = data_ref_segment_size (dr_b, niters);
+
+      unsigned HOST_WIDE_INT access_size_a
+       = tree_to_uhwi (TYPE_SIZE_UNIT (TREE_TYPE (DR_REF (dr_a))));
+      unsigned HOST_WIDE_INT access_size_b
+       = tree_to_uhwi (TYPE_SIZE_UNIT (TREE_TYPE (DR_REF (dr_b))));
+      unsigned int align_a = TYPE_ALIGN_UNIT (TREE_TYPE (DR_REF (dr_a)));
+      unsigned int align_b = TYPE_ALIGN_UNIT (TREE_TYPE (DR_REF (dr_b)));
+
+      dr_with_seg_len_pair_t dr_with_seg_len_pair
+       (dr_with_seg_len (dr_a, seg_length_a, access_size_a, align_a),
+        dr_with_seg_len (dr_b, seg_length_b, access_size_b, align_b),
+        /* ??? Would WELL_ORDERED be safe?  */
+        dr_with_seg_len_pair_t::REORDERED);
+
+      comp_alias_pairs->safe_push (dr_with_seg_len_pair);
+    }
+
+  if (tree_fits_uhwi_p (niters))
+    factor = tree_to_uhwi (niters);
+
+  /* Prune alias check pairs.  */
+  prune_runtime_alias_test_list (comp_alias_pairs, factor);
+  if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
+    fprintf (dump_file,
+            "Improved number of alias checks from %d to %d\n",
+            alias_ddrs->length (), comp_alias_pairs->length ());
+}
+
+/* Given data dependence relations in ALIAS_DDRS, generate runtime alias
+   checks and version LOOP under condition of these runtime alias checks.  */
+
+static void
+version_loop_by_alias_check (vec<struct partition *> *partitions,
+                            class loop *loop, vec<ddr_p> *alias_ddrs)
+{
+  profile_probability prob;
+  basic_block cond_bb;
+  class loop *nloop;
+  tree lhs, arg0, cond_expr = NULL_TREE;
+  gimple_seq cond_stmts = NULL;
+  gimple *call_stmt = NULL;
+  auto_vec<dr_with_seg_len_pair_t> comp_alias_pairs;
+
+  /* Generate code for runtime alias checks if necessary.  */
+  gcc_assert (alias_ddrs->length () > 0);
+
+  if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
+    fprintf (dump_file,
+            "Version loop <%d> with runtime alias check\n", loop->num);
+
+  compute_alias_check_pairs (loop, alias_ddrs, &comp_alias_pairs);
+  create_runtime_alias_checks (loop, &comp_alias_pairs, &cond_expr);
+  cond_expr = force_gimple_operand_1 (cond_expr, &cond_stmts,
+                                     is_gimple_val, NULL_TREE);
+
+  /* Depend on vectorizer to fold IFN_LOOP_DIST_ALIAS.  */
+  bool cancelable_p = flag_tree_loop_vectorize;
+  if (cancelable_p)
+    {
+      unsigned i = 0;
+      struct partition *partition;
+      for (; partitions->iterate (i, &partition); ++i)
+       if (!partition_builtin_p (partition))
+         break;
+
+     /* If all partitions are builtins, distributing it would be profitable and
+       we don't want to cancel the runtime alias checks.  */
+      if (i == partitions->length ())
+       cancelable_p = false;
+    }
+
+  /* Generate internal function call for loop distribution alias check if the
+     runtime alias check should be cancelable.  */
+  if (cancelable_p)
+    {
+      call_stmt = gimple_build_call_internal (IFN_LOOP_DIST_ALIAS,
+                                             2, NULL_TREE, cond_expr);
+      lhs = make_ssa_name (boolean_type_node);
+      gimple_call_set_lhs (call_stmt, lhs);
+    }
+  else
+    lhs = cond_expr;
+
+  prob = profile_probability::guessed_always ().apply_scale (9, 10);
+  initialize_original_copy_tables ();
+  nloop = loop_version (loop, lhs, &cond_bb, prob, prob.invert (),
+                       prob, prob.invert (), true);
+  free_original_copy_tables ();
+  /* Record the original loop number in newly generated loops.  In case of
+     distribution, the original loop will be distributed and the new loop
+     is kept.  */
+  loop->orig_loop_num = nloop->num;
+  nloop->orig_loop_num = nloop->num;
+  nloop->dont_vectorize = true;
+  nloop->force_vectorize = false;
+
+  if (call_stmt)
+    {
+      /* Record new loop's num in IFN_LOOP_DIST_ALIAS because the original
+        loop could be destroyed.  */
+      arg0 = build_int_cst (integer_type_node, loop->orig_loop_num);
+      gimple_call_set_arg (call_stmt, 0, arg0);
+      gimple_seq_add_stmt_without_update (&cond_stmts, call_stmt);
+    }
+
+  if (cond_stmts)
+    {
+      gimple_stmt_iterator cond_gsi = gsi_last_bb (cond_bb);
+      gsi_insert_seq_before (&cond_gsi, cond_stmts, GSI_SAME_STMT);
+    }
+  update_ssa (TODO_update_ssa);
+}
+
+/* Return true if loop versioning is needed to distrubute PARTITIONS.
+   ALIAS_DDRS are data dependence relations for runtime alias check.  */
+
+static inline bool
+version_for_distribution_p (vec<struct partition *> *partitions,
+                           vec<ddr_p> *alias_ddrs)
+{
+  /* No need to version loop if we have only one partition.  */
+  if (partitions->length () == 1)
+    return false;
+
+  /* Need to version loop if runtime alias check is necessary.  */
+  return (alias_ddrs->length () > 0);
+}
+
+/* Compare base offset of builtin mem* partitions P1 and P2.  */
+
+static int
+offset_cmp (const void *vp1, const void *vp2)
+{
+  struct partition *p1 = *(struct partition *const *) vp1;
+  struct partition *p2 = *(struct partition *const *) vp2;
+  unsigned HOST_WIDE_INT o1 = p1->builtin->dst_base_offset;
+  unsigned HOST_WIDE_INT o2 = p2->builtin->dst_base_offset;
+  return (o2 < o1) - (o1 < o2);
+}
+
+/* Fuse adjacent memset builtin PARTITIONS if possible.  This is a special
+   case optimization transforming below code:
+
+     __builtin_memset (&obj, 0, 100);
+     _1 = &obj + 100;
+     __builtin_memset (_1, 0, 200);
+     _2 = &obj + 300;
+     __builtin_memset (_2, 0, 100);
+
+   into:
 
-  return res;
-}
+     __builtin_memset (&obj, 0, 400);
 
-/* Returns true when one of the PARTITIONS contains all the read or
-   write operations of RDG.  */
+   Note we don't have dependence information between different partitions
+   at this point, as a result, we can't handle nonadjacent memset builtin
+   partitions since dependence might be broken.  */
 
-static bool
-partition_contains_all_rw (struct graph *rdg,
-                          vec<partition *> partitions)
+static void
+fuse_memset_builtins (vec<struct partition *> *partitions)
 {
-  int i;
-  partition *partition;
-  int nrw = number_of_rw_in_rdg (rdg);
+  unsigned i, j;
+  struct partition *part1, *part2;
+  tree rhs1, rhs2;
 
-  FOR_EACH_VEC_ELT (partitions, i, partition)
-    if (nrw == number_of_rw_in_partition (rdg, partition))
-      return true;
+  for (i = 0; partitions->iterate (i, &part1);)
+    {
+      if (part1->kind != PKIND_MEMSET)
+       {
+         i++;
+         continue;
+       }
 
-  return false;
-}
+      /* Find sub-array of memset builtins of the same base.  Index range
+        of the sub-array is [i, j) with "j > i".  */
+      for (j = i + 1; partitions->iterate (j, &part2); ++j)
+       {
+         if (part2->kind != PKIND_MEMSET
+             || !operand_equal_p (part1->builtin->dst_base_base,
+                                  part2->builtin->dst_base_base, 0))
+           break;
+
+         /* Memset calls setting different values can't be merged.  */
+         rhs1 = gimple_assign_rhs1 (DR_STMT (part1->builtin->dst_dr));
+         rhs2 = gimple_assign_rhs1 (DR_STMT (part2->builtin->dst_dr));
+         if (!operand_equal_p (rhs1, rhs2, 0))
+           break;
+       }
 
-/* Compute partition dependence created by the data references in DRS1
-   and DRS2 and modify and return DIR according to that.  */
+      /* Stable sort is required in order to avoid breaking dependence.  */
+      gcc_stablesort (&(*partitions)[i], j - i, sizeof (*partitions)[i],
+                     offset_cmp);
+      /* Continue with next partition.  */
+      i = j;
+    }
 
-static int
-pg_add_dependence_edges (struct graph *rdg, vec<loop_p> loops, int dir,
-                        vec<data_reference_p> drs1,
-                        vec<data_reference_p> drs2)
-{
-  data_reference_p dr1, dr2;
+  /* Merge all consecutive memset builtin partitions.  */
+  for (i = 0; i < partitions->length () - 1;)
+    {
+      part1 = (*partitions)[i];
+      if (part1->kind != PKIND_MEMSET)
+       {
+         i++;
+         continue;
+       }
 
-  /* dependence direction - 0 is no dependence, -1 is back,
-     1 is forth, 2 is both (we can stop then, merging will occur).  */
-  for (int ii = 0; drs1.iterate (ii, &dr1); ++ii)
-    for (int jj = 0; drs2.iterate (jj, &dr2); ++jj)
-      {
-       data_reference_p saved_dr1 = dr1;
-       int this_dir = 1;
-       ddr_p ddr;
-       /* Re-shuffle data-refs to be in dominator order.  */
-       if (rdg_vertex_for_stmt (rdg, DR_STMT (dr1))
-           > rdg_vertex_for_stmt (rdg, DR_STMT (dr2)))
-         {
-           std::swap (dr1, dr2);
-           this_dir = -this_dir;
-         }
-       ddr = initialize_data_dependence_relation (dr1, dr2, loops);
-       compute_affine_dependence (ddr, loops[0]);
-       if (DDR_ARE_DEPENDENT (ddr) == chrec_dont_know)
-         this_dir = 2;
-       else if (DDR_ARE_DEPENDENT (ddr) == NULL_TREE)
-         {
-           if (DDR_REVERSED_P (ddr))
-             {
-               std::swap (dr1, dr2);
-               this_dir = -this_dir;
-             }
-           /* Known dependences can still be unordered througout the
-              iteration space, see gcc.dg/tree-ssa/ldist-16.c.  */
-           if (DDR_NUM_DIST_VECTS (ddr) != 1)
-             this_dir = 2;
-           /* If the overlap is exact preserve stmt order.  */
-           else if (lambda_vector_zerop (DDR_DIST_VECT (ddr, 0), 1))
-             ;
-           else
-             {
-               /* Else as the distance vector is lexicographic positive
-                  swap the dependence direction.  */
-               this_dir = -this_dir;
-             }
-         }
-       else
-         this_dir = 0;
-       free_dependence_relation (ddr);
-       if (dir == 0)
-         dir = this_dir;
-       else if (dir != this_dir)
-         return 2;
-       /* Shuffle "back" dr1.  */
-       dr1 = saved_dr1;
-      }
-  return dir;
+      part2 = (*partitions)[i + 1];
+      /* Only merge memset partitions of the same base and with constant
+        access sizes.  */
+      if (part2->kind != PKIND_MEMSET
+         || TREE_CODE (part1->builtin->size) != INTEGER_CST
+         || TREE_CODE (part2->builtin->size) != INTEGER_CST
+         || !operand_equal_p (part1->builtin->dst_base_base,
+                              part2->builtin->dst_base_base, 0))
+       {
+         i++;
+         continue;
+       }
+      rhs1 = gimple_assign_rhs1 (DR_STMT (part1->builtin->dst_dr));
+      rhs2 = gimple_assign_rhs1 (DR_STMT (part2->builtin->dst_dr));
+      int bytev1 = const_with_all_bytes_same (rhs1);
+      int bytev2 = const_with_all_bytes_same (rhs2);
+      /* Only merge memset partitions of the same value.  */
+      if (bytev1 != bytev2 || bytev1 == -1)
+       {
+         i++;
+         continue;
+       }
+      wide_int end1 = wi::add (part1->builtin->dst_base_offset,
+                              wi::to_wide (part1->builtin->size));
+      /* Only merge adjacent memset partitions.  */
+      if (wi::ne_p (end1, part2->builtin->dst_base_offset))
+       {
+         i++;
+         continue;
+       }
+      /* Merge partitions[i] and partitions[i+1].  */
+      part1->builtin->size = fold_build2 (PLUS_EXPR, sizetype,
+                                         part1->builtin->size,
+                                         part2->builtin->size);
+      partition_free (part2);
+      partitions->ordered_remove (i + 1);
+    }
 }
 
-/* Compare postorder number of the partition graph vertices V1 and V2.  */
-
-static int
-pgcmp (const void *v1_, const void *v2_)
+void
+loop_distribution::finalize_partitions (class loop *loop,
+                                       vec<struct partition *> *partitions,
+                                       vec<ddr_p> *alias_ddrs)
 {
-  const vertex *v1 = (const vertex *)v1_;
-  const vertex *v2 = (const vertex *)v2_;
-  return v2->post - v1->post;
+  unsigned i;
+  struct partition *partition, *a;
+
+  if (partitions->length () == 1
+      || alias_ddrs->length () > 0)
+    return;
+
+  unsigned num_builtin = 0, num_normal = 0, num_partial_memset = 0;
+  bool same_type_p = true;
+  enum partition_type type = ((*partitions)[0])->type;
+  for (i = 0; partitions->iterate (i, &partition); ++i)
+    {
+      same_type_p &= (type == partition->type);
+      if (partition_builtin_p (partition))
+       {
+         num_builtin++;
+         continue;
+       }
+      num_normal++;
+      if (partition->kind == PKIND_PARTIAL_MEMSET)
+       num_partial_memset++;
+    }
+
+  /* Don't distribute current loop into too many loops given we don't have
+     memory stream cost model.  Be even more conservative in case of loop
+     nest distribution.  */
+  if ((same_type_p && num_builtin == 0
+       && (loop->inner == NULL || num_normal != 2 || num_partial_memset != 1))
+      || (loop->inner != NULL
+         && i >= NUM_PARTITION_THRESHOLD && num_normal > 1)
+      || (loop->inner == NULL
+         && i >= NUM_PARTITION_THRESHOLD && num_normal > num_builtin))
+    {
+      a = (*partitions)[0];
+      for (i = 1; partitions->iterate (i, &partition); ++i)
+       {
+         partition_merge_into (NULL, a, partition, FUSE_FINALIZE);
+         partition_free (partition);
+       }
+      partitions->truncate (1);
+    }
+
+  /* Fuse memset builtins if possible.  */
+  if (partitions->length () > 1)
+    fuse_memset_builtins (partitions);
 }
 
-/* Distributes the code from LOOP in such a way that producer
-   statements are placed before consumer statements.  Tries to separate
-   only the statements from STMTS into separate loops.
-   Returns the number of distributed loops.  Set *DESTROY_P to whether
-   LOOP needs to be destroyed.  */
+/* Distributes the code from LOOP in such a way that producer statements
+   are placed before consumer statements.  Tries to separate only the
+   statements from STMTS into separate loops.  Returns the number of
+   distributed loops.  Set NB_CALLS to number of generated builtin calls.
+   Set *DESTROY_P to whether LOOP needs to be destroyed.  */
 
-static int
-distribute_loop (struct loop *loop, vec<gimple *> stmts,
-                control_dependences *cd, int *nb_calls, bool *destroy_p)
+int
+loop_distribution::distribute_loop (class loop *loop, vec<gimple *> stmts,
+                control_dependences *cd, int *nb_calls, bool *destroy_p,
+                bool only_patterns_p)
 {
+  ddrs_table = new hash_table<ddr_hasher> (389);
   struct graph *rdg;
   partition *partition;
-  bool any_builtin;
   int i, nbp;
-  graph *pg = NULL;
-  int num_sccs = 1;
 
+  *destroy_p = false;
   *nb_calls = 0;
-  auto_vec<loop_p, 3> loop_nest;
+  loop_nest.create (0);
   if (!find_loop_nest (loop, &loop_nest))
-    return 0;
+    {
+      loop_nest.release ();
+      delete ddrs_table;
+      return 0;
+    }
 
-  rdg = build_rdg (loop_nest, cd);
+  datarefs_vec.create (20);
+  has_nonaddressable_dataref_p = false;
+  rdg = build_rdg (loop, cd);
   if (!rdg)
     {
       if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
@@ -1426,25 +2910,55 @@ distribute_loop (struct loop *loop, vec<gimple *> stmts,
                 "Loop %d not distributed: failed to build the RDG.\n",
                 loop->num);
 
+      loop_nest.release ();
+      free_data_refs (datarefs_vec);
+      delete ddrs_table;
+      return 0;
+    }
+
+  if (datarefs_vec.length () > MAX_DATAREFS_NUM)
+    {
+      if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
+       fprintf (dump_file,
+                "Loop %d not distributed: too many memory references.\n",
+                loop->num);
+
+      free_rdg (rdg);
+      loop_nest.release ();
+      free_data_refs (datarefs_vec);
+      delete ddrs_table;
       return 0;
     }
 
+  data_reference_p dref;
+  for (i = 0; datarefs_vec.iterate (i, &dref); ++i)
+    dref->aux = (void *) (uintptr_t) i;
+
   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
     dump_rdg (dump_file, rdg);
 
   auto_vec<struct partition *, 3> partitions;
   rdg_build_partitions (rdg, stmts, &partitions);
 
-  any_builtin = false;
+  auto_vec<ddr_p> alias_ddrs;
+
+  auto_bitmap stmt_in_all_partitions;
+  bitmap_copy (stmt_in_all_partitions, partitions[0]->stmts);
+  for (i = 1; partitions.iterate (i, &partition); ++i)
+    bitmap_and_into (stmt_in_all_partitions, partitions[i]->stmts);
+
+  bool any_builtin = false;
+  bool reduction_in_all = false;
   FOR_EACH_VEC_ELT (partitions, i, partition)
     {
-      classify_partition (loop, rdg, partition);
+      reduction_in_all
+       |= classify_partition (loop, rdg, partition, stmt_in_all_partitions);
       any_builtin |= partition_builtin_p (partition);
     }
 
   /* If we are only distributing patterns but did not detect any,
      simply bail out.  */
-  if (!flag_tree_loop_distribution
+  if (only_patterns_p
       && !any_builtin)
     {
       nbp = 0;
@@ -1456,7 +2970,7 @@ distribute_loop (struct loop *loop, vec<gimple *> stmts,
      a loop into pieces, separated by builtin calls.  That is, we
      only want no or a single loop body remaining.  */
   struct partition *into;
-  if (!flag_tree_loop_distribution)
+  if (only_patterns_p)
     {
       for (i = 0; partitions.iterate (i, &into); ++i)
        if (!partition_builtin_p (into))
@@ -1464,13 +2978,7 @@ distribute_loop (struct loop *loop, vec<gimple *> stmts,
       for (++i; partitions.iterate (i, &partition); ++i)
        if (!partition_builtin_p (partition))
          {
-           if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
-             {
-               fprintf (dump_file, "fusing non-builtin partitions\n");
-               dump_bitmap (dump_file, into->stmts);
-               dump_bitmap (dump_file, partition->stmts);
-             }
-           partition_merge_into (into, partition);
+           partition_merge_into (NULL, into, partition, FUSE_NON_BUILTIN);
            partitions.unordered_remove (i);
            partition_free (partition);
            i--;
@@ -1486,14 +2994,7 @@ distribute_loop (struct loop *loop, vec<gimple *> stmts,
   for (i = i + 1; partitions.iterate (i, &partition); ++i)
     if (partition_reduction_p (partition))
       {
-       if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
-         {
-           fprintf (dump_file, "fusing partitions\n");
-           dump_bitmap (dump_file, into->stmts);
-           dump_bitmap (dump_file, partition->stmts);
-           fprintf (dump_file, "because they have reductions\n");
-         }
-       partition_merge_into (into, partition);
+       partition_merge_into (rdg, into, partition, FUSE_REDUCTION);
        partitions.unordered_remove (i);
        partition_free (partition);
        i--;
@@ -1503,136 +3004,77 @@ distribute_loop (struct loop *loop, vec<gimple *> stmts,
      memory accesses.  */
   for (i = 0; partitions.iterate (i, &into); ++i)
     {
-      if (partition_builtin_p (into))
+      bool changed = false;
+      if (partition_builtin_p (into) || into->kind == PKIND_PARTIAL_MEMSET)
        continue;
       for (int j = i + 1;
           partitions.iterate (j, &partition); ++j)
        {
-         if (!partition_builtin_p (partition)
-             && similar_memory_accesses (rdg, into, partition))
+         if (share_memory_accesses (rdg, into, partition))
            {
-             if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
-               {
-                 fprintf (dump_file, "fusing partitions\n");
-                 dump_bitmap (dump_file, into->stmts);
-                 dump_bitmap (dump_file, partition->stmts);
-                 fprintf (dump_file, "because they have similar "
-                          "memory accesses\n");
-               }
-             partition_merge_into (into, partition);
+             partition_merge_into (rdg, into, partition, FUSE_SHARE_REF);
              partitions.unordered_remove (j);
              partition_free (partition);
              j--;
+             changed = true;
            }
        }
+      /* If we fused 0 1 2 in step 1 to 0,2 1 as 0 and 2 have similar
+         accesses when 1 and 2 have similar accesses but not 0 and 1
+        then in the next iteration we will fail to consider merging
+        1 into 0,2.  So try again if we did any merging into 0.  */
+      if (changed)
+       i--;
     }
 
-  /* Build the partition dependency graph.  */
-  if (partitions.length () > 1)
-    {
-      pg = new_graph (partitions.length ());
-      struct pgdata {
-         struct partition *partition;
-         vec<data_reference_p> writes;
-         vec<data_reference_p> reads;
-      };
-#define PGDATA(i) ((pgdata *)(pg->vertices[i].data))
-      for (i = 0; partitions.iterate (i, &partition); ++i)
+  /* Put a non-builtin partition last if we need to preserve a reduction.
+     ???  This is a workaround that makes sort_partitions_by_post_order do
+     the correct thing while in reality it should sort each component
+     separately and then put the component with a reduction or a non-builtin
+     last.  */
+  if (reduction_in_all
+      && partition_builtin_p (partitions.last()))
+    FOR_EACH_VEC_ELT (partitions, i, partition)
+      if (!partition_builtin_p (partition))
        {
-         vertex *v = &pg->vertices[i];
-         pgdata *data = new pgdata;
-         data_reference_p dr;
-         /* FIXME - leaks.  */
-         v->data = data;
-         bitmap_iterator bi;
-         unsigned j;
-         data->partition = partition;
-         data->reads = vNULL;
-         data->writes = vNULL;
-         EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (partition->stmts, 0, j, bi)
-           for (int k = 0; RDG_DATAREFS (rdg, j).iterate (k, &dr); ++k)
-             if (DR_IS_READ (dr))
-               data->reads.safe_push (dr);
-             else
-               data->writes.safe_push (dr);
-       }
-      struct partition *partition1, *partition2;
-      for (i = 0; partitions.iterate (i, &partition1); ++i)
-       for (int j = i + 1; partitions.iterate (j, &partition2); ++j)
-         {
-           /* dependence direction - 0 is no dependence, -1 is back,
-              1 is forth, 2 is both (we can stop then, merging will occur).  */
-           int dir = 0;
-           dir = pg_add_dependence_edges (rdg, loop_nest, dir,
-                                          PGDATA(i)->writes,
-                                          PGDATA(j)->reads);
-           if (dir != 2)
-             dir = pg_add_dependence_edges (rdg, loop_nest, dir,
-                                            PGDATA(i)->reads,
-                                            PGDATA(j)->writes);
-           if (dir != 2)
-             dir = pg_add_dependence_edges (rdg, loop_nest, dir,
-                                            PGDATA(i)->writes,
-                                            PGDATA(j)->writes);
-           if (dir == 1 || dir == 2)
-             add_edge (pg, i, j);
-           if (dir == -1 || dir == 2)
-             add_edge (pg, j, i);
-         }
-
-      /* Add edges to the reduction partition (if any) to force it last.  */
-      unsigned j;
-      for (j = 0; partitions.iterate (j, &partition); ++j)
-       if (partition_reduction_p (partition))
+         partitions.unordered_remove (i);
+         partitions.quick_push (partition);
          break;
-      if (j < partitions.length ())
-       {
-         for (unsigned i = 0; partitions.iterate (i, &partition); ++i)
-           if (i != j)
-             add_edge (pg, i, j);
        }
 
-      /* Compute partitions we cannot separate and fuse them.  */
-      num_sccs = graphds_scc (pg, NULL);
-      for (i = 0; i < num_sccs; ++i)
+  /* Build the partition dependency graph and fuse partitions in strong
+     connected component.  */
+  if (partitions.length () > 1)
+    {
+      /* Don't support loop nest distribution under runtime alias check
+        since it's not likely to enable many vectorization opportunities.
+        Also if loop has any data reference which may be not addressable
+        since alias check needs to take, compare address of the object.  */
+      if (loop->inner || has_nonaddressable_dataref_p)
+       merge_dep_scc_partitions (rdg, &partitions, false);
+      else
        {
-         struct partition *first;
-         int j;
-         for (j = 0; partitions.iterate (j, &first); ++j)
-           if (pg->vertices[j].component == i)
-             break;
-         for (j = j + 1; partitions.iterate (j, &partition); ++j)
-           if (pg->vertices[j].component == i)
-             {
-               if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
-                 {
-                   fprintf (dump_file, "fusing partitions\n");
-                   dump_bitmap (dump_file, first->stmts);
-                   dump_bitmap (dump_file, partition->stmts);
-                   fprintf (dump_file, "because they are in the same "
-                            "dependence SCC\n");
-                 }
-               partition_merge_into (first, partition);
-               partitions[j] = NULL;
-               partition_free (partition);
-               PGDATA (j)->partition = NULL;
-             }
+         merge_dep_scc_partitions (rdg, &partitions, true);
+         if (partitions.length () > 1)
+           break_alias_scc_partitions (rdg, &partitions, &alias_ddrs);
        }
+    }
 
-      /* Now order the remaining nodes in postorder.  */
-      qsort (pg->vertices, pg->n_vertices, sizeof (vertex), pgcmp);
-      partitions.truncate (0);
-      for (i = 0; i < pg->n_vertices; ++i)
+  finalize_partitions (loop, &partitions, &alias_ddrs);
+
+  /* If there is a reduction in all partitions make sure the last one
+     is not classified for builtin code generation.  */
+  if (reduction_in_all)
+    {
+      partition = partitions.last ();
+      if (only_patterns_p
+         && partition_builtin_p (partition)
+         && !partition_builtin_p (partitions[0]))
        {
-         pgdata *data = PGDATA (i);
-         if (data->partition)
-           partitions.safe_push (data->partition);
-         data->reads.release ();
-         data->writes.release ();
-         delete data;
+         nbp = 0;
+         goto ldist_done;
        }
-      gcc_assert (partitions.length () == (unsigned)num_sccs);
-      free_graph (pg);
+      partition->kind = PKIND_NORMAL;
     }
 
   nbp = partitions.length ();
@@ -1644,10 +3086,16 @@ distribute_loop (struct loop *loop, vec<gimple *> stmts,
       goto ldist_done;
     }
 
+  if (version_for_distribution_p (&partitions, &alias_ddrs))
+    version_loop_by_alias_check (&partitions, loop, &alias_ddrs);
+
   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
-    dump_rdg_partitions (dump_file, partitions);
+    {
+      fprintf (dump_file,
+              "distribute loop <%d> into partitions:\n", loop->num);
+      dump_rdg_partitions (dump_file, partitions);
+    }
 
-  *destroy_p = false;
   FOR_EACH_VEC_ELT (partitions, i, partition)
     {
       if (partition_builtin_p (partition))
@@ -1656,6 +3104,15 @@ distribute_loop (struct loop *loop, vec<gimple *> stmts,
     }
 
  ldist_done:
+  loop_nest.release ();
+  free_data_refs (datarefs_vec);
+  for (hash_table<ddr_hasher>::iterator iter = ddrs_table->begin ();
+       iter != ddrs_table->end (); ++iter)
+    {
+      free_dependence_relation (*iter);
+      *iter = NULL;
+    }
+  delete ddrs_table;
 
   FOR_EACH_VEC_ELT (partitions, i, partition)
     partition_free (partition);
@@ -1664,50 +3121,128 @@ distribute_loop (struct loop *loop, vec<gimple *> stmts,
   return nbp - *nb_calls;
 }
 
-/* Distribute all loops in the current function.  */
 
-namespace {
+void loop_distribution::bb_top_order_init (void)
+{
+  int rpo_num;
+  int *rpo = XNEWVEC (int, last_basic_block_for_fn (cfun));
 
-const pass_data pass_data_loop_distribution =
+  bb_top_order_index = XNEWVEC (int, last_basic_block_for_fn (cfun));
+  bb_top_order_index_size = last_basic_block_for_fn (cfun);
+  rpo_num = pre_and_rev_post_order_compute_fn (cfun, NULL, rpo, true);
+  for (int i = 0; i < rpo_num; i++)
+    bb_top_order_index[rpo[i]] = i;
+
+  free (rpo);
+}
+
+void loop_distribution::bb_top_order_destroy ()
 {
-  GIMPLE_PASS, /* type */
-  "ldist", /* name */
-  OPTGROUP_LOOP, /* optinfo_flags */
-  TV_TREE_LOOP_DISTRIBUTION, /* tv_id */
-  ( PROP_cfg | PROP_ssa ), /* properties_required */
-  0, /* properties_provided */
-  0, /* properties_destroyed */
-  0, /* todo_flags_start */
-  0, /* todo_flags_finish */
-};
+  free (bb_top_order_index);
+  bb_top_order_index = NULL;
+  bb_top_order_index_size = 0;
+}
 
-class pass_loop_distribution : public gimple_opt_pass
+
+/* Given LOOP, this function records seed statements for distribution in
+   WORK_LIST.  Return false if there is nothing for distribution.  */
+
+static bool
+find_seed_stmts_for_distribution (class loop *loop, vec<gimple *> *work_list)
 {
-public:
-  pass_loop_distribution (gcc::context *ctxt)
-    : gimple_opt_pass (pass_data_loop_distribution, ctxt)
-  {}
+  basic_block *bbs = get_loop_body_in_dom_order (loop);
 
-  /* opt_pass methods: */
-  virtual bool gate (function *)
+  /* Initialize the worklist with stmts we seed the partitions with.  */
+  for (unsigned i = 0; i < loop->num_nodes; ++i)
     {
-      return flag_tree_loop_distribution
-       || flag_tree_loop_distribute_patterns;
+      for (gphi_iterator gsi = gsi_start_phis (bbs[i]);
+          !gsi_end_p (gsi); gsi_next (&gsi))
+       {
+         gphi *phi = gsi.phi ();
+         if (virtual_operand_p (gimple_phi_result (phi)))
+           continue;
+         /* Distribute stmts which have defs that are used outside of
+            the loop.  */
+         if (!stmt_has_scalar_dependences_outside_loop (loop, phi))
+           continue;
+         work_list->safe_push (phi);
+       }
+      for (gimple_stmt_iterator gsi = gsi_start_bb (bbs[i]);
+          !gsi_end_p (gsi); gsi_next (&gsi))
+       {
+         gimple *stmt = gsi_stmt (gsi);
+
+         /* Ignore clobbers, they do not have true side effects.  */
+         if (gimple_clobber_p (stmt))
+           continue;
+
+         /* If there is a stmt with side-effects bail out - we
+            cannot and should not distribute this loop.  */
+         if (gimple_has_side_effects (stmt))
+           {
+             free (bbs);
+             return false;
+           }
+
+         /* Distribute stmts which have defs that are used outside of
+            the loop.  */
+         if (stmt_has_scalar_dependences_outside_loop (loop, stmt))
+           ;
+         /* Otherwise only distribute stores for now.  */
+         else if (!gimple_vdef (stmt))
+           continue;
+
+         work_list->safe_push (stmt);
+       }
+    }
+  free (bbs);
+  return work_list->length () > 0;
+}
+
+/* Given innermost LOOP, return the outermost enclosing loop that forms a
+   perfect loop nest.  */
+
+static class loop *
+prepare_perfect_loop_nest (class loop *loop)
+{
+  class loop *outer = loop_outer (loop);
+  tree niters = number_of_latch_executions (loop);
+
+  /* TODO: We only support the innermost 3-level loop nest distribution
+     because of compilation time issue for now.  This should be relaxed
+     in the future.  Note we only allow 3-level loop nest distribution
+     when parallelizing loops.  */
+  while ((loop->inner == NULL
+         || (loop->inner->inner == NULL && flag_tree_parallelize_loops > 1))
+        && loop_outer (outer)
+        && outer->inner == loop && loop->next == NULL
+        && single_exit (outer)
+        && !chrec_contains_symbols_defined_in_loop (niters, outer->num)
+        && (niters = number_of_latch_executions (outer)) != NULL_TREE
+        && niters != chrec_dont_know)
+    {
+      loop = outer;
+      outer = loop_outer (loop);
     }
 
-  virtual unsigned int execute (function *);
+  return loop;
+}
 
-}; // class pass_loop_distribution
 
 unsigned int
-pass_loop_distribution::execute (function *fun)
+loop_distribution::execute (function *fun)
 {
-  struct loop *loop;
+  class loop *loop;
   bool changed = false;
   basic_block bb;
   control_dependences *cd = NULL;
   auto_vec<loop_p> loops_to_be_destroyed;
 
+  if (number_of_loops (fun) <= 1)
+    return 0;
+
+  bb_top_order_init ();
+
   FOR_ALL_BB_FN (bb, fun)
     {
       gimple_stmt_iterator gsi;
@@ -1721,108 +3256,76 @@ pass_loop_distribution::execute (function *fun)
      walking to innermost loops.  */
   FOR_EACH_LOOP (loop, LI_ONLY_INNERMOST)
     {
-      auto_vec<gimple *> work_list;
-      basic_block *bbs;
-      int num = loop->num;
-      unsigned int i;
-
-      /* If the loop doesn't have a single exit we will fail anyway,
-        so do that early.  */
-      if (!single_exit (loop))
+      /* Don't distribute multiple exit edges loop, or cold loop when
+         not doing pattern detection.  */
+      if (!single_exit (loop)
+         || (!flag_tree_loop_distribute_patterns
+             && !optimize_loop_for_speed_p (loop)))
        continue;
 
-      /* Only optimize hot loops.  */
-      if (!optimize_loop_for_speed_p (loop))
+      /* Don't distribute loop if niters is unknown.  */
+      tree niters = number_of_latch_executions (loop);
+      if (niters == NULL_TREE || niters == chrec_dont_know)
        continue;
 
-      /* Initialize the worklist with stmts we seed the partitions with.  */
-      bbs = get_loop_body_in_dom_order (loop);
-      for (i = 0; i < loop->num_nodes; ++i)
+      /* Get the perfect loop nest for distribution.  */
+      loop = prepare_perfect_loop_nest (loop);
+      for (; loop; loop = loop->inner)
        {
-         for (gphi_iterator gsi = gsi_start_phis (bbs[i]);
-              !gsi_end_p (gsi);
-              gsi_next (&gsi))
-           {
-             gphi *phi = gsi.phi ();
-             if (virtual_operand_p (gimple_phi_result (phi)))
-               continue;
-             /* Distribute stmts which have defs that are used outside of
-                the loop.  */
-             if (!stmt_has_scalar_dependences_outside_loop (loop, phi))
-               continue;
-             work_list.safe_push (phi);
-           }
-         for (gimple_stmt_iterator gsi = gsi_start_bb (bbs[i]);
-              !gsi_end_p (gsi);
-              gsi_next (&gsi))
-           {
-             gimple *stmt = gsi_stmt (gsi);
-
-             /* If there is a stmt with side-effects bail out - we
-                cannot and should not distribute this loop.  */
-             if (gimple_has_side_effects (stmt))
-               {
-                 work_list.truncate (0);
-                 goto out;
-               }
-
-             /* Distribute stmts which have defs that are used outside of
-                the loop.  */
-             if (stmt_has_scalar_dependences_outside_loop (loop, stmt))
-               ;
-             /* Otherwise only distribute stores for now.  */
-             else if (!gimple_vdef (stmt))
-               continue;
-
-             work_list.safe_push (stmt);
-           }
-       }
-out:
-      free (bbs);
+         auto_vec<gimple *> work_list;
+         if (!find_seed_stmts_for_distribution (loop, &work_list))
+           break;
 
-      int nb_generated_loops = 0;
-      int nb_generated_calls = 0;
-      location_t loc = find_loop_location (loop);
-      if (work_list.length () > 0)
-       {
+         const char *str = loop->inner ? " nest" : "";
+         dump_user_location_t loc = find_loop_location (loop);
          if (!cd)
            {
              calculate_dominance_info (CDI_DOMINATORS);
              calculate_dominance_info (CDI_POST_DOMINATORS);
-             cd = new control_dependences (create_edge_list ());
+             cd = new control_dependences ();
              free_dominance_info (CDI_POST_DOMINATORS);
            }
+
          bool destroy_p;
-         nb_generated_loops = distribute_loop (loop, work_list, cd,
-                                               &nb_generated_calls,
-                                               &destroy_p);
+         int nb_generated_loops, nb_generated_calls;
+         nb_generated_loops
+           = distribute_loop (loop, work_list, cd, &nb_generated_calls,
+                              &destroy_p, (!optimize_loop_for_speed_p (loop)
+                                           || !flag_tree_loop_distribution));
          if (destroy_p)
            loops_to_be_destroyed.safe_push (loop);
-       }
 
-      if (nb_generated_loops + nb_generated_calls > 0)
-       {
-         changed = true;
-         dump_printf_loc (MSG_OPTIMIZED_LOCATIONS,
-                          loc, "Loop %d distributed: split to %d loops "
-                          "and %d library calls.\n",
-                          num, nb_generated_loops, nb_generated_calls);
+         if (nb_generated_loops + nb_generated_calls > 0)
+           {
+             changed = true;
+             if (dump_enabled_p ())
+               dump_printf_loc (MSG_OPTIMIZED_LOCATIONS,
+                                loc, "Loop%s %d distributed: split to %d loops "
+                                "and %d library calls.\n", str, loop->num,
+                                nb_generated_loops, nb_generated_calls);
+
+             break;
+           }
+
+         if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
+           fprintf (dump_file, "Loop%s %d not distributed.\n", str, loop->num);
        }
-      else if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
-       fprintf (dump_file, "Loop %d is the same.\n", num);
     }
 
   if (cd)
     delete cd;
 
-  /* Destroy loop bodies that could not be reused.  Do this late as we
-     otherwise can end up refering to stale data in control dependences.  */
-  unsigned i;
-  FOR_EACH_VEC_ELT (loops_to_be_destroyed, i, loop)
-    destroy_loop (loop);
+  if (bb_top_order_index != NULL)
+    bb_top_order_destroy ();
 
   if (changed)
     {
+      /* Destroy loop bodies that could not be reused.  Do this late as we
+        otherwise can end up refering to stale data in control dependences.  */
+      unsigned i;
+      FOR_EACH_VEC_ELT (loops_to_be_destroyed, i, loop)
+       destroy_loop (loop);
+
       /* Cached scalar evolutions now may refer to wrong or non-existing
         loops.  */
       scev_reset_htab ();
@@ -1832,7 +3335,49 @@ out:
 
   checking_verify_loop_structure ();
 
-  return 0;
+  return changed ? TODO_cleanup_cfg : 0;
+}
+
+
+/* Distribute all loops in the current function.  */
+
+namespace {
+
+const pass_data pass_data_loop_distribution =
+{
+  GIMPLE_PASS, /* type */
+  "ldist", /* name */
+  OPTGROUP_LOOP, /* optinfo_flags */
+  TV_TREE_LOOP_DISTRIBUTION, /* tv_id */
+  ( PROP_cfg | PROP_ssa ), /* properties_required */
+  0, /* properties_provided */
+  0, /* properties_destroyed */
+  0, /* todo_flags_start */
+  0, /* todo_flags_finish */
+};
+
+class pass_loop_distribution : public gimple_opt_pass
+{
+public:
+  pass_loop_distribution (gcc::context *ctxt)
+    : gimple_opt_pass (pass_data_loop_distribution, ctxt)
+  {}
+
+  /* opt_pass methods: */
+  virtual bool gate (function *)
+    {
+      return flag_tree_loop_distribution
+       || flag_tree_loop_distribute_patterns;
+    }
+
+  virtual unsigned int execute (function *);
+
+}; // class pass_loop_distribution
+
+unsigned int
+pass_loop_distribution::execute (function *fun)
+{
+  return loop_distribution ().execute (fun);
 }
 
 } // anon namespace