473057caf5a55b184d1926be551adfb5fae1b7ca
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolution.cpp
1 //===- ScalarEvolution.cpp - Scalar Evolution Analysis ----------*- 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 contains the implementation of the scalar evolution analysis
11 // engine, which is used primarily to analyze expressions involving induction
12 // variables in loops.
13 //
14 // There are several aspects to this library.  First is the representation of
15 // scalar expressions, which are represented as subclasses of the SCEV class.
16 // These classes are used to represent certain types of subexpressions that we
17 // can handle.  These classes are reference counted, managed by the SCEVHandle
18 // class.  We only create one SCEV of a particular shape, so pointer-comparisons
19 // for equality are legal.
20 //
21 // One important aspect of the SCEV objects is that they are never cyclic, even
22 // if there is a cycle in the dataflow for an expression (ie, a PHI node).  If
23 // the PHI node is one of the idioms that we can represent (e.g., a polynomial
24 // recurrence) then we represent it directly as a recurrence node, otherwise we
25 // represent it as a SCEVUnknown node.
26 //
27 // In addition to being able to represent expressions of various types, we also
28 // have folders that are used to build the *canonical* representation for a
29 // particular expression.  These folders are capable of using a variety of
30 // rewrite rules to simplify the expressions.
31 //
32 // Once the folders are defined, we can implement the more interesting
33 // higher-level code, such as the code that recognizes PHI nodes of various
34 // types, computes the execution count of a loop, etc.
35 //
36 // TODO: We should use these routines and value representations to implement
37 // dependence analysis!
38 //
39 //===----------------------------------------------------------------------===//
40 //
41 // There are several good references for the techniques used in this analysis.
42 //
43 //  Chains of recurrences -- a method to expedite the evaluation
44 //  of closed-form functions
45 //  Olaf Bachmann, Paul S. Wang, Eugene V. Zima
46 //
47 //  On computational properties of chains of recurrences
48 //  Eugene V. Zima
49 //
50 //  Symbolic Evaluation of Chains of Recurrences for Loop Optimization
51 //  Robert A. van Engelen
52 //
53 //  Efficient Symbolic Analysis for Optimizing Compilers
54 //  Robert A. van Engelen
55 //
56 //  Using the chains of recurrences algebra for data dependence testing and
57 //  induction variable substitution
58 //  MS Thesis, Johnie Birch
59 //
60 //===----------------------------------------------------------------------===//
61
62 #define DEBUG_TYPE "scalar-evolution"
63 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
64 #include "llvm/Constants.h"
65 #include "llvm/DerivedTypes.h"
66 #include "llvm/GlobalVariable.h"
67 #include "llvm/Instructions.h"
68 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
69 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
70 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
71 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
72 #include "llvm/Support/CFG.h"
73 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
74 #include "llvm/Support/Compiler.h"
75 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
76 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
77 #include "llvm/Support/ManagedStatic.h"
78 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
79 #include "llvm/Support/Streams.h"
80 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
81 #include <ostream>
82 #include <algorithm>
83 #include <cmath>
84 using namespace llvm;
85
86 STATISTIC(NumBruteForceEvaluations,
87           "Number of brute force evaluations needed to "
88           "calculate high-order polynomial exit values");
89 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
90           "Number of trip counts computed with array length");
91 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
92           "Number of loops with predictable loop counts");
93 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
94           "Number of loops without predictable loop counts");
95 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
96           "Number of loops with trip counts computed by force");
97
98 static cl::opt<unsigned>
99 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
100                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
101                                  "symbolically execute a constant derived loop"),
102                         cl::init(100));
103
104 static RegisterPass<ScalarEvolution>
105 R("scalar-evolution", "Scalar Evolution Analysis", false, true);
106 char ScalarEvolution::ID = 0;
107
108 //===----------------------------------------------------------------------===//
109 //                           SCEV class definitions
110 //===----------------------------------------------------------------------===//
111
112 //===----------------------------------------------------------------------===//
113 // Implementation of the SCEV class.
114 //
115 SCEV::~SCEV() {}
116 void SCEV::dump() const {
117   print(cerr);
118 }
119
120 uint32_t SCEV::getBitWidth() const {
121   if (const IntegerType* ITy = dyn_cast<IntegerType>(getType()))
122     return ITy->getBitWidth();
123   return 0;
124 }
125
126 bool SCEV::isZero() const {
127   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
128     return SC->getValue()->isZero();
129   return false;
130 }
131
132
133 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() : SCEV(scCouldNotCompute) {}
134
135 bool SCEVCouldNotCompute::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
136   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
137   return false;
138 }
139
140 const Type *SCEVCouldNotCompute::getType() const {
141   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
142   return 0;
143 }
144
145 bool SCEVCouldNotCompute::hasComputableLoopEvolution(const Loop *L) const {
146   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
147   return false;
148 }
149
150 SCEVHandle SCEVCouldNotCompute::
151 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
152                                   const SCEVHandle &Conc,
153                                   ScalarEvolution &SE) const {
154   return this;
155 }
156
157 void SCEVCouldNotCompute::print(std::ostream &OS) const {
158   OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
159 }
160
161 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
162   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
163 }
164
165
166 // SCEVConstants - Only allow the creation of one SCEVConstant for any
167 // particular value.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will
168 // never be deleted!
169 static ManagedStatic<std::map<ConstantInt*, SCEVConstant*> > SCEVConstants;
170
171
172 SCEVConstant::~SCEVConstant() {
173   SCEVConstants->erase(V);
174 }
175
176 SCEVHandle ScalarEvolution::getConstant(ConstantInt *V) {
177   SCEVConstant *&R = (*SCEVConstants)[V];
178   if (R == 0) R = new SCEVConstant(V);
179   return R;
180 }
181
182 SCEVHandle ScalarEvolution::getConstant(const APInt& Val) {
183   return getConstant(ConstantInt::get(Val));
184 }
185
186 const Type *SCEVConstant::getType() const { return V->getType(); }
187
188 void SCEVConstant::print(std::ostream &OS) const {
189   WriteAsOperand(OS, V, false);
190 }
191
192 // SCEVTruncates - Only allow the creation of one SCEVTruncateExpr for any
193 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will
194 // never be deleted!
195 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, const Type*>, 
196                      SCEVTruncateExpr*> > SCEVTruncates;
197
198 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
199   : SCEV(scTruncate), Op(op), Ty(ty) {
200   assert(Op->getType()->isInteger() && Ty->isInteger() &&
201          "Cannot truncate non-integer value!");
202   assert(Op->getType()->getPrimitiveSizeInBits() > Ty->getPrimitiveSizeInBits()
203          && "This is not a truncating conversion!");
204 }
205
206 SCEVTruncateExpr::~SCEVTruncateExpr() {
207   SCEVTruncates->erase(std::make_pair(Op, Ty));
208 }
209
210 void SCEVTruncateExpr::print(std::ostream &OS) const {
211   OS << "(truncate " << *Op << " to " << *Ty << ")";
212 }
213
214 // SCEVZeroExtends - Only allow the creation of one SCEVZeroExtendExpr for any
215 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
216 // be deleted!
217 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, const Type*>,
218                      SCEVZeroExtendExpr*> > SCEVZeroExtends;
219
220 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
221   : SCEV(scZeroExtend), Op(op), Ty(ty) {
222   assert(Op->getType()->isInteger() && Ty->isInteger() &&
223          "Cannot zero extend non-integer value!");
224   assert(Op->getType()->getPrimitiveSizeInBits() < Ty->getPrimitiveSizeInBits()
225          && "This is not an extending conversion!");
226 }
227
228 SCEVZeroExtendExpr::~SCEVZeroExtendExpr() {
229   SCEVZeroExtends->erase(std::make_pair(Op, Ty));
230 }
231
232 void SCEVZeroExtendExpr::print(std::ostream &OS) const {
233   OS << "(zeroextend " << *Op << " to " << *Ty << ")";
234 }
235
236 // SCEVSignExtends - Only allow the creation of one SCEVSignExtendExpr for any
237 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
238 // be deleted!
239 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, const Type*>,
240                      SCEVSignExtendExpr*> > SCEVSignExtends;
241
242 SCEVSignExtendExpr::SCEVSignExtendExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
243   : SCEV(scSignExtend), Op(op), Ty(ty) {
244   assert(Op->getType()->isInteger() && Ty->isInteger() &&
245          "Cannot sign extend non-integer value!");
246   assert(Op->getType()->getPrimitiveSizeInBits() < Ty->getPrimitiveSizeInBits()
247          && "This is not an extending conversion!");
248 }
249
250 SCEVSignExtendExpr::~SCEVSignExtendExpr() {
251   SCEVSignExtends->erase(std::make_pair(Op, Ty));
252 }
253
254 void SCEVSignExtendExpr::print(std::ostream &OS) const {
255   OS << "(signextend " << *Op << " to " << *Ty << ")";
256 }
257
258 // SCEVCommExprs - Only allow the creation of one SCEVCommutativeExpr for any
259 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
260 // be deleted!
261 static ManagedStatic<std::map<std::pair<unsigned, std::vector<SCEV*> >,
262                      SCEVCommutativeExpr*> > SCEVCommExprs;
263
264 SCEVCommutativeExpr::~SCEVCommutativeExpr() {
265   SCEVCommExprs->erase(std::make_pair(getSCEVType(),
266                                       std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
267                                                          Operands.end())));
268 }
269
270 void SCEVCommutativeExpr::print(std::ostream &OS) const {
271   assert(Operands.size() > 1 && "This plus expr shouldn't exist!");
272   const char *OpStr = getOperationStr();
273   OS << "(" << *Operands[0];
274   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
275     OS << OpStr << *Operands[i];
276   OS << ")";
277 }
278
279 SCEVHandle SCEVCommutativeExpr::
280 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
281                                   const SCEVHandle &Conc,
282                                   ScalarEvolution &SE) const {
283   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
284     SCEVHandle H =
285       getOperand(i)->replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE);
286     if (H != getOperand(i)) {
287       std::vector<SCEVHandle> NewOps;
288       NewOps.reserve(getNumOperands());
289       for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
290         NewOps.push_back(getOperand(j));
291       NewOps.push_back(H);
292       for (++i; i != e; ++i)
293         NewOps.push_back(getOperand(i)->
294                          replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE));
295
296       if (isa<SCEVAddExpr>(this))
297         return SE.getAddExpr(NewOps);
298       else if (isa<SCEVMulExpr>(this))
299         return SE.getMulExpr(NewOps);
300       else if (isa<SCEVSMaxExpr>(this))
301         return SE.getSMaxExpr(NewOps);
302       else if (isa<SCEVUMaxExpr>(this))
303         return SE.getUMaxExpr(NewOps);
304       else
305         assert(0 && "Unknown commutative expr!");
306     }
307   }
308   return this;
309 }
310
311
312 // SCEVUDivs - Only allow the creation of one SCEVUDivExpr for any particular
313 // input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never be
314 // deleted!
315 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, SCEV*>, 
316                      SCEVUDivExpr*> > SCEVUDivs;
317
318 SCEVUDivExpr::~SCEVUDivExpr() {
319   SCEVUDivs->erase(std::make_pair(LHS, RHS));
320 }
321
322 void SCEVUDivExpr::print(std::ostream &OS) const {
323   OS << "(" << *LHS << " /u " << *RHS << ")";
324 }
325
326 const Type *SCEVUDivExpr::getType() const {
327   return LHS->getType();
328 }
329
330 // SCEVAddRecExprs - Only allow the creation of one SCEVAddRecExpr for any
331 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
332 // be deleted!
333 static ManagedStatic<std::map<std::pair<const Loop *, std::vector<SCEV*> >,
334                      SCEVAddRecExpr*> > SCEVAddRecExprs;
335
336 SCEVAddRecExpr::~SCEVAddRecExpr() {
337   SCEVAddRecExprs->erase(std::make_pair(L,
338                                         std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
339                                                            Operands.end())));
340 }
341
342 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::
343 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
344                                   const SCEVHandle &Conc,
345                                   ScalarEvolution &SE) const {
346   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
347     SCEVHandle H =
348       getOperand(i)->replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE);
349     if (H != getOperand(i)) {
350       std::vector<SCEVHandle> NewOps;
351       NewOps.reserve(getNumOperands());
352       for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
353         NewOps.push_back(getOperand(j));
354       NewOps.push_back(H);
355       for (++i; i != e; ++i)
356         NewOps.push_back(getOperand(i)->
357                          replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE));
358
359       return SE.getAddRecExpr(NewOps, L);
360     }
361   }
362   return this;
363 }
364
365
366 bool SCEVAddRecExpr::isLoopInvariant(const Loop *QueryLoop) const {
367   // This recurrence is invariant w.r.t to QueryLoop iff QueryLoop doesn't
368   // contain L and if the start is invariant.
369   return !QueryLoop->contains(L->getHeader()) &&
370          getOperand(0)->isLoopInvariant(QueryLoop);
371 }
372
373
374 void SCEVAddRecExpr::print(std::ostream &OS) const {
375   OS << "{" << *Operands[0];
376   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
377     OS << ",+," << *Operands[i];
378   OS << "}<" << L->getHeader()->getName() + ">";
379 }
380
381 // SCEVUnknowns - Only allow the creation of one SCEVUnknown for any particular
382 // value.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never be
383 // deleted!
384 static ManagedStatic<std::map<Value*, SCEVUnknown*> > SCEVUnknowns;
385
386 SCEVUnknown::~SCEVUnknown() { SCEVUnknowns->erase(V); }
387
388 bool SCEVUnknown::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
389   // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
390   // invariant if they are not contained in the specified loop.
391   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
392     return !L->contains(I->getParent());
393   return true;
394 }
395
396 const Type *SCEVUnknown::getType() const {
397   return V->getType();
398 }
399
400 void SCEVUnknown::print(std::ostream &OS) const {
401   WriteAsOperand(OS, V, false);
402 }
403
404 //===----------------------------------------------------------------------===//
405 //                               SCEV Utilities
406 //===----------------------------------------------------------------------===//
407
408 namespace {
409   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
410   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
411   /// expressions.
412   struct VISIBILITY_HIDDEN SCEVComplexityCompare {
413     bool operator()(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
414       return LHS->getSCEVType() < RHS->getSCEVType();
415     }
416   };
417 }
418
419 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
420 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
421 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
422 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
423 ///
424 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get determinstic
425 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
426 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
427 /// land in memory.
428 ///
429 static void GroupByComplexity(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
430   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
431   if (Ops.size() == 2) {
432     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
433     // Special case it.
434     if (SCEVComplexityCompare()(Ops[1], Ops[0]))
435       std::swap(Ops[0], Ops[1]);
436     return;
437   }
438
439   // Do the rough sort by complexity.
440   std::sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare());
441
442   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
443   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
444   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
445   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
446   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
447     SCEV *S = Ops[i];
448     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
449
450     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
451     // one, group them.
452     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
453       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
454         // Move it to immediately after i'th element.
455         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
456         ++i;   // no need to rescan it.
457         if (i == e-2) return;  // Done!
458       }
459     }
460   }
461 }
462
463
464
465 //===----------------------------------------------------------------------===//
466 //                      Simple SCEV method implementations
467 //===----------------------------------------------------------------------===//
468
469 /// getIntegerSCEV - Given an integer or FP type, create a constant for the
470 /// specified signed integer value and return a SCEV for the constant.
471 SCEVHandle ScalarEvolution::getIntegerSCEV(int Val, const Type *Ty) {
472   Constant *C;
473   if (Val == 0)
474     C = Constant::getNullValue(Ty);
475   else if (Ty->isFloatingPoint())
476     C = ConstantFP::get(APFloat(Ty==Type::FloatTy ? APFloat::IEEEsingle : 
477                                 APFloat::IEEEdouble, Val));
478   else 
479     C = ConstantInt::get(Ty, Val);
480   return getUnknown(C);
481 }
482
483 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
484 ///
485 SCEVHandle ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEVHandle &V) {
486   if (SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
487     return getUnknown(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue()));
488
489   return getMulExpr(V, getConstant(ConstantInt::getAllOnesValue(V->getType())));
490 }
491
492 /// getNotSCEV - Return a SCEV corresponding to ~V = -1-V
493 SCEVHandle ScalarEvolution::getNotSCEV(const SCEVHandle &V) {
494   if (SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
495     return getUnknown(ConstantExpr::getNot(VC->getValue()));
496
497   SCEVHandle AllOnes = getConstant(ConstantInt::getAllOnesValue(V->getType()));
498   return getMinusSCEV(AllOnes, V);
499 }
500
501 /// getMinusSCEV - Return a SCEV corresponding to LHS - RHS.
502 ///
503 SCEVHandle ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEVHandle &LHS,
504                                          const SCEVHandle &RHS) {
505   // X - Y --> X + -Y
506   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS));
507 }
508
509
510 /// BinomialCoefficient - Compute BC(It, K).  The result has width W.
511 // Assume, K > 0.
512 static SCEVHandle BinomialCoefficient(SCEVHandle It, unsigned K,
513                                       ScalarEvolution &SE,
514                                       const IntegerType* ResultTy) {
515   // Handle the simplest case efficiently.
516   if (K == 1)
517     return SE.getTruncateOrZeroExtend(It, ResultTy);
518
519   // We are using the following formula for BC(It, K):
520   //
521   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / K!
522   //
523   // Suppose, W is the bitwidth of the return value.  We must be prepared for
524   // overflow.  Hence, we must assure that the result of our computation is
525   // equal to the accurate one modulo 2^W.  Unfortunately, division isn't
526   // safe in modular arithmetic.
527   //
528   // However, this code doesn't use exactly that formula; the formula it uses
529   // is something like the following, where T is the number of factors of 2 in 
530   // K! (i.e. trailing zeros in the binary representation of K!), and ^ is
531   // exponentiation:
532   //
533   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / 2^T / (K! / 2^T)
534   //
535   // This formula is trivially equivalent to the previous formula.  However,
536   // this formula can be implemented much more efficiently.  The trick is that
537   // K! / 2^T is odd, and exact division by an odd number *is* safe in modular
538   // arithmetic.  To do exact division in modular arithmetic, all we have
539   // to do is multiply by the inverse.  Therefore, this step can be done at
540   // width W.
541   // 
542   // The next issue is how to safely do the division by 2^T.  The way this
543   // is done is by doing the multiplication step at a width of at least W + T
544   // bits.  This way, the bottom W+T bits of the product are accurate. Then,
545   // when we perform the division by 2^T (which is equivalent to a right shift
546   // by T), the bottom W bits are accurate.  Extra bits are okay; they'll get
547   // truncated out after the division by 2^T.
548   //
549   // In comparison to just directly using the first formula, this technique
550   // is much more efficient; using the first formula requires W * K bits,
551   // but this formula less than W + K bits. Also, the first formula requires
552   // a division step, whereas this formula only requires multiplies and shifts.
553   //
554   // It doesn't matter whether the subtraction step is done in the calculation
555   // width or the input iteration count's width; if the subtraction overflows,
556   // the result must be zero anyway.  We prefer here to do it in the width of
557   // the induction variable because it helps a lot for certain cases; CodeGen
558   // isn't smart enough to ignore the overflow, which leads to much less
559   // efficient code if the width of the subtraction is wider than the native
560   // register width.
561   //
562   // (It's possible to not widen at all by pulling out factors of 2 before
563   // the multiplication; for example, K=2 can be calculated as
564   // It/2*(It+(It*INT_MIN/INT_MIN)+-1). However, it requires
565   // extra arithmetic, so it's not an obvious win, and it gets
566   // much more complicated for K > 3.)
567
568   // Protection from insane SCEVs; this bound is conservative,
569   // but it probably doesn't matter.
570   if (K > 1000)
571     return new SCEVCouldNotCompute();
572
573   unsigned W = ResultTy->getBitWidth();
574
575   // Calculate K! / 2^T and T; we divide out the factors of two before
576   // multiplying for calculating K! / 2^T to avoid overflow.
577   // Other overflow doesn't matter because we only care about the bottom
578   // W bits of the result.
579   APInt OddFactorial(W, 1);
580   unsigned T = 1;
581   for (unsigned i = 3; i <= K; ++i) {
582     APInt Mult(W, i);
583     unsigned TwoFactors = Mult.countTrailingZeros();
584     T += TwoFactors;
585     Mult = Mult.lshr(TwoFactors);
586     OddFactorial *= Mult;
587   }
588
589   // We need at least W + T bits for the multiplication step
590   // FIXME: A temporary hack; we round up the bitwidths
591   // to the nearest power of 2 to be nice to the code generator.
592   unsigned CalculationBits = 1U << Log2_32_Ceil(W + T);
593   // FIXME: Temporary hack to avoid generating integers that are too wide.
594   // Although, it's not completely clear how to determine how much
595   // widening is safe; for example, on X86, we can't really widen
596   // beyond 64 because we need to be able to do multiplication
597   // that's CalculationBits wide, but on X86-64, we can safely widen up to
598   // 128 bits.
599   if (CalculationBits > 64)
600     return new SCEVCouldNotCompute();
601
602   // Calcuate 2^T, at width T+W.
603   APInt DivFactor = APInt(CalculationBits, 1).shl(T);
604
605   // Calculate the multiplicative inverse of K! / 2^T;
606   // this multiplication factor will perform the exact division by
607   // K! / 2^T.
608   APInt Mod = APInt::getSignedMinValue(W+1);
609   APInt MultiplyFactor = OddFactorial.zext(W+1);
610   MultiplyFactor = MultiplyFactor.multiplicativeInverse(Mod);
611   MultiplyFactor = MultiplyFactor.trunc(W);
612
613   // Calculate the product, at width T+W
614   const IntegerType *CalculationTy = IntegerType::get(CalculationBits);
615   SCEVHandle Dividend = SE.getTruncateOrZeroExtend(It, CalculationTy);
616   for (unsigned i = 1; i != K; ++i) {
617     SCEVHandle S = SE.getMinusSCEV(It, SE.getIntegerSCEV(i, It->getType()));
618     Dividend = SE.getMulExpr(Dividend,
619                              SE.getTruncateOrZeroExtend(S, CalculationTy));
620   }
621
622   // Divide by 2^T
623   SCEVHandle DivResult = SE.getUDivExpr(Dividend, SE.getConstant(DivFactor));
624
625   // Truncate the result, and divide by K! / 2^T.
626
627   return SE.getMulExpr(SE.getConstant(MultiplyFactor),
628                        SE.getTruncateOrZeroExtend(DivResult, ResultTy));
629 }
630
631 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
632 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
633 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
634 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
635 ///
636 ///   A*BC(It, 0) + B*BC(It, 1) + C*BC(It, 2) + D*BC(It, 3)
637 ///
638 /// where BC(It, k) stands for binomial coefficient.
639 ///
640 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(SCEVHandle It,
641                                                ScalarEvolution &SE) const {
642   SCEVHandle Result = getStart();
643   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
644     // The computation is correct in the face of overflow provided that the
645     // multiplication is performed _after_ the evaluation of the binomial
646     // coefficient.
647     SCEVHandle Val =
648       SE.getMulExpr(getOperand(i),
649                     BinomialCoefficient(It, i, SE,
650                                         cast<IntegerType>(getType())));
651     Result = SE.getAddExpr(Result, Val);
652   }
653   return Result;
654 }
655
656 //===----------------------------------------------------------------------===//
657 //                    SCEV Expression folder implementations
658 //===----------------------------------------------------------------------===//
659
660 SCEVHandle ScalarEvolution::getTruncateExpr(const SCEVHandle &Op, const Type *Ty) {
661   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
662     return getUnknown(
663         ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(), Ty));
664
665   // If the input value is a chrec scev made out of constants, truncate
666   // all of the constants.
667   if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
668     std::vector<SCEVHandle> Operands;
669     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
670       // FIXME: This should allow truncation of other expression types!
671       if (isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(i)))
672         Operands.push_back(getTruncateExpr(AddRec->getOperand(i), Ty));
673       else
674         break;
675     if (Operands.size() == AddRec->getNumOperands())
676       return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop());
677   }
678
679   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Op))
680     return new SCEVCouldNotCompute();
681
682   SCEVTruncateExpr *&Result = (*SCEVTruncates)[std::make_pair(Op, Ty)];
683   if (Result == 0) Result = new SCEVTruncateExpr(Op, Ty);
684   return Result;
685 }
686
687 SCEVHandle ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEVHandle &Op, const Type *Ty) {
688   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
689     return getUnknown(
690         ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(), Ty));
691
692   // FIXME: If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
693   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
694   // operands (often constants).  This would allow analysis of something like
695   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
696
697   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Op))
698     return new SCEVCouldNotCompute();
699
700   SCEVZeroExtendExpr *&Result = (*SCEVZeroExtends)[std::make_pair(Op, Ty)];
701   if (Result == 0) Result = new SCEVZeroExtendExpr(Op, Ty);
702   return Result;
703 }
704
705 SCEVHandle ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEVHandle &Op, const Type *Ty) {
706   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
707     return getUnknown(
708         ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(), Ty));
709
710   // FIXME: If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
711   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
712   // operands (often constants).  This would allow analysis of something like
713   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
714
715   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Op))
716     return new SCEVCouldNotCompute();
717
718   SCEVSignExtendExpr *&Result = (*SCEVSignExtends)[std::make_pair(Op, Ty)];
719   if (Result == 0) Result = new SCEVSignExtendExpr(Op, Ty);
720   return Result;
721 }
722
723 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion
724 /// of the input value to the specified type.  If the type must be
725 /// extended, it is zero extended.
726 SCEVHandle ScalarEvolution::getTruncateOrZeroExtend(const SCEVHandle &V,
727                                                     const Type *Ty) {
728   const Type *SrcTy = V->getType();
729   assert(SrcTy->isInteger() && Ty->isInteger() &&
730          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
731   if (SrcTy->getPrimitiveSizeInBits() == Ty->getPrimitiveSizeInBits())
732     return V;  // No conversion
733   if (SrcTy->getPrimitiveSizeInBits() > Ty->getPrimitiveSizeInBits())
734     return getTruncateExpr(V, Ty);
735   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
736 }
737
738 // get - Get a canonical add expression, or something simpler if possible.
739 SCEVHandle ScalarEvolution::getAddExpr(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
740   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
741   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
742
743   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
744   GroupByComplexity(Ops);
745
746   // Could not compute plus anything equals could not compute.
747   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Ops.back()))
748     return new SCEVCouldNotCompute();
749
750   // If there are any constants, fold them together.
751   unsigned Idx = 0;
752   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
753     ++Idx;
754     assert(Idx < Ops.size());
755     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
756       // We found two constants, fold them together!
757       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(LHSC->getValue()->getValue() + 
758                                            RHSC->getValue()->getValue());
759       Ops[0] = getConstant(Fold);
760       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
761       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
762       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
763     }
764
765     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
766     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
767       Ops.erase(Ops.begin());
768       --Idx;
769     }
770   }
771
772   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
773
774   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
775   // so, merge them together into an multiply expression.  Since we sorted the
776   // list, these values are required to be adjacent.
777   const Type *Ty = Ops[0]->getType();
778   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
779     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
780       // Found a match, merge the two values into a multiply, and add any
781       // remaining values to the result.
782       SCEVHandle Two = getIntegerSCEV(2, Ty);
783       SCEVHandle Mul = getMulExpr(Ops[i], Two);
784       if (Ops.size() == 2)
785         return Mul;
786       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
787       Ops.push_back(Mul);
788       return getAddExpr(Ops);
789     }
790
791   // Now we know the first non-constant operand.  Skip past any cast SCEVs.
792   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
793     ++Idx;
794
795   // If there are add operands they would be next.
796   if (Idx < Ops.size()) {
797     bool DeletedAdd = false;
798     while (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
799       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
800       // list.
801       Ops.insert(Ops.end(), Add->op_begin(), Add->op_end());
802       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
803       DeletedAdd = true;
804     }
805
806     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
807     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
808     // any operands we just aquired.
809     if (DeletedAdd)
810       return getAddExpr(Ops);
811   }
812
813   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
814   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
815     ++Idx;
816
817   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
818   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
819   // the multiply.
820   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
821     SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
822     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
823       SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
824       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
825         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp] && !isa<SCEVConstant>(MulOpSCEV)) {
826           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
827           SCEVHandle InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
828           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
829             // If the multiply has more than two operands, we must get the
830             // Y*Z term.
831             std::vector<SCEVHandle> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
832             MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
833             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
834           }
835           SCEVHandle One = getIntegerSCEV(1, Ty);
836           SCEVHandle AddOne = getAddExpr(InnerMul, One);
837           SCEVHandle OuterMul = getMulExpr(AddOne, Ops[AddOp]);
838           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
839           if (AddOp < Idx) {
840             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
841             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
842           } else {
843             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
844             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
845           }
846           Ops.push_back(OuterMul);
847           return getAddExpr(Ops);
848         }
849
850       // Check this multiply against other multiplies being added together.
851       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
852            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
853            ++OtherMulIdx) {
854         SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
855         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
856         // together.
857         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
858              OMulOp != e; ++OMulOp)
859           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
860             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
861             SCEVHandle InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
862             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
863               std::vector<SCEVHandle> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
864               MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
865               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
866             }
867             SCEVHandle InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
868             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
869               std::vector<SCEVHandle> MulOps(OtherMul->op_begin(),
870                                              OtherMul->op_end());
871               MulOps.erase(MulOps.begin()+OMulOp);
872               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
873             }
874             SCEVHandle InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
875             SCEVHandle OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
876             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
877             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
878             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
879             Ops.push_back(OuterMul);
880             return getAddExpr(Ops);
881           }
882       }
883     }
884   }
885
886   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
887   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
888   // recurrence.
889   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
890     ++Idx;
891
892   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
893   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
894     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
895     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
896     std::vector<SCEVHandle> LIOps;
897     SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
898     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
899       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
900         LIOps.push_back(Ops[i]);
901         Ops.erase(Ops.begin()+i);
902         --i; --e;
903       }
904
905     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
906     if (!LIOps.empty()) {
907       //  NLI + LI + {Start,+,Step}  -->  NLI + {LI+Start,+,Step}
908       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
909
910       std::vector<SCEVHandle> AddRecOps(AddRec->op_begin(), AddRec->op_end());
911       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
912
913       SCEVHandle NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRec->getLoop());
914       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
915       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
916
917       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-liv parts.
918       for (unsigned i = 0;; ++i)
919         if (Ops[i] == AddRec) {
920           Ops[i] = NewRec;
921           break;
922         }
923       return getAddExpr(Ops);
924     }
925
926     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
927     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
928     // added together.  If so, we can fold them.
929     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
930          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
931       if (OtherIdx != Idx) {
932         SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
933         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
934           // Other + {A,+,B} + {C,+,D}  -->  Other + {A+C,+,B+D}
935           std::vector<SCEVHandle> NewOps(AddRec->op_begin(), AddRec->op_end());
936           for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
937             if (i >= NewOps.size()) {
938               NewOps.insert(NewOps.end(), OtherAddRec->op_begin()+i,
939                             OtherAddRec->op_end());
940               break;
941             }
942             NewOps[i] = getAddExpr(NewOps[i], OtherAddRec->getOperand(i));
943           }
944           SCEVHandle NewAddRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop());
945
946           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
947
948           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
949           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
950           Ops.push_back(NewAddRec);
951           return getAddExpr(Ops);
952         }
953       }
954
955     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
956     // next one.
957   }
958
959   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
960   // already have one, otherwise create a new one.
961   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
962   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scAddExpr,
963                                                                  SCEVOps)];
964   if (Result == 0) Result = new SCEVAddExpr(Ops);
965   return Result;
966 }
967
968
969 SCEVHandle ScalarEvolution::getMulExpr(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
970   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
971
972   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
973   GroupByComplexity(Ops);
974
975   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Ops.back())) {
976     // CNC * 0 = 0
977     for (unsigned i = 0, e = Ops.size() - 1; i != e; ++i) {
978       if (Ops[i]->getSCEVType() != scConstant)
979         break;
980
981       SCEVConstant *SC = cast<SCEVConstant>(Ops[i]);
982       if (SC->getValue()->isMinValue(false))
983         return SC;
984     }
985
986     // Otherwise, we can't compute it.
987     return new SCEVCouldNotCompute();
988   }
989
990   // If there are any constants, fold them together.
991   unsigned Idx = 0;
992   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
993
994     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
995     if (Ops.size() == 2)
996       if (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
997         if (Add->getNumOperands() == 2 &&
998             isa<SCEVConstant>(Add->getOperand(0)))
999           return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
1000                             getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
1001
1002
1003     ++Idx;
1004     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1005       // We found two constants, fold them together!
1006       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(LHSC->getValue()->getValue() * 
1007                                            RHSC->getValue()->getValue());
1008       Ops[0] = getConstant(Fold);
1009       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1010       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1011       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1012     }
1013
1014     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
1015     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
1016       Ops.erase(Ops.begin());
1017       --Idx;
1018     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
1019       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
1020       return Ops[0];
1021     }
1022   }
1023
1024   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1025   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1026     ++Idx;
1027
1028   if (Ops.size() == 1)
1029     return Ops[0];
1030
1031   // If there are mul operands inline them all into this expression.
1032   if (Idx < Ops.size()) {
1033     bool DeletedMul = false;
1034     while (SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1035       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
1036       // list.
1037       Ops.insert(Ops.end(), Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1038       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1039       DeletedMul = true;
1040     }
1041
1042     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
1043     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1044     // any operands we just aquired.
1045     if (DeletedMul)
1046       return getMulExpr(Ops);
1047   }
1048
1049   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1050   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1051   // recurrence.
1052   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1053     ++Idx;
1054
1055   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1056   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1057     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
1058     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1059     std::vector<SCEVHandle> LIOps;
1060     SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1061     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1062       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
1063         LIOps.push_back(Ops[i]);
1064         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1065         --i; --e;
1066       }
1067
1068     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1069     if (!LIOps.empty()) {
1070       //  NLI * LI * {Start,+,Step}  -->  NLI * {LI*Start,+,LI*Step}
1071       std::vector<SCEVHandle> NewOps;
1072       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
1073       if (LIOps.size() == 1) {
1074         SCEV *Scale = LIOps[0];
1075         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
1076           NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
1077       } else {
1078         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1079           std::vector<SCEVHandle> MulOps(LIOps);
1080           MulOps.push_back(AddRec->getOperand(i));
1081           NewOps.push_back(getMulExpr(MulOps));
1082         }
1083       }
1084
1085       SCEVHandle NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop());
1086
1087       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1088       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1089
1090       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-liv parts.
1091       for (unsigned i = 0;; ++i)
1092         if (Ops[i] == AddRec) {
1093           Ops[i] = NewRec;
1094           break;
1095         }
1096       return getMulExpr(Ops);
1097     }
1098
1099     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1100     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1101     // multiplied together.  If so, we can fold them.
1102     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1103          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1104       if (OtherIdx != Idx) {
1105         SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1106         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
1107           // F * G  -->  {A,+,B} * {C,+,D}  -->  {A*C,+,F*D + G*B + B*D}
1108           SCEVAddRecExpr *F = AddRec, *G = OtherAddRec;
1109           SCEVHandle NewStart = getMulExpr(F->getStart(),
1110                                                  G->getStart());
1111           SCEVHandle B = F->getStepRecurrence(*this);
1112           SCEVHandle D = G->getStepRecurrence(*this);
1113           SCEVHandle NewStep = getAddExpr(getMulExpr(F, D),
1114                                           getMulExpr(G, B),
1115                                           getMulExpr(B, D));
1116           SCEVHandle NewAddRec = getAddRecExpr(NewStart, NewStep,
1117                                                F->getLoop());
1118           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1119
1120           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1121           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1122           Ops.push_back(NewAddRec);
1123           return getMulExpr(Ops);
1124         }
1125       }
1126
1127     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1128     // next one.
1129   }
1130
1131   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
1132   // already have one, otherwise create a new one.
1133   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1134   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scMulExpr,
1135                                                                  SCEVOps)];
1136   if (Result == 0)
1137     Result = new SCEVMulExpr(Ops);
1138   return Result;
1139 }
1140
1141 SCEVHandle ScalarEvolution::getUDivExpr(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1142   if (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
1143     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
1144       return LHS;                            // X udiv 1 --> x
1145
1146     if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
1147       Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
1148       Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
1149       return getUnknown(ConstantExpr::getUDiv(LHSCV, RHSCV));
1150     }
1151   }
1152
1153   // FIXME: implement folding of (X*4)/4 when we know X*4 doesn't overflow.
1154
1155   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(LHS) || isa<SCEVCouldNotCompute>(RHS))
1156     return new SCEVCouldNotCompute();
1157
1158   SCEVUDivExpr *&Result = (*SCEVUDivs)[std::make_pair(LHS, RHS)];
1159   if (Result == 0) Result = new SCEVUDivExpr(LHS, RHS);
1160   return Result;
1161 }
1162
1163
1164 /// SCEVAddRecExpr::get - Get a add recurrence expression for the
1165 /// specified loop.  Simplify the expression as much as possible.
1166 SCEVHandle ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEVHandle &Start,
1167                                const SCEVHandle &Step, const Loop *L) {
1168   std::vector<SCEVHandle> Operands;
1169   Operands.push_back(Start);
1170   if (SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
1171     if (StepChrec->getLoop() == L) {
1172       Operands.insert(Operands.end(), StepChrec->op_begin(),
1173                       StepChrec->op_end());
1174       return getAddRecExpr(Operands, L);
1175     }
1176
1177   Operands.push_back(Step);
1178   return getAddRecExpr(Operands, L);
1179 }
1180
1181 /// SCEVAddRecExpr::get - Get a add recurrence expression for the
1182 /// specified loop.  Simplify the expression as much as possible.
1183 SCEVHandle ScalarEvolution::getAddRecExpr(std::vector<SCEVHandle> &Operands,
1184                                const Loop *L) {
1185   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
1186
1187   if (Operands.back()->isZero()) {
1188     Operands.pop_back();
1189     return getAddRecExpr(Operands, L);             // {X,+,0}  -->  X
1190   }
1191
1192   // Canonicalize nested AddRecs in by nesting them in order of loop depth.
1193   if (SCEVAddRecExpr *NestedAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Operands[0])) {
1194     const Loop* NestedLoop = NestedAR->getLoop();
1195     if (L->getLoopDepth() < NestedLoop->getLoopDepth()) {
1196       std::vector<SCEVHandle> NestedOperands(NestedAR->op_begin(),
1197                                              NestedAR->op_end());
1198       SCEVHandle NestedARHandle(NestedAR);
1199       Operands[0] = NestedAR->getStart();
1200       NestedOperands[0] = getAddRecExpr(Operands, L);
1201       return getAddRecExpr(NestedOperands, NestedLoop);
1202     }
1203   }
1204
1205   // Refuse to build an AddRec out of SCEVCouldNotCompute.
1206   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i) {
1207     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Operands[i]))
1208       return new SCEVCouldNotCompute();
1209   }
1210
1211   SCEVAddRecExpr *&Result =
1212     (*SCEVAddRecExprs)[std::make_pair(L, std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
1213                                                             Operands.end()))];
1214   if (Result == 0) Result = new SCEVAddRecExpr(Operands, L);
1215   return Result;
1216 }
1217
1218 SCEVHandle ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEVHandle &LHS,
1219                                         const SCEVHandle &RHS) {
1220   std::vector<SCEVHandle> Ops;
1221   Ops.push_back(LHS);
1222   Ops.push_back(RHS);
1223   return getSMaxExpr(Ops);
1224 }
1225
1226 SCEVHandle ScalarEvolution::getSMaxExpr(std::vector<SCEVHandle> Ops) {
1227   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
1228   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1229
1230   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1231   GroupByComplexity(Ops);
1232
1233   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Ops.back())) {
1234     // CNC smax +inf = +inf.
1235     for (unsigned i = 0, e = Ops.size() - 1; i != e; ++i) {
1236       if (Ops[i]->getSCEVType() != scConstant)
1237         break;
1238
1239       SCEVConstant *SC = cast<SCEVConstant>(Ops[i]);
1240       if (SC->getValue()->isMaxValue(true))
1241         return SC;
1242     }
1243
1244     // Otherwise, we can't compute it.
1245     return new SCEVCouldNotCompute();
1246   }
1247
1248   // If there are any constants, fold them together.
1249   unsigned Idx = 0;
1250   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1251     ++Idx;
1252     assert(Idx < Ops.size());
1253     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1254       // We found two constants, fold them together!
1255       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(
1256                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
1257                                              RHSC->getValue()->getValue()));
1258       Ops[0] = getConstant(Fold);
1259       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1260       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1261       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1262     }
1263
1264     // If we are left with a constant -inf, strip it off.
1265     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
1266       Ops.erase(Ops.begin());
1267       --Idx;
1268     }
1269   }
1270
1271   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1272
1273   // Find the first SMax
1274   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
1275     ++Idx;
1276
1277   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
1278   // onto our operand list, and recurse to simplify.
1279   if (Idx < Ops.size()) {
1280     bool DeletedSMax = false;
1281     while (SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
1282       Ops.insert(Ops.end(), SMax->op_begin(), SMax->op_end());
1283       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1284       DeletedSMax = true;
1285     }
1286
1287     if (DeletedSMax)
1288       return getSMaxExpr(Ops);
1289   }
1290
1291   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1292   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
1293   // be adjacent.
1294   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1295     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
1296       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
1297       --i; --e;
1298     }
1299
1300   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1301
1302   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
1303
1304   // Okay, it looks like we really DO need an smax expr.  Check to see if we
1305   // already have one, otherwise create a new one.
1306   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1307   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scSMaxExpr,
1308                                                                  SCEVOps)];
1309   if (Result == 0) Result = new SCEVSMaxExpr(Ops);
1310   return Result;
1311 }
1312
1313 SCEVHandle ScalarEvolution::getUMaxExpr(const SCEVHandle &LHS,
1314                                         const SCEVHandle &RHS) {
1315   std::vector<SCEVHandle> Ops;
1316   Ops.push_back(LHS);
1317   Ops.push_back(RHS);
1318   return getUMaxExpr(Ops);
1319 }
1320
1321 SCEVHandle ScalarEvolution::getUMaxExpr(std::vector<SCEVHandle> Ops) {
1322   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty umax!");
1323   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1324
1325   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1326   GroupByComplexity(Ops);
1327
1328   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Ops[0])) {
1329     // CNC umax inf = inf.
1330     for (unsigned i = 0, e = Ops.size() - 1; i != e; ++i) {
1331       if (Ops[i]->getSCEVType() != scConstant)
1332         break;
1333
1334       SCEVConstant *SC = cast<SCEVConstant>(Ops[i]);
1335       if (SC->getValue()->isMaxValue(false))
1336         return SC;
1337     }
1338
1339     // Otherwise, we can't compute it.
1340     return new SCEVCouldNotCompute();
1341   }
1342
1343   // If there are any constants, fold them together.
1344   unsigned Idx = 0;
1345   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1346     ++Idx;
1347     assert(Idx < Ops.size());
1348     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1349       // We found two constants, fold them together!
1350       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(
1351                               APIntOps::umax(LHSC->getValue()->getValue(),
1352                                              RHSC->getValue()->getValue()));
1353       Ops[0] = getConstant(Fold);
1354       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1355       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1356       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1357     }
1358
1359     // If we are left with a constant zero, strip it off.
1360     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(false)) {
1361       Ops.erase(Ops.begin());
1362       --Idx;
1363     }
1364   }
1365
1366   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1367
1368   // Find the first UMax
1369   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scUMaxExpr)
1370     ++Idx;
1371
1372   // Check to see if one of the operands is a UMax. If so, expand its operands
1373   // onto our operand list, and recurse to simplify.
1374   if (Idx < Ops.size()) {
1375     bool DeletedUMax = false;
1376     while (SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(Ops[Idx])) {
1377       Ops.insert(Ops.end(), UMax->op_begin(), UMax->op_end());
1378       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1379       DeletedUMax = true;
1380     }
1381
1382     if (DeletedUMax)
1383       return getUMaxExpr(Ops);
1384   }
1385
1386   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1387   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
1388   // be adjacent.
1389   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1390     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X umax Y umax Y  -->  X umax Y
1391       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
1392       --i; --e;
1393     }
1394
1395   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1396
1397   assert(!Ops.empty() && "Reduced umax down to nothing!");
1398
1399   // Okay, it looks like we really DO need a umax expr.  Check to see if we
1400   // already have one, otherwise create a new one.
1401   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1402   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scUMaxExpr,
1403                                                                  SCEVOps)];
1404   if (Result == 0) Result = new SCEVUMaxExpr(Ops);
1405   return Result;
1406 }
1407
1408 SCEVHandle ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
1409   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
1410     return getConstant(CI);
1411   SCEVUnknown *&Result = (*SCEVUnknowns)[V];
1412   if (Result == 0) Result = new SCEVUnknown(V);
1413   return Result;
1414 }
1415
1416
1417 //===----------------------------------------------------------------------===//
1418 //             ScalarEvolutionsImpl Definition and Implementation
1419 //===----------------------------------------------------------------------===//
1420 //
1421 /// ScalarEvolutionsImpl - This class implements the main driver for the scalar
1422 /// evolution code.
1423 ///
1424 namespace {
1425   struct VISIBILITY_HIDDEN ScalarEvolutionsImpl {
1426     /// SE - A reference to the public ScalarEvolution object.
1427     ScalarEvolution &SE;
1428
1429     /// F - The function we are analyzing.
1430     ///
1431     Function &F;
1432
1433     /// LI - The loop information for the function we are currently analyzing.
1434     ///
1435     LoopInfo &LI;
1436
1437     /// UnknownValue - This SCEV is used to represent unknown trip counts and
1438     /// things.
1439     SCEVHandle UnknownValue;
1440
1441     /// Scalars - This is a cache of the scalars we have analyzed so far.
1442     ///
1443     std::map<Value*, SCEVHandle> Scalars;
1444
1445     /// IterationCounts - Cache the iteration count of the loops for this
1446     /// function as they are computed.
1447     std::map<const Loop*, SCEVHandle> IterationCounts;
1448
1449     /// ConstantEvolutionLoopExitValue - This map contains entries for all of
1450     /// the PHI instructions that we attempt to compute constant evolutions for.
1451     /// This allows us to avoid potentially expensive recomputation of these
1452     /// properties.  An instruction maps to null if we are unable to compute its
1453     /// exit value.
1454     std::map<PHINode*, Constant*> ConstantEvolutionLoopExitValue;
1455
1456   public:
1457     ScalarEvolutionsImpl(ScalarEvolution &se, Function &f, LoopInfo &li)
1458       : SE(se), F(f), LI(li), UnknownValue(new SCEVCouldNotCompute()) {}
1459
1460     /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
1461     /// expression and create a new one.
1462     SCEVHandle getSCEV(Value *V);
1463
1464     /// hasSCEV - Return true if the SCEV for this value has already been
1465     /// computed.
1466     bool hasSCEV(Value *V) const {
1467       return Scalars.count(V);
1468     }
1469
1470     /// setSCEV - Insert the specified SCEV into the map of current SCEVs for
1471     /// the specified value.
1472     void setSCEV(Value *V, const SCEVHandle &H) {
1473       bool isNew = Scalars.insert(std::make_pair(V, H)).second;
1474       assert(isNew && "This entry already existed!");
1475     }
1476
1477
1478     /// getSCEVAtScope - Compute the value of the specified expression within
1479     /// the indicated loop (which may be null to indicate in no loop).  If the
1480     /// expression cannot be evaluated, return UnknownValue itself.
1481     SCEVHandle getSCEVAtScope(SCEV *V, const Loop *L);
1482
1483
1484     /// hasLoopInvariantIterationCount - Return true if the specified loop has
1485     /// an analyzable loop-invariant iteration count.
1486     bool hasLoopInvariantIterationCount(const Loop *L);
1487
1488     /// getIterationCount - If the specified loop has a predictable iteration
1489     /// count, return it.  Note that it is not valid to call this method on a
1490     /// loop without a loop-invariant iteration count.
1491     SCEVHandle getIterationCount(const Loop *L);
1492
1493     /// deleteValueFromRecords - This method should be called by the
1494     /// client before it removes a value from the program, to make sure
1495     /// that no dangling references are left around.
1496     void deleteValueFromRecords(Value *V);
1497
1498   private:
1499     /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
1500     /// Analyze the expression.
1501     SCEVHandle createSCEV(Value *V);
1502
1503     /// createNodeForPHI - Provide the special handling we need to analyze PHI
1504     /// SCEVs.
1505     SCEVHandle createNodeForPHI(PHINode *PN);
1506
1507     /// ReplaceSymbolicValueWithConcrete - This looks up the computed SCEV value
1508     /// for the specified instruction and replaces any references to the
1509     /// symbolic value SymName with the specified value.  This is used during
1510     /// PHI resolution.
1511     void ReplaceSymbolicValueWithConcrete(Instruction *I,
1512                                           const SCEVHandle &SymName,
1513                                           const SCEVHandle &NewVal);
1514
1515     /// ComputeIterationCount - Compute the number of times the specified loop
1516     /// will iterate.
1517     SCEVHandle ComputeIterationCount(const Loop *L);
1518
1519     /// ComputeLoadConstantCompareIterationCount - Given an exit condition of
1520     /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the trip count.
1521     SCEVHandle ComputeLoadConstantCompareIterationCount(LoadInst *LI,
1522                                                         Constant *RHS,
1523                                                         const Loop *L,
1524                                                         ICmpInst::Predicate p);
1525
1526     /// ComputeIterationCountExhaustively - If the trip is known to execute a
1527     /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
1528     /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
1529     /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
1530     /// evaluate the trip count of the loop, return UnknownValue.
1531     SCEVHandle ComputeIterationCountExhaustively(const Loop *L, Value *Cond,
1532                                                  bool ExitWhen);
1533
1534     /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the
1535     /// specified value to zero will execute.  If not computable, return
1536     /// UnknownValue.
1537     SCEVHandle HowFarToZero(SCEV *V, const Loop *L);
1538
1539     /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
1540     /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
1541     /// UnknownValue.
1542     SCEVHandle HowFarToNonZero(SCEV *V, const Loop *L);
1543
1544     /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
1545     /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
1546     /// UnknownValue. isSigned specifies whether the less-than is signed.
1547     SCEVHandle HowManyLessThans(SCEV *LHS, SCEV *RHS, const Loop *L,
1548                                 bool isSigned);
1549
1550     /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
1551     /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
1552     /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
1553     /// found.
1554     BasicBlock* getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB);
1555
1556     /// executesAtLeastOnce - Test whether entry to the loop is protected by
1557     /// a conditional between LHS and RHS.
1558     bool executesAtLeastOnce(const Loop *L, bool isSigned, SCEV *LHS, SCEV *RHS);
1559
1560     /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
1561     /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
1562     /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
1563     /// involving constants, fold it.
1564     Constant *getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN, const APInt& Its,
1565                                                 const Loop *L);
1566   };
1567 }
1568
1569 //===----------------------------------------------------------------------===//
1570 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
1571 //
1572
1573 /// deleteValueFromRecords - This method should be called by the
1574 /// client before it removes an instruction from the program, to make sure
1575 /// that no dangling references are left around.
1576 void ScalarEvolutionsImpl::deleteValueFromRecords(Value *V) {
1577   SmallVector<Value *, 16> Worklist;
1578
1579   if (Scalars.erase(V)) {
1580     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V))
1581       ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
1582     Worklist.push_back(V);
1583   }
1584
1585   while (!Worklist.empty()) {
1586     Value *VV = Worklist.back();
1587     Worklist.pop_back();
1588
1589     for (Instruction::use_iterator UI = VV->use_begin(), UE = VV->use_end();
1590          UI != UE; ++UI) {
1591       Instruction *Inst = cast<Instruction>(*UI);
1592       if (Scalars.erase(Inst)) {
1593         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(VV))
1594           ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
1595         Worklist.push_back(Inst);
1596       }
1597     }
1598   }
1599 }
1600
1601
1602 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
1603 /// expression and create a new one.
1604 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getSCEV(Value *V) {
1605   assert(V->getType() != Type::VoidTy && "Can't analyze void expressions!");
1606
1607   std::map<Value*, SCEVHandle>::iterator I = Scalars.find(V);
1608   if (I != Scalars.end()) return I->second;
1609   SCEVHandle S = createSCEV(V);
1610   Scalars.insert(std::make_pair(V, S));
1611   return S;
1612 }
1613
1614 /// ReplaceSymbolicValueWithConcrete - This looks up the computed SCEV value for
1615 /// the specified instruction and replaces any references to the symbolic value
1616 /// SymName with the specified value.  This is used during PHI resolution.
1617 void ScalarEvolutionsImpl::
1618 ReplaceSymbolicValueWithConcrete(Instruction *I, const SCEVHandle &SymName,
1619                                  const SCEVHandle &NewVal) {
1620   std::map<Value*, SCEVHandle>::iterator SI = Scalars.find(I);
1621   if (SI == Scalars.end()) return;
1622
1623   SCEVHandle NV =
1624     SI->second->replaceSymbolicValuesWithConcrete(SymName, NewVal, SE);
1625   if (NV == SI->second) return;  // No change.
1626
1627   SI->second = NV;       // Update the scalars map!
1628
1629   // Any instruction values that use this instruction might also need to be
1630   // updated!
1631   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
1632        UI != E; ++UI)
1633     ReplaceSymbolicValueWithConcrete(cast<Instruction>(*UI), SymName, NewVal);
1634 }
1635
1636 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
1637 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
1638 ///
1639 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
1640   if (PN->getNumIncomingValues() == 2)  // The loops have been canonicalized.
1641     if (const Loop *L = LI.getLoopFor(PN->getParent()))
1642       if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
1643         // If it lives in the loop header, it has two incoming values, one
1644         // from outside the loop, and one from inside.
1645         unsigned IncomingEdge = L->contains(PN->getIncomingBlock(0));
1646         unsigned BackEdge     = IncomingEdge^1;
1647
1648         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
1649         SCEVHandle SymbolicName = SE.getUnknown(PN);
1650         assert(Scalars.find(PN) == Scalars.end() &&
1651                "PHI node already processed?");
1652         Scalars.insert(std::make_pair(PN, SymbolicName));
1653
1654         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
1655         // the back-edge.
1656         SCEVHandle BEValue = getSCEV(PN->getIncomingValue(BackEdge));
1657
1658         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
1659         // has a special value for the first iteration of the loop.
1660
1661         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
1662         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
1663         if (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
1664           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
1665           // with a recurrence.
1666           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
1667           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
1668             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
1669               if (FoundIndex == e) {
1670                 FoundIndex = i;
1671                 break;
1672               }
1673
1674           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
1675             // Create an add with everything but the specified operand.
1676             std::vector<SCEVHandle> Ops;
1677             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
1678               if (i != FoundIndex)
1679                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
1680             SCEVHandle Accum = SE.getAddExpr(Ops);
1681
1682             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
1683             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
1684             if (Accum->isLoopInvariant(L) ||
1685                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
1686                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
1687               SCEVHandle StartVal = getSCEV(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
1688               SCEVHandle PHISCEV  = SE.getAddRecExpr(StartVal, Accum, L);
1689
1690               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
1691               // to be symbolic.  We now need to go back and update all of the
1692               // entries for the scalars that use the PHI (except for the PHI
1693               // itself) to use the new analyzed value instead of the "symbolic"
1694               // value.
1695               ReplaceSymbolicValueWithConcrete(PN, SymbolicName, PHISCEV);
1696               return PHISCEV;
1697             }
1698           }
1699         } else if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
1700           // Otherwise, this could be a loop like this:
1701           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
1702           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
1703           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
1704           // i really is an addrec evolution.
1705           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
1706             SCEVHandle StartVal = getSCEV(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
1707
1708             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
1709             // initial step of the addrec evolution.
1710             if (StartVal == SE.getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
1711                                             AddRec->getOperand(1))) {
1712               SCEVHandle PHISCEV = 
1713                  SE.getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1), L);
1714
1715               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
1716               // to be symbolic.  We now need to go back and update all of the
1717               // entries for the scalars that use the PHI (except for the PHI
1718               // itself) to use the new analyzed value instead of the "symbolic"
1719               // value.
1720               ReplaceSymbolicValueWithConcrete(PN, SymbolicName, PHISCEV);
1721               return PHISCEV;
1722             }
1723           }
1724         }
1725
1726         return SymbolicName;
1727       }
1728
1729   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
1730   return SE.getUnknown(PN);
1731 }
1732
1733 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
1734 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
1735 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
1736 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
1737 static uint32_t GetMinTrailingZeros(SCEVHandle S) {
1738   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
1739     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
1740
1741   if (SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
1742     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand()), T->getBitWidth());
1743
1744   if (SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
1745     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
1746     return OpRes == E->getOperand()->getBitWidth() ? E->getBitWidth() : OpRes;
1747   }
1748
1749   if (SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
1750     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
1751     return OpRes == E->getOperand()->getBitWidth() ? E->getBitWidth() : OpRes;
1752   }
1753
1754   if (SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
1755     // The result is the min of all operands results.
1756     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
1757     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
1758       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
1759     return MinOpRes;
1760   }
1761
1762   if (SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
1763     // The result is the sum of all operands results.
1764     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
1765     uint32_t BitWidth = M->getBitWidth();
1766     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
1767          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
1768       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)),
1769                           BitWidth);
1770     return SumOpRes;
1771   }
1772
1773   if (SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
1774     // The result is the min of all operands results.
1775     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
1776     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
1777       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
1778     return MinOpRes;
1779   }
1780
1781   if (SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
1782     // The result is the min of all operands results.
1783     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
1784     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
1785       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
1786     return MinOpRes;
1787   }
1788
1789   if (SCEVUMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
1790     // The result is the min of all operands results.
1791     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
1792     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
1793       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
1794     return MinOpRes;
1795   }
1796
1797   // SCEVUDivExpr, SCEVUnknown
1798   return 0;
1799 }
1800
1801 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
1802 /// Analyze the expression.
1803 ///
1804 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::createSCEV(Value *V) {
1805   if (!isa<IntegerType>(V->getType()))
1806     return SE.getUnknown(V);
1807     
1808   unsigned Opcode = Instruction::UserOp1;
1809   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1810     Opcode = I->getOpcode();
1811   else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
1812     Opcode = CE->getOpcode();
1813   else
1814     return SE.getUnknown(V);
1815
1816   User *U = cast<User>(V);
1817   switch (Opcode) {
1818   case Instruction::Add:
1819     return SE.getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
1820                          getSCEV(U->getOperand(1)));
1821   case Instruction::Mul:
1822     return SE.getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
1823                          getSCEV(U->getOperand(1)));
1824   case Instruction::UDiv:
1825     return SE.getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
1826                           getSCEV(U->getOperand(1)));
1827   case Instruction::Sub:
1828     return SE.getMinusSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)),
1829                            getSCEV(U->getOperand(1)));
1830   case Instruction::Or:
1831     // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
1832     // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
1833     // optimizations will transparently handle this case.
1834     //
1835     // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
1836     // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
1837     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
1838       SCEVHandle LHS = getSCEV(U->getOperand(0));
1839       const APInt &CIVal = CI->getValue();
1840       if (GetMinTrailingZeros(LHS) >=
1841           (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros()))
1842         return SE.getAddExpr(LHS, getSCEV(U->getOperand(1)));
1843     }
1844     break;
1845   case Instruction::Xor:
1846     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
1847       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
1848       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
1849       if (CI->getValue().isSignBit())
1850         return SE.getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
1851                              getSCEV(U->getOperand(1)));
1852
1853       // If the RHS of xor is -1, then this is a not operation.
1854       else if (CI->isAllOnesValue())
1855         return SE.getNotSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)));
1856     }
1857     break;
1858
1859   case Instruction::Shl:
1860     // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
1861     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
1862       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth();
1863       Constant *X = ConstantInt::get(
1864         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getLimitedValue(BitWidth)));
1865       return SE.getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
1866     }
1867     break;
1868
1869   case Instruction::LShr:
1870     // Turn logical shift right of a constant into a unsigned divide.
1871     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
1872       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth();
1873       Constant *X = ConstantInt::get(
1874         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getLimitedValue(BitWidth)));
1875       return SE.getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
1876     }
1877     break;
1878
1879   case Instruction::Trunc:
1880     return SE.getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
1881
1882   case Instruction::ZExt:
1883     return SE.getZeroExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
1884
1885   case Instruction::SExt:
1886     return SE.getSignExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
1887
1888   case Instruction::BitCast:
1889     // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
1890     if (U->getType()->isInteger() &&
1891         U->getOperand(0)->getType()->isInteger())
1892       return getSCEV(U->getOperand(0));
1893     break;
1894
1895   case Instruction::PHI:
1896     return createNodeForPHI(cast<PHINode>(U));
1897
1898   case Instruction::Select:
1899     // This could be a smax or umax that was lowered earlier.
1900     // Try to recover it.
1901     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U->getOperand(0))) {
1902       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
1903       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
1904       switch (ICI->getPredicate()) {
1905       case ICmpInst::ICMP_SLT:
1906       case ICmpInst::ICMP_SLE:
1907         std::swap(LHS, RHS);
1908         // fall through
1909       case ICmpInst::ICMP_SGT:
1910       case ICmpInst::ICMP_SGE:
1911         if (LHS == U->getOperand(1) && RHS == U->getOperand(2))
1912           return SE.getSMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
1913         else if (LHS == U->getOperand(2) && RHS == U->getOperand(1))
1914           // ~smax(~x, ~y) == smin(x, y).
1915           return SE.getNotSCEV(SE.getSMaxExpr(
1916                                    SE.getNotSCEV(getSCEV(LHS)),
1917                                    SE.getNotSCEV(getSCEV(RHS))));
1918         break;
1919       case ICmpInst::ICMP_ULT:
1920       case ICmpInst::ICMP_ULE:
1921         std::swap(LHS, RHS);
1922         // fall through
1923       case ICmpInst::ICMP_UGT:
1924       case ICmpInst::ICMP_UGE:
1925         if (LHS == U->getOperand(1) && RHS == U->getOperand(2))
1926           return SE.getUMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
1927         else if (LHS == U->getOperand(2) && RHS == U->getOperand(1))
1928           // ~umax(~x, ~y) == umin(x, y)
1929           return SE.getNotSCEV(SE.getUMaxExpr(SE.getNotSCEV(getSCEV(LHS)),
1930                                               SE.getNotSCEV(getSCEV(RHS))));
1931         break;
1932       default:
1933         break;
1934       }
1935     }
1936
1937   default: // We cannot analyze this expression.
1938     break;
1939   }
1940
1941   return SE.getUnknown(V);
1942 }
1943
1944
1945
1946 //===----------------------------------------------------------------------===//
1947 //                   Iteration Count Computation Code
1948 //
1949
1950 /// getIterationCount - If the specified loop has a predictable iteration
1951 /// count, return it.  Note that it is not valid to call this method on a
1952 /// loop without a loop-invariant iteration count.
1953 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getIterationCount(const Loop *L) {
1954   std::map<const Loop*, SCEVHandle>::iterator I = IterationCounts.find(L);
1955   if (I == IterationCounts.end()) {
1956     SCEVHandle ItCount = ComputeIterationCount(L);
1957     I = IterationCounts.insert(std::make_pair(L, ItCount)).first;
1958     if (ItCount != UnknownValue) {
1959       assert(ItCount->isLoopInvariant(L) &&
1960              "Computed trip count isn't loop invariant for loop!");
1961       ++NumTripCountsComputed;
1962     } else if (isa<PHINode>(L->getHeader()->begin())) {
1963       // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
1964       ++NumTripCountsNotComputed;
1965     }
1966   }
1967   return I->second;
1968 }
1969
1970 /// ComputeIterationCount - Compute the number of times the specified loop
1971 /// will iterate.
1972 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::ComputeIterationCount(const Loop *L) {
1973   // If the loop has a non-one exit block count, we can't analyze it.
1974   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
1975   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
1976   if (ExitBlocks.size() != 1) return UnknownValue;
1977
1978   // Okay, there is one exit block.  Try to find the condition that causes the
1979   // loop to be exited.
1980   BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[0];
1981
1982   BasicBlock *ExitingBlock = 0;
1983   for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), E = pred_end(ExitBlock);
1984        PI != E; ++PI)
1985     if (L->contains(*PI)) {
1986       if (ExitingBlock == 0)
1987         ExitingBlock = *PI;
1988       else
1989         return UnknownValue;   // More than one block exiting!
1990     }
1991   assert(ExitingBlock && "No exits from loop, something is broken!");
1992
1993   // Okay, we've computed the exiting block.  See what condition causes us to
1994   // exit.
1995   //
1996   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
1997   BranchInst *ExitBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
1998   if (ExitBr == 0) return UnknownValue;
1999   assert(ExitBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
2000   
2001   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
2002   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
2003   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
2004   // not be equal to the trip count of the loop.
2005   //
2006   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
2007   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
2008   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
2009   // loop header.  This is common for un-rotated loops.  More extensive analysis
2010   // could be done to handle more cases here.
2011   if (ExitBr->getSuccessor(0) != L->getHeader() &&
2012       ExitBr->getSuccessor(1) != L->getHeader() &&
2013       ExitBr->getParent() != L->getHeader())
2014     return UnknownValue;
2015   
2016   ICmpInst *ExitCond = dyn_cast<ICmpInst>(ExitBr->getCondition());
2017
2018   // If it's not an integer comparison then compute it the hard way. 
2019   // Note that ICmpInst deals with pointer comparisons too so we must check
2020   // the type of the operand.
2021   if (ExitCond == 0 || isa<PointerType>(ExitCond->getOperand(0)->getType()))
2022     return ComputeIterationCountExhaustively(L, ExitBr->getCondition(),
2023                                           ExitBr->getSuccessor(0) == ExitBlock);
2024
2025   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
2026   ICmpInst::Predicate Cond;
2027   if (ExitBr->getSuccessor(1) == ExitBlock)
2028     Cond = ExitCond->getPredicate();
2029   else
2030     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
2031
2032   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
2033   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
2034     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
2035       SCEVHandle ItCnt =
2036         ComputeLoadConstantCompareIterationCount(LI, RHS, L, Cond);
2037       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(ItCnt)) return ItCnt;
2038     }
2039
2040   SCEVHandle LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
2041   SCEVHandle RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
2042
2043   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
2044   SCEVHandle Tmp = getSCEVAtScope(LHS, L);
2045   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) LHS = Tmp;
2046   Tmp = getSCEVAtScope(RHS, L);
2047   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) RHS = Tmp;
2048
2049   // At this point, we would like to compute how many iterations of the 
2050   // loop the predicate will return true for these inputs.
2051   if (LHS->isLoopInvariant(L) && !RHS->isLoopInvariant(L)) {
2052     // If there is a loop-invariant, force it into the RHS.
2053     std::swap(LHS, RHS);
2054     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
2055   }
2056
2057   // FIXME: think about handling pointer comparisons!  i.e.:
2058   // while (P != P+100) ++P;
2059
2060   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
2061   // ranges to answer this query.
2062   if (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
2063     if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
2064       if (AddRec->getLoop() == L) {
2065         // Form the comparison range using the constant of the correct type so
2066         // that the ConstantRange class knows to do a signed or unsigned
2067         // comparison.
2068         ConstantInt *CompVal = RHSC->getValue();
2069         const Type *RealTy = ExitCond->getOperand(0)->getType();
2070         CompVal = dyn_cast<ConstantInt>(
2071           ConstantExpr::getBitCast(CompVal, RealTy));
2072         if (CompVal) {
2073           // Form the constant range.
2074           ConstantRange CompRange(
2075               ICmpInst::makeConstantRange(Cond, CompVal->getValue()));
2076
2077           SCEVHandle Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, SE);
2078           if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
2079         }
2080       }
2081
2082   switch (Cond) {
2083   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
2084     // Convert to: while (X-Y != 0)
2085     SCEVHandle TC = HowFarToZero(SE.getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
2086     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
2087     break;
2088   }
2089   case ICmpInst::ICMP_EQ: {
2090     // Convert to: while (X-Y == 0)           // while (X == Y)
2091     SCEVHandle TC = HowFarToNonZero(SE.getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
2092     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
2093     break;
2094   }
2095   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
2096     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, true);
2097     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
2098     break;
2099   }
2100   case ICmpInst::ICMP_SGT: {
2101     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(SE.getNotSCEV(LHS),
2102                                      SE.getNotSCEV(RHS), L, true);
2103     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
2104     break;
2105   }
2106   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
2107     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, false);
2108     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
2109     break;
2110   }
2111   case ICmpInst::ICMP_UGT: {
2112     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(SE.getNotSCEV(LHS),
2113                                      SE.getNotSCEV(RHS), L, false);
2114     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
2115     break;
2116   }
2117   default:
2118 #if 0
2119     cerr << "ComputeIterationCount ";
2120     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
2121       cerr << "[unsigned] ";
2122     cerr << *LHS << "   "
2123          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp) 
2124          << "   " << *RHS << "\n";
2125 #endif
2126     break;
2127   }
2128   return ComputeIterationCountExhaustively(L, ExitCond,
2129                                        ExitBr->getSuccessor(0) == ExitBlock);
2130 }
2131
2132 static ConstantInt *
2133 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
2134                                 ScalarEvolution &SE) {
2135   SCEVHandle InVal = SE.getConstant(C);
2136   SCEVHandle Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
2137   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
2138          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
2139   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
2140 }
2141
2142 /// GetAddressedElementFromGlobal - Given a global variable with an initializer
2143 /// and a GEP expression (missing the pointer index) indexing into it, return
2144 /// the addressed element of the initializer or null if the index expression is
2145 /// invalid.
2146 static Constant *
2147 GetAddressedElementFromGlobal(GlobalVariable *GV,
2148                               const std::vector<ConstantInt*> &Indices) {
2149   Constant *Init = GV->getInitializer();
2150   for (unsigned i = 0, e = Indices.size(); i != e; ++i) {
2151     uint64_t Idx = Indices[i]->getZExtValue();
2152     if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Init)) {
2153       assert(Idx < CS->getNumOperands() && "Bad struct index!");
2154       Init = cast<Constant>(CS->getOperand(Idx));
2155     } else if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Init)) {
2156       if (Idx >= CA->getNumOperands()) return 0;  // Bogus program
2157       Init = cast<Constant>(CA->getOperand(Idx));
2158     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
2159       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
2160         assert(Idx < STy->getNumElements() && "Bad struct index!");
2161         Init = Constant::getNullValue(STy->getElementType(Idx));
2162       } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Init->getType())) {
2163         if (Idx >= ATy->getNumElements()) return 0;  // Bogus program
2164         Init = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
2165       } else {
2166         assert(0 && "Unknown constant aggregate type!");
2167       }
2168       return 0;
2169     } else {
2170       return 0; // Unknown initializer type
2171     }
2172   }
2173   return Init;
2174 }
2175
2176 /// ComputeLoadConstantCompareIterationCount - Given an exit condition of
2177 /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the trip count.
2178 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::
2179 ComputeLoadConstantCompareIterationCount(LoadInst *LI, Constant *RHS,
2180                                          const Loop *L, 
2181                                          ICmpInst::Predicate predicate) {
2182   if (LI->isVolatile()) return UnknownValue;
2183
2184   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
2185   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
2186   if (!GEP) return UnknownValue;
2187
2188   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
2189   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
2190   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
2191   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer() ||
2192       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
2193       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
2194     return UnknownValue;
2195
2196   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
2197   Value *VarIdx = 0;
2198   std::vector<ConstantInt*> Indexes;
2199   unsigned VarIdxNum = 0;
2200   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
2201     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
2202       Indexes.push_back(CI);
2203     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
2204       if (VarIdx) return UnknownValue;  // Multiple non-constant idx's.
2205       VarIdx = GEP->getOperand(i);
2206       VarIdxNum = i-2;
2207       Indexes.push_back(0);
2208     }
2209
2210   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
2211   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
2212   SCEVHandle Idx = getSCEV(VarIdx);
2213   SCEVHandle Tmp = getSCEVAtScope(Idx, L);
2214   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) Idx = Tmp;
2215
2216   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
2217   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
2218   SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
2219   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || IdxExpr->isLoopInvariant(L) ||
2220       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
2221       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
2222     return UnknownValue;
2223
2224   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
2225   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
2226     ConstantInt *ItCst =
2227       ConstantInt::get(IdxExpr->getType(), IterationNum);
2228     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, SE);
2229
2230     // Form the GEP offset.
2231     Indexes[VarIdxNum] = Val;
2232
2233     Constant *Result = GetAddressedElementFromGlobal(GV, Indexes);
2234     if (Result == 0) break;  // Cannot compute!
2235
2236     // Evaluate the condition for this iteration.
2237     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
2238     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
2239     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
2240 #if 0
2241       cerr << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
2242            << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
2243            << "***\n";
2244 #endif
2245       ++NumArrayLenItCounts;
2246       return SE.getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
2247     }
2248   }
2249   return UnknownValue;
2250 }
2251
2252
2253 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
2254 /// specified type, assuming that all operands were constants.
2255 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
2256   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
2257       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I))
2258     return true;
2259
2260   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
2261     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
2262       return canConstantFoldCallTo(F);
2263   return false;
2264 }
2265
2266 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
2267 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
2268 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
2269 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
2270 /// constraints, return null.
2271 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
2272   // If this is not an instruction, or if this is an instruction outside of the
2273   // loop, it can't be derived from a loop PHI.
2274   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
2275   if (I == 0 || !L->contains(I->getParent())) return 0;
2276
2277   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
2278     if (L->getHeader() == I->getParent())
2279       return PN;
2280     else
2281       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
2282       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
2283       return 0;
2284   }
2285
2286   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
2287   // are constants, return early.
2288   if (!CanConstantFold(I)) return 0;
2289
2290   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
2291   // constant or derived from a PHI node themselves.
2292   PHINode *PHI = 0;
2293   for (unsigned Op = 0, e = I->getNumOperands(); Op != e; ++Op)
2294     if (!(isa<Constant>(I->getOperand(Op)) ||
2295           isa<GlobalValue>(I->getOperand(Op)))) {
2296       PHINode *P = getConstantEvolvingPHI(I->getOperand(Op), L);
2297       if (P == 0) return 0;  // Not evolving from PHI
2298       if (PHI == 0)
2299         PHI = P;
2300       else if (PHI != P)
2301         return 0;  // Evolving from multiple different PHIs.
2302     }
2303
2304   // This is a expression evolving from a constant PHI!
2305   return PHI;
2306 }
2307
2308 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
2309 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
2310 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
2311 /// reason, return null.
2312 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, Constant *PHIVal) {
2313   if (isa<PHINode>(V)) return PHIVal;
2314   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
2315   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2316
2317   std::vector<Constant*> Operands;
2318   Operands.resize(I->getNumOperands());
2319
2320   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2321     Operands[i] = EvaluateExpression(I->getOperand(i), PHIVal);
2322     if (Operands[i] == 0) return 0;
2323   }
2324
2325   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
2326     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
2327                                            &Operands[0], Operands.size());
2328   else
2329     return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
2330                                     &Operands[0], Operands.size());
2331 }
2332
2333 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
2334 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
2335 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
2336 /// involving constants, fold it.
2337 Constant *ScalarEvolutionsImpl::
2338 getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN, const APInt& Its, const Loop *L){
2339   std::map<PHINode*, Constant*>::iterator I =
2340     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
2341   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
2342     return I->second;
2343
2344   if (Its.ugt(APInt(Its.getBitWidth(),MaxBruteForceIterations)))
2345     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = 0;  // Not going to evaluate it.
2346
2347   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
2348
2349   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
2350   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
2351   // second must be derived from the same PHI.
2352   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
2353   Constant *StartCST =
2354     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
2355   if (StartCST == 0)
2356     return RetVal = 0;  // Must be a constant.
2357
2358   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
2359   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
2360   if (PN2 != PN)
2361     return RetVal = 0;  // Not derived from same PHI.
2362
2363   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
2364   if (Its.getActiveBits() >= 32)
2365     return RetVal = 0; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
2366
2367   unsigned NumIterations = Its.getZExtValue(); // must be in range
2368   unsigned IterationNum = 0;
2369   for (Constant *PHIVal = StartCST; ; ++IterationNum) {
2370     if (IterationNum == NumIterations)
2371       return RetVal = PHIVal;  // Got exit value!
2372
2373     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
2374     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
2375     if (NextPHI == PHIVal)
2376       return RetVal = NextPHI;  // Stopped evolving!
2377     if (NextPHI == 0)
2378       return 0;        // Couldn't evaluate!
2379     PHIVal = NextPHI;
2380   }
2381 }
2382
2383 /// ComputeIterationCountExhaustively - If the trip is known to execute a
2384 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
2385 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
2386 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
2387 /// evaluate the trip count of the loop, return UnknownValue.
2388 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::
2389 ComputeIterationCountExhaustively(const Loop *L, Value *Cond, bool ExitWhen) {
2390   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
2391   if (PN == 0) return UnknownValue;
2392
2393   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
2394   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
2395   // second must be derived from the same PHI.
2396   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
2397   Constant *StartCST =
2398     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
2399   if (StartCST == 0) return UnknownValue;  // Must be a constant.
2400
2401   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
2402   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
2403   if (PN2 != PN) return UnknownValue;  // Not derived from same PHI.
2404
2405   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
2406   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
2407   // "ExitWhen".
2408   unsigned IterationNum = 0;
2409   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
2410   for (Constant *PHIVal = StartCST;
2411        IterationNum != MaxIterations; ++IterationNum) {
2412     ConstantInt *CondVal =
2413       dyn_cast_or_null<ConstantInt>(EvaluateExpression(Cond, PHIVal));
2414
2415     // Couldn't symbolically evaluate.
2416     if (!CondVal) return UnknownValue;
2417
2418     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
2419       ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = PHIVal;
2420       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
2421       return SE.getConstant(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, IterationNum));
2422     }
2423
2424     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
2425     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
2426     if (NextPHI == 0 || NextPHI == PHIVal)
2427       return UnknownValue;  // Couldn't evaluate or not making progress...
2428     PHIVal = NextPHI;
2429   }
2430
2431   // Too many iterations were needed to evaluate.
2432   return UnknownValue;
2433 }
2434
2435 /// getSCEVAtScope - Compute the value of the specified expression within the
2436 /// indicated loop (which may be null to indicate in no loop).  If the
2437 /// expression cannot be evaluated, return UnknownValue.
2438 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getSCEVAtScope(SCEV *V, const Loop *L) {
2439   // FIXME: this should be turned into a virtual method on SCEV!
2440
2441   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
2442
2443   // If this instruction is evolved from a constant-evolving PHI, compute the
2444   // exit value from the loop without using SCEVs.
2445   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
2446     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
2447       const Loop *LI = this->LI[I->getParent()];
2448       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
2449         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
2450           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
2451             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
2452             // to see if the loop that contains it has a known iteration count.
2453             // If so, we may be able to force computation of the exit value.
2454             SCEVHandle IterationCount = getIterationCount(LI);
2455             if (SCEVConstant *ICC = dyn_cast<SCEVConstant>(IterationCount)) {
2456               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
2457               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
2458               // the specified iteration number.
2459               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
2460                                                     ICC->getValue()->getValue(),
2461                                                                LI);
2462               if (RV) return SE.getUnknown(RV);
2463             }
2464           }
2465
2466       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
2467       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
2468       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
2469       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
2470       if (CanConstantFold(I)) {
2471         std::vector<Constant*> Operands;
2472         Operands.reserve(I->getNumOperands());
2473         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2474           Value *Op = I->getOperand(i);
2475           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
2476             Operands.push_back(C);
2477           } else {
2478             // If any of the operands is non-constant and if they are
2479             // non-integer, don't even try to analyze them with scev techniques.
2480             if (!isa<IntegerType>(Op->getType()))
2481               return V;
2482               
2483             SCEVHandle OpV = getSCEVAtScope(getSCEV(Op), L);
2484             if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OpV))
2485               Operands.push_back(ConstantExpr::getIntegerCast(SC->getValue(), 
2486                                                               Op->getType(), 
2487                                                               false));
2488             else if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(OpV)) {
2489               if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(SU->getValue()))
2490                 Operands.push_back(ConstantExpr::getIntegerCast(C, 
2491                                                                 Op->getType(), 
2492                                                                 false));
2493               else
2494                 return V;
2495             } else {
2496               return V;
2497             }
2498           }
2499         }
2500         
2501         Constant *C;
2502         if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
2503           C = ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
2504                                               &Operands[0], Operands.size());
2505         else
2506           C = ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
2507                                        &Operands[0], Operands.size());
2508         return SE.getUnknown(C);
2509       }
2510     }
2511
2512     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
2513     return V;
2514   }
2515
2516   if (SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
2517     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
2518     // expression has no loop-variant portions.
2519     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2520       SCEVHandle OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
2521       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
2522         if (OpAtScope == UnknownValue) return UnknownValue;
2523         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
2524         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
2525         std::vector<SCEVHandle> NewOps(Comm->op_begin(), Comm->op_begin()+i);
2526         NewOps.push_back(OpAtScope);
2527
2528         for (++i; i != e; ++i) {
2529           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
2530           if (OpAtScope == UnknownValue) return UnknownValue;
2531           NewOps.push_back(OpAtScope);
2532         }
2533         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
2534           return SE.getAddExpr(NewOps);
2535         if (isa<SCEVMulExpr>(Comm))
2536           return SE.getMulExpr(NewOps);
2537         if (isa<SCEVSMaxExpr>(Comm))
2538           return SE.getSMaxExpr(NewOps);
2539         if (isa<SCEVUMaxExpr>(Comm))
2540           return SE.getUMaxExpr(NewOps);
2541         assert(0 && "Unknown commutative SCEV type!");
2542       }
2543     }
2544     // If we got here, all operands are loop invariant.
2545     return Comm;
2546   }
2547
2548   if (SCEVUDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(V)) {
2549     SCEVHandle LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
2550     if (LHS == UnknownValue) return LHS;
2551     SCEVHandle RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
2552     if (RHS == UnknownValue) return RHS;
2553     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
2554       return Div;   // must be loop invariant
2555     return SE.getUDivExpr(LHS, RHS);
2556   }
2557
2558   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
2559   // are dealing with the final value computed by the loop.
2560   if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
2561     if (!L || !AddRec->getLoop()->contains(L->getHeader())) {
2562       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
2563       // loop iterates.  Compute this now.
2564       SCEVHandle IterationCount = getIterationCount(AddRec->getLoop());
2565       if (IterationCount == UnknownValue) return UnknownValue;
2566
2567       // Then, evaluate the AddRec.
2568       return AddRec->evaluateAtIteration(IterationCount, SE);
2569     }
2570     return UnknownValue;
2571   }
2572
2573   //assert(0 && "Unknown SCEV type!");
2574   return UnknownValue;
2575 }
2576
2577 /// SolveLinEquationWithOverflow - Finds the minimum unsigned root of the
2578 /// following equation:
2579 ///
2580 ///     A * X = B (mod N)
2581 ///
2582 /// where N = 2^BW and BW is the common bit width of A and B. The signedness of
2583 /// A and B isn't important.
2584 ///
2585 /// If the equation does not have a solution, SCEVCouldNotCompute is returned.
2586 static SCEVHandle SolveLinEquationWithOverflow(const APInt &A, const APInt &B,
2587                                                ScalarEvolution &SE) {
2588   uint32_t BW = A.getBitWidth();
2589   assert(BW == B.getBitWidth() && "Bit widths must be the same.");
2590   assert(A != 0 && "A must be non-zero.");
2591
2592   // 1. D = gcd(A, N)
2593   //
2594   // The gcd of A and N may have only one prime factor: 2. The number of
2595   // trailing zeros in A is its multiplicity
2596   uint32_t Mult2 = A.countTrailingZeros();
2597   // D = 2^Mult2
2598
2599   // 2. Check if B is divisible by D.
2600   //
2601   // B is divisible by D if and only if the multiplicity of prime factor 2 for B
2602   // is not less than multiplicity of this prime factor for D.
2603   if (B.countTrailingZeros() < Mult2)
2604     return new SCEVCouldNotCompute();
2605
2606   // 3. Compute I: the multiplicative inverse of (A / D) in arithmetic
2607   // modulo (N / D).
2608   //
2609   // (N / D) may need BW+1 bits in its representation.  Hence, we'll use this
2610   // bit width during computations.
2611   APInt AD = A.lshr(Mult2).zext(BW + 1);  // AD = A / D
2612   APInt Mod(BW + 1, 0);
2613   Mod.set(BW - Mult2);  // Mod = N / D
2614   APInt I = AD.multiplicativeInverse(Mod);
2615
2616   // 4. Compute the minimum unsigned root of the equation:
2617   // I * (B / D) mod (N / D)
2618   APInt Result = (I * B.lshr(Mult2).zext(BW + 1)).urem(Mod);
2619
2620   // The result is guaranteed to be less than 2^BW so we may truncate it to BW
2621   // bits.
2622   return SE.getConstant(Result.trunc(BW));
2623 }
2624
2625 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
2626 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
2627 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
2628 ///
2629 static std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle>
2630 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ScalarEvolution &SE) {
2631   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
2632   SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
2633   SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
2634   SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
2635
2636   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
2637   if (!LC || !MC || !NC) {
2638     SCEV *CNC = new SCEVCouldNotCompute();
2639     return std::make_pair(CNC, CNC);
2640   }
2641
2642   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
2643   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
2644   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
2645   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
2646   APInt Two(BitWidth, 2);
2647   APInt Four(BitWidth, 4);
2648
2649   { 
2650     using namespace APIntOps;
2651     const APInt& C = L;
2652     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
2653     // The B coefficient is M-N/2
2654     APInt B(M);
2655     B -= sdiv(N,Two);
2656
2657     // The A coefficient is N/2
2658     APInt A(N.sdiv(Two));
2659
2660     // Compute the B^2-4ac term.
2661     APInt SqrtTerm(B);
2662     SqrtTerm *= B;
2663     SqrtTerm -= Four * (A * C);
2664
2665     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
2666     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
2667     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
2668
2669     // Compute the two solutions for the quadratic formula. 
2670     // The divisions must be performed as signed divisions.
2671     APInt NegB(-B);
2672     APInt TwoA( A << 1 );
2673     ConstantInt *Solution1 = ConstantInt::get((NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
2674     ConstantInt *Solution2 = ConstantInt::get((NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
2675
2676     return std::make_pair(SE.getConstant(Solution1), 
2677                           SE.getConstant(Solution2));
2678     } // end APIntOps namespace
2679 }
2680
2681 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
2682 /// value to zero will execute.  If not computable, return UnknownValue
2683 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::HowFarToZero(SCEV *V, const Loop *L) {
2684   // If the value is a constant
2685   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
2686     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
2687     if (C->getValue()->isZero()) return C;
2688     return UnknownValue;  // Otherwise it will loop infinitely.
2689   }
2690
2691   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
2692   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
2693     return UnknownValue;
2694
2695   if (AddRec->isAffine()) {
2696     // If this is an affine expression, the execution count of this branch is
2697     // the minimum unsigned root of the following equation:
2698     //
2699     //     Start + Step*N = 0 (mod 2^BW)
2700     //
2701     // equivalent to:
2702     //
2703     //             Step*N = -Start (mod 2^BW)
2704     //
2705     // where BW is the common bit width of Start and Step.
2706
2707     // Get the initial value for the loop.
2708     SCEVHandle Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(), L->getParentLoop());
2709     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Start)) return UnknownValue;
2710
2711     SCEVHandle Step = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(1), L->getParentLoop());
2712
2713     if (SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step)) {
2714       // For now we handle only constant steps.
2715
2716       // First, handle unitary steps.
2717       if (StepC->getValue()->equalsInt(1))      // 1*N = -Start (mod 2^BW), so:
2718         return SE.getNegativeSCEV(Start);       //   N = -Start (as unsigned)
2719       if (StepC->getValue()->isAllOnesValue())  // -1*N = -Start (mod 2^BW), so:
2720         return Start;                           //    N = Start (as unsigned)
2721
2722       // Then, try to solve the above equation provided that Start is constant.
2723       if (SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start))
2724         return SolveLinEquationWithOverflow(StepC->getValue()->getValue(),
2725                                             -StartC->getValue()->getValue(),SE);
2726     }
2727   } else if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isInteger()) {
2728     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
2729     // the quadratic equation to solve it.
2730     std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle> Roots = SolveQuadraticEquation(AddRec, SE);
2731     SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
2732     SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
2733     if (R1) {
2734 #if 0
2735       cerr << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
2736            << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
2737 #endif
2738       // Pick the smallest positive root value.
2739       if (ConstantInt *CB =
2740           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT, 
2741                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
2742         if (CB->getZExtValue() == false)
2743           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
2744
2745         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
2746         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
2747         // should not accept a root of 2.
2748         SCEVHandle Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1, SE);
2749         if (Val->isZero())
2750           return R1;  // We found a quadratic root!
2751       }
2752     }
2753   }
2754
2755   return UnknownValue;
2756 }
2757
2758 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
2759 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
2760 /// UnknownValue
2761 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::HowFarToNonZero(SCEV *V, const Loop *L) {
2762   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
2763   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
2764   // future as needed.
2765
2766   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
2767   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
2768   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
2769     if (!C->getValue()->isNullValue())
2770       return SE.getIntegerSCEV(0, C->getType());
2771     return UnknownValue;  // Otherwise it will loop infinitely.
2772   }
2773
2774   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
2775   // this, and if they did, they would already be constant folded.
2776   return UnknownValue;
2777 }
2778
2779 /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
2780 /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
2781 /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
2782 /// found.
2783 ///
2784 BasicBlock *
2785 ScalarEvolutionsImpl::getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB) {
2786   // If the block has a unique predecessor, the predecessor must have
2787   // no other successors from which BB is reachable.
2788   if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor())
2789     return Pred;
2790
2791   // A loop's header is defined to be a block that dominates the loop.
2792   // If the loop has a preheader, it must be a block that has exactly
2793   // one successor that can reach BB. This is slightly more strict
2794   // than necessary, but works if critical edges are split.
2795   if (Loop *L = LI.getLoopFor(BB))
2796     return L->getLoopPreheader();
2797
2798   return 0;
2799 }
2800
2801 /// executesAtLeastOnce - Test whether entry to the loop is protected by
2802 /// a conditional between LHS and RHS.
2803 bool ScalarEvolutionsImpl::executesAtLeastOnce(const Loop *L, bool isSigned,
2804                                                SCEV *LHS, SCEV *RHS) {
2805   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
2806   BasicBlock *PreheaderDest = L->getHeader();
2807
2808   // Starting at the preheader, climb up the predecessor chain, as long as
2809   // there are predecessors that can be found that have unique successors
2810   // leading to the original header.
2811   for (; Preheader;
2812        PreheaderDest = Preheader,
2813        Preheader = getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(Preheader)) {
2814
2815     BranchInst *LoopEntryPredicate =
2816       dyn_cast<BranchInst>(Preheader->getTerminator());
2817     if (!LoopEntryPredicate ||
2818         LoopEntryPredicate->isUnconditional())
2819       continue;
2820
2821     ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(LoopEntryPredicate->getCondition());
2822     if (!ICI) continue;
2823
2824     // Now that we found a conditional branch that dominates the loop, check to
2825     // see if it is the comparison we are looking for.
2826     Value *PreCondLHS = ICI->getOperand(0);
2827     Value *PreCondRHS = ICI->getOperand(1);
2828     ICmpInst::Predicate Cond;
2829     if (LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) == PreheaderDest)
2830       Cond = ICI->getPredicate();
2831     else
2832       Cond = ICI->getInversePredicate();
2833
2834     switch (Cond) {
2835     case ICmpInst::ICMP_UGT:
2836       if (isSigned) continue;
2837       std::swap(PreCondLHS, PreCondRHS);
2838       Cond = ICmpInst::ICMP_ULT;
2839       break;
2840     case ICmpInst::ICMP_SGT:
2841       if (!isSigned) continue;
2842       std::swap(PreCondLHS, PreCondRHS);
2843       Cond = ICmpInst::ICMP_SLT;
2844       break;
2845     case ICmpInst::ICMP_ULT:
2846       if (isSigned) continue;
2847       break;
2848     case ICmpInst::ICMP_SLT:
2849       if (!isSigned) continue;
2850       break;
2851     default:
2852       continue;
2853     }
2854
2855     if (!PreCondLHS->getType()->isInteger()) continue;
2856
2857     SCEVHandle PreCondLHSSCEV = getSCEV(PreCondLHS);
2858     SCEVHandle PreCondRHSSCEV = getSCEV(PreCondRHS);
2859     if ((LHS == PreCondLHSSCEV && RHS == PreCondRHSSCEV) ||
2860         (LHS == SE.getNotSCEV(PreCondRHSSCEV) &&
2861          RHS == SE.getNotSCEV(PreCondLHSSCEV)))
2862       return true;
2863   }
2864
2865   return false;
2866 }
2867
2868 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
2869 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
2870 /// UnknownValue.
2871 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::
2872 HowManyLessThans(SCEV *LHS, SCEV *RHS, const Loop *L, bool isSigned) {
2873   // Only handle:  "ADDREC < LoopInvariant".
2874   if (!RHS->isLoopInvariant(L)) return UnknownValue;
2875
2876   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
2877   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
2878     return UnknownValue;
2879
2880   if (AddRec->isAffine()) {
2881     // FORNOW: We only support unit strides.
2882     SCEVHandle One = SE.getIntegerSCEV(1, RHS->getType());
2883     if (AddRec->getOperand(1) != One)
2884       return UnknownValue;
2885
2886     // We know the LHS is of the form {n,+,1} and the RHS is some loop-invariant
2887     // m.  So, we count the number of iterations in which {n,+,1} < m is true.
2888     // Note that we cannot simply return max(m-n,0) because it's not safe to
2889     // treat m-n as signed nor unsigned due to overflow possibility.
2890
2891     // First, we get the value of the LHS in the first iteration: n
2892     SCEVHandle Start = AddRec->getOperand(0);
2893
2894     if (executesAtLeastOnce(L, isSigned,
2895                             SE.getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0), One), RHS)) {
2896       // Since we know that the condition is true in order to enter the loop,
2897       // we know that it will run exactly m-n times.
2898       return SE.getMinusSCEV(RHS, Start);
2899     } else {
2900       // Then, we get the value of the LHS in the first iteration in which the
2901       // above condition doesn't hold.  This equals to max(m,n).
2902       SCEVHandle End = isSigned ? SE.getSMaxExpr(RHS, Start)
2903                                 : SE.getUMaxExpr(RHS, Start);
2904
2905       // Finally, we subtract these two values to get the number of times the
2906       // backedge is executed: max(m,n)-n.
2907       return SE.getMinusSCEV(End, Start);
2908     }
2909   }
2910
2911   return UnknownValue;
2912 }
2913
2914 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
2915 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
2916 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
2917 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
2918 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
2919 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
2920                                                    ScalarEvolution &SE) const {
2921   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
2922     return new SCEVCouldNotCompute();
2923
2924   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
2925   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
2926     if (!SC->getValue()->isZero()) {
2927       std::vector<SCEVHandle> Operands(op_begin(), op_end());
2928       Operands[0] = SE.getIntegerSCEV(0, SC->getType());
2929       SCEVHandle Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop());
2930       if (SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
2931         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
2932                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
2933       // This is strange and shouldn't happen.
2934       return new SCEVCouldNotCompute();
2935     }
2936
2937   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
2938   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
2939   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
2940     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
2941       return new SCEVCouldNotCompute();
2942
2943
2944   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
2945   // that the start element is zero.
2946
2947   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
2948   // iteration exits.
2949   if (!Range.contains(APInt(getBitWidth(),0))) 
2950     return SE.getConstant(ConstantInt::get(getType(),0));
2951
2952   if (isAffine()) {
2953     // If this is an affine expression then we have this situation:
2954     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
2955
2956     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
2957     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
2958     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
2959     // value.  Also note that we already checked for a full range.
2960     APInt One(getBitWidth(),1);
2961     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
2962     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
2963
2964     // The exit value should be (End+A)/A.
2965     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
2966     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(ExitVal);
2967
2968     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
2969     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
2970     // things must have happened.
2971     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
2972     if (Range.contains(Val->getValue()))
2973       return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
2974
2975     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
2976     assert(Range.contains(
2977            EvaluateConstantChrecAtConstant(this, 
2978            ConstantInt::get(ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
2979            "Linear scev computation is off in a bad way!");
2980     return SE.getConstant(ExitValue);
2981   } else if (isQuadratic()) {
2982     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
2983     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
2984     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
2985     // Range.getUpper() is crossed.
2986     std::vector<SCEVHandle> NewOps(op_begin(), op_end());
2987     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
2988     SCEVHandle NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop());
2989
2990     // Next, solve the constructed addrec
2991     std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle> Roots =
2992       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
2993     SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
2994     SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
2995     if (R1) {
2996       // Pick the smallest positive root value.
2997       if (ConstantInt *CB =
2998           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT, 
2999                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
3000         if (CB->getZExtValue() == false)
3001           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
3002
3003         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
3004         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
3005         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
3006         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
3007                                                              R1->getValue(),
3008                                                              SE);
3009         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
3010           // The next iteration must be out of the range...
3011           ConstantInt *NextVal = ConstantInt::get(R1->getValue()->getValue()+1);
3012
3013           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
3014           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
3015             return SE.getConstant(NextVal);
3016           return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
3017         }
3018
3019         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
3020         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
3021         ConstantInt *NextVal = ConstantInt::get(R1->getValue()->getValue()-1);
3022         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
3023         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
3024           return R1;
3025         return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
3026       }
3027     }
3028   }
3029
3030   // Fallback, if this is a general polynomial, figure out the progression
3031   // through brute force: evaluate until we find an iteration that fails the
3032   // test.  This is likely to be slow, but getting an accurate trip count is
3033   // incredibly important, we will be able to simplify the exit test a lot, and
3034   // we are almost guaranteed to get a trip count in this case.
3035   ConstantInt *TestVal = ConstantInt::get(getType(), 0);
3036   ConstantInt *EndVal  = TestVal;  // Stop when we wrap around.
3037   do {
3038     ++NumBruteForceEvaluations;
3039     SCEVHandle Val = evaluateAtIteration(SE.getConstant(TestVal), SE);
3040     if (!isa<SCEVConstant>(Val))  // This shouldn't happen.
3041       return new SCEVCouldNotCompute();
3042
3043     // Check to see if we found the value!
3044     if (!Range.contains(cast<SCEVConstant>(Val)->getValue()->getValue()))
3045       return SE.getConstant(TestVal);
3046
3047     // Increment to test the next index.
3048     TestVal = ConstantInt::get(TestVal->getValue()+1);
3049   } while (TestVal != EndVal);
3050
3051   return new SCEVCouldNotCompute();
3052 }
3053
3054
3055
3056 //===----------------------------------------------------------------------===//
3057 //                   ScalarEvolution Class Implementation
3058 //===----------------------------------------------------------------------===//
3059
3060 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
3061   Impl = new ScalarEvolutionsImpl(*this, F, getAnalysis<LoopInfo>());
3062   return false;
3063 }
3064
3065 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
3066   delete (ScalarEvolutionsImpl*)Impl;
3067   Impl = 0;
3068 }
3069
3070 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3071   AU.setPreservesAll();
3072   AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
3073 }
3074
3075 SCEVHandle ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) const {
3076   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getSCEV(V);
3077 }
3078
3079 /// hasSCEV - Return true if the SCEV for this value has already been
3080 /// computed.
3081 bool ScalarEvolution::hasSCEV(Value *V) const {
3082   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->hasSCEV(V);
3083 }
3084
3085
3086 /// setSCEV - Insert the specified SCEV into the map of current SCEVs for
3087 /// the specified value.
3088 void ScalarEvolution::setSCEV(Value *V, const SCEVHandle &H) {
3089   ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->setSCEV(V, H);
3090 }
3091
3092
3093 SCEVHandle ScalarEvolution::getIterationCount(const Loop *L) const {
3094   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getIterationCount(L);
3095 }
3096
3097 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantIterationCount(const Loop *L) const {
3098   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getIterationCount(L));
3099 }
3100
3101 SCEVHandle ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) const {
3102   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
3103 }
3104
3105 void ScalarEvolution::deleteValueFromRecords(Value *V) const {
3106   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->deleteValueFromRecords(V);
3107 }
3108
3109 static void PrintLoopInfo(std::ostream &OS, const ScalarEvolution *SE,
3110                           const Loop *L) {
3111   // Print all inner loops first
3112   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
3113     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
3114
3115   OS << "Loop " << L->getHeader()->getName() << ": ";
3116
3117   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
3118   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
3119   if (ExitBlocks.size() != 1)
3120     OS << "<multiple exits> ";
3121
3122   if (SE->hasLoopInvariantIterationCount(L)) {
3123     OS << *SE->getIterationCount(L) << " iterations! ";
3124   } else {
3125     OS << "Unpredictable iteration count. ";
3126   }
3127
3128   OS << "\n";
3129 }
3130
3131 void ScalarEvolution::print(std::ostream &OS, const Module* ) const {
3132   Function &F = ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->F;
3133   LoopInfo &LI = ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->LI;
3134
3135   OS << "Classifying expressions for: " << F.getName() << "\n";
3136   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
3137     if (I->getType()->isInteger()) {
3138       OS << *I;
3139       OS << "  -->  ";
3140       SCEVHandle SV = getSCEV(&*I);
3141       SV->print(OS);
3142       OS << "\t\t";
3143
3144       if (const Loop *L = LI.getLoopFor((*I).getParent())) {
3145         OS << "Exits: ";
3146         SCEVHandle ExitValue = getSCEVAtScope(&*I, L->getParentLoop());
3147         if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ExitValue)) {
3148           OS << "<<Unknown>>";
3149         } else {
3150           OS << *ExitValue;
3151         }
3152       }
3153
3154
3155       OS << "\n";
3156     }
3157
3158   OS << "Determining loop execution counts for: " << F.getName() << "\n";
3159   for (LoopInfo::iterator I = LI.begin(), E = LI.end(); I != E; ++I)
3160     PrintLoopInfo(OS, this, *I);
3161 }