include/llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h

   1 //===- llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h - SCEV Exprs --*- C++ -*-===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file defines the classes used to represent and build scalar expressions.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #ifndef LLVM_ANALYSIS_SCALAREVOLUTION_EXPRESSIONS_H
  15 #define LLVM_ANALYSIS_SCALAREVOLUTION_EXPRESSIONS_H
  16
  17 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
  18 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  19
  20 namespace llvm {
  21   class ConstantInt;
  22   class ConstantRange;
  23   class DominatorTree;
  24
  25   enum SCEVTypes {
  26     // These should be ordered in terms of increasing complexity to make the
  27     // folders simpler.
  28     scConstant, scTruncate, scZeroExtend, scSignExtend, scAddExpr, scMulExpr,
  29     scUDivExpr, scAddRecExpr, scUMaxExpr, scSMaxExpr,
  30     scUnknown, scCouldNotCompute
  31   };
  32
  33   //===--------------------------------------------------------------------===//
  34   /// SCEVConstant - This class represents a constant integer value.
  35   ///
  36   class SCEVConstant : public SCEV {
  37     friend class ScalarEvolution;
  38
  39     ConstantInt *V;
  40     SCEVConstant(const FoldingSetNodeIDRef ID, ConstantInt *v) :
  41       SCEV(ID, scConstant), V(v) {}
  42   public:
  43     ConstantInt *getValue() const { return V; }
  44
  45     const Type *getType() const { return V->getType(); }
  46
  47     /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
  48     static inline bool classof(const SCEVConstant *S) { return true; }
  49     static inline bool classof(const SCEV *S) {
  50       return S->getSCEVType() == scConstant;
  51     }
  52   };
  53
  54   //===--------------------------------------------------------------------===//
  55   /// SCEVCastExpr - This is the base class for unary cast operator classes.
  56   ///
  57   class SCEVCastExpr : public SCEV {
  58   protected:
  59     const SCEV *Op;
  60     const Type *Ty;
  61
  62     SCEVCastExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
  63                  unsigned SCEVTy, const SCEV *op, const Type *ty);
  64
  65   public:
  66     const SCEV *getOperand() const { return Op; }
  67     const Type *getType() const { return Ty; }
  68
  69     /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
  70     static inline bool classof(const SCEVCastExpr *S) { return true; }
  71     static inline bool classof(const SCEV *S) {
  72       return S->getSCEVType() == scTruncate ||
  73              S->getSCEVType() == scZeroExtend ||
  74              S->getSCEVType() == scSignExtend;
  75     }
  76   };
  77
  78   //===--------------------------------------------------------------------===//
  79   /// SCEVTruncateExpr - This class represents a truncation of an integer value
  80   /// to a smaller integer value.
  81   ///
  82   class SCEVTruncateExpr : public SCEVCastExpr {
  83     friend class ScalarEvolution;
  84
  85     SCEVTruncateExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
  86                      const SCEV *op, const Type *ty);
  87
  88   public:
  89     /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
  90     static inline bool classof(const SCEVTruncateExpr *S) { return true; }
  91     static inline bool classof(const SCEV *S) {
  92       return S->getSCEVType() == scTruncate;
  93     }
  94   };
  95
  96   //===--------------------------------------------------------------------===//
  97   /// SCEVZeroExtendExpr - This class represents a zero extension of a small
  98   /// integer value to a larger integer value.
  99   ///
 100   class SCEVZeroExtendExpr : public SCEVCastExpr {
 101     friend class ScalarEvolution;
 102
 103     SCEVZeroExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
 104                        const SCEV *op, const Type *ty);
 105
 106   public:
 107     /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
 108     static inline bool classof(const SCEVZeroExtendExpr *S) { return true; }
 109     static inline bool classof(const SCEV *S) {
 110       return S->getSCEVType() == scZeroExtend;
 111     }
 112   };
 113
 114   //===--------------------------------------------------------------------===//
 115   /// SCEVSignExtendExpr - This class represents a sign extension of a small
 116   /// integer value to a larger integer value.
 117   ///
 118   class SCEVSignExtendExpr : public SCEVCastExpr {
 119     friend class ScalarEvolution;
 120
 121     SCEVSignExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
 122                        const SCEV *op, const Type *ty);
 123
 124   public:
 125     /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
 126     static inline bool classof(const SCEVSignExtendExpr *S) { return true; }
 127     static inline bool classof(const SCEV *S) {
 128       return S->getSCEVType() == scSignExtend;
 129     }
 130   };
 131
 132
 133   //===--------------------------------------------------------------------===//
 134   /// SCEVNAryExpr - This node is a base class providing common
 135   /// functionality for n'ary operators.
 136   ///
 137   class SCEVNAryExpr : public SCEV {
 138   protected:
 139     // Since SCEVs are immutable, ScalarEvolution allocates operand
 140     // arrays with its SCEVAllocator, so this class just needs a simple
 141     // pointer rather than a more elaborate vector-like data structure.
 142     // This also avoids the need for a non-trivial destructor.
 143     const SCEV *const *Operands;
 144     size_t NumOperands;
 145
 146     SCEVNAryExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
 147                  enum SCEVTypes T, const SCEV *const *O, size_t N)
 148       : SCEV(ID, T), Operands(O), NumOperands(N) {}
 149
 150   public:
 151     size_t getNumOperands() const { return NumOperands; }
 152     const SCEV *getOperand(unsigned i) const {
 153       assert(i < NumOperands && "Operand index out of range!");
 154       return Operands[i];
 155     }
 156
 157     typedef const SCEV *const *op_iterator;
 158     op_iterator op_begin() const { return Operands; }
 159     op_iterator op_end() const { return Operands + NumOperands; }
 160
 161     const Type *getType() const { return getOperand(0)->getType(); }
 162
 163     bool hasNoUnsignedWrap() const { return SubclassData & (1 << 0); }
 164     void setHasNoUnsignedWrap(bool B) {
 165       SubclassData = (SubclassData & ~(1 << 0)) | (B << 0);
 166     }
 167     bool hasNoSignedWrap() const { return SubclassData & (1 << 1); }
 168     void setHasNoSignedWrap(bool B) {
 169       SubclassData = (SubclassData & ~(1 << 1)) | (B << 1);
 170     }
 171
 172     /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
 173     static inline bool classof(const SCEVNAryExpr *S) { return true; }
 174     static inline bool classof(const SCEV *S) {
 175       return S->getSCEVType() == scAddExpr ||
 176              S->getSCEVType() == scMulExpr ||
 177              S->getSCEVType() == scSMaxExpr ||
 178              S->getSCEVType() == scUMaxExpr ||
 179              S->getSCEVType() == scAddRecExpr;
 180     }
 181   };
 182
 183   //===--------------------------------------------------------------------===//
 184   /// SCEVCommutativeExpr - This node is the base class for n'ary commutative
 185   /// operators.
 186   ///
 187   class SCEVCommutativeExpr : public SCEVNAryExpr {
 188   protected:
 189     SCEVCommutativeExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
 190                         enum SCEVTypes T, const SCEV *const *O, size_t N)
 191       : SCEVNAryExpr(ID, T, O, N) {}
 192
 193   public:
 194     /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
 195     static inline bool classof(const SCEVCommutativeExpr *S) { return true; }
 196     static inline bool classof(const SCEV *S) {
 197       return S->getSCEVType() == scAddExpr ||
 198              S->getSCEVType() == scMulExpr ||
 199              S->getSCEVType() == scSMaxExpr ||
 200              S->getSCEVType() == scUMaxExpr;
 201     }
 202   };
 203
 204
 205   //===--------------------------------------------------------------------===//
 206   /// SCEVAddExpr - This node represents an addition of some number of SCEVs.
 207   ///
 208   class SCEVAddExpr : public SCEVCommutativeExpr {
 209     friend class ScalarEvolution;
 210
 211     SCEVAddExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
 212                 const SCEV *const *O, size_t N)
 213       : SCEVCommutativeExpr(ID, scAddExpr, O, N) {
 214     }
 215
 216   public:
 217     const Type *getType() const {
 218       // Use the type of the last operand, which is likely to be a pointer
 219       // type, if there is one. This doesn't usually matter, but it can help
 220       // reduce casts when the expressions are expanded.
 221       return getOperand(getNumOperands() - 1)->getType();
 222     }
 223
 224     /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
 225     static inline bool classof(const SCEVAddExpr *S) { return true; }
 226     static inline bool classof(const SCEV *S) {
 227       return S->getSCEVType() == scAddExpr;
 228     }
 229   };
 230
 231   //===--------------------------------------------------------------------===//
 232   /// SCEVMulExpr - This node represents multiplication of some number of SCEVs.
 233   ///
 234   class SCEVMulExpr : public SCEVCommutativeExpr {
 235     friend class ScalarEvolution;
 236
 237     SCEVMulExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
 238                 const SCEV *const *O, size_t N)
 239       : SCEVCommutativeExpr(ID, scMulExpr, O, N) {
 240     }
 241
 242   public:
 243     /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
 244     static inline bool classof(const SCEVMulExpr *S) { return true; }
 245     static inline bool classof(const SCEV *S) {
 246       return S->getSCEVType() == scMulExpr;
 247     }
 248   };
 249
 250
 251   //===--------------------------------------------------------------------===//
 252   /// SCEVUDivExpr - This class represents a binary unsigned division operation.
 253   ///
 254   class SCEVUDivExpr : public SCEV {
 255     friend class ScalarEvolution;
 256
 257     const SCEV *LHS;
 258     const SCEV *RHS;
 259     SCEVUDivExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID, const SCEV *lhs, const SCEV *rhs)
 260       : SCEV(ID, scUDivExpr), LHS(lhs), RHS(rhs) {}
 261
 262   public:
 263     const SCEV *getLHS() const { return LHS; }
 264     const SCEV *getRHS() const { return RHS; }
 265
 266     const Type *getType() const {
 267       // In most cases the types of LHS and RHS will be the same, but in some
 268       // crazy cases one or the other may be a pointer. ScalarEvolution doesn't
 269       // depend on the type for correctness, but handling types carefully can
 270       // avoid extra casts in the SCEVExpander. The LHS is more likely to be
 271       // a pointer type than the RHS, so use the RHS' type here.
 272       return getRHS()->getType();
 273     }
 274
 275     /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
 276     static inline bool classof(const SCEVUDivExpr *S) { return true; }
 277     static inline bool classof(const SCEV *S) {
 278       return S->getSCEVType() == scUDivExpr;
 279     }
 280   };
 281
 282
 283   //===--------------------------------------------------------------------===//
 284   /// SCEVAddRecExpr - This node represents a polynomial recurrence on the trip
 285   /// count of the specified loop.  This is the primary focus of the
 286   /// ScalarEvolution framework; all the other SCEV subclasses are mostly just
 287   /// supporting infrastructure to allow SCEVAddRecExpr expressions to be
 288   /// created and analyzed.
 289   ///
 290   /// All operands of an AddRec are required to be loop invariant.
 291   ///
 292   class SCEVAddRecExpr : public SCEVNAryExpr {
 293     friend class ScalarEvolution;
 294
 295     const Loop *L;
 296
 297     SCEVAddRecExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
 298                    const SCEV *const *O, size_t N, const Loop *l)
 299       : SCEVNAryExpr(ID, scAddRecExpr, O, N), L(l) {}
 300
 301   public:
 302     const SCEV *getStart() const { return Operands[0]; }
 303     const Loop *getLoop() const { return L; }
 304
 305     /// getStepRecurrence - This method constructs and returns the recurrence
 306     /// indicating how much this expression steps by.  If this is a polynomial
 307     /// of degree N, it returns a chrec of degree N-1.
 308     const SCEV *getStepRecurrence(ScalarEvolution &SE) const {
 309       if (isAffine()) return getOperand(1);
 310       return SE.getAddRecExpr(SmallVector<const SCEV *, 3>(op_begin()+1,
 311                                                            op_end()),
 312                               getLoop());
 313     }
 314
 315     /// isAffine - Return true if this is an affine AddRec (i.e., it represents
 316     /// an expressions A+B*x where A and B are loop invariant values.
 317     bool isAffine() const {
 318       // We know that the start value is invariant.  This expression is thus
 319       // affine iff the step is also invariant.
 320       return getNumOperands() == 2;
 321     }
 322
 323     /// isQuadratic - Return true if this is an quadratic AddRec (i.e., it
 324     /// represents an expressions A+B*x+C*x^2 where A, B and C are loop
 325     /// invariant values.  This corresponds to an addrec of the form {L,+,M,+,N}
 326     bool isQuadratic() const {
 327       return getNumOperands() == 3;
 328     }
 329
 330     /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
 331     /// the specified iteration number.
 332     const SCEV *evaluateAtIteration(const SCEV *It, ScalarEvolution &SE) const;
 333
 334     /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop
 335     /// that produce values in the specified constant range.  Another way of
 336     /// looking at this is that it returns the first iteration number where the
 337     /// value is not in the condition, thus computing the exit count.  If the
 338     /// iteration count can't be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is
 339     /// returned.
 340     const SCEV *getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
 341                                        ScalarEvolution &SE) const;
 342
 343     /// getPostIncExpr - Return an expression representing the value of
 344     /// this expression one iteration of the loop ahead.
 345     const SCEVAddRecExpr *getPostIncExpr(ScalarEvolution &SE) const {
 346       return cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getAddExpr(this, getStepRecurrence(SE)));
 347     }
 348
 349     /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
 350     static inline bool classof(const SCEVAddRecExpr *S) { return true; }
 351     static inline bool classof(const SCEV *S) {
 352       return S->getSCEVType() == scAddRecExpr;
 353     }
 354   };
 355
 356
 357   //===--------------------------------------------------------------------===//
 358   /// SCEVSMaxExpr - This class represents a signed maximum selection.
 359   ///
 360   class SCEVSMaxExpr : public SCEVCommutativeExpr {
 361     friend class ScalarEvolution;
 362
 363     SCEVSMaxExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
 364                  const SCEV *const *O, size_t N)
 365       : SCEVCommutativeExpr(ID, scSMaxExpr, O, N) {
 366       // Max never overflows.
 367       setHasNoUnsignedWrap(true);
 368       setHasNoSignedWrap(true);
 369     }
 370
 371   public:
 372     /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
 373     static inline bool classof(const SCEVSMaxExpr *S) { return true; }
 374     static inline bool classof(const SCEV *S) {
 375       return S->getSCEVType() == scSMaxExpr;
 376     }
 377   };
 378
 379
 380   //===--------------------------------------------------------------------===//
 381   /// SCEVUMaxExpr - This class represents an unsigned maximum selection.
 382   ///
 383   class SCEVUMaxExpr : public SCEVCommutativeExpr {
 384     friend class ScalarEvolution;
 385
 386     SCEVUMaxExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
 387                  const SCEV *const *O, size_t N)
 388       : SCEVCommutativeExpr(ID, scUMaxExpr, O, N) {
 389       // Max never overflows.
 390       setHasNoUnsignedWrap(true);
 391       setHasNoSignedWrap(true);
 392     }
 393
 394   public:
 395     /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
 396     static inline bool classof(const SCEVUMaxExpr *S) { return true; }
 397     static inline bool classof(const SCEV *S) {
 398       return S->getSCEVType() == scUMaxExpr;
 399     }
 400   };
 401
 402   //===--------------------------------------------------------------------===//
 403   /// SCEVUnknown - This means that we are dealing with an entirely unknown SCEV
 404   /// value, and only represent it as its LLVM Value.  This is the "bottom"
 405   /// value for the analysis.
 406   ///
 407   class SCEVUnknown : public SCEV, private CallbackVH {
 408     friend class ScalarEvolution;
 409
 410     // Implement CallbackVH.
 411     virtual void deleted();
 412     virtual void allUsesReplacedWith(Value *New);
 413
 414     /// SE - The parent ScalarEvolution value. This is used to update
 415     /// the parent's maps when the value associated with a SCEVUnknown
 416     /// is deleted or RAUW'd.
 417     ScalarEvolution *SE;
 418
 419     /// Next - The next pointer in the linked list of all
 420     /// SCEVUnknown instances owned by a ScalarEvolution.
 421     SCEVUnknown *Next;
 422
 423     SCEVUnknown(const FoldingSetNodeIDRef ID, Value *V,
 424                 ScalarEvolution *se, SCEVUnknown *next) :
 425       SCEV(ID, scUnknown), CallbackVH(V), SE(se), Next(next) {}
 426
 427   public:
 428     Value *getValue() const { return getValPtr(); }
 429
 430     /// isSizeOf, isAlignOf, isOffsetOf - Test whether this is a special
 431     /// constant representing a type size, alignment, or field offset in
 432     /// a target-independent manner, and hasn't happened to have been
 433     /// folded with other operations into something unrecognizable. This
 434     /// is mainly only useful for pretty-printing and other situations
 435     /// where it isn't absolutely required for these to succeed.
 436     bool isSizeOf(const Type *&AllocTy) const;
 437     bool isAlignOf(const Type *&AllocTy) const;
 438     bool isOffsetOf(const Type *&STy, Constant *&FieldNo) const;
 439
 440     const Type *getType() const { return getValPtr()->getType(); }
 441
 442     /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
 443     static inline bool classof(const SCEVUnknown *S) { return true; }
 444     static inline bool classof(const SCEV *S) {
 445       return S->getSCEVType() == scUnknown;
 446     }
 447   };
 448
 449   /// SCEVVisitor - This class defines a simple visitor class that may be used
 450   /// for various SCEV analysis purposes.
 451   template<typename SC, typename RetVal=void>
 452   struct SCEVVisitor {
 453     RetVal visit(const SCEV *S) {
 454       switch (S->getSCEVType()) {
 455       case scConstant:
 456         return ((SC*)this)->visitConstant((const SCEVConstant*)S);
 457       case scTruncate:
 458         return ((SC*)this)->visitTruncateExpr((const SCEVTruncateExpr*)S);
 459       case scZeroExtend:
 460         return ((SC*)this)->visitZeroExtendExpr((const SCEVZeroExtendExpr*)S);
 461       case scSignExtend:
 462         return ((SC*)this)->visitSignExtendExpr((const SCEVSignExtendExpr*)S);
 463       case scAddExpr:
 464         return ((SC*)this)->visitAddExpr((const SCEVAddExpr*)S);
 465       case scMulExpr:
 466         return ((SC*)this)->visitMulExpr((const SCEVMulExpr*)S);
 467       case scUDivExpr:
 468         return ((SC*)this)->visitUDivExpr((const SCEVUDivExpr*)S);
 469       case scAddRecExpr:
 470         return ((SC*)this)->visitAddRecExpr((const SCEVAddRecExpr*)S);
 471       case scSMaxExpr:
 472         return ((SC*)this)->visitSMaxExpr((const SCEVSMaxExpr*)S);
 473       case scUMaxExpr:
 474         return ((SC*)this)->visitUMaxExpr((const SCEVUMaxExpr*)S);
 475       case scUnknown:
 476         return ((SC*)this)->visitUnknown((const SCEVUnknown*)S);
 477       case scCouldNotCompute:
 478         return ((SC*)this)->visitCouldNotCompute((const SCEVCouldNotCompute*)S);
 479       default:
 480         llvm_unreachable("Unknown SCEV type!");
 481       }
 482     }
 483
 484     RetVal visitCouldNotCompute(const SCEVCouldNotCompute *S) {
 485       llvm_unreachable("Invalid use of SCEVCouldNotCompute!");
 486       return RetVal();
 487     }
 488   };
 489 }
 490
 491 #endif