Eliminate a redundant FoldingSet lookup.
[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. We only create one SCEV of a particular shape, so
18 // pointer-comparisons for equality are legal.
19 //
20 // One important aspect of the SCEV objects is that they are never cyclic, even
21 // if there is a cycle in the dataflow for an expression (ie, a PHI node).  If
22 // the PHI node is one of the idioms that we can represent (e.g., a polynomial
23 // recurrence) then we represent it directly as a recurrence node, otherwise we
24 // represent it as a SCEVUnknown node.
25 //
26 // In addition to being able to represent expressions of various types, we also
27 // have folders that are used to build the *canonical* representation for a
28 // particular expression.  These folders are capable of using a variety of
29 // rewrite rules to simplify the expressions.
30 //
31 // Once the folders are defined, we can implement the more interesting
32 // higher-level code, such as the code that recognizes PHI nodes of various
33 // types, computes the execution count of a loop, etc.
34 //
35 // TODO: We should use these routines and value representations to implement
36 // dependence analysis!
37 //
38 //===----------------------------------------------------------------------===//
39 //
40 // There are several good references for the techniques used in this analysis.
41 //
42 //  Chains of recurrences -- a method to expedite the evaluation
43 //  of closed-form functions
44 //  Olaf Bachmann, Paul S. Wang, Eugene V. Zima
45 //
46 //  On computational properties of chains of recurrences
47 //  Eugene V. Zima
48 //
49 //  Symbolic Evaluation of Chains of Recurrences for Loop Optimization
50 //  Robert A. van Engelen
51 //
52 //  Efficient Symbolic Analysis for Optimizing Compilers
53 //  Robert A. van Engelen
54 //
55 //  Using the chains of recurrences algebra for data dependence testing and
56 //  induction variable substitution
57 //  MS Thesis, Johnie Birch
58 //
59 //===----------------------------------------------------------------------===//
60
61 #define DEBUG_TYPE "scalar-evolution"
62 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
63 #include "llvm/Constants.h"
64 #include "llvm/DerivedTypes.h"
65 #include "llvm/GlobalVariable.h"
66 #include "llvm/GlobalAlias.h"
67 #include "llvm/Instructions.h"
68 #include "llvm/LLVMContext.h"
69 #include "llvm/Operator.h"
70 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
71 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
72 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
73 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
74 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
75 #include "llvm/Target/TargetData.h"
76 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
77 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
78 #include "llvm/Support/Debug.h"
79 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
80 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
81 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
82 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
83 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
84 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
85 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
86 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
87 #include <algorithm>
88 using namespace llvm;
89
90 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
91           "Number of trip counts computed with array length");
92 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
93           "Number of loops with predictable loop counts");
94 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
95           "Number of loops without predictable loop counts");
96 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
97           "Number of loops with trip counts computed by force");
98
99 static cl::opt<unsigned>
100 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
101                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
102                                  "symbolically execute a constant "
103                                  "derived loop"),
104                         cl::init(100));
105
106 static RegisterPass<ScalarEvolution>
107 R("scalar-evolution", "Scalar Evolution Analysis", false, true);
108 char ScalarEvolution::ID = 0;
109
110 //===----------------------------------------------------------------------===//
111 //                           SCEV class definitions
112 //===----------------------------------------------------------------------===//
113
114 //===----------------------------------------------------------------------===//
115 // Implementation of the SCEV class.
116 //
117
118 SCEV::~SCEV() {}
119
120 void SCEV::dump() const {
121   print(dbgs());
122   dbgs() << '\n';
123 }
124
125 bool SCEV::isZero() const {
126   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
127     return SC->getValue()->isZero();
128   return false;
129 }
130
131 bool SCEV::isOne() const {
132   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
133     return SC->getValue()->isOne();
134   return false;
135 }
136
137 bool SCEV::isAllOnesValue() const {
138   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
139     return SC->getValue()->isAllOnesValue();
140   return false;
141 }
142
143 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() :
144   SCEV(FoldingSetNodeIDRef(), scCouldNotCompute) {}
145
146 bool SCEVCouldNotCompute::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
147   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
148   return false;
149 }
150
151 const Type *SCEVCouldNotCompute::getType() const {
152   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
153   return 0;
154 }
155
156 bool SCEVCouldNotCompute::hasComputableLoopEvolution(const Loop *L) const {
157   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
158   return false;
159 }
160
161 bool SCEVCouldNotCompute::hasOperand(const SCEV *) const {
162   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
163   return false;
164 }
165
166 void SCEVCouldNotCompute::print(raw_ostream &OS) const {
167   OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
168 }
169
170 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
171   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
172 }
173
174 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(ConstantInt *V) {
175   FoldingSetNodeID ID;
176   ID.AddInteger(scConstant);
177   ID.AddPointer(V);
178   void *IP = 0;
179   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
180   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVConstant(ID.Intern(SCEVAllocator), V);
181   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
182   return S;
183 }
184
185 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(const APInt& Val) {
186   return getConstant(ConstantInt::get(getContext(), Val));
187 }
188
189 const SCEV *
190 ScalarEvolution::getConstant(const Type *Ty, uint64_t V, bool isSigned) {
191   const IntegerType *ITy = cast<IntegerType>(getEffectiveSCEVType(Ty));
192   return getConstant(ConstantInt::get(ITy, V, isSigned));
193 }
194
195 const Type *SCEVConstant::getType() const { return V->getType(); }
196
197 void SCEVConstant::print(raw_ostream &OS) const {
198   WriteAsOperand(OS, V, false);
199 }
200
201 SCEVCastExpr::SCEVCastExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
202                            unsigned SCEVTy, const SCEV *op, const Type *ty)
203   : SCEV(ID, SCEVTy), Op(op), Ty(ty) {}
204
205 bool SCEVCastExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
206   return Op->dominates(BB, DT);
207 }
208
209 bool SCEVCastExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
210   return Op->properlyDominates(BB, DT);
211 }
212
213 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
214                                    const SCEV *op, const Type *ty)
215   : SCEVCastExpr(ID, scTruncate, op, ty) {
216   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
217          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
218          "Cannot truncate non-integer value!");
219 }
220
221 void SCEVTruncateExpr::print(raw_ostream &OS) const {
222   OS << "(trunc " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
223 }
224
225 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
226                                        const SCEV *op, const Type *ty)
227   : SCEVCastExpr(ID, scZeroExtend, op, ty) {
228   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
229          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
230          "Cannot zero extend non-integer value!");
231 }
232
233 void SCEVZeroExtendExpr::print(raw_ostream &OS) const {
234   OS << "(zext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
235 }
236
237 SCEVSignExtendExpr::SCEVSignExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
238                                        const SCEV *op, const Type *ty)
239   : SCEVCastExpr(ID, scSignExtend, op, ty) {
240   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
241          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
242          "Cannot sign extend non-integer value!");
243 }
244
245 void SCEVSignExtendExpr::print(raw_ostream &OS) const {
246   OS << "(sext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
247 }
248
249 void SCEVCommutativeExpr::print(raw_ostream &OS) const {
250   const char *OpStr = getOperationStr();
251   OS << "(";
252   for (op_iterator I = op_begin(), E = op_end(); I != E; ++I) {
253     OS << **I;
254     if (next(I) != E)
255       OS << OpStr;
256   }
257   OS << ")";
258 }
259
260 bool SCEVNAryExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
261   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
262     if (!getOperand(i)->dominates(BB, DT))
263       return false;
264   }
265   return true;
266 }
267
268 bool SCEVNAryExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
269   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
270     if (!getOperand(i)->properlyDominates(BB, DT))
271       return false;
272   }
273   return true;
274 }
275
276 bool SCEVUDivExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
277   return LHS->dominates(BB, DT) && RHS->dominates(BB, DT);
278 }
279
280 bool SCEVUDivExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
281   return LHS->properlyDominates(BB, DT) && RHS->properlyDominates(BB, DT);
282 }
283
284 void SCEVUDivExpr::print(raw_ostream &OS) const {
285   OS << "(" << *LHS << " /u " << *RHS << ")";
286 }
287
288 const Type *SCEVUDivExpr::getType() const {
289   // In most cases the types of LHS and RHS will be the same, but in some
290   // crazy cases one or the other may be a pointer. ScalarEvolution doesn't
291   // depend on the type for correctness, but handling types carefully can
292   // avoid extra casts in the SCEVExpander. The LHS is more likely to be
293   // a pointer type than the RHS, so use the RHS' type here.
294   return RHS->getType();
295 }
296
297 bool SCEVAddRecExpr::isLoopInvariant(const Loop *QueryLoop) const {
298   // Add recurrences are never invariant in the function-body (null loop).
299   if (!QueryLoop)
300     return false;
301
302   // This recurrence is variant w.r.t. QueryLoop if QueryLoop contains L.
303   if (QueryLoop->contains(L))
304     return false;
305
306   // This recurrence is variant w.r.t. QueryLoop if any of its operands
307   // are variant.
308   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
309     if (!getOperand(i)->isLoopInvariant(QueryLoop))
310       return false;
311
312   // Otherwise it's loop-invariant.
313   return true;
314 }
315
316 bool
317 SCEVAddRecExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
318   return DT->dominates(L->getHeader(), BB) &&
319          SCEVNAryExpr::dominates(BB, DT);
320 }
321
322 bool
323 SCEVAddRecExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
324   // This uses a "dominates" query instead of "properly dominates" query because
325   // the instruction which produces the addrec's value is a PHI, and a PHI
326   // effectively properly dominates its entire containing block.
327   return DT->dominates(L->getHeader(), BB) &&
328          SCEVNAryExpr::properlyDominates(BB, DT);
329 }
330
331 void SCEVAddRecExpr::print(raw_ostream &OS) const {
332   OS << "{" << *Operands[0];
333   for (unsigned i = 1, e = NumOperands; i != e; ++i)
334     OS << ",+," << *Operands[i];
335   OS << "}<";
336   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
337   OS << ">";
338 }
339
340 bool SCEVUnknown::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
341   // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
342   // invariant if they are not contained in the specified loop.
343   // Instructions are never considered invariant in the function body
344   // (null loop) because they are defined within the "loop".
345   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
346     return L && !L->contains(I);
347   return true;
348 }
349
350 bool SCEVUnknown::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
351   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValue()))
352     return DT->dominates(I->getParent(), BB);
353   return true;
354 }
355
356 bool SCEVUnknown::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
357   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValue()))
358     return DT->properlyDominates(I->getParent(), BB);
359   return true;
360 }
361
362 const Type *SCEVUnknown::getType() const {
363   return V->getType();
364 }
365
366 bool SCEVUnknown::isSizeOf(const Type *&AllocTy) const {
367   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
368     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
369       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
370         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
371             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
372             CE->getNumOperands() == 2)
373           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(1)))
374             if (CI->isOne()) {
375               AllocTy = cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())
376                                  ->getElementType();
377               return true;
378             }
379
380   return false;
381 }
382
383 bool SCEVUnknown::isAlignOf(const Type *&AllocTy) const {
384   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
385     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
386       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
387         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
388             CE->getOperand(0)->isNullValue()) {
389           const Type *Ty =
390             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
391           if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty))
392             if (!STy->isPacked() &&
393                 CE->getNumOperands() == 3 &&
394                 CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
395               if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(2)))
396                 if (CI->isOne() &&
397                     STy->getNumElements() == 2 &&
398                     STy->getElementType(0)->isIntegerTy(1)) {
399                   AllocTy = STy->getElementType(1);
400                   return true;
401                 }
402             }
403         }
404
405   return false;
406 }
407
408 bool SCEVUnknown::isOffsetOf(const Type *&CTy, Constant *&FieldNo) const {
409   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
410     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
411       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
412         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
413             CE->getNumOperands() == 3 &&
414             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
415             CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
416           const Type *Ty =
417             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
418           // Ignore vector types here so that ScalarEvolutionExpander doesn't
419           // emit getelementptrs that index into vectors.
420           if (Ty->isStructTy() || Ty->isArrayTy()) {
421             CTy = Ty;
422             FieldNo = CE->getOperand(2);
423             return true;
424           }
425         }
426
427   return false;
428 }
429
430 void SCEVUnknown::print(raw_ostream &OS) const {
431   const Type *AllocTy;
432   if (isSizeOf(AllocTy)) {
433     OS << "sizeof(" << *AllocTy << ")";
434     return;
435   }
436   if (isAlignOf(AllocTy)) {
437     OS << "alignof(" << *AllocTy << ")";
438     return;
439   }
440
441   const Type *CTy;
442   Constant *FieldNo;
443   if (isOffsetOf(CTy, FieldNo)) {
444     OS << "offsetof(" << *CTy << ", ";
445     WriteAsOperand(OS, FieldNo, false);
446     OS << ")";
447     return;
448   }
449
450   // Otherwise just print it normally.
451   WriteAsOperand(OS, V, false);
452 }
453
454 //===----------------------------------------------------------------------===//
455 //                               SCEV Utilities
456 //===----------------------------------------------------------------------===//
457
458 static bool CompareTypes(const Type *A, const Type *B) {
459   if (A->getTypeID() != B->getTypeID())
460     return A->getTypeID() < B->getTypeID();
461   if (const IntegerType *AI = dyn_cast<IntegerType>(A)) {
462     const IntegerType *BI = cast<IntegerType>(B);
463     return AI->getBitWidth() < BI->getBitWidth();
464   }
465   if (const PointerType *AI = dyn_cast<PointerType>(A)) {
466     const PointerType *BI = cast<PointerType>(B);
467     return CompareTypes(AI->getElementType(), BI->getElementType());
468   }
469   if (const ArrayType *AI = dyn_cast<ArrayType>(A)) {
470     const ArrayType *BI = cast<ArrayType>(B);
471     if (AI->getNumElements() != BI->getNumElements())
472       return AI->getNumElements() < BI->getNumElements();
473     return CompareTypes(AI->getElementType(), BI->getElementType());
474   }
475   if (const VectorType *AI = dyn_cast<VectorType>(A)) {
476     const VectorType *BI = cast<VectorType>(B);
477     if (AI->getNumElements() != BI->getNumElements())
478       return AI->getNumElements() < BI->getNumElements();
479     return CompareTypes(AI->getElementType(), BI->getElementType());
480   }
481   if (const StructType *AI = dyn_cast<StructType>(A)) {
482     const StructType *BI = cast<StructType>(B);
483     if (AI->getNumElements() != BI->getNumElements())
484       return AI->getNumElements() < BI->getNumElements();
485     for (unsigned i = 0, e = AI->getNumElements(); i != e; ++i)
486       if (CompareTypes(AI->getElementType(i), BI->getElementType(i)) ||
487           CompareTypes(BI->getElementType(i), AI->getElementType(i)))
488         return CompareTypes(AI->getElementType(i), BI->getElementType(i));
489   }
490   return false;
491 }
492
493 namespace {
494   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
495   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
496   /// expressions.
497   class SCEVComplexityCompare {
498     LoopInfo *LI;
499   public:
500     explicit SCEVComplexityCompare(LoopInfo *li) : LI(li) {}
501
502     bool operator()(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
503       // Fast-path: SCEVs are uniqued so we can do a quick equality check.
504       if (LHS == RHS)
505         return false;
506
507       // Primarily, sort the SCEVs by their getSCEVType().
508       if (LHS->getSCEVType() != RHS->getSCEVType())
509         return LHS->getSCEVType() < RHS->getSCEVType();
510
511       // Aside from the getSCEVType() ordering, the particular ordering
512       // isn't very important except that it's beneficial to be consistent,
513       // so that (a + b) and (b + a) don't end up as different expressions.
514
515       // Sort SCEVUnknown values with some loose heuristics. TODO: This is
516       // not as complete as it could be.
517       if (const SCEVUnknown *LU = dyn_cast<SCEVUnknown>(LHS)) {
518         const SCEVUnknown *RU = cast<SCEVUnknown>(RHS);
519
520         // Order pointer values after integer values. This helps SCEVExpander
521         // form GEPs.
522         if (LU->getType()->isPointerTy() && !RU->getType()->isPointerTy())
523           return false;
524         if (RU->getType()->isPointerTy() && !LU->getType()->isPointerTy())
525           return true;
526
527         // Compare getValueID values.
528         if (LU->getValue()->getValueID() != RU->getValue()->getValueID())
529           return LU->getValue()->getValueID() < RU->getValue()->getValueID();
530
531         // Sort arguments by their position.
532         if (const Argument *LA = dyn_cast<Argument>(LU->getValue())) {
533           const Argument *RA = cast<Argument>(RU->getValue());
534           return LA->getArgNo() < RA->getArgNo();
535         }
536
537         // For instructions, compare their loop depth, and their opcode.
538         // This is pretty loose.
539         if (Instruction *LV = dyn_cast<Instruction>(LU->getValue())) {
540           Instruction *RV = cast<Instruction>(RU->getValue());
541
542           // Compare loop depths.
543           if (LI->getLoopDepth(LV->getParent()) !=
544               LI->getLoopDepth(RV->getParent()))
545             return LI->getLoopDepth(LV->getParent()) <
546                    LI->getLoopDepth(RV->getParent());
547
548           // Compare opcodes.
549           if (LV->getOpcode() != RV->getOpcode())
550             return LV->getOpcode() < RV->getOpcode();
551
552           // Compare the number of operands.
553           if (LV->getNumOperands() != RV->getNumOperands())
554             return LV->getNumOperands() < RV->getNumOperands();
555         }
556
557         return false;
558       }
559
560       // Compare constant values.
561       if (const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
562         const SCEVConstant *RC = cast<SCEVConstant>(RHS);
563         if (LC->getValue()->getBitWidth() != RC->getValue()->getBitWidth())
564           return LC->getValue()->getBitWidth() < RC->getValue()->getBitWidth();
565         return LC->getValue()->getValue().ult(RC->getValue()->getValue());
566       }
567
568       // Compare addrec loop depths.
569       if (const SCEVAddRecExpr *LA = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
570         const SCEVAddRecExpr *RA = cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
571         if (LA->getLoop()->getLoopDepth() != RA->getLoop()->getLoopDepth())
572           return LA->getLoop()->getLoopDepth() < RA->getLoop()->getLoopDepth();
573       }
574
575       // Lexicographically compare n-ary expressions.
576       if (const SCEVNAryExpr *LC = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(LHS)) {
577         const SCEVNAryExpr *RC = cast<SCEVNAryExpr>(RHS);
578         for (unsigned i = 0, e = LC->getNumOperands(); i != e; ++i) {
579           if (i >= RC->getNumOperands())
580             return false;
581           if (operator()(LC->getOperand(i), RC->getOperand(i)))
582             return true;
583           if (operator()(RC->getOperand(i), LC->getOperand(i)))
584             return false;
585         }
586         return LC->getNumOperands() < RC->getNumOperands();
587       }
588
589       // Lexicographically compare udiv expressions.
590       if (const SCEVUDivExpr *LC = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(LHS)) {
591         const SCEVUDivExpr *RC = cast<SCEVUDivExpr>(RHS);
592         if (operator()(LC->getLHS(), RC->getLHS()))
593           return true;
594         if (operator()(RC->getLHS(), LC->getLHS()))
595           return false;
596         if (operator()(LC->getRHS(), RC->getRHS()))
597           return true;
598         if (operator()(RC->getRHS(), LC->getRHS()))
599           return false;
600         return false;
601       }
602
603       // Compare cast expressions by operand.
604       if (const SCEVCastExpr *LC = dyn_cast<SCEVCastExpr>(LHS)) {
605         const SCEVCastExpr *RC = cast<SCEVCastExpr>(RHS);
606         return operator()(LC->getOperand(), RC->getOperand());
607       }
608
609       llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
610       return false;
611     }
612   };
613 }
614
615 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
616 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
617 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
618 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
619 ///
620 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get deterministic
621 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
622 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
623 /// land in memory.
624 ///
625 static void GroupByComplexity(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
626                               LoopInfo *LI) {
627   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
628   if (Ops.size() == 2) {
629     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
630     // Special case it.
631     if (SCEVComplexityCompare(LI)(Ops[1], Ops[0]))
632       std::swap(Ops[0], Ops[1]);
633     return;
634   }
635
636   // Do the rough sort by complexity.
637   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare(LI));
638
639   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
640   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
641   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
642   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
643   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
644     const SCEV *S = Ops[i];
645     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
646
647     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
648     // one, group them.
649     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
650       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
651         // Move it to immediately after i'th element.
652         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
653         ++i;   // no need to rescan it.
654         if (i == e-2) return;  // Done!
655       }
656     }
657   }
658 }
659
660
661
662 //===----------------------------------------------------------------------===//
663 //                      Simple SCEV method implementations
664 //===----------------------------------------------------------------------===//
665
666 /// BinomialCoefficient - Compute BC(It, K).  The result has width W.
667 /// Assume, K > 0.
668 static const SCEV *BinomialCoefficient(const SCEV *It, unsigned K,
669                                        ScalarEvolution &SE,
670                                        const Type* ResultTy) {
671   // Handle the simplest case efficiently.
672   if (K == 1)
673     return SE.getTruncateOrZeroExtend(It, ResultTy);
674
675   // We are using the following formula for BC(It, K):
676   //
677   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / K!
678   //
679   // Suppose, W is the bitwidth of the return value.  We must be prepared for
680   // overflow.  Hence, we must assure that the result of our computation is
681   // equal to the accurate one modulo 2^W.  Unfortunately, division isn't
682   // safe in modular arithmetic.
683   //
684   // However, this code doesn't use exactly that formula; the formula it uses
685   // is something like the following, where T is the number of factors of 2 in
686   // K! (i.e. trailing zeros in the binary representation of K!), and ^ is
687   // exponentiation:
688   //
689   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / 2^T / (K! / 2^T)
690   //
691   // This formula is trivially equivalent to the previous formula.  However,
692   // this formula can be implemented much more efficiently.  The trick is that
693   // K! / 2^T is odd, and exact division by an odd number *is* safe in modular
694   // arithmetic.  To do exact division in modular arithmetic, all we have
695   // to do is multiply by the inverse.  Therefore, this step can be done at
696   // width W.
697   //
698   // The next issue is how to safely do the division by 2^T.  The way this
699   // is done is by doing the multiplication step at a width of at least W + T
700   // bits.  This way, the bottom W+T bits of the product are accurate. Then,
701   // when we perform the division by 2^T (which is equivalent to a right shift
702   // by T), the bottom W bits are accurate.  Extra bits are okay; they'll get
703   // truncated out after the division by 2^T.
704   //
705   // In comparison to just directly using the first formula, this technique
706   // is much more efficient; using the first formula requires W * K bits,
707   // but this formula less than W + K bits. Also, the first formula requires
708   // a division step, whereas this formula only requires multiplies and shifts.
709   //
710   // It doesn't matter whether the subtraction step is done in the calculation
711   // width or the input iteration count's width; if the subtraction overflows,
712   // the result must be zero anyway.  We prefer here to do it in the width of
713   // the induction variable because it helps a lot for certain cases; CodeGen
714   // isn't smart enough to ignore the overflow, which leads to much less
715   // efficient code if the width of the subtraction is wider than the native
716   // register width.
717   //
718   // (It's possible to not widen at all by pulling out factors of 2 before
719   // the multiplication; for example, K=2 can be calculated as
720   // It/2*(It+(It*INT_MIN/INT_MIN)+-1). However, it requires
721   // extra arithmetic, so it's not an obvious win, and it gets
722   // much more complicated for K > 3.)
723
724   // Protection from insane SCEVs; this bound is conservative,
725   // but it probably doesn't matter.
726   if (K > 1000)
727     return SE.getCouldNotCompute();
728
729   unsigned W = SE.getTypeSizeInBits(ResultTy);
730
731   // Calculate K! / 2^T and T; we divide out the factors of two before
732   // multiplying for calculating K! / 2^T to avoid overflow.
733   // Other overflow doesn't matter because we only care about the bottom
734   // W bits of the result.
735   APInt OddFactorial(W, 1);
736   unsigned T = 1;
737   for (unsigned i = 3; i <= K; ++i) {
738     APInt Mult(W, i);
739     unsigned TwoFactors = Mult.countTrailingZeros();
740     T += TwoFactors;
741     Mult = Mult.lshr(TwoFactors);
742     OddFactorial *= Mult;
743   }
744
745   // We need at least W + T bits for the multiplication step
746   unsigned CalculationBits = W + T;
747
748   // Calculate 2^T, at width T+W.
749   APInt DivFactor = APInt(CalculationBits, 1).shl(T);
750
751   // Calculate the multiplicative inverse of K! / 2^T;
752   // this multiplication factor will perform the exact division by
753   // K! / 2^T.
754   APInt Mod = APInt::getSignedMinValue(W+1);
755   APInt MultiplyFactor = OddFactorial.zext(W+1);
756   MultiplyFactor = MultiplyFactor.multiplicativeInverse(Mod);
757   MultiplyFactor = MultiplyFactor.trunc(W);
758
759   // Calculate the product, at width T+W
760   const IntegerType *CalculationTy = IntegerType::get(SE.getContext(),
761                                                       CalculationBits);
762   const SCEV *Dividend = SE.getTruncateOrZeroExtend(It, CalculationTy);
763   for (unsigned i = 1; i != K; ++i) {
764     const SCEV *S = SE.getMinusSCEV(It, SE.getConstant(It->getType(), i));
765     Dividend = SE.getMulExpr(Dividend,
766                              SE.getTruncateOrZeroExtend(S, CalculationTy));
767   }
768
769   // Divide by 2^T
770   const SCEV *DivResult = SE.getUDivExpr(Dividend, SE.getConstant(DivFactor));
771
772   // Truncate the result, and divide by K! / 2^T.
773
774   return SE.getMulExpr(SE.getConstant(MultiplyFactor),
775                        SE.getTruncateOrZeroExtend(DivResult, ResultTy));
776 }
777
778 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
779 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
780 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
781 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
782 ///
783 ///   A*BC(It, 0) + B*BC(It, 1) + C*BC(It, 2) + D*BC(It, 3)
784 ///
785 /// where BC(It, k) stands for binomial coefficient.
786 ///
787 const SCEV *SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(const SCEV *It,
788                                                 ScalarEvolution &SE) const {
789   const SCEV *Result = getStart();
790   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
791     // The computation is correct in the face of overflow provided that the
792     // multiplication is performed _after_ the evaluation of the binomial
793     // coefficient.
794     const SCEV *Coeff = BinomialCoefficient(It, i, SE, getType());
795     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Coeff))
796       return Coeff;
797
798     Result = SE.getAddExpr(Result, SE.getMulExpr(getOperand(i), Coeff));
799   }
800   return Result;
801 }
802
803 //===----------------------------------------------------------------------===//
804 //                    SCEV Expression folder implementations
805 //===----------------------------------------------------------------------===//
806
807 const SCEV *ScalarEvolution::getTruncateExpr(const SCEV *Op,
808                                              const Type *Ty) {
809   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) > getTypeSizeInBits(Ty) &&
810          "This is not a truncating conversion!");
811   assert(isSCEVable(Ty) &&
812          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
813   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
814
815   FoldingSetNodeID ID;
816   ID.AddInteger(scTruncate);
817   ID.AddPointer(Op);
818   ID.AddPointer(Ty);
819   void *IP = 0;
820   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
821
822   // Fold if the operand is constant.
823   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
824     return getConstant(
825       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(),
826                                                getEffectiveSCEVType(Ty))));
827
828   // trunc(trunc(x)) --> trunc(x)
829   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op))
830     return getTruncateExpr(ST->getOperand(), Ty);
831
832   // trunc(sext(x)) --> sext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
833   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
834     return getTruncateOrSignExtend(SS->getOperand(), Ty);
835
836   // trunc(zext(x)) --> zext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
837   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
838     return getTruncateOrZeroExtend(SZ->getOperand(), Ty);
839
840   // If the input value is a chrec scev, truncate the chrec's operands.
841   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
842     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
843     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
844       Operands.push_back(getTruncateExpr(AddRec->getOperand(i), Ty));
845     return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop());
846   }
847
848   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node. We can reuse
849   // the existing insert position since if we get here, we won't have
850   // made any changes which would invalidate it.
851   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVTruncateExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
852                                                  Op, Ty);
853   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
854   return S;
855 }
856
857 const SCEV *ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEV *Op,
858                                                const Type *Ty) {
859   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
860          "This is not an extending conversion!");
861   assert(isSCEVable(Ty) &&
862          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
863   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
864
865   // Fold if the operand is constant.
866   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
867     return getConstant(
868       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(),
869                                               getEffectiveSCEVType(Ty))));
870
871   // zext(zext(x)) --> zext(x)
872   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
873     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
874
875   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
876   // computed a SCEV for this Op and Ty.
877   FoldingSetNodeID ID;
878   ID.AddInteger(scZeroExtend);
879   ID.AddPointer(Op);
880   ID.AddPointer(Ty);
881   void *IP = 0;
882   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
883
884   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
885   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
886   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
887   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
888   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
889     if (AR->isAffine()) {
890       const SCEV *Start = AR->getStart();
891       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
892       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
893       const Loop *L = AR->getLoop();
894
895       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
896       // we don't need to do any further analysis.
897       if (AR->hasNoUnsignedWrap())
898         return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
899                              getZeroExtendExpr(Step, Ty),
900                              L);
901
902       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
903       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
904       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
905       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
906       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
907       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
908       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
909       // that value once it has finished.
910       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
911       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
912         // Manually compute the final value for AR, checking for
913         // overflow.
914
915         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
916         // the addrec's type. The count is always unsigned.
917         const SCEV *CastedMaxBECount =
918           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
919         const SCEV *RecastedMaxBECount =
920           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
921         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
922           const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
923           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no unsigned overflow.
924           const SCEV *ZMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
925           const SCEV *Add = getAddExpr(Start, ZMul);
926           const SCEV *OperandExtendedAdd =
927             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
928                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
929                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
930           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
931             // Return the expression with the addrec on the outside.
932             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
933                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
934                                  L);
935
936           // Similar to above, only this time treat the step value as signed.
937           // This covers loops that count down.
938           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
939           Add = getAddExpr(Start, SMul);
940           OperandExtendedAdd =
941             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
942                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
943                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
944           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
945             // Return the expression with the addrec on the outside.
946             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
947                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
948                                  L);
949         }
950
951         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
952         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
953         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
954         // with the post-inc value, the addrec is safe.
955         if (isKnownPositive(Step)) {
956           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMinValue(BitWidth) -
957                                       getUnsignedRange(Step).getUnsignedMax());
958           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, AR, N) ||
959               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, Start, N) &&
960                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT,
961                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
962             // Return the expression with the addrec on the outside.
963             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
964                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
965                                  L);
966         } else if (isKnownNegative(Step)) {
967           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth) -
968                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
969           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, AR, N) ||
970               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, Start, N) &&
971                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT,
972                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
973             // Return the expression with the addrec on the outside.
974             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
975                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
976                                  L);
977         }
978       }
979     }
980
981   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
982   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
983   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
984   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVZeroExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
985                                                    Op, Ty);
986   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
987   return S;
988 }
989
990 const SCEV *ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEV *Op,
991                                                const Type *Ty) {
992   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
993          "This is not an extending conversion!");
994   assert(isSCEVable(Ty) &&
995          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
996   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
997
998   // Fold if the operand is constant.
999   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1000     return getConstant(
1001       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(),
1002                                               getEffectiveSCEVType(Ty))));
1003
1004   // sext(sext(x)) --> sext(x)
1005   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
1006     return getSignExtendExpr(SS->getOperand(), Ty);
1007
1008   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
1009   // computed a SCEV for this Op and Ty.
1010   FoldingSetNodeID ID;
1011   ID.AddInteger(scSignExtend);
1012   ID.AddPointer(Op);
1013   ID.AddPointer(Ty);
1014   void *IP = 0;
1015   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1016
1017   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
1018   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
1019   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
1020   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
1021   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
1022     if (AR->isAffine()) {
1023       const SCEV *Start = AR->getStart();
1024       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
1025       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
1026       const Loop *L = AR->getLoop();
1027
1028       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
1029       // we don't need to do any further analysis.
1030       if (AR->hasNoSignedWrap())
1031         return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1032                              getSignExtendExpr(Step, Ty),
1033                              L);
1034
1035       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
1036       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
1037       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
1038       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
1039       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
1040       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
1041       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
1042       // that value once it has finished.
1043       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
1044       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
1045         // Manually compute the final value for AR, checking for
1046         // overflow.
1047
1048         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
1049         // the addrec's type. The count is always unsigned.
1050         const SCEV *CastedMaxBECount =
1051           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
1052         const SCEV *RecastedMaxBECount =
1053           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
1054         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
1055           const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
1056           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no signed overflow.
1057           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1058           const SCEV *Add = getAddExpr(Start, SMul);
1059           const SCEV *OperandExtendedAdd =
1060             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
1061                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1062                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
1063           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
1064             // Return the expression with the addrec on the outside.
1065             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1066                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1067                                  L);
1068
1069           // Similar to above, only this time treat the step value as unsigned.
1070           // This covers loops that count up with an unsigned step.
1071           const SCEV *UMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1072           Add = getAddExpr(Start, UMul);
1073           OperandExtendedAdd =
1074             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
1075                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1076                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
1077           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
1078             // Return the expression with the addrec on the outside.
1079             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1080                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
1081                                  L);
1082         }
1083
1084         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
1085         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
1086         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
1087         // with the post-inc value, the addrec is safe.
1088         if (isKnownPositive(Step)) {
1089           const SCEV *N = getConstant(APInt::getSignedMinValue(BitWidth) -
1090                                       getSignedRange(Step).getSignedMax());
1091           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT, AR, N) ||
1092               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT, Start, N) &&
1093                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT,
1094                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
1095             // Return the expression with the addrec on the outside.
1096             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1097                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1098                                  L);
1099         } else if (isKnownNegative(Step)) {
1100           const SCEV *N = getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth) -
1101                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
1102           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT, AR, N) ||
1103               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT, Start, N) &&
1104                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT,
1105                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
1106             // Return the expression with the addrec on the outside.
1107             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1108                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1109                                  L);
1110         }
1111       }
1112     }
1113
1114   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
1115   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
1116   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1117   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSignExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1118                                                    Op, Ty);
1119   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1120   return S;
1121 }
1122
1123 /// getAnyExtendExpr - Return a SCEV for the given operand extended with
1124 /// unspecified bits out to the given type.
1125 ///
1126 const SCEV *ScalarEvolution::getAnyExtendExpr(const SCEV *Op,
1127                                               const Type *Ty) {
1128   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1129          "This is not an extending conversion!");
1130   assert(isSCEVable(Ty) &&
1131          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1132   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1133
1134   // Sign-extend negative constants.
1135   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1136     if (SC->getValue()->getValue().isNegative())
1137       return getSignExtendExpr(Op, Ty);
1138
1139   // Peel off a truncate cast.
1140   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1141     const SCEV *NewOp = T->getOperand();
1142     if (getTypeSizeInBits(NewOp->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty))
1143       return getAnyExtendExpr(NewOp, Ty);
1144     return getTruncateOrNoop(NewOp, Ty);
1145   }
1146
1147   // Next try a zext cast. If the cast is folded, use it.
1148   const SCEV *ZExt = getZeroExtendExpr(Op, Ty);
1149   if (!isa<SCEVZeroExtendExpr>(ZExt))
1150     return ZExt;
1151
1152   // Next try a sext cast. If the cast is folded, use it.
1153   const SCEV *SExt = getSignExtendExpr(Op, Ty);
1154   if (!isa<SCEVSignExtendExpr>(SExt))
1155     return SExt;
1156
1157   // Force the cast to be folded into the operands of an addrec.
1158   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
1159     SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
1160     for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = AR->op_begin(), E = AR->op_end();
1161          I != E; ++I)
1162       Ops.push_back(getAnyExtendExpr(*I, Ty));
1163     return getAddRecExpr(Ops, AR->getLoop());
1164   }
1165
1166   // If the expression is obviously signed, use the sext cast value.
1167   if (isa<SCEVSMaxExpr>(Op))
1168     return SExt;
1169
1170   // Absent any other information, use the zext cast value.
1171   return ZExt;
1172 }
1173
1174 /// CollectAddOperandsWithScales - Process the given Ops list, which is
1175 /// a list of operands to be added under the given scale, update the given
1176 /// map. This is a helper function for getAddRecExpr. As an example of
1177 /// what it does, given a sequence of operands that would form an add
1178 /// expression like this:
1179 ///
1180 ///    m + n + 13 + (A * (o + p + (B * q + m + 29))) + r + (-1 * r)
1181 ///
1182 /// where A and B are constants, update the map with these values:
1183 ///
1184 ///    (m, 1+A*B), (n, 1), (o, A), (p, A), (q, A*B), (r, 0)
1185 ///
1186 /// and add 13 + A*B*29 to AccumulatedConstant.
1187 /// This will allow getAddRecExpr to produce this:
1188 ///
1189 ///    13+A*B*29 + n + (m * (1+A*B)) + ((o + p) * A) + (q * A*B)
1190 ///
1191 /// This form often exposes folding opportunities that are hidden in
1192 /// the original operand list.
1193 ///
1194 /// Return true iff it appears that any interesting folding opportunities
1195 /// may be exposed. This helps getAddRecExpr short-circuit extra work in
1196 /// the common case where no interesting opportunities are present, and
1197 /// is also used as a check to avoid infinite recursion.
1198 ///
1199 static bool
1200 CollectAddOperandsWithScales(DenseMap<const SCEV *, APInt> &M,
1201                              SmallVector<const SCEV *, 8> &NewOps,
1202                              APInt &AccumulatedConstant,
1203                              const SCEV *const *Ops, size_t NumOperands,
1204                              const APInt &Scale,
1205                              ScalarEvolution &SE) {
1206   bool Interesting = false;
1207
1208   // Iterate over the add operands. They are sorted, with constants first.
1209   unsigned i = 0;
1210   while (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1211     ++i;
1212     // Pull a buried constant out to the outside.
1213     if (Scale != 1 || AccumulatedConstant != 0 || C->getValue()->isZero())
1214       Interesting = true;
1215     AccumulatedConstant += Scale * C->getValue()->getValue();
1216   }
1217
1218   // Next comes everything else. We're especially interested in multiplies
1219   // here, but they're in the middle, so just visit the rest with one loop.
1220   for (; i != NumOperands; ++i) {
1221     const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i]);
1222     if (Mul && isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
1223       APInt NewScale =
1224         Scale * cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))->getValue()->getValue();
1225       if (Mul->getNumOperands() == 2 && isa<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1))) {
1226         // A multiplication of a constant with another add; recurse.
1227         const SCEVAddExpr *Add = cast<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1));
1228         Interesting |=
1229           CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1230                                        Add->op_begin(), Add->getNumOperands(),
1231                                        NewScale, SE);
1232       } else {
1233         // A multiplication of a constant with some other value. Update
1234         // the map.
1235         SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
1236         const SCEV *Key = SE.getMulExpr(MulOps);
1237         std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1238           M.insert(std::make_pair(Key, NewScale));
1239         if (Pair.second) {
1240           NewOps.push_back(Pair.first->first);
1241         } else {
1242           Pair.first->second += NewScale;
1243           // The map already had an entry for this value, which may indicate
1244           // a folding opportunity.
1245           Interesting = true;
1246         }
1247       }
1248     } else {
1249       // An ordinary operand. Update the map.
1250       std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1251         M.insert(std::make_pair(Ops[i], Scale));
1252       if (Pair.second) {
1253         NewOps.push_back(Pair.first->first);
1254       } else {
1255         Pair.first->second += Scale;
1256         // The map already had an entry for this value, which may indicate
1257         // a folding opportunity.
1258         Interesting = true;
1259       }
1260     }
1261   }
1262
1263   return Interesting;
1264 }
1265
1266 namespace {
1267   struct APIntCompare {
1268     bool operator()(const APInt &LHS, const APInt &RHS) const {
1269       return LHS.ult(RHS);
1270     }
1271   };
1272 }
1273
1274 /// getAddExpr - Get a canonical add expression, or something simpler if
1275 /// possible.
1276 const SCEV *ScalarEvolution::getAddExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1277                                         bool HasNUW, bool HasNSW) {
1278   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
1279   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1280 #ifndef NDEBUG
1281   const Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
1282   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1283     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
1284            "SCEVAddExpr operand types don't match!");
1285 #endif
1286
1287   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1288   if (!HasNUW && HasNSW) {
1289     bool All = true;
1290     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1291       if (!isKnownNonNegative(Ops[i])) {
1292         All = false;
1293         break;
1294       }
1295     if (All) HasNUW = true;
1296   }
1297
1298   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1299   GroupByComplexity(Ops, LI);
1300
1301   // If there are any constants, fold them together.
1302   unsigned Idx = 0;
1303   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1304     ++Idx;
1305     assert(Idx < Ops.size());
1306     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1307       // We found two constants, fold them together!
1308       Ops[0] = getConstant(LHSC->getValue()->getValue() +
1309                            RHSC->getValue()->getValue());
1310       if (Ops.size() == 2) return Ops[0];
1311       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1312       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1313     }
1314
1315     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
1316     if (LHSC->getValue()->isZero()) {
1317       Ops.erase(Ops.begin());
1318       --Idx;
1319     }
1320
1321     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1322   }
1323
1324   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1325   // so, merge them together into an multiply expression.  Since we sorted the
1326   // list, these values are required to be adjacent.
1327   const Type *Ty = Ops[0]->getType();
1328   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1329     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
1330       // Found a match, merge the two values into a multiply, and add any
1331       // remaining values to the result.
1332       const SCEV *Two = getConstant(Ty, 2);
1333       const SCEV *Mul = getMulExpr(Ops[i], Two);
1334       if (Ops.size() == 2)
1335         return Mul;
1336       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
1337       Ops.push_back(Mul);
1338       return getAddExpr(Ops, HasNUW, HasNSW);
1339     }
1340
1341   // Check for truncates. If all the operands are truncated from the same
1342   // type, see if factoring out the truncate would permit the result to be
1343   // folded. eg., trunc(x) + m*trunc(n) --> trunc(x + trunc(m)*n)
1344   // if the contents of the resulting outer trunc fold to something simple.
1345   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1346     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]);
1347     const Type *DstType = Trunc->getType();
1348     const Type *SrcType = Trunc->getOperand()->getType();
1349     SmallVector<const SCEV *, 8> LargeOps;
1350     bool Ok = true;
1351     // Check all the operands to see if they can be represented in the
1352     // source type of the truncate.
1353     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1354       if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[i])) {
1355         if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1356           Ok = false;
1357           break;
1358         }
1359         LargeOps.push_back(T->getOperand());
1360       } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1361         LargeOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
1362       } else if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i])) {
1363         SmallVector<const SCEV *, 8> LargeMulOps;
1364         for (unsigned j = 0, f = M->getNumOperands(); j != f && Ok; ++j) {
1365           if (const SCEVTruncateExpr *T =
1366                 dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(M->getOperand(j))) {
1367             if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1368               Ok = false;
1369               break;
1370             }
1371             LargeMulOps.push_back(T->getOperand());
1372           } else if (const SCEVConstant *C =
1373                        dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(j))) {
1374             LargeMulOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
1375           } else {
1376             Ok = false;
1377             break;
1378           }
1379         }
1380         if (Ok)
1381           LargeOps.push_back(getMulExpr(LargeMulOps));
1382       } else {
1383         Ok = false;
1384         break;
1385       }
1386     }
1387     if (Ok) {
1388       // Evaluate the expression in the larger type.
1389       const SCEV *Fold = getAddExpr(LargeOps, HasNUW, HasNSW);
1390       // If it folds to something simple, use it. Otherwise, don't.
1391       if (isa<SCEVConstant>(Fold) || isa<SCEVUnknown>(Fold))
1392         return getTruncateExpr(Fold, DstType);
1393     }
1394   }
1395
1396   // Skip past any other cast SCEVs.
1397   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
1398     ++Idx;
1399
1400   // If there are add operands they would be next.
1401   if (Idx < Ops.size()) {
1402     bool DeletedAdd = false;
1403     while (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
1404       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
1405       // list.
1406       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1407       Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
1408       DeletedAdd = true;
1409     }
1410
1411     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
1412     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1413     // any operands we just acquired.
1414     if (DeletedAdd)
1415       return getAddExpr(Ops);
1416   }
1417
1418   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1419   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1420     ++Idx;
1421
1422   // Check to see if there are any folding opportunities present with
1423   // operands multiplied by constant values.
1424   if (Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1425     uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(Ty);
1426     DenseMap<const SCEV *, APInt> M;
1427     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
1428     APInt AccumulatedConstant(BitWidth, 0);
1429     if (CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1430                                      Ops.data(), Ops.size(),
1431                                      APInt(BitWidth, 1), *this)) {
1432       // Some interesting folding opportunity is present, so its worthwhile to
1433       // re-generate the operands list. Group the operands by constant scale,
1434       // to avoid multiplying by the same constant scale multiple times.
1435       std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare> MulOpLists;
1436       for (SmallVector<const SCEV *, 8>::iterator I = NewOps.begin(),
1437            E = NewOps.end(); I != E; ++I)
1438         MulOpLists[M.find(*I)->second].push_back(*I);
1439       // Re-generate the operands list.
1440       Ops.clear();
1441       if (AccumulatedConstant != 0)
1442         Ops.push_back(getConstant(AccumulatedConstant));
1443       for (std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare>::iterator
1444            I = MulOpLists.begin(), E = MulOpLists.end(); I != E; ++I)
1445         if (I->first != 0)
1446           Ops.push_back(getMulExpr(getConstant(I->first),
1447                                    getAddExpr(I->second)));
1448       if (Ops.empty())
1449         return getConstant(Ty, 0);
1450       if (Ops.size() == 1)
1451         return Ops[0];
1452       return getAddExpr(Ops);
1453     }
1454   }
1455
1456   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
1457   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
1458   // the multiply.
1459   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1460     const SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
1461     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
1462       const SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
1463       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
1464         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp] && !isa<SCEVConstant>(Ops[AddOp])) {
1465           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
1466           const SCEV *InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1467           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1468             // If the multiply has more than two operands, we must get the
1469             // Y*Z term.
1470             SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1471             MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
1472             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
1473           }
1474           const SCEV *One = getConstant(Ty, 1);
1475           const SCEV *AddOne = getAddExpr(InnerMul, One);
1476           const SCEV *OuterMul = getMulExpr(AddOne, Ops[AddOp]);
1477           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1478           if (AddOp < Idx) {
1479             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
1480             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
1481           } else {
1482             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1483             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
1484           }
1485           Ops.push_back(OuterMul);
1486           return getAddExpr(Ops);
1487         }
1488
1489       // Check this multiply against other multiplies being added together.
1490       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
1491            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1492            ++OtherMulIdx) {
1493         const SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1494         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
1495         // together.
1496         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
1497              OMulOp != e; ++OMulOp)
1498           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
1499             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
1500             const SCEV *InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1501             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1502               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
1503                                                   Mul->op_end());
1504               MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
1505               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
1506             }
1507             const SCEV *InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
1508             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
1509               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(OtherMul->op_begin(),
1510                                                   OtherMul->op_end());
1511               MulOps.erase(MulOps.begin()+OMulOp);
1512               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
1513             }
1514             const SCEV *InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
1515             const SCEV *OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
1516             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1517             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1518             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
1519             Ops.push_back(OuterMul);
1520             return getAddExpr(Ops);
1521           }
1522       }
1523     }
1524   }
1525
1526   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1527   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1528   // recurrence.
1529   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1530     ++Idx;
1531
1532   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1533   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1534     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
1535     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1536     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
1537     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1538     const Loop *AddRecLoop = AddRec->getLoop();
1539     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1540       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRecLoop)) {
1541         LIOps.push_back(Ops[i]);
1542         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1543         --i; --e;
1544       }
1545
1546     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1547     if (!LIOps.empty()) {
1548       //  NLI + LI + {Start,+,Step}  -->  NLI + {LI+Start,+,Step}
1549       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
1550
1551       SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
1552                                              AddRec->op_end());
1553       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
1554
1555       // It's tempting to propagate NUW/NSW flags here, but nuw/nsw addition
1556       // is not associative so this isn't necessarily safe.
1557       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRecLoop);
1558
1559       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1560       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1561
1562       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-liv parts.
1563       for (unsigned i = 0;; ++i)
1564         if (Ops[i] == AddRec) {
1565           Ops[i] = NewRec;
1566           break;
1567         }
1568       return getAddExpr(Ops);
1569     }
1570
1571     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1572     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1573     // added together.  If so, we can fold them.
1574     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1575          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1576       if (OtherIdx != Idx) {
1577         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1578         if (AddRecLoop == OtherAddRec->getLoop()) {
1579           // Other + {A,+,B} + {C,+,D}  -->  Other + {A+C,+,B+D}
1580           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(AddRec->op_begin(),
1581                                               AddRec->op_end());
1582           for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1583             if (i >= NewOps.size()) {
1584               NewOps.append(OtherAddRec->op_begin()+i,
1585                             OtherAddRec->op_end());
1586               break;
1587             }
1588             NewOps[i] = getAddExpr(NewOps[i], OtherAddRec->getOperand(i));
1589           }
1590           const SCEV *NewAddRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRecLoop);
1591
1592           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1593
1594           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1595           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1596           Ops.push_back(NewAddRec);
1597           return getAddExpr(Ops);
1598         }
1599       }
1600
1601     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1602     // next one.
1603   }
1604
1605   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
1606   // already have one, otherwise create a new one.
1607   FoldingSetNodeID ID;
1608   ID.AddInteger(scAddExpr);
1609   ID.AddInteger(Ops.size());
1610   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1611     ID.AddPointer(Ops[i]);
1612   void *IP = 0;
1613   SCEVAddExpr *S =
1614     static_cast<SCEVAddExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
1615   if (!S) {
1616     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
1617     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
1618     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1619                                         O, Ops.size());
1620     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1621   }
1622   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
1623   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
1624   return S;
1625 }
1626
1627 /// getMulExpr - Get a canonical multiply expression, or something simpler if
1628 /// possible.
1629 const SCEV *ScalarEvolution::getMulExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1630                                         bool HasNUW, bool HasNSW) {
1631   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
1632   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1633 #ifndef NDEBUG
1634   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1635     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1636            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1637            "SCEVMulExpr operand types don't match!");
1638 #endif
1639
1640   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1641   if (!HasNUW && HasNSW) {
1642     bool All = true;
1643     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1644       if (!isKnownNonNegative(Ops[i])) {
1645         All = false;
1646         break;
1647       }
1648     if (All) HasNUW = true;
1649   }
1650
1651   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1652   GroupByComplexity(Ops, LI);
1653
1654   // If there are any constants, fold them together.
1655   unsigned Idx = 0;
1656   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1657
1658     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
1659     if (Ops.size() == 2)
1660       if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
1661         if (Add->getNumOperands() == 2 &&
1662             isa<SCEVConstant>(Add->getOperand(0)))
1663           return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
1664                             getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
1665
1666     ++Idx;
1667     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1668       // We found two constants, fold them together!
1669       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
1670                                            LHSC->getValue()->getValue() *
1671                                            RHSC->getValue()->getValue());
1672       Ops[0] = getConstant(Fold);
1673       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1674       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1675       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1676     }
1677
1678     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
1679     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
1680       Ops.erase(Ops.begin());
1681       --Idx;
1682     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
1683       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
1684       return Ops[0];
1685     } else if (Ops[0]->isAllOnesValue()) {
1686       // If we have a mul by -1 of an add, try distributing the -1 among the
1687       // add operands.
1688       if (Ops.size() == 2)
1689         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1])) {
1690           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
1691           bool AnyFolded = false;
1692           for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
1693                I != E; ++I) {
1694             const SCEV *Mul = getMulExpr(Ops[0], *I);
1695             if (!isa<SCEVMulExpr>(Mul)) AnyFolded = true;
1696             NewOps.push_back(Mul);
1697           }
1698           if (AnyFolded)
1699             return getAddExpr(NewOps);
1700         }
1701     }
1702
1703     if (Ops.size() == 1)
1704       return Ops[0];
1705   }
1706
1707   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1708   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1709     ++Idx;
1710
1711   // If there are mul operands inline them all into this expression.
1712   if (Idx < Ops.size()) {
1713     bool DeletedMul = false;
1714     while (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1715       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
1716       // list.
1717       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1718       Ops.append(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1719       DeletedMul = true;
1720     }
1721
1722     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
1723     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1724     // any operands we just acquired.
1725     if (DeletedMul)
1726       return getMulExpr(Ops);
1727   }
1728
1729   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1730   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1731   // recurrence.
1732   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1733     ++Idx;
1734
1735   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1736   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1737     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
1738     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1739     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
1740     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1741     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1742       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
1743         LIOps.push_back(Ops[i]);
1744         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1745         --i; --e;
1746       }
1747
1748     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1749     if (!LIOps.empty()) {
1750       //  NLI * LI * {Start,+,Step}  -->  NLI * {LI*Start,+,LI*Step}
1751       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
1752       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
1753       const SCEV *Scale = getMulExpr(LIOps);
1754       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
1755         NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
1756
1757       // It's tempting to propagate the NSW flag here, but nsw multiplication
1758       // is not associative so this isn't necessarily safe.
1759       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop(),
1760                                          HasNUW && AddRec->hasNoUnsignedWrap(),
1761                                          /*HasNSW=*/false);
1762
1763       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1764       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1765
1766       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-liv parts.
1767       for (unsigned i = 0;; ++i)
1768         if (Ops[i] == AddRec) {
1769           Ops[i] = NewRec;
1770           break;
1771         }
1772       return getMulExpr(Ops);
1773     }
1774
1775     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1776     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1777     // multiplied together.  If so, we can fold them.
1778     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1779          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1780       if (OtherIdx != Idx) {
1781         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1782         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
1783           // F * G  -->  {A,+,B} * {C,+,D}  -->  {A*C,+,F*D + G*B + B*D}
1784           const SCEVAddRecExpr *F = AddRec, *G = OtherAddRec;
1785           const SCEV *NewStart = getMulExpr(F->getStart(),
1786                                                  G->getStart());
1787           const SCEV *B = F->getStepRecurrence(*this);
1788           const SCEV *D = G->getStepRecurrence(*this);
1789           const SCEV *NewStep = getAddExpr(getMulExpr(F, D),
1790                                           getMulExpr(G, B),
1791                                           getMulExpr(B, D));
1792           const SCEV *NewAddRec = getAddRecExpr(NewStart, NewStep,
1793                                                F->getLoop());
1794           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1795
1796           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1797           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1798           Ops.push_back(NewAddRec);
1799           return getMulExpr(Ops);
1800         }
1801       }
1802
1803     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1804     // next one.
1805   }
1806
1807   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
1808   // already have one, otherwise create a new one.
1809   FoldingSetNodeID ID;
1810   ID.AddInteger(scMulExpr);
1811   ID.AddInteger(Ops.size());
1812   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1813     ID.AddPointer(Ops[i]);
1814   void *IP = 0;
1815   SCEVMulExpr *S =
1816     static_cast<SCEVMulExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
1817   if (!S) {
1818     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
1819     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
1820     S = new (SCEVAllocator) SCEVMulExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1821                                         O, Ops.size());
1822     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1823   }
1824   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
1825   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
1826   return S;
1827 }
1828
1829 /// getUDivExpr - Get a canonical unsigned division expression, or something
1830 /// simpler if possible.
1831 const SCEV *ScalarEvolution::getUDivExpr(const SCEV *LHS,
1832                                          const SCEV *RHS) {
1833   assert(getEffectiveSCEVType(LHS->getType()) ==
1834          getEffectiveSCEVType(RHS->getType()) &&
1835          "SCEVUDivExpr operand types don't match!");
1836
1837   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
1838     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
1839       return LHS;                               // X udiv 1 --> x
1840     // If the denominator is zero, the result of the udiv is undefined. Don't
1841     // try to analyze it, because the resolution chosen here may differ from
1842     // the resolution chosen in other parts of the compiler.
1843     if (!RHSC->getValue()->isZero()) {
1844       // Determine if the division can be folded into the operands of
1845       // its operands.
1846       // TODO: Generalize this to non-constants by using known-bits information.
1847       const Type *Ty = LHS->getType();
1848       unsigned LZ = RHSC->getValue()->getValue().countLeadingZeros();
1849       unsigned MaxShiftAmt = getTypeSizeInBits(Ty) - LZ;
1850       // For non-power-of-two values, effectively round the value up to the
1851       // nearest power of two.
1852       if (!RHSC->getValue()->getValue().isPowerOf2())
1853         ++MaxShiftAmt;
1854       const IntegerType *ExtTy =
1855         IntegerType::get(getContext(), getTypeSizeInBits(Ty) + MaxShiftAmt);
1856       // {X,+,N}/C --> {X/C,+,N/C} if safe and N/C can be folded.
1857       if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
1858         if (const SCEVConstant *Step =
1859               dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*this)))
1860           if (!Step->getValue()->getValue()
1861                 .urem(RHSC->getValue()->getValue()) &&
1862               getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
1863               getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
1864                             getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
1865                             AR->getLoop())) {
1866             SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1867             for (unsigned i = 0, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
1868               Operands.push_back(getUDivExpr(AR->getOperand(i), RHS));
1869             return getAddRecExpr(Operands, AR->getLoop());
1870           }
1871       // (A*B)/C --> A*(B/C) if safe and B/C can be folded.
1872       if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
1873         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1874         for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i)
1875           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(M->getOperand(i), ExtTy));
1876         if (getZeroExtendExpr(M, ExtTy) == getMulExpr(Operands))
1877           // Find an operand that's safely divisible.
1878           for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1879             const SCEV *Op = M->getOperand(i);
1880             const SCEV *Div = getUDivExpr(Op, RHSC);
1881             if (!isa<SCEVUDivExpr>(Div) && getMulExpr(Div, RHSC) == Op) {
1882               Operands = SmallVector<const SCEV *, 4>(M->op_begin(),
1883                                                       M->op_end());
1884               Operands[i] = Div;
1885               return getMulExpr(Operands);
1886             }
1887           }
1888       }
1889       // (A+B)/C --> (A/C + B/C) if safe and A/C and B/C can be folded.
1890       if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
1891         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1892         for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i)
1893           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(A->getOperand(i), ExtTy));
1894         if (getZeroExtendExpr(A, ExtTy) == getAddExpr(Operands)) {
1895           Operands.clear();
1896           for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1897             const SCEV *Op = getUDivExpr(A->getOperand(i), RHS);
1898             if (isa<SCEVUDivExpr>(Op) ||
1899                 getMulExpr(Op, RHS) != A->getOperand(i))
1900               break;
1901             Operands.push_back(Op);
1902           }
1903           if (Operands.size() == A->getNumOperands())
1904             return getAddExpr(Operands);
1905         }
1906       }
1907
1908       // Fold if both operands are constant.
1909       if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
1910         Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
1911         Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
1912         return getConstant(cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getUDiv(LHSCV,
1913                                                                    RHSCV)));
1914       }
1915     }
1916   }
1917
1918   FoldingSetNodeID ID;
1919   ID.AddInteger(scUDivExpr);
1920   ID.AddPointer(LHS);
1921   ID.AddPointer(RHS);
1922   void *IP = 0;
1923   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1924   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUDivExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1925                                              LHS, RHS);
1926   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1927   return S;
1928 }
1929
1930
1931 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
1932 /// Simplify the expression as much as possible.
1933 const SCEV *ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEV *Start,
1934                                            const SCEV *Step, const Loop *L,
1935                                            bool HasNUW, bool HasNSW) {
1936   SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1937   Operands.push_back(Start);
1938   if (const SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
1939     if (StepChrec->getLoop() == L) {
1940       Operands.append(StepChrec->op_begin(), StepChrec->op_end());
1941       return getAddRecExpr(Operands, L);
1942     }
1943
1944   Operands.push_back(Step);
1945   return getAddRecExpr(Operands, L, HasNUW, HasNSW);
1946 }
1947
1948 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
1949 /// Simplify the expression as much as possible.
1950 const SCEV *
1951 ScalarEvolution::getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
1952                                const Loop *L,
1953                                bool HasNUW, bool HasNSW) {
1954   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
1955 #ifndef NDEBUG
1956   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
1957     assert(getEffectiveSCEVType(Operands[i]->getType()) ==
1958            getEffectiveSCEVType(Operands[0]->getType()) &&
1959            "SCEVAddRecExpr operand types don't match!");
1960 #endif
1961
1962   if (Operands.back()->isZero()) {
1963     Operands.pop_back();
1964     return getAddRecExpr(Operands, L, HasNUW, HasNSW); // {X,+,0}  -->  X
1965   }
1966
1967   // It's tempting to want to call getMaxBackedgeTakenCount count here and
1968   // use that information to infer NUW and NSW flags. However, computing a
1969   // BE count requires calling getAddRecExpr, so we may not yet have a
1970   // meaningful BE count at this point (and if we don't, we'd be stuck
1971   // with a SCEVCouldNotCompute as the cached BE count).
1972
1973   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1974   if (!HasNUW && HasNSW) {
1975     bool All = true;
1976     for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
1977       if (!isKnownNonNegative(Operands[i])) {
1978         All = false;
1979         break;
1980       }
1981     if (All) HasNUW = true;
1982   }
1983
1984   // Canonicalize nested AddRecs in by nesting them in order of loop depth.
1985   if (const SCEVAddRecExpr *NestedAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Operands[0])) {
1986     const Loop *NestedLoop = NestedAR->getLoop();
1987     if (L->contains(NestedLoop->getHeader()) ?
1988         (L->getLoopDepth() < NestedLoop->getLoopDepth()) :
1989         (!NestedLoop->contains(L->getHeader()) &&
1990          DT->dominates(L->getHeader(), NestedLoop->getHeader()))) {
1991       SmallVector<const SCEV *, 4> NestedOperands(NestedAR->op_begin(),
1992                                                   NestedAR->op_end());
1993       Operands[0] = NestedAR->getStart();
1994       // AddRecs require their operands be loop-invariant with respect to their
1995       // loops. Don't perform this transformation if it would break this
1996       // requirement.
1997       bool AllInvariant = true;
1998       for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
1999         if (!Operands[i]->isLoopInvariant(L)) {
2000           AllInvariant = false;
2001           break;
2002         }
2003       if (AllInvariant) {
2004         NestedOperands[0] = getAddRecExpr(Operands, L);
2005         AllInvariant = true;
2006         for (unsigned i = 0, e = NestedOperands.size(); i != e; ++i)
2007           if (!NestedOperands[i]->isLoopInvariant(NestedLoop)) {
2008             AllInvariant = false;
2009             break;
2010           }
2011         if (AllInvariant)
2012           // Ok, both add recurrences are valid after the transformation.
2013           return getAddRecExpr(NestedOperands, NestedLoop, HasNUW, HasNSW);
2014       }
2015       // Reset Operands to its original state.
2016       Operands[0] = NestedAR;
2017     }
2018   }
2019
2020   // Okay, it looks like we really DO need an addrec expr.  Check to see if we
2021   // already have one, otherwise create a new one.
2022   FoldingSetNodeID ID;
2023   ID.AddInteger(scAddRecExpr);
2024   ID.AddInteger(Operands.size());
2025   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2026     ID.AddPointer(Operands[i]);
2027   ID.AddPointer(L);
2028   void *IP = 0;
2029   SCEVAddRecExpr *S =
2030     static_cast<SCEVAddRecExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2031   if (!S) {
2032     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Operands.size());
2033     std::uninitialized_copy(Operands.begin(), Operands.end(), O);
2034     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddRecExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2035                                            O, Operands.size(), L);
2036     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2037   }
2038   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
2039   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
2040   return S;
2041 }
2042
2043 const SCEV *ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEV *LHS,
2044                                          const SCEV *RHS) {
2045   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2046   Ops.push_back(LHS);
2047   Ops.push_back(RHS);
2048   return getSMaxExpr(Ops);
2049 }
2050
2051 const SCEV *
2052 ScalarEvolution::getSMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2053   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
2054   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2055 #ifndef NDEBUG
2056   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2057     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
2058            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
2059            "SCEVSMaxExpr operand types don't match!");
2060 #endif
2061
2062   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2063   GroupByComplexity(Ops, LI);
2064
2065   // If there are any constants, fold them together.
2066   unsigned Idx = 0;
2067   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2068     ++Idx;
2069     assert(Idx < Ops.size());
2070     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2071       // We found two constants, fold them together!
2072       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2073                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
2074                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2075       Ops[0] = getConstant(Fold);
2076       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2077       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2078       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2079     }
2080
2081     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2082     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
2083       Ops.erase(Ops.begin());
2084       --Idx;
2085     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(true)) {
2086       // If we have an smax with a constant maximum-int, it will always be
2087       // maximum-int.
2088       return Ops[0];
2089     }
2090
2091     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2092   }
2093
2094   // Find the first SMax
2095   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
2096     ++Idx;
2097
2098   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
2099   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2100   if (Idx < Ops.size()) {
2101     bool DeletedSMax = false;
2102     while (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2103       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2104       Ops.append(SMax->op_begin(), SMax->op_end());
2105       DeletedSMax = true;
2106     }
2107
2108     if (DeletedSMax)
2109       return getSMaxExpr(Ops);
2110   }
2111
2112   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2113   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2114   // be adjacent.
2115   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2116     //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
2117     //  X smax Y         -->  X, if X is always greater than Y
2118     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
2119         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2120       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
2121       --i; --e;
2122     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SLE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2123       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2124       --i; --e;
2125     }
2126
2127   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2128
2129   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
2130
2131   // Okay, it looks like we really DO need an smax expr.  Check to see if we
2132   // already have one, otherwise create a new one.
2133   FoldingSetNodeID ID;
2134   ID.AddInteger(scSMaxExpr);
2135   ID.AddInteger(Ops.size());
2136   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2137     ID.AddPointer(Ops[i]);
2138   void *IP = 0;
2139   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2140   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2141   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2142   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2143                                              O, Ops.size());
2144   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2145   return S;
2146 }
2147
2148 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxExpr(const SCEV *LHS,
2149                                          const SCEV *RHS) {
2150   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2151   Ops.push_back(LHS);
2152   Ops.push_back(RHS);
2153   return getUMaxExpr(Ops);
2154 }
2155
2156 const SCEV *
2157 ScalarEvolution::getUMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2158   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty umax!");
2159   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2160 #ifndef NDEBUG
2161   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2162     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
2163            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
2164            "SCEVUMaxExpr operand types don't match!");
2165 #endif
2166
2167   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2168   GroupByComplexity(Ops, LI);
2169
2170   // If there are any constants, fold them together.
2171   unsigned Idx = 0;
2172   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2173     ++Idx;
2174     assert(Idx < Ops.size());
2175     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2176       // We found two constants, fold them together!
2177       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2178                               APIntOps::umax(LHSC->getValue()->getValue(),
2179                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2180       Ops[0] = getConstant(Fold);
2181       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2182       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2183       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2184     }
2185
2186     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2187     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(false)) {
2188       Ops.erase(Ops.begin());
2189       --Idx;
2190     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(false)) {
2191       // If we have an umax with a constant maximum-int, it will always be
2192       // maximum-int.
2193       return Ops[0];
2194     }
2195
2196     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2197   }
2198
2199   // Find the first UMax
2200   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scUMaxExpr)
2201     ++Idx;
2202
2203   // Check to see if one of the operands is a UMax. If so, expand its operands
2204   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2205   if (Idx < Ops.size()) {
2206     bool DeletedUMax = false;
2207     while (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2208       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2209       Ops.append(UMax->op_begin(), UMax->op_end());
2210       DeletedUMax = true;
2211     }
2212
2213     if (DeletedUMax)
2214       return getUMaxExpr(Ops);
2215   }
2216
2217   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2218   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2219   // be adjacent.
2220   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2221     //  X umax Y umax Y  -->  X umax Y
2222     //  X umax Y         -->  X, if X is always greater than Y
2223     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
2224         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_UGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2225       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
2226       --i; --e;
2227     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_ULE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2228       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2229       --i; --e;
2230     }
2231
2232   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2233
2234   assert(!Ops.empty() && "Reduced umax down to nothing!");
2235
2236   // Okay, it looks like we really DO need a umax expr.  Check to see if we
2237   // already have one, otherwise create a new one.
2238   FoldingSetNodeID ID;
2239   ID.AddInteger(scUMaxExpr);
2240   ID.AddInteger(Ops.size());
2241   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2242     ID.AddPointer(Ops[i]);
2243   void *IP = 0;
2244   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2245   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2246   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2247   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2248                                              O, Ops.size());
2249   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2250   return S;
2251 }
2252
2253 const SCEV *ScalarEvolution::getSMinExpr(const SCEV *LHS,
2254                                          const SCEV *RHS) {
2255   // ~smax(~x, ~y) == smin(x, y).
2256   return getNotSCEV(getSMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2257 }
2258
2259 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinExpr(const SCEV *LHS,
2260                                          const SCEV *RHS) {
2261   // ~umax(~x, ~y) == umin(x, y)
2262   return getNotSCEV(getUMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2263 }
2264
2265 const SCEV *ScalarEvolution::getSizeOfExpr(const Type *AllocTy) {
2266   // If we have TargetData, we can bypass creating a target-independent
2267   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
2268   // This is just a compile-time optimization.
2269   if (TD)
2270     return getConstant(TD->getIntPtrType(getContext()),
2271                        TD->getTypeAllocSize(AllocTy));
2272
2273   Constant *C = ConstantExpr::getSizeOf(AllocTy);
2274   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2275     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2276       C = Folded;
2277   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(AllocTy));
2278   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2279 }
2280
2281 const SCEV *ScalarEvolution::getAlignOfExpr(const Type *AllocTy) {
2282   Constant *C = ConstantExpr::getAlignOf(AllocTy);
2283   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2284     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2285       C = Folded;
2286   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(AllocTy));
2287   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2288 }
2289
2290 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(const StructType *STy,
2291                                              unsigned FieldNo) {
2292   // If we have TargetData, we can bypass creating a target-independent
2293   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
2294   // This is just a compile-time optimization.
2295   if (TD)
2296     return getConstant(TD->getIntPtrType(getContext()),
2297                        TD->getStructLayout(STy)->getElementOffset(FieldNo));
2298
2299   Constant *C = ConstantExpr::getOffsetOf(STy, FieldNo);
2300   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2301     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2302       C = Folded;
2303   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(STy));
2304   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2305 }
2306
2307 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(const Type *CTy,
2308                                              Constant *FieldNo) {
2309   Constant *C = ConstantExpr::getOffsetOf(CTy, FieldNo);
2310   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2311     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2312       C = Folded;
2313   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(CTy));
2314   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2315 }
2316
2317 const SCEV *ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
2318   // Don't attempt to do anything other than create a SCEVUnknown object
2319   // here.  createSCEV only calls getUnknown after checking for all other
2320   // interesting possibilities, and any other code that calls getUnknown
2321   // is doing so in order to hide a value from SCEV canonicalization.
2322
2323   FoldingSetNodeID ID;
2324   ID.AddInteger(scUnknown);
2325   ID.AddPointer(V);
2326   void *IP = 0;
2327   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2328   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUnknown(ID.Intern(SCEVAllocator), V);
2329   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2330   return S;
2331 }
2332
2333 //===----------------------------------------------------------------------===//
2334 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
2335 //
2336
2337 /// isSCEVable - Test if values of the given type are analyzable within
2338 /// the SCEV framework. This primarily includes integer types, and it
2339 /// can optionally include pointer types if the ScalarEvolution class
2340 /// has access to target-specific information.
2341 bool ScalarEvolution::isSCEVable(const Type *Ty) const {
2342   // Integers and pointers are always SCEVable.
2343   return Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy();
2344 }
2345
2346 /// getTypeSizeInBits - Return the size in bits of the specified type,
2347 /// for which isSCEVable must return true.
2348 uint64_t ScalarEvolution::getTypeSizeInBits(const Type *Ty) const {
2349   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
2350
2351   // If we have a TargetData, use it!
2352   if (TD)
2353     return TD->getTypeSizeInBits(Ty);
2354
2355   // Integer types have fixed sizes.
2356   if (Ty->isIntegerTy())
2357     return Ty->getPrimitiveSizeInBits();
2358
2359   // The only other support type is pointer. Without TargetData, conservatively
2360   // assume pointers are 64-bit.
2361   assert(Ty->isPointerTy() && "isSCEVable permitted a non-SCEVable type!");
2362   return 64;
2363 }
2364
2365 /// getEffectiveSCEVType - Return a type with the same bitwidth as
2366 /// the given type and which represents how SCEV will treat the given
2367 /// type, for which isSCEVable must return true. For pointer types,
2368 /// this is the pointer-sized integer type.
2369 const Type *ScalarEvolution::getEffectiveSCEVType(const Type *Ty) const {
2370   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
2371
2372   if (Ty->isIntegerTy())
2373     return Ty;
2374
2375   // The only other support type is pointer.
2376   assert(Ty->isPointerTy() && "Unexpected non-pointer non-integer type!");
2377   if (TD) return TD->getIntPtrType(getContext());
2378
2379   // Without TargetData, conservatively assume pointers are 64-bit.
2380   return Type::getInt64Ty(getContext());
2381 }
2382
2383 const SCEV *ScalarEvolution::getCouldNotCompute() {
2384   return &CouldNotCompute;
2385 }
2386
2387 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
2388 /// expression and create a new one.
2389 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) {
2390   assert(isSCEVable(V->getType()) && "Value is not SCEVable!");
2391
2392   std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator I = Scalars.find(V);
2393   if (I != Scalars.end()) return I->second;
2394   const SCEV *S = createSCEV(V);
2395   Scalars.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(V, this), S));
2396   return S;
2397 }
2398
2399 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
2400 ///
2401 const SCEV *ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEV *V) {
2402   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2403     return getConstant(
2404                cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue())));
2405
2406   const Type *Ty = V->getType();
2407   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2408   return getMulExpr(V,
2409                   getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty))));
2410 }
2411
2412 /// getNotSCEV - Return a SCEV corresponding to ~V = -1-V
2413 const SCEV *ScalarEvolution::getNotSCEV(const SCEV *V) {
2414   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2415     return getConstant(
2416                 cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(VC->getValue())));
2417
2418   const Type *Ty = V->getType();
2419   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2420   const SCEV *AllOnes =
2421                    getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty)));
2422   return getMinusSCEV(AllOnes, V);
2423 }
2424
2425 /// getMinusSCEV - Return a SCEV corresponding to LHS - RHS.
2426 ///
2427 const SCEV *ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEV *LHS,
2428                                           const SCEV *RHS) {
2429   // X - Y --> X + -Y
2430   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS));
2431 }
2432
2433 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2434 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2435 /// extended.
2436 const SCEV *
2437 ScalarEvolution::getTruncateOrZeroExtend(const SCEV *V,
2438                                          const Type *Ty) {
2439   const Type *SrcTy = V->getType();
2440   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2441          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2442          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2443   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2444     return V;  // No conversion
2445   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2446     return getTruncateExpr(V, Ty);
2447   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2448 }
2449
2450 /// getTruncateOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2451 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2452 /// extended.
2453 const SCEV *
2454 ScalarEvolution::getTruncateOrSignExtend(const SCEV *V,
2455                                          const Type *Ty) {
2456   const Type *SrcTy = V->getType();
2457   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2458          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2459          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2460   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2461     return V;  // No conversion
2462   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2463     return getTruncateExpr(V, Ty);
2464   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2465 }
2466
2467 /// getNoopOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2468 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2469 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2470 const SCEV *
2471 ScalarEvolution::getNoopOrZeroExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2472   const Type *SrcTy = V->getType();
2473   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2474          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2475          "Cannot noop or zero extend with non-integer arguments!");
2476   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2477          "getNoopOrZeroExtend cannot truncate!");
2478   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2479     return V;  // No conversion
2480   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2481 }
2482
2483 /// getNoopOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2484 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2485 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2486 const SCEV *
2487 ScalarEvolution::getNoopOrSignExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2488   const Type *SrcTy = V->getType();
2489   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2490          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2491          "Cannot noop or sign extend with non-integer arguments!");
2492   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2493          "getNoopOrSignExtend cannot truncate!");
2494   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2495     return V;  // No conversion
2496   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2497 }
2498
2499 /// getNoopOrAnyExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
2500 /// the input value to the specified type. If the type must be extended,
2501 /// it is extended with unspecified bits. The conversion must not be
2502 /// narrowing.
2503 const SCEV *
2504 ScalarEvolution::getNoopOrAnyExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2505   const Type *SrcTy = V->getType();
2506   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2507          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2508          "Cannot noop or any extend with non-integer arguments!");
2509   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2510          "getNoopOrAnyExtend cannot truncate!");
2511   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2512     return V;  // No conversion
2513   return getAnyExtendExpr(V, Ty);
2514 }
2515
2516 /// getTruncateOrNoop - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2517 /// input value to the specified type.  The conversion must not be widening.
2518 const SCEV *
2519 ScalarEvolution::getTruncateOrNoop(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2520   const Type *SrcTy = V->getType();
2521   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2522          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2523          "Cannot truncate or noop with non-integer arguments!");
2524   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) >= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2525          "getTruncateOrNoop cannot extend!");
2526   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2527     return V;  // No conversion
2528   return getTruncateExpr(V, Ty);
2529 }
2530
2531 /// getUMaxFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2532 /// the types using zero-extension, and then perform a umax operation
2533 /// with them.
2534 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2535                                                         const SCEV *RHS) {
2536   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
2537   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
2538
2539   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2540     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2541   else
2542     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2543
2544   return getUMaxExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2545 }
2546
2547 /// getUMinFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2548 /// the types using zero-extension, and then perform a umin operation
2549 /// with them.
2550 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2551                                                         const SCEV *RHS) {
2552   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
2553   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
2554
2555   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2556     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2557   else
2558     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2559
2560   return getUMinExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2561 }
2562
2563 /// PushDefUseChildren - Push users of the given Instruction
2564 /// onto the given Worklist.
2565 static void
2566 PushDefUseChildren(Instruction *I,
2567                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
2568   // Push the def-use children onto the Worklist stack.
2569   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
2570        UI != UE; ++UI)
2571     Worklist.push_back(cast<Instruction>(UI));
2572 }
2573
2574 /// ForgetSymbolicValue - This looks up computed SCEV values for all
2575 /// instructions that depend on the given instruction and removes them from
2576 /// the Scalars map if they reference SymName. This is used during PHI
2577 /// resolution.
2578 void
2579 ScalarEvolution::ForgetSymbolicName(Instruction *PN, const SCEV *SymName) {
2580   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
2581   PushDefUseChildren(PN, Worklist);
2582
2583   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
2584   Visited.insert(PN);
2585   while (!Worklist.empty()) {
2586     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
2587     if (!Visited.insert(I)) continue;
2588
2589     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
2590       Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
2591     if (It != Scalars.end()) {
2592       // Short-circuit the def-use traversal if the symbolic name
2593       // ceases to appear in expressions.
2594       if (It->second != SymName && !It->second->hasOperand(SymName))
2595         continue;
2596
2597       // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
2598       // structure, it's a PHI that's in the progress of being computed
2599       // by createNodeForPHI, or it's a single-value PHI. In the first case,
2600       // additional loop trip count information isn't going to change anything.
2601       // In the second case, createNodeForPHI will perform the necessary
2602       // updates on its own when it gets to that point. In the third, we do
2603       // want to forget the SCEVUnknown.
2604       if (!isa<PHINode>(I) ||
2605           !isa<SCEVUnknown>(It->second) ||
2606           (I != PN && It->second == SymName)) {
2607         ValuesAtScopes.erase(It->second);
2608         Scalars.erase(It);
2609       }
2610     }
2611
2612     PushDefUseChildren(I, Worklist);
2613   }
2614 }
2615
2616 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
2617 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
2618 ///
2619 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
2620   if (const Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent()))
2621     if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
2622       // The loop may have multiple entrances or multiple exits; we can analyze
2623       // this phi as an addrec if it has a unique entry value and a unique
2624       // backedge value.
2625       Value *BEValueV = 0, *StartValueV = 0;
2626       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2627         Value *V = PN->getIncomingValue(i);
2628         if (L->contains(PN->getIncomingBlock(i))) {
2629           if (!BEValueV) {
2630             BEValueV = V;
2631           } else if (BEValueV != V) {
2632             BEValueV = 0;
2633             break;
2634           }
2635         } else if (!StartValueV) {
2636           StartValueV = V;
2637         } else if (StartValueV != V) {
2638           StartValueV = 0;
2639           break;
2640         }
2641       }
2642       if (BEValueV && StartValueV) {
2643         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
2644         const SCEV *SymbolicName = getUnknown(PN);
2645         assert(Scalars.find(PN) == Scalars.end() &&
2646                "PHI node already processed?");
2647         Scalars.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(PN, this), SymbolicName));
2648
2649         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
2650         // the back-edge.
2651         const SCEV *BEValue = getSCEV(BEValueV);
2652
2653         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
2654         // has a special value for the first iteration of the loop.
2655
2656         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
2657         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
2658         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
2659           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
2660           // with a recurrence.
2661           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
2662           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2663             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
2664               if (FoundIndex == e) {
2665                 FoundIndex = i;
2666                 break;
2667               }
2668
2669           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
2670             // Create an add with everything but the specified operand.
2671             SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
2672             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2673               if (i != FoundIndex)
2674                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
2675             const SCEV *Accum = getAddExpr(Ops);
2676
2677             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
2678             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
2679             if (Accum->isLoopInvariant(L) ||
2680                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
2681                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
2682               bool HasNUW = false;
2683               bool HasNSW = false;
2684
2685               // If the increment doesn't overflow, then neither the addrec nor
2686               // the post-increment will overflow.
2687               if (const AddOperator *OBO = dyn_cast<AddOperator>(BEValueV)) {
2688                 if (OBO->hasNoUnsignedWrap())
2689                   HasNUW = true;
2690                 if (OBO->hasNoSignedWrap())
2691                   HasNSW = true;
2692               }
2693
2694               const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
2695               const SCEV *PHISCEV =
2696                 getAddRecExpr(StartVal, Accum, L, HasNUW, HasNSW);
2697
2698               // Since the no-wrap flags are on the increment, they apply to the
2699               // post-incremented value as well.
2700               if (Accum->isLoopInvariant(L))
2701                 (void)getAddRecExpr(getAddExpr(StartVal, Accum),
2702                                     Accum, L, HasNUW, HasNSW);
2703
2704               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2705               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
2706               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
2707               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
2708               Scalars[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
2709               return PHISCEV;
2710             }
2711           }
2712         } else if (const SCEVAddRecExpr *AddRec =
2713                      dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
2714           // Otherwise, this could be a loop like this:
2715           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
2716           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
2717           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
2718           // i really is an addrec evolution.
2719           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
2720             const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
2721
2722             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
2723             // initial step of the addrec evolution.
2724             if (StartVal == getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
2725                                          AddRec->getOperand(1))) {
2726               const SCEV *PHISCEV =
2727                  getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1), L);
2728
2729               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2730               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
2731               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
2732               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
2733               Scalars[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
2734               return PHISCEV;
2735             }
2736           }
2737         }
2738       }
2739     }
2740
2741   // If the PHI has a single incoming value, follow that value, unless the
2742   // PHI's incoming blocks are in a different loop, in which case doing so
2743   // risks breaking LCSSA form. Instcombine would normally zap these, but
2744   // it doesn't have DominatorTree information, so it may miss cases.
2745   if (Value *V = PN->hasConstantValue(DT)) {
2746     bool AllSameLoop = true;
2747     Loop *PNLoop = LI->getLoopFor(PN->getParent());
2748     for (size_t i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
2749       if (LI->getLoopFor(PN->getIncomingBlock(i)) != PNLoop) {
2750         AllSameLoop = false;
2751         break;
2752       }
2753     if (AllSameLoop)
2754       return getSCEV(V);
2755   }
2756
2757   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
2758   return getUnknown(PN);
2759 }
2760
2761 /// createNodeForGEP - Expand GEP instructions into add and multiply
2762 /// operations. This allows them to be analyzed by regular SCEV code.
2763 ///
2764 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForGEP(GEPOperator *GEP) {
2765
2766   bool InBounds = GEP->isInBounds();
2767   const Type *IntPtrTy = getEffectiveSCEVType(GEP->getType());
2768   Value *Base = GEP->getOperand(0);
2769   // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
2770   if (!cast<PointerType>(Base->getType())->getElementType()->isSized())
2771     return getUnknown(GEP);
2772   const SCEV *TotalOffset = getConstant(IntPtrTy, 0);
2773   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
2774   for (GetElementPtrInst::op_iterator I = next(GEP->op_begin()),
2775                                       E = GEP->op_end();
2776        I != E; ++I) {
2777     Value *Index = *I;
2778     // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
2779     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
2780       // For a struct, add the member offset.
2781       unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
2782       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset,
2783                                getOffsetOfExpr(STy, FieldNo),
2784                                /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2785     } else {
2786       // For an array, add the element offset, explicitly scaled.
2787       const SCEV *LocalOffset = getSCEV(Index);
2788       // Getelementptr indices are signed.
2789       LocalOffset = getTruncateOrSignExtend(LocalOffset, IntPtrTy);
2790       // Lower "inbounds" GEPs to NSW arithmetic.
2791       LocalOffset = getMulExpr(LocalOffset, getSizeOfExpr(*GTI),
2792                                /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2793       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, LocalOffset,
2794                                /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2795     }
2796   }
2797   return getAddExpr(getSCEV(Base), TotalOffset,
2798                     /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2799 }
2800
2801 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
2802 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
2803 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
2804 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
2805 uint32_t
2806 ScalarEvolution::GetMinTrailingZeros(const SCEV *S) {
2807   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
2808     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
2809
2810   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
2811     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand()),
2812                     (uint32_t)getTypeSizeInBits(T->getType()));
2813
2814   if (const SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
2815     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
2816     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2817              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2818   }
2819
2820   if (const SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
2821     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
2822     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2823              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2824   }
2825
2826   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2827     // The result is the min of all operands results.
2828     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2829     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2830       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2831     return MinOpRes;
2832   }
2833
2834   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2835     // The result is the sum of all operands results.
2836     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2837     uint32_t BitWidth = getTypeSizeInBits(M->getType());
2838     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
2839          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
2840       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)),
2841                           BitWidth);
2842     return SumOpRes;
2843   }
2844
2845   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2846     // The result is the min of all operands results.
2847     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2848     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2849       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2850     return MinOpRes;
2851   }
2852
2853   if (const SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
2854     // The result is the min of all operands results.
2855     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2856     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2857       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2858     return MinOpRes;
2859   }
2860
2861   if (const SCEVUMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
2862     // The result is the min of all operands results.
2863     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2864     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2865       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2866     return MinOpRes;
2867   }
2868
2869   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
2870     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
2871     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
2872     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
2873     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
2874     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones);
2875     return Zeros.countTrailingOnes();
2876   }
2877
2878   // SCEVUDivExpr
2879   return 0;
2880 }
2881
2882 /// getUnsignedRange - Determine the unsigned range for a particular SCEV.
2883 ///
2884 ConstantRange
2885 ScalarEvolution::getUnsignedRange(const SCEV *S) {
2886
2887   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
2888     return ConstantRange(C->getValue()->getValue());
2889
2890   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
2891   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
2892
2893   // If the value has known zeros, the maximum unsigned value will have those
2894   // known zeros as well.
2895   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
2896   if (TZ != 0)
2897     ConservativeResult =
2898       ConstantRange(APInt::getMinValue(BitWidth),
2899                     APInt::getMaxValue(BitWidth).lshr(TZ).shl(TZ) + 1);
2900
2901   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2902     ConstantRange X = getUnsignedRange(Add->getOperand(0));
2903     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2904       X = X.add(getUnsignedRange(Add->getOperand(i)));
2905     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2906   }
2907
2908   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2909     ConstantRange X = getUnsignedRange(Mul->getOperand(0));
2910     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
2911       X = X.multiply(getUnsignedRange(Mul->getOperand(i)));
2912     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2913   }
2914
2915   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
2916     ConstantRange X = getUnsignedRange(SMax->getOperand(0));
2917     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
2918       X = X.smax(getUnsignedRange(SMax->getOperand(i)));
2919     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2920   }
2921
2922   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
2923     ConstantRange X = getUnsignedRange(UMax->getOperand(0));
2924     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
2925       X = X.umax(getUnsignedRange(UMax->getOperand(i)));
2926     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2927   }
2928
2929   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
2930     ConstantRange X = getUnsignedRange(UDiv->getLHS());
2931     ConstantRange Y = getUnsignedRange(UDiv->getRHS());
2932     return ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y));
2933   }
2934
2935   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
2936     ConstantRange X = getUnsignedRange(ZExt->getOperand());
2937     return ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth));
2938   }
2939
2940   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
2941     ConstantRange X = getUnsignedRange(SExt->getOperand());
2942     return ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth));
2943   }
2944
2945   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
2946     ConstantRange X = getUnsignedRange(Trunc->getOperand());
2947     return ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth));
2948   }
2949
2950   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2951     // If there's no unsigned wrap, the value will never be less than its
2952     // initial value.
2953     if (AddRec->hasNoUnsignedWrap())
2954       if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getStart()))
2955         if (!C->getValue()->isZero())
2956           ConservativeResult =
2957             ConstantRange(C->getValue()->getValue(), APInt(BitWidth, 0));
2958
2959     // TODO: non-affine addrec
2960     if (AddRec->isAffine()) {
2961       const Type *Ty = AddRec->getType();
2962       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
2963       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
2964           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
2965         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
2966
2967         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
2968         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
2969
2970         ConstantRange StartRange = getUnsignedRange(Start);
2971         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
2972         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
2973         ConstantRange EndRange =
2974           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
2975
2976         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
2977         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
2978         // checking code.
2979         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2980         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2981         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
2982           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2983         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2984         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
2985             ExtEndRange)
2986           return ConservativeResult;
2987
2988         APInt Min = APIntOps::umin(StartRange.getUnsignedMin(),
2989                                    EndRange.getUnsignedMin());
2990         APInt Max = APIntOps::umax(StartRange.getUnsignedMax(),
2991                                    EndRange.getUnsignedMax());
2992         if (Min.isMinValue() && Max.isMaxValue())
2993           return ConservativeResult;
2994         return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1));
2995       }
2996     }
2997
2998     return ConservativeResult;
2999   }
3000
3001   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3002     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3003     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
3004     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
3005     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones, TD);
3006     if (Ones == ~Zeros + 1)
3007       return ConservativeResult;
3008     return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Ones, ~Zeros + 1));
3009   }
3010
3011   return ConservativeResult;
3012 }
3013
3014 /// getSignedRange - Determine the signed range for a particular SCEV.
3015 ///
3016 ConstantRange
3017 ScalarEvolution::getSignedRange(const SCEV *S) {
3018
3019   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3020     return ConstantRange(C->getValue()->getValue());
3021
3022   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
3023   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
3024
3025   // If the value has known zeros, the maximum signed value will have those
3026   // known zeros as well.
3027   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
3028   if (TZ != 0)
3029     ConservativeResult =
3030       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3031                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(TZ).shl(TZ) + 1);
3032
3033   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3034     ConstantRange X = getSignedRange(Add->getOperand(0));
3035     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3036       X = X.add(getSignedRange(Add->getOperand(i)));
3037     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3038   }
3039
3040   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3041     ConstantRange X = getSignedRange(Mul->getOperand(0));
3042     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
3043       X = X.multiply(getSignedRange(Mul->getOperand(i)));
3044     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3045   }
3046
3047   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3048     ConstantRange X = getSignedRange(SMax->getOperand(0));
3049     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3050       X = X.smax(getSignedRange(SMax->getOperand(i)));
3051     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3052   }
3053
3054   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3055     ConstantRange X = getSignedRange(UMax->getOperand(0));
3056     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3057       X = X.umax(getSignedRange(UMax->getOperand(i)));
3058     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3059   }
3060
3061   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3062     ConstantRange X = getSignedRange(UDiv->getLHS());
3063     ConstantRange Y = getSignedRange(UDiv->getRHS());
3064     return ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y));
3065   }
3066
3067   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3068     ConstantRange X = getSignedRange(ZExt->getOperand());
3069     return ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth));
3070   }
3071
3072   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3073     ConstantRange X = getSignedRange(SExt->getOperand());
3074     return ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth));
3075   }
3076
3077   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
3078     ConstantRange X = getSignedRange(Trunc->getOperand());
3079     return ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth));
3080   }
3081
3082   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3083     // If there's no signed wrap, and all the operands have the same sign or
3084     // zero, the value won't ever change sign.
3085     if (AddRec->hasNoSignedWrap()) {
3086       bool AllNonNeg = true;
3087       bool AllNonPos = true;
3088       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3089         if (!isKnownNonNegative(AddRec->getOperand(i))) AllNonNeg = false;
3090         if (!isKnownNonPositive(AddRec->getOperand(i))) AllNonPos = false;
3091       }
3092       if (AllNonNeg)
3093         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3094           ConstantRange(APInt(BitWidth, 0),
3095                         APInt::getSignedMinValue(BitWidth)));
3096       else if (AllNonPos)
3097         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3098           ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3099                         APInt(BitWidth, 1)));
3100     }
3101
3102     // TODO: non-affine addrec
3103     if (AddRec->isAffine()) {
3104       const Type *Ty = AddRec->getType();
3105       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
3106       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
3107           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
3108         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
3109
3110         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
3111         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
3112
3113         ConstantRange StartRange = getSignedRange(Start);
3114         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
3115         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
3116         ConstantRange EndRange =
3117           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
3118
3119         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
3120         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
3121         // checking code.
3122         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3123         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3124         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
3125           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3126         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3127         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
3128             ExtEndRange)
3129           return ConservativeResult;
3130
3131         APInt Min = APIntOps::smin(StartRange.getSignedMin(),
3132                                    EndRange.getSignedMin());
3133         APInt Max = APIntOps::smax(StartRange.getSignedMax(),
3134                                    EndRange.getSignedMax());
3135         if (Min.isMinSignedValue() && Max.isMaxSignedValue())
3136           return ConservativeResult;
3137         return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1));
3138       }
3139     }
3140
3141     return ConservativeResult;
3142   }
3143
3144   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3145     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3146     if (!U->getValue()->getType()->isIntegerTy() && !TD)
3147       return ConservativeResult;
3148     unsigned NS = ComputeNumSignBits(U->getValue(), TD);
3149     if (NS == 1)
3150       return ConservativeResult;
3151     return ConservativeResult.intersectWith(
3152       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth).ashr(NS - 1),
3153                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(NS - 1)+1));
3154   }
3155
3156   return ConservativeResult;
3157 }
3158
3159 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
3160 /// Analyze the expression.
3161 ///
3162 const SCEV *ScalarEvolution::createSCEV(Value *V) {
3163   if (!isSCEVable(V->getType()))
3164     return getUnknown(V);
3165
3166   unsigned Opcode = Instruction::UserOp1;
3167   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
3168     Opcode = I->getOpcode();
3169
3170     // Don't attempt to analyze instructions in blocks that aren't
3171     // reachable. Such instructions don't matter, and they aren't required
3172     // to obey basic rules for definitions dominating uses which this
3173     // analysis depends on.
3174     if (!DT->isReachableFromEntry(I->getParent()))
3175       return getUnknown(V);
3176   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
3177     Opcode = CE->getOpcode();
3178   else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
3179     return getConstant(CI);
3180   else if (isa<ConstantPointerNull>(V))
3181     return getConstant(V->getType(), 0);
3182   else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V))
3183     return GA->mayBeOverridden() ? getUnknown(V) : getSCEV(GA->getAliasee());
3184   else
3185     return getUnknown(V);
3186
3187   Operator *U = cast<Operator>(V);
3188   switch (Opcode) {
3189   case Instruction::Add:
3190     // Don't transfer the NSW and NUW bits from the Add instruction to the
3191     // Add expression, because the Instruction may be guarded by control
3192     // flow and the no-overflow bits may not be valid for the expression in
3193     // any context.
3194     return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3195                       getSCEV(U->getOperand(1)));
3196   case Instruction::Mul:
3197     // Don't transfer the NSW and NUW bits from the Mul instruction to the
3198     // Mul expression, as with Add.
3199     return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3200                       getSCEV(U->getOperand(1)));
3201   case Instruction::UDiv:
3202     return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3203                        getSCEV(U->getOperand(1)));
3204   case Instruction::Sub:
3205     return getMinusSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)),
3206                         getSCEV(U->getOperand(1)));
3207   case Instruction::And:
3208     // For an expression like x&255 that merely masks off the high bits,
3209     // use zext(trunc(x)) as the SCEV expression.
3210     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3211       if (CI->isNullValue())
3212         return getSCEV(U->getOperand(1));
3213       if (CI->isAllOnesValue())
3214         return getSCEV(U->getOperand(0));
3215       const APInt &A = CI->getValue();
3216
3217       // Instcombine's ShrinkDemandedConstant may strip bits out of
3218       // constants, obscuring what would otherwise be a low-bits mask.
3219       // Use ComputeMaskedBits to compute what ShrinkDemandedConstant
3220       // knew about to reconstruct a low-bits mask value.
3221       unsigned LZ = A.countLeadingZeros();
3222       unsigned BitWidth = A.getBitWidth();
3223       APInt AllOnes = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
3224       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
3225       ComputeMaskedBits(U->getOperand(0), AllOnes, KnownZero, KnownOne, TD);
3226
3227       APInt EffectiveMask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, BitWidth - LZ);
3228
3229       if (LZ != 0 && !((~A & ~KnownZero) & EffectiveMask))
3230         return
3231           getZeroExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3232                                 IntegerType::get(getContext(), BitWidth - LZ)),
3233                             U->getType());
3234     }
3235     break;
3236
3237   case Instruction::Or:
3238     // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
3239     // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
3240     // optimizations will transparently handle this case.
3241     //
3242     // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
3243     // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
3244     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3245       const SCEV *LHS = getSCEV(U->getOperand(0));
3246       const APInt &CIVal = CI->getValue();
3247       if (GetMinTrailingZeros(LHS) >=
3248           (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros())) {
3249         // Build a plain add SCEV.
3250         const SCEV *S = getAddExpr(LHS, getSCEV(CI));
3251         // If the LHS of the add was an addrec and it has no-wrap flags,
3252         // transfer the no-wrap flags, since an or won't introduce a wrap.
3253         if (const SCEVAddRecExpr *NewAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3254           const SCEVAddRecExpr *OldAR = cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
3255           if (OldAR->hasNoUnsignedWrap())
3256             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setHasNoUnsignedWrap(true);
3257           if (OldAR->hasNoSignedWrap())
3258             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setHasNoSignedWrap(true);
3259         }
3260         return S;
3261       }
3262     }
3263     break;
3264   case Instruction::Xor:
3265     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3266       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
3267       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
3268       if (CI->getValue().isSignBit())
3269         return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3270                           getSCEV(U->getOperand(1)));
3271
3272       // If the RHS of xor is -1, then this is a not operation.
3273       if (CI->isAllOnesValue())
3274         return getNotSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)));
3275
3276       // Model xor(and(x, C), C) as and(~x, C), if C is a low-bits mask.
3277       // This is a variant of the check for xor with -1, and it handles
3278       // the case where instcombine has trimmed non-demanded bits out
3279       // of an xor with -1.
3280       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U->getOperand(0)))
3281         if (ConstantInt *LCI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
3282           if (BO->getOpcode() == Instruction::And &&
3283               LCI->getValue() == CI->getValue())
3284             if (const SCEVZeroExtendExpr *Z =
3285                   dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(getSCEV(U->getOperand(0)))) {
3286               const Type *UTy = U->getType();
3287               const SCEV *Z0 = Z->getOperand();
3288               const Type *Z0Ty = Z0->getType();
3289               unsigned Z0TySize = getTypeSizeInBits(Z0Ty);
3290
3291               // If C is a low-bits mask, the zero extend is serving to
3292               // mask off the high bits. Complement the operand and
3293               // re-apply the zext.
3294               if (APIntOps::isMask(Z0TySize, CI->getValue()))
3295                 return getZeroExtendExpr(getNotSCEV(Z0), UTy);
3296
3297               // If C is a single bit, it may be in the sign-bit position
3298               // before the zero-extend. In this case, represent the xor
3299               // using an add, which is equivalent, and re-apply the zext.
3300               APInt Trunc = APInt(CI->getValue()).trunc(Z0TySize);
3301               if (APInt(Trunc).zext(getTypeSizeInBits(UTy)) == CI->getValue() &&
3302                   Trunc.isSignBit())
3303                 return getZeroExtendExpr(getAddExpr(Z0, getConstant(Trunc)),
3304                                          UTy);
3305             }
3306     }
3307     break;
3308
3309   case Instruction::Shl:
3310     // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
3311     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3312       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
3313
3314       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
3315       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
3316       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
3317       // other parts of the compiler.
3318       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
3319         break;
3320
3321       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
3322         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getZExtValue()));
3323       return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
3324     }
3325     break;
3326
3327   case Instruction::LShr:
3328     // Turn logical shift right of a constant into a unsigned divide.
3329     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3330       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
3331
3332       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
3333       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
3334       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
3335       // other parts of the compiler.
3336       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
3337         break;
3338
3339       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
3340         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getZExtValue()));
3341       return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
3342     }
3343     break;
3344
3345   case Instruction::AShr:
3346     // For a two-shift sext-inreg, use sext(trunc(x)) as the SCEV expression.
3347     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
3348       if (Operator *L = dyn_cast<Operator>(U->getOperand(0)))
3349         if (L->getOpcode() == Instruction::Shl &&
3350             L->getOperand(1) == U->getOperand(1)) {
3351           uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
3352
3353           // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
3354           // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
3355           // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
3356           // other parts of the compiler.
3357           if (CI->getValue().uge(BitWidth))
3358             break;
3359
3360           uint64_t Amt = BitWidth - CI->getZExtValue();
3361           if (Amt == BitWidth)
3362             return getSCEV(L->getOperand(0));       // shift by zero --> noop
3363           return
3364             getSignExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(L->getOperand(0)),
3365                                               IntegerType::get(getContext(),
3366                                                                Amt)),
3367                               U->getType());
3368         }
3369     break;
3370
3371   case Instruction::Trunc:
3372     return getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3373
3374   case Instruction::ZExt:
3375     return getZeroExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3376
3377   case Instruction::SExt:
3378     return getSignExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3379
3380   case Instruction::BitCast:
3381     // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
3382     if (isSCEVable(U->getType()) && isSCEVable(U->getOperand(0)->getType()))
3383       return getSCEV(U->getOperand(0));
3384     break;
3385
3386   // It's tempting to handle inttoptr and ptrtoint as no-ops, however this can
3387   // lead to pointer expressions which cannot safely be expanded to GEPs,
3388   // because ScalarEvolution doesn't respect the GEP aliasing rules when
3389   // simplifying integer expressions.
3390
3391   case Instruction::GetElementPtr:
3392     return createNodeForGEP(cast<GEPOperator>(U));
3393
3394   case Instruction::PHI:
3395     return createNodeForPHI(cast<PHINode>(U));
3396
3397   case Instruction::Select:
3398     // This could be a smax or umax that was lowered earlier.
3399     // Try to recover it.
3400     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U->getOperand(0))) {
3401       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
3402       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
3403       switch (ICI->getPredicate()) {
3404       case ICmpInst::ICMP_SLT:
3405       case ICmpInst::ICMP_SLE:
3406         std::swap(LHS, RHS);
3407         // fall through
3408       case ICmpInst::ICMP_SGT:
3409       case ICmpInst::ICMP_SGE:
3410         // a >s b ? a+x : b+x  ->  smax(a, b)+x
3411         // a >s b ? b+x : a+x  ->  smin(a, b)+x
3412         if (LHS->getType() == U->getType()) {
3413           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3414           const SCEV *RS = getSCEV(RHS);
3415           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3416           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3417           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
3418           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
3419           if (LDiff == RDiff)
3420             return getAddExpr(getSMaxExpr(LS, RS), LDiff);
3421           LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
3422           RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
3423           if (LDiff == RDiff)
3424             return getAddExpr(getSMinExpr(LS, RS), LDiff);
3425         }
3426         break;
3427       case ICmpInst::ICMP_ULT:
3428       case ICmpInst::ICMP_ULE:
3429         std::swap(LHS, RHS);
3430         // fall through
3431       case ICmpInst::ICMP_UGT:
3432       case ICmpInst::ICMP_UGE:
3433         // a >u b ? a+x : b+x  ->  umax(a, b)+x
3434         // a >u b ? b+x : a+x  ->  umin(a, b)+x
3435         if (LHS->getType() == U->getType()) {
3436           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3437           const SCEV *RS = getSCEV(RHS);
3438           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3439           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3440           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
3441           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
3442           if (LDiff == RDiff)
3443             return getAddExpr(getUMaxExpr(LS, RS), LDiff);
3444           LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
3445           RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
3446           if (LDiff == RDiff)
3447             return getAddExpr(getUMinExpr(LS, RS), LDiff);
3448         }
3449         break;
3450       case ICmpInst::ICMP_NE:
3451         // n != 0 ? n+x : 1+x  ->  umax(n, 1)+x
3452         if (LHS->getType() == U->getType() &&
3453             isa<ConstantInt>(RHS) &&
3454             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
3455           const SCEV *One = getConstant(LHS->getType(), 1);
3456           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3457           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3458           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3459           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
3460           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, One);
3461           if (LDiff == RDiff)
3462             return getAddExpr(getUMaxExpr(LS, One), LDiff);
3463         }
3464         break;
3465       case ICmpInst::ICMP_EQ:
3466         // n == 0 ? 1+x : n+x  ->  umax(n, 1)+x
3467         if (LHS->getType() == U->getType() &&
3468             isa<ConstantInt>(RHS) &&
3469             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
3470           const SCEV *One = getConstant(LHS->getType(), 1);
3471           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3472           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3473           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3474           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, One);
3475           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
3476           if (LDiff == RDiff)
3477             return getAddExpr(getUMaxExpr(LS, One), LDiff);
3478         }
3479         break;
3480       default:
3481         break;
3482       }
3483     }
3484
3485   default: // We cannot analyze this expression.
3486     break;
3487   }
3488
3489   return getUnknown(V);
3490 }
3491
3492
3493
3494 //===----------------------------------------------------------------------===//
3495 //                   Iteration Count Computation Code
3496 //
3497
3498 /// getBackedgeTakenCount - If the specified loop has a predictable
3499 /// backedge-taken count, return it, otherwise return a SCEVCouldNotCompute
3500 /// object. The backedge-taken count is the number of times the loop header
3501 /// will be branched to from within the loop. This is one less than the
3502 /// trip count of the loop, since it doesn't count the first iteration,
3503 /// when the header is branched to from outside the loop.
3504 ///
3505 /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
3506 /// loop-invariant backedge-taken count (see
3507 /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
3508 ///
3509 const SCEV *ScalarEvolution::getBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3510   return getBackedgeTakenInfo(L).Exact;
3511 }
3512
3513 /// getMaxBackedgeTakenCount - Similar to getBackedgeTakenCount, except
3514 /// return the least SCEV value that is known never to be less than the
3515 /// actual backedge taken count.
3516 const SCEV *ScalarEvolution::getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3517   return getBackedgeTakenInfo(L).Max;
3518 }
3519
3520 /// PushLoopPHIs - Push PHI nodes in the header of the given loop
3521 /// onto the given Worklist.
3522 static void
3523 PushLoopPHIs(const Loop *L, SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
3524   BasicBlock *Header = L->getHeader();
3525
3526   // Push all Loop-header PHIs onto the Worklist stack.
3527   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
3528        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
3529     Worklist.push_back(PN);
3530 }
3531
3532 const ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo &
3533 ScalarEvolution::getBackedgeTakenInfo(const Loop *L) {
3534   // Initially insert a CouldNotCompute for this loop. If the insertion
3535   // succeeds, proceed to actually compute a backedge-taken count and
3536   // update the value. The temporary CouldNotCompute value tells SCEV
3537   // code elsewhere that it shouldn't attempt to request a new
3538   // backedge-taken count, which could result in infinite recursion.
3539   std::pair<std::map<const Loop *, BackedgeTakenInfo>::iterator, bool> Pair =
3540     BackedgeTakenCounts.insert(std::make_pair(L, getCouldNotCompute()));
3541   if (Pair.second) {
3542     BackedgeTakenInfo BECount = ComputeBackedgeTakenCount(L);
3543     if (BECount.Exact != getCouldNotCompute()) {
3544       assert(BECount.Exact->isLoopInvariant(L) &&
3545              BECount.Max->isLoopInvariant(L) &&
3546              "Computed backedge-taken count isn't loop invariant for loop!");
3547       ++NumTripCountsComputed;
3548
3549       // Update the value in the map.
3550       Pair.first->second = BECount;
3551     } else {
3552       if (BECount.Max != getCouldNotCompute())
3553         // Update the value in the map.
3554         Pair.first->second = BECount;
3555       if (isa<PHINode>(L->getHeader()->begin()))
3556         // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
3557         ++NumTripCountsNotComputed;
3558     }
3559
3560     // Now that we know more about the trip count for this loop, forget any
3561     // existing SCEV values for PHI nodes in this loop since they are only
3562     // conservative estimates made without the benefit of trip count
3563     // information. This is similar to the code in forgetLoop, except that
3564     // it handles SCEVUnknown PHI nodes specially.
3565     if (BECount.hasAnyInfo()) {
3566       SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3567       PushLoopPHIs(L, Worklist);
3568
3569       SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3570       while (!Worklist.empty()) {
3571         Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3572         if (!Visited.insert(I)) continue;
3573
3574         std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
3575           Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
3576         if (It != Scalars.end()) {
3577           // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
3578           // structure, or it's a PHI that's in the progress of being computed
3579           // by createNodeForPHI.  In the former case, additional loop trip
3580           // count information isn't going to change anything. In the later
3581           // case, createNodeForPHI will perform the necessary updates on its
3582           // own when it gets to that point.
3583           if (!isa<PHINode>(I) || !isa<SCEVUnknown>(It->second)) {
3584             ValuesAtScopes.erase(It->second);
3585             Scalars.erase(It);
3586           }
3587           if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3588             ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3589         }
3590
3591         PushDefUseChildren(I, Worklist);
3592       }
3593     }
3594   }
3595   return Pair.first->second;
3596 }
3597
3598 /// forgetLoop - This method should be called by the client when it has
3599 /// changed a loop in a way that may effect ScalarEvolution's ability to
3600 /// compute a trip count, or if the loop is deleted.
3601 void ScalarEvolution::forgetLoop(const Loop *L) {
3602   // Drop any stored trip count value.
3603   BackedgeTakenCounts.erase(L);
3604
3605   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
3606   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3607   PushLoopPHIs(L, Worklist);
3608
3609   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3610   while (!Worklist.empty()) {
3611     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3612     if (!Visited.insert(I)) continue;
3613
3614     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
3615       Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
3616     if (It != Scalars.end()) {
3617       ValuesAtScopes.erase(It->second);
3618       Scalars.erase(It);
3619       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3620         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3621     }
3622
3623     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3624   }
3625 }
3626
3627 /// forgetValue - This method should be called by the client when it has
3628 /// changed a value in a way that may effect its value, or which may
3629 /// disconnect it from a def-use chain linking it to a loop.
3630 void ScalarEvolution::forgetValue(Value *V) {
3631   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
3632   if (!I) return;
3633
3634   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
3635   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3636   Worklist.push_back(I);
3637
3638   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3639   while (!Worklist.empty()) {
3640     I = Worklist.pop_back_val();
3641     if (!Visited.insert(I)) continue;
3642
3643     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
3644       Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
3645     if (It != Scalars.end()) {
3646       ValuesAtScopes.erase(It->second);
3647       Scalars.erase(It);
3648       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3649         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3650     }
3651
3652     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3653   }
3654 }
3655
3656 /// ComputeBackedgeTakenCount - Compute the number of times the backedge
3657 /// of the specified loop will execute.
3658 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3659 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3660   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitingBlocks;
3661   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
3662
3663   // Examine all exits and pick the most conservative values.
3664   const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3665   const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3666   bool CouldNotComputeBECount = false;
3667   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
3668     BackedgeTakenInfo NewBTI =
3669       ComputeBackedgeTakenCountFromExit(L, ExitingBlocks[i]);
3670
3671     if (NewBTI.Exact == getCouldNotCompute()) {
3672       // We couldn't compute an exact value for this exit, so
3673       // we won't be able to compute an exact value for the loop.
3674       CouldNotComputeBECount = true;
3675       BECount = getCouldNotCompute();
3676     } else if (!CouldNotComputeBECount) {
3677       if (BECount == getCouldNotCompute())
3678         BECount = NewBTI.Exact;
3679       else
3680         BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BECount, NewBTI.Exact);
3681     }
3682     if (MaxBECount == getCouldNotCompute())
3683       MaxBECount = NewBTI.Max;
3684     else if (NewBTI.Max != getCouldNotCompute())
3685       MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(MaxBECount, NewBTI.Max);
3686   }
3687
3688   return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3689 }
3690
3691 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExit - Compute the number of times the backedge
3692 /// of the specified loop will execute if it exits via the specified block.
3693 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3694 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExit(const Loop *L,
3695                                                    BasicBlock *ExitingBlock) {
3696
3697   // Okay, we've chosen an exiting block.  See what condition causes us to
3698   // exit at this block.
3699   //
3700   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
3701   BranchInst *ExitBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
3702   if (ExitBr == 0) return getCouldNotCompute();
3703   assert(ExitBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
3704
3705   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
3706   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
3707   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
3708   // not be equal to the trip count of the loop.
3709   //
3710   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
3711   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
3712   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
3713   // loop header.  This is common for un-rotated loops.
3714   //
3715   // If both of those tests fail, walk up the unique predecessor chain to the
3716   // header, stopping if there is an edge that doesn't exit the loop. If the
3717   // header is reached, the execution count of the branch will be equal to the
3718   // trip count of the loop.
3719   //
3720   //  More extensive analysis could be done to handle more cases here.
3721   //
3722   if (ExitBr->getSuccessor(0) != L->getHeader() &&
3723       ExitBr->getSuccessor(1) != L->getHeader() &&
3724       ExitBr->getParent() != L->getHeader()) {
3725     // The simple checks failed, try climbing the unique predecessor chain
3726     // up to the header.
3727     bool Ok = false;
3728     for (BasicBlock *BB = ExitBr->getParent(); BB; ) {
3729       BasicBlock *Pred = BB->getUniquePredecessor();
3730       if (!Pred)
3731         return getCouldNotCompute();
3732       TerminatorInst *PredTerm = Pred->getTerminator();
3733       for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
3734         BasicBlock *PredSucc = PredTerm->getSuccessor(i);
3735         if (PredSucc == BB)
3736           continue;
3737         // If the predecessor has a successor that isn't BB and isn't
3738         // outside the loop, assume the worst.
3739         if (L->contains(PredSucc))
3740           return getCouldNotCompute();
3741       }
3742       if (Pred == L->getHeader()) {
3743         Ok = true;
3744         break;
3745       }
3746       BB = Pred;
3747     }
3748     if (!Ok)
3749       return getCouldNotCompute();
3750   }
3751
3752   // Proceed to the next level to examine the exit condition expression.
3753   return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, ExitBr->getCondition(),
3754                                                ExitBr->getSuccessor(0),
3755                                                ExitBr->getSuccessor(1));
3756 }
3757
3758 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond - Compute the number of times the
3759 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
3760 /// were a conditional branch of ExitCond, TBB, and FBB.
3761 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3762 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(const Loop *L,
3763                                                        Value *ExitCond,
3764                                                        BasicBlock *TBB,
3765                                                        BasicBlock *FBB) {
3766   // Check if the controlling expression for this loop is an And or Or.
3767   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(ExitCond)) {
3768     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
3769       // Recurse on the operands of the and.
3770       BackedgeTakenInfo BTI0 =
3771         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
3772       BackedgeTakenInfo BTI1 =
3773         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
3774       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3775       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3776       if (L->contains(TBB)) {
3777         // Both conditions must be true for the loop to continue executing.
3778         // Choose the less conservative count.
3779         if (BTI0.Exact == getCouldNotCompute() ||
3780             BTI1.Exact == getCouldNotCompute())
3781           BECount = getCouldNotCompute();
3782         else
3783           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3784         if (BTI0.Max == getCouldNotCompute())
3785           MaxBECount = BTI1.Max;
3786         else if (BTI1.Max == getCouldNotCompute())
3787           MaxBECount = BTI0.Max;
3788         else
3789           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3790       } else {
3791         // Both conditions must be true for the loop to exit.
3792         assert(L->contains(FBB) && "Loop block has no successor in loop!");
3793         if (BTI0.Exact != getCouldNotCompute() &&
3794             BTI1.Exact != getCouldNotCompute())
3795           BECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3796         if (BTI0.Max != getCouldNotCompute() &&
3797             BTI1.Max != getCouldNotCompute())
3798           MaxBECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3799       }
3800
3801       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3802     }
3803     if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
3804       // Recurse on the operands of the or.
3805       BackedgeTakenInfo BTI0 =
3806         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
3807       BackedgeTakenInfo BTI1 =
3808         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
3809       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3810       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3811       if (L->contains(FBB)) {
3812         // Both conditions must be false for the loop to continue executing.
3813         // Choose the less conservative count.
3814         if (BTI0.Exact == getCouldNotCompute() ||
3815             BTI1.Exact == getCouldNotCompute())
3816           BECount = getCouldNotCompute();
3817         else
3818           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3819         if (BTI0.Max == getCouldNotCompute())
3820           MaxBECount = BTI1.Max;
3821         else if (BTI1.Max == getCouldNotCompute())
3822           MaxBECount = BTI0.Max;
3823         else
3824           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3825       } else {
3826         // Both conditions must be false for the loop to exit.
3827         assert(L->contains(TBB) && "Loop block has no successor in loop!");
3828         if (BTI0.Exact != getCouldNotCompute() &&
3829             BTI1.Exact != getCouldNotCompute())
3830           BECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3831         if (BTI0.Max != getCouldNotCompute() &&
3832             BTI1.Max != getCouldNotCompute())
3833           MaxBECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3834       }
3835
3836       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3837     }
3838   }
3839
3840   // With an icmp, it may be feasible to compute an exact backedge-taken count.
3841   // Proceed to the next level to examine the icmp.
3842   if (ICmpInst *ExitCondICmp = dyn_cast<ICmpInst>(ExitCond))
3843     return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(L, ExitCondICmp, TBB, FBB);
3844
3845   // Check for a constant condition. These are normally stripped out by
3846   // SimplifyCFG, but ScalarEvolution may be used by a pass which wishes to
3847   // preserve the CFG and is temporarily leaving constant conditions
3848   // in place.
3849   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(ExitCond)) {
3850     if (L->contains(FBB) == !CI->getZExtValue())
3851       // The backedge is always taken.
3852       return getCouldNotCompute();
3853     else
3854       // The backedge is never taken.
3855       return getConstant(CI->getType(), 0);
3856   }
3857
3858   // If it's not an integer or pointer comparison then compute it the hard way.
3859   return ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
3860 }
3861
3862 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp - Compute the number of times the
3863 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
3864 /// were a conditional branch of the ICmpInst ExitCond, TBB, and FBB.
3865 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3866 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(const Loop *L,
3867                                                            ICmpInst *ExitCond,
3868                                                            BasicBlock *TBB,
3869                                                            BasicBlock *FBB) {
3870
3871   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
3872   ICmpInst::Predicate Cond;
3873   if (!L->contains(FBB))
3874     Cond = ExitCond->getPredicate();
3875   else
3876     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
3877
3878   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
3879   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
3880     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
3881       BackedgeTakenInfo ItCnt =
3882         ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(LI, RHS, L, Cond);
3883       if (ItCnt.hasAnyInfo())
3884         return ItCnt;
3885     }
3886
3887   const SCEV *LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
3888   const SCEV *RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
3889
3890   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
3891   LHS = getSCEVAtScope(LHS, L);
3892   RHS = getSCEVAtScope(RHS, L);
3893
3894   // At this point, we would like to compute how many iterations of the
3895   // loop the predicate will return true for these inputs.
3896   if (LHS->isLoopInvariant(L) && !RHS->isLoopInvariant(L)) {
3897     // If there is a loop-invariant, force it into the RHS.
3898     std::swap(LHS, RHS);
3899     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
3900   }
3901
3902   // Simplify the operands before analyzing them.
3903   (void)SimplifyICmpOperands(Cond, LHS, RHS);
3904
3905   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
3906   // ranges to answer this query.
3907   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
3908     if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
3909       if (AddRec->getLoop() == L) {
3910         // Form the constant range.
3911         ConstantRange CompRange(
3912             ICmpInst::makeConstantRange(Cond, RHSC->getValue()->getValue()));
3913
3914         const SCEV *Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, *this);
3915         if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
3916       }
3917
3918   switch (Cond) {
3919   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
3920     // Convert to: while (X-Y != 0)
3921     BackedgeTakenInfo BTI = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
3922     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3923     break;
3924   }
3925   case ICmpInst::ICMP_EQ: {                     // while (X == Y)
3926     // Convert to: while (X-Y == 0)
3927     BackedgeTakenInfo BTI = HowFarToNonZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
3928     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3929     break;
3930   }
3931   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
3932     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, true);
3933     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3934     break;
3935   }
3936   case ICmpInst::ICMP_SGT: {
3937     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
3938                                              getNotSCEV(RHS), L, true);
3939     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3940     break;
3941   }
3942   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
3943     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, false);
3944     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3945     break;
3946   }
3947   case ICmpInst::ICMP_UGT: {
3948     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
3949                                              getNotSCEV(RHS), L, false);
3950     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3951     break;
3952   }
3953   default:
3954 #if 0
3955     dbgs() << "ComputeBackedgeTakenCount ";
3956     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
3957       dbgs() << "[unsigned] ";
3958     dbgs() << *LHS << "   "
3959          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp)
3960          << "   " << *RHS << "\n";
3961 #endif
3962     break;
3963   }
3964   return
3965     ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
3966 }
3967
3968 static ConstantInt *
3969 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
3970                                 ScalarEvolution &SE) {
3971   const SCEV *InVal = SE.getConstant(C);
3972   const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
3973   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
3974          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
3975   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
3976 }
3977
3978 /// GetAddressedElementFromGlobal - Given a global variable with an initializer
3979 /// and a GEP expression (missing the pointer index) indexing into it, return
3980 /// the addressed element of the initializer or null if the index expression is
3981 /// invalid.
3982 static Constant *
3983 GetAddressedElementFromGlobal(GlobalVariable *GV,
3984                               const std::vector<ConstantInt*> &Indices) {
3985   Constant *Init = GV->getInitializer();
3986   for (unsigned i = 0, e = Indices.size(); i != e; ++i) {
3987     uint64_t Idx = Indices[i]->getZExtValue();
3988     if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Init)) {
3989       assert(Idx < CS->getNumOperands() && "Bad struct index!");
3990       Init = cast<Constant>(CS->getOperand(Idx));
3991     } else if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Init)) {
3992       if (Idx >= CA->getNumOperands()) return 0;  // Bogus program
3993       Init = cast<Constant>(CA->getOperand(Idx));
3994     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
3995       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
3996         assert(Idx < STy->getNumElements() && "Bad struct index!");
3997         Init = Constant::getNullValue(STy->getElementType(Idx));
3998       } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Init->getType())) {
3999         if (Idx >= ATy->getNumElements()) return 0;  // Bogus program
4000         Init = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
4001       } else {
4002         llvm_unreachable("Unknown constant aggregate type!");
4003       }
4004       return 0;
4005     } else {
4006       return 0; // Unknown initializer type
4007     }
4008   }
4009   return Init;
4010 }
4011
4012 /// ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount - Given an exit condition of
4013 /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the backedge
4014 /// execution count.
4015 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4016 ScalarEvolution::ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(
4017                                                 LoadInst *LI,
4018                                                 Constant *RHS,
4019                                                 const Loop *L,
4020                                                 ICmpInst::Predicate predicate) {
4021   if (LI->isVolatile()) return getCouldNotCompute();
4022
4023   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
4024   // TODO: Use SCEV instead of manually grubbing with GEPs.
4025   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
4026   if (!GEP) return getCouldNotCompute();
4027
4028   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
4029   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
4030   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
4031   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer() ||
4032       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
4033       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
4034     return getCouldNotCompute();
4035
4036   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
4037   Value *VarIdx = 0;
4038   std::vector<ConstantInt*> Indexes;
4039   unsigned VarIdxNum = 0;
4040   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
4041     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
4042       Indexes.push_back(CI);
4043     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
4044       if (VarIdx) return getCouldNotCompute();  // Multiple non-constant idx's.
4045       VarIdx = GEP->getOperand(i);
4046       VarIdxNum = i-2;
4047       Indexes.push_back(0);
4048     }
4049
4050   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
4051   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
4052   const SCEV *Idx = getSCEV(VarIdx);
4053   Idx = getSCEVAtScope(Idx, L);
4054
4055   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
4056   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
4057   const SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
4058   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || IdxExpr->isLoopInvariant(L) ||
4059       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
4060       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
4061     return getCouldNotCompute();
4062
4063   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
4064   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
4065     ConstantInt *ItCst = ConstantInt::get(
4066                            cast<IntegerType>(IdxExpr->getType()), IterationNum);
4067     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, *this);
4068
4069     // Form the GEP offset.
4070     Indexes[VarIdxNum] = Val;
4071
4072     Constant *Result = GetAddressedElementFromGlobal(GV, Indexes);
4073     if (Result == 0) break;  // Cannot compute!
4074
4075     // Evaluate the condition for this iteration.
4076     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
4077     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
4078     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
4079 #if 0
4080       dbgs() << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
4081              << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
4082              << "***\n";
4083 #endif
4084       ++NumArrayLenItCounts;
4085       return getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
4086     }
4087   }
4088   return getCouldNotCompute();
4089 }
4090
4091
4092 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
4093 /// specified type, assuming that all operands were constants.
4094 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
4095   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
4096       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I))
4097     return true;
4098
4099   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
4100     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
4101       return canConstantFoldCallTo(F);
4102   return false;
4103 }
4104
4105 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
4106 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
4107 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
4108 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
4109 /// constraints, return null.
4110 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
4111   // If this is not an instruction, or if this is an instruction outside of the
4112   // loop, it can't be derived from a loop PHI.
4113   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
4114   if (I == 0 || !L->contains(I)) return 0;
4115
4116   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
4117     if (L->getHeader() == I->getParent())
4118       return PN;
4119     else
4120       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
4121       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
4122       return 0;
4123   }
4124
4125   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
4126   // are constants, return early.
4127   if (!CanConstantFold(I)) return 0;
4128
4129   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
4130   // constant or derived from a PHI node themselves.
4131   PHINode *PHI = 0;
4132   for (unsigned Op = 0, e = I->getNumOperands(); Op != e; ++Op)
4133     if (!isa<Constant>(I->getOperand(Op))) {
4134       PHINode *P = getConstantEvolvingPHI(I->getOperand(Op), L);
4135       if (P == 0) return 0;  // Not evolving from PHI
4136       if (PHI == 0)
4137         PHI = P;
4138       else if (PHI != P)
4139         return 0;  // Evolving from multiple different PHIs.
4140     }
4141
4142   // This is a expression evolving from a constant PHI!
4143   return PHI;
4144 }
4145
4146 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
4147 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
4148 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
4149 /// reason, return null.
4150 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, Constant *PHIVal,
4151                                     const TargetData *TD) {
4152   if (isa<PHINode>(V)) return PHIVal;
4153   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
4154   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
4155
4156   std::vector<Constant*> Operands(I->getNumOperands());
4157
4158   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4159     Operands[i] = EvaluateExpression(I->getOperand(i), PHIVal, TD);
4160     if (Operands[i] == 0) return 0;
4161   }
4162
4163   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
4164     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(), Operands[0],
4165                                            Operands[1], TD);
4166   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
4167                                   &Operands[0], Operands.size(), TD);
4168 }
4169
4170 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
4171 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
4172 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
4173 /// involving constants, fold it.
4174 Constant *
4175 ScalarEvolution::getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN,
4176                                                    const APInt &BEs,
4177                                                    const Loop *L) {
4178   std::map<PHINode*, Constant*>::iterator I =
4179     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
4180   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
4181     return I->second;
4182
4183   if (BEs.ugt(MaxBruteForceIterations))
4184     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = 0;  // Not going to evaluate it.
4185
4186   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
4187
4188   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
4189   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
4190   // second must be derived from the same PHI.
4191   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
4192   Constant *StartCST =
4193     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
4194   if (StartCST == 0)
4195     return RetVal = 0;  // Must be a constant.
4196
4197   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
4198   if (getConstantEvolvingPHI(BEValue, L) != PN &&
4199       !isa<Constant>(BEValue))
4200     return RetVal = 0;  // Not derived from same PHI.
4201
4202   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
4203   if (BEs.getActiveBits() >= 32)
4204     return RetVal = 0; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
4205
4206   unsigned NumIterations = BEs.getZExtValue(); // must be in range
4207   unsigned IterationNum = 0;
4208   for (Constant *PHIVal = StartCST; ; ++IterationNum) {
4209     if (IterationNum == NumIterations)
4210       return RetVal = PHIVal;  // Got exit value!
4211
4212     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
4213     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal, TD);
4214     if (NextPHI == PHIVal)
4215       return RetVal = NextPHI;  // Stopped evolving!
4216     if (NextPHI == 0)
4217       return 0;        // Couldn't evaluate!
4218     PHIVal = NextPHI;
4219   }
4220 }
4221
4222 /// ComputeBackedgeTakenCountExhaustively - If the loop is known to execute a
4223 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
4224 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
4225 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
4226 /// evaluate the trip count of the loop, return getCouldNotCompute().
4227 const SCEV *
4228 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(const Loop *L,
4229                                                        Value *Cond,
4230                                                        bool ExitWhen) {
4231   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
4232   if (PN == 0) return getCouldNotCompute();
4233
4234   // If the loop is canonicalized, the PHI will have exactly two entries.
4235   // That's the only form we support here.
4236   if (PN->getNumIncomingValues() != 2) return getCouldNotCompute();
4237
4238   // One entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
4239   // second must be derived from the same PHI.
4240   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
4241   Constant *StartCST =
4242     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
4243   if (StartCST == 0) return getCouldNotCompute();  // Must be a constant.
4244
4245   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
4246   if (getConstantEvolvingPHI(BEValue, L) != PN &&
4247       !isa<Constant>(BEValue))
4248     return getCouldNotCompute();  // Not derived from same PHI.
4249
4250   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
4251   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
4252   // "ExitWhen".
4253   unsigned IterationNum = 0;
4254   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
4255   for (Constant *PHIVal = StartCST;
4256        IterationNum != MaxIterations; ++IterationNum) {
4257     ConstantInt *CondVal =
4258       dyn_cast_or_null<ConstantInt>(EvaluateExpression(Cond, PHIVal, TD));
4259
4260     // Couldn't symbolically evaluate.
4261     if (!CondVal) return getCouldNotCompute();
4262
4263     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
4264       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
4265       return getConstant(Type::getInt32Ty(getContext()), IterationNum);
4266     }
4267
4268     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
4269     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal, TD);
4270     if (NextPHI == 0 || NextPHI == PHIVal)
4271       return getCouldNotCompute();// Couldn't evaluate or not making progress...
4272     PHIVal = NextPHI;
4273   }
4274
4275   // Too many iterations were needed to evaluate.
4276   return getCouldNotCompute();
4277 }
4278
4279 /// getSCEVAtScope - Return a SCEV expression for the specified value
4280 /// at the specified scope in the program.  The L value specifies a loop
4281 /// nest to evaluate the expression at, where null is the top-level or a
4282 /// specified loop is immediately inside of the loop.
4283 ///
4284 /// This method can be used to compute the exit value for a variable defined
4285 /// in a loop by querying what the value will hold in the parent loop.
4286 ///
4287 /// In the case that a relevant loop exit value cannot be computed, the
4288 /// original value V is returned.
4289 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
4290   // Check to see if we've folded this expression at this loop before.
4291   std::map<const Loop *, const SCEV *> &Values = ValuesAtScopes[V];
4292   std::pair<std::map<const Loop *, const SCEV *>::iterator, bool> Pair =
4293     Values.insert(std::make_pair(L, static_cast<const SCEV *>(0)));
4294   if (!Pair.second)
4295     return Pair.first->second ? Pair.first->second : V;
4296
4297   // Otherwise compute it.
4298   const SCEV *C = computeSCEVAtScope(V, L);
4299   ValuesAtScopes[V][L] = C;
4300   return C;
4301 }
4302
4303 const SCEV *ScalarEvolution::computeSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
4304   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
4305
4306   // If this instruction is evolved from a constant-evolving PHI, compute the
4307   // exit value from the loop without using SCEVs.
4308   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
4309     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
4310       const Loop *LI = (*this->LI)[I->getParent()];
4311       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
4312         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4313           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
4314             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
4315             // to see if the loop that contains it has a known backedge-taken
4316             // count.  If so, we may be able to force computation of the exit
4317             // value.
4318             const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(LI);
4319             if (const SCEVConstant *BTCC =
4320                   dyn_cast<SCEVConstant>(BackedgeTakenCount)) {
4321               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
4322               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
4323               // the specified iteration number.
4324               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
4325                                                    BTCC->getValue()->getValue(),
4326                                                                LI);
4327               if (RV) return getSCEV(RV);
4328             }
4329           }
4330
4331       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
4332       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
4333       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
4334       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
4335       if (CanConstantFold(I)) {
4336         std::vector<Constant*> Operands;
4337         Operands.reserve(I->getNumOperands());
4338         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4339           Value *Op = I->getOperand(i);
4340           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
4341             Operands.push_back(C);
4342           } else {
4343             // If any of the operands is non-constant and if they are
4344             // non-integer and non-pointer, don't even try to analyze them
4345             // with scev techniques.
4346             if (!isSCEVable(Op->getType()))
4347               return V;
4348
4349             const SCEV *OpV = getSCEVAtScope(Op, L);
4350             if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OpV)) {
4351               Constant *C = SC->getValue();
4352               if (C->getType() != Op->getType())
4353                 C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
4354                                                                   Op->getType(),
4355                                                                   false),
4356                                           C, Op->getType());
4357               Operands.push_back(C);
4358             } else if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(OpV)) {
4359               if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(SU->getValue())) {
4360                 if (C->getType() != Op->getType())
4361                   C =
4362                     ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
4363                                                                   Op->getType(),
4364                                                                   false),
4365                                           C, Op->getType());
4366                 Operands.push_back(C);
4367               } else
4368                 return V;
4369             } else {
4370               return V;
4371             }
4372           }
4373         }
4374
4375         Constant *C = 0;
4376         if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
4377           C = ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
4378                                               Operands[0], Operands[1], TD);
4379         else
4380           C = ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
4381                                        &Operands[0], Operands.size(), TD);
4382         if (C)
4383           return getSCEV(C);
4384       }
4385     }
4386
4387     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
4388     return V;
4389   }
4390
4391   if (const SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
4392     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
4393     // expression has no loop-variant portions.
4394     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4395       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
4396       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
4397         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
4398         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
4399         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Comm->op_begin(),
4400                                             Comm->op_begin()+i);
4401         NewOps.push_back(OpAtScope);
4402
4403         for (++i; i != e; ++i) {
4404           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
4405           NewOps.push_back(OpAtScope);
4406         }
4407         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
4408           return getAddExpr(NewOps);
4409         if (isa<SCEVMulExpr>(Comm))
4410           return getMulExpr(NewOps);
4411         if (isa<SCEVSMaxExpr>(Comm))
4412           return getSMaxExpr(NewOps);
4413         if (isa<SCEVUMaxExpr>(Comm))
4414           return getUMaxExpr(NewOps);
4415         llvm_unreachable("Unknown commutative SCEV type!");
4416       }
4417     }
4418     // If we got here, all operands are loop invariant.
4419     return Comm;
4420   }
4421
4422   if (const SCEVUDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(V)) {
4423     const SCEV *LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
4424     const SCEV *RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
4425     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
4426       return Div;   // must be loop invariant
4427     return getUDivExpr(LHS, RHS);
4428   }
4429
4430   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
4431   // are dealing with the final value computed by the loop.
4432   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
4433     if (!L || !AddRec->getLoop()->contains(L)) {
4434       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
4435       // loop iterates.  Compute this now.
4436       const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
4437       if (BackedgeTakenCount == getCouldNotCompute()) return AddRec;
4438
4439       // Then, evaluate the AddRec.
4440       return AddRec->evaluateAtIteration(BackedgeTakenCount, *this);
4441     }
4442     return AddRec;
4443   }
4444
4445   if (const SCEVZeroExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(V)) {
4446     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4447     if (Op == Cast->getOperand())
4448       return Cast;  // must be loop invariant
4449     return getZeroExtendExpr(Op, Cast->getType());
4450   }
4451
4452   if (const SCEVSignExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(V)) {
4453     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4454     if (Op == Cast->getOperand())
4455       return Cast;  // must be loop invariant
4456     return getSignExtendExpr(Op, Cast->getType());
4457   }
4458
4459   if (const SCEVTruncateExpr *Cast = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(V)) {
4460     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4461     if (Op == Cast->getOperand())
4462       return Cast;  // must be loop invariant
4463     return getTruncateExpr(Op, Cast->getType());
4464   }
4465
4466   llvm_unreachable("Unknown SCEV type!");
4467   return 0;
4468 }
4469
4470 /// getSCEVAtScope - This is a convenience function which does
4471 /// getSCEVAtScope(getSCEV(V), L).
4472 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) {
4473   return getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
4474 }
4475
4476 /// SolveLinEquationWithOverflow - Finds the minimum unsigned root of the
4477 /// following equation:
4478 ///
4479 ///     A * X = B (mod N)
4480 ///
4481 /// where N = 2^BW and BW is the common bit width of A and B. The signedness of
4482 /// A and B isn't important.
4483 ///
4484 /// If the equation does not have a solution, SCEVCouldNotCompute is returned.
4485 static const SCEV *SolveLinEquationWithOverflow(const APInt &A, const APInt &B,
4486                                                ScalarEvolution &SE) {
4487   uint32_t BW = A.getBitWidth();
4488   assert(BW == B.getBitWidth() && "Bit widths must be the same.");
4489   assert(A != 0 && "A must be non-zero.");
4490
4491   // 1. D = gcd(A, N)
4492   //
4493   // The gcd of A and N may have only one prime factor: 2. The number of
4494   // trailing zeros in A is its multiplicity
4495   uint32_t Mult2 = A.countTrailingZeros();
4496   // D = 2^Mult2
4497
4498   // 2. Check if B is divisible by D.
4499   //
4500   // B is divisible by D if and only if the multiplicity of prime factor 2 for B
4501   // is not less than multiplicity of this prime factor for D.
4502   if (B.countTrailingZeros() < Mult2)
4503     return SE.getCouldNotCompute();
4504
4505   // 3. Compute I: the multiplicative inverse of (A / D) in arithmetic
4506   // modulo (N / D).
4507   //
4508   // (N / D) may need BW+1 bits in its representation.  Hence, we'll use this
4509   // bit width during computations.
4510   APInt AD = A.lshr(Mult2).zext(BW + 1);  // AD = A / D
4511   APInt Mod(BW + 1, 0);
4512   Mod.set(BW - Mult2);  // Mod = N / D
4513   APInt I = AD.multiplicativeInverse(Mod);
4514
4515   // 4. Compute the minimum unsigned root of the equation:
4516   // I * (B / D) mod (N / D)
4517   APInt Result = (I * B.lshr(Mult2).zext(BW + 1)).urem(Mod);
4518
4519   // The result is guaranteed to be less than 2^BW so we may truncate it to BW
4520   // bits.
4521   return SE.getConstant(Result.trunc(BW));
4522 }
4523
4524 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
4525 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
4526 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
4527 ///
4528 static std::pair<const SCEV *,const SCEV *>
4529 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ScalarEvolution &SE) {
4530   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
4531   const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
4532   const SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
4533   const SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
4534
4535   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
4536   if (!LC || !MC || !NC) {
4537     const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
4538     return std::make_pair(CNC, CNC);
4539   }
4540
4541   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
4542   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
4543   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
4544   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
4545   APInt Two(BitWidth, 2);
4546   APInt Four(BitWidth, 4);
4547
4548   {
4549     using namespace APIntOps;
4550     const APInt& C = L;
4551     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
4552     // The B coefficient is M-N/2
4553     APInt B(M);
4554     B -= sdiv(N,Two);
4555
4556     // The A coefficient is N/2
4557     APInt A(N.sdiv(Two));
4558
4559     // Compute the B^2-4ac term.
4560     APInt SqrtTerm(B);
4561     SqrtTerm *= B;
4562     SqrtTerm -= Four * (A * C);
4563
4564     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
4565     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
4566     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
4567
4568     // Compute the two solutions for the quadratic formula.
4569     // The divisions must be performed as signed divisions.
4570     APInt NegB(-B);
4571     APInt TwoA( A << 1 );
4572     if (TwoA.isMinValue()) {
4573       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
4574       return std::make_pair(CNC, CNC);
4575     }
4576
4577     LLVMContext &Context = SE.getContext();
4578
4579     ConstantInt *Solution1 =
4580       ConstantInt::get(Context, (NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
4581     ConstantInt *Solution2 =
4582       ConstantInt::get(Context, (NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
4583
4584     return std::make_pair(SE.getConstant(Solution1),
4585                           SE.getConstant(Solution2));
4586     } // end APIntOps namespace
4587 }
4588
4589 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
4590 /// value to zero will execute.  If not computable, return CouldNotCompute.
4591 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4592 ScalarEvolution::HowFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
4593   // If the value is a constant
4594   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
4595     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
4596     if (C->getValue()->isZero()) return C;
4597     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
4598   }
4599
4600   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
4601   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
4602     return getCouldNotCompute();
4603
4604   if (AddRec->isAffine()) {
4605     // If this is an affine expression, the execution count of this branch is
4606     // the minimum unsigned root of the following equation:
4607     //
4608     //     Start + Step*N = 0 (mod 2^BW)
4609     //
4610     // equivalent to:
4611     //
4612     //             Step*N = -Start (mod 2^BW)
4613     //
4614     // where BW is the common bit width of Start and Step.
4615
4616     // Get the initial value for the loop.
4617     const SCEV *Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(),
4618                                        L->getParentLoop());
4619     const SCEV *Step = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(1),
4620                                       L->getParentLoop());
4621
4622     if (const SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step)) {
4623       // For now we handle only constant steps.
4624
4625       // First, handle unitary steps.
4626       if (StepC->getValue()->equalsInt(1))      // 1*N = -Start (mod 2^BW), so:
4627         return getNegativeSCEV(Start);          //   N = -Start (as unsigned)
4628       if (StepC->getValue()->isAllOnesValue())  // -1*N = -Start (mod 2^BW), so:
4629         return Start;                           //    N = Start (as unsigned)
4630
4631       // Then, try to solve the above equation provided that Start is constant.
4632       if (const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start))
4633         return SolveLinEquationWithOverflow(StepC->getValue()->getValue(),
4634                                             -StartC->getValue()->getValue(),
4635                                             *this);
4636     }
4637   } else if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isIntegerTy()) {
4638     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
4639     // the quadratic equation to solve it.
4640     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots = SolveQuadraticEquation(AddRec,
4641                                                                     *this);
4642     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
4643     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
4644     if (R1) {
4645 #if 0
4646       dbgs() << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
4647              << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
4648 #endif
4649       // Pick the smallest positive root value.
4650       if (ConstantInt *CB =
4651           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
4652                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
4653         if (CB->getZExtValue() == false)
4654           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
4655
4656         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
4657         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
4658         // should not accept a root of 2.
4659         const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1, *this);
4660         if (Val->isZero())
4661           return R1;  // We found a quadratic root!
4662       }
4663     }
4664   }
4665
4666   return getCouldNotCompute();
4667 }
4668
4669 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
4670 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
4671 /// CouldNotCompute
4672 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4673 ScalarEvolution::HowFarToNonZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
4674   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
4675   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
4676   // future as needed.
4677
4678   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
4679   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
4680   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
4681     if (!C->getValue()->isNullValue())
4682       return getConstant(C->getType(), 0);
4683     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
4684   }
4685
4686   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
4687   // this, and if they did, they would already be constant folded.
4688   return getCouldNotCompute();
4689 }
4690
4691 /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
4692 /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
4693 /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
4694 /// found.
4695 ///
4696 std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
4697 ScalarEvolution::getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB) {
4698   // If the block has a unique predecessor, then there is no path from the
4699   // predecessor to the block that does not go through the direct edge
4700   // from the predecessor to the block.
4701   if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor())
4702     return std::make_pair(Pred, BB);
4703
4704   // A loop's header is defined to be a block that dominates the loop.
4705   // If the header has a unique predecessor outside the loop, it must be
4706   // a block that has exactly one successor that can reach the loop.
4707   if (Loop *L = LI->getLoopFor(BB))
4708     return std::make_pair(L->getLoopPredecessor(), L->getHeader());
4709
4710   return std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>();
4711 }
4712
4713 /// HasSameValue - SCEV structural equivalence is usually sufficient for
4714 /// testing whether two expressions are equal, however for the purposes of
4715 /// looking for a condition guarding a loop, it can be useful to be a little
4716 /// more general, since a front-end may have replicated the controlling
4717 /// expression.
4718 ///
4719 static bool HasSameValue(const SCEV *A, const SCEV *B) {
4720   // Quick check to see if they are the same SCEV.
4721   if (A == B) return true;
4722
4723   // Otherwise, if they're both SCEVUnknown, it's possible that they hold
4724   // two different instructions with the same value. Check for this case.
4725   if (const SCEVUnknown *AU = dyn_cast<SCEVUnknown>(A))
4726     if (const SCEVUnknown *BU = dyn_cast<SCEVUnknown>(B))
4727       if (const Instruction *AI = dyn_cast<Instruction>(AU->getValue()))
4728         if (const Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(BU->getValue()))
4729           if (AI->isIdenticalTo(BI) && !AI->mayReadFromMemory())
4730             return true;
4731
4732   // Otherwise assume they may have a different value.
4733   return false;
4734 }
4735
4736 /// SimplifyICmpOperands - Simplify LHS and RHS in a comparison with
4737 /// predicate Pred. Return true iff any changes were made.
4738 ///
4739 bool ScalarEvolution::SimplifyICmpOperands(ICmpInst::Predicate &Pred,
4740                                            const SCEV *&LHS, const SCEV *&RHS) {
4741   bool Changed = false;
4742
4743   // Canonicalize a constant to the right side.
4744   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
4745     // Check for both operands constant.
4746     if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
4747       if (ConstantExpr::getICmp(Pred,
4748                                 LHSC->getValue(),
4749                                 RHSC->getValue())->isNullValue())
4750         goto trivially_false;
4751       else
4752         goto trivially_true;
4753     }
4754     // Otherwise swap the operands to put the constant on the right.
4755     std::swap(LHS, RHS);
4756     Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4757     Changed = true;
4758   }
4759
4760   // If we're comparing an addrec with a value which is loop-invariant in the
4761   // addrec's loop, put the addrec on the left. Also make a dominance check,
4762   // as both operands could be addrecs loop-invariant in each other's loop.
4763   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS)) {
4764     const Loop *L = AR->getLoop();
4765     if (LHS->isLoopInvariant(L) && LHS->properlyDominates(L->getHeader(), DT)) {
4766       std::swap(LHS, RHS);
4767       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4768       Changed = true;
4769     }
4770   }
4771
4772   // If there's a constant operand, canonicalize comparisons with boundary
4773   // cases, and canonicalize *-or-equal comparisons to regular comparisons.
4774   if (const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
4775     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
4776     switch (Pred) {
4777     default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
4778     case ICmpInst::ICMP_EQ:
4779     case ICmpInst::ICMP_NE:
4780       break;
4781     case ICmpInst::ICMP_UGE:
4782       if ((RA - 1).isMinValue()) {
4783         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4784         RHS = getConstant(RA - 1);
4785         Changed = true;
4786         break;
4787       }
4788       if (RA.isMaxValue()) {
4789         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4790         Changed = true;
4791         break;
4792       }
4793       if (RA.isMinValue()) goto trivially_true;
4794
4795       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
4796       RHS = getConstant(RA - 1);
4797       Changed = true;
4798       break;
4799     case ICmpInst::ICMP_ULE:
4800       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
4801         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4802         RHS = getConstant(RA + 1);
4803         Changed = true;
4804         break;
4805       }
4806       if (RA.isMinValue()) {
4807         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4808         Changed = true;
4809         break;
4810       }
4811       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_true;
4812
4813       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
4814       RHS = getConstant(RA + 1);
4815       Changed = true;
4816       break;
4817     case ICmpInst::ICMP_SGE:
4818       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
4819         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4820         RHS = getConstant(RA - 1);
4821         Changed = true;
4822         break;
4823       }
4824       if (RA.isMaxSignedValue()) {
4825         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4826         Changed = true;
4827         break;
4828       }
4829       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_true;
4830
4831       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
4832       RHS = getConstant(RA - 1);
4833       Changed = true;
4834       break;
4835     case ICmpInst::ICMP_SLE:
4836       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
4837         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4838         RHS = getConstant(RA + 1);
4839         Changed = true;
4840         break;
4841       }
4842       if (RA.isMinSignedValue()) {
4843         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4844         Changed = true;
4845         break;
4846       }
4847       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_true;
4848
4849       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
4850       RHS = getConstant(RA + 1);
4851       Changed = true;
4852       break;
4853     case ICmpInst::ICMP_UGT:
4854       if (RA.isMinValue()) {
4855         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4856         Changed = true;
4857         break;
4858       }
4859       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
4860         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4861         RHS = getConstant(RA + 1);
4862         Changed = true;
4863         break;
4864       }
4865       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_false;
4866       break;
4867     case ICmpInst::ICMP_ULT:
4868       if (RA.isMaxValue()) {
4869         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4870         Changed = true;
4871         break;
4872       }
4873       if ((RA - 1).isMinValue()) {
4874         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4875         RHS = getConstant(RA - 1);
4876         Changed = true;
4877         break;
4878       }
4879       if (RA.isMinValue()) goto trivially_false;
4880       break;
4881     case ICmpInst::ICMP_SGT:
4882       if (RA.isMinSignedValue()) {
4883         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4884         Changed = true;
4885         break;
4886       }
4887       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
4888         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4889         RHS = getConstant(RA + 1);
4890         Changed = true;
4891         break;
4892       }
4893       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_false;
4894       break;
4895     case ICmpInst::ICMP_SLT:
4896       if (RA.isMaxSignedValue()) {
4897         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4898         Changed = true;
4899         break;
4900       }
4901       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
4902        Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4903        RHS = getConstant(RA - 1);
4904         Changed = true;
4905        break;
4906       }
4907       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_false;
4908       break;
4909     }
4910   }
4911
4912   // Check for obvious equality.
4913   if (HasSameValue(LHS, RHS)) {
4914     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
4915       goto trivially_true;
4916     if (ICmpInst::isFalseWhenEqual(Pred))
4917       goto trivially_false;
4918   }
4919
4920   // If possible, canonicalize GE/LE comparisons to GT/LT comparisons, by
4921   // adding or subtracting 1 from one of the operands.
4922   switch (Pred) {
4923   case ICmpInst::ICMP_SLE:
4924     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
4925       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
4926                        /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/true);
4927       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
4928       Changed = true;
4929     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
4930       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
4931                        /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/true);
4932       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
4933       Changed = true;
4934     }
4935     break;
4936   case ICmpInst::ICMP_SGE:
4937     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
4938       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
4939                        /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/true);
4940       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
4941       Changed = true;
4942     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
4943       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
4944                        /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/true);
4945       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
4946       Changed = true;
4947     }
4948     break;
4949   case ICmpInst::ICMP_ULE:
4950     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
4951       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
4952                        /*HasNUW=*/true, /*HasNSW=*/false);
4953       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
4954       Changed = true;
4955     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
4956       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
4957                        /*HasNUW=*/true, /*HasNSW=*/false);
4958       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
4959       Changed = true;
4960     }
4961     break;
4962   case ICmpInst::ICMP_UGE:
4963     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
4964       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
4965                        /*HasNUW=*/true, /*HasNSW=*/false);
4966       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
4967       Changed = true;
4968     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
4969       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
4970                        /*HasNUW=*/true, /*HasNSW=*/false);
4971       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
4972       Changed = true;
4973     }
4974     break;
4975   default:
4976     break;
4977   }
4978
4979   // TODO: More simplifications are possible here.
4980
4981   return Changed;
4982
4983 trivially_true:
4984   // Return 0 == 0.
4985   LHS = RHS = getConstant(Type::getInt1Ty(getContext()), 0);
4986   Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4987   return true;
4988
4989 trivially_false:
4990   // Return 0 != 0.
4991   LHS = RHS = getConstant(Type::getInt1Ty(getContext()), 0);
4992   Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4993   return true;
4994 }
4995
4996 bool ScalarEvolution::isKnownNegative(const SCEV *S) {
4997   return getSignedRange(S).getSignedMax().isNegative();
4998 }
4999
5000 bool ScalarEvolution::isKnownPositive(const SCEV *S) {
5001   return getSignedRange(S).getSignedMin().isStrictlyPositive();
5002 }
5003
5004 bool ScalarEvolution::isKnownNonNegative(const SCEV *S) {
5005   return !getSignedRange(S).getSignedMin().isNegative();
5006 }
5007
5008 bool ScalarEvolution::isKnownNonPositive(const SCEV *S) {
5009   return !getSignedRange(S).getSignedMax().isStrictlyPositive();
5010 }
5011
5012 bool ScalarEvolution::isKnownNonZero(const SCEV *S) {
5013   return isKnownNegative(S) || isKnownPositive(S);
5014 }
5015
5016 bool ScalarEvolution::isKnownPredicate(ICmpInst::Predicate Pred,
5017                                        const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5018   // Canonicalize the inputs first.
5019   (void)SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS);
5020
5021   // If LHS or RHS is an addrec, check to see if the condition is true in
5022   // every iteration of the loop.
5023   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
5024     if (isLoopEntryGuardedByCond(
5025           AR->getLoop(), Pred, AR->getStart(), RHS) &&
5026         isLoopBackedgeGuardedByCond(
5027           AR->getLoop(), Pred, AR->getPostIncExpr(*this), RHS))
5028       return true;
5029   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS))
5030     if (isLoopEntryGuardedByCond(
5031           AR->getLoop(), Pred, LHS, AR->getStart()) &&
5032         isLoopBackedgeGuardedByCond(
5033           AR->getLoop(), Pred, LHS, AR->getPostIncExpr(*this)))
5034       return true;
5035
5036   // Otherwise see what can be done with known constant ranges.
5037   return isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS);
5038 }
5039
5040 bool
5041 ScalarEvolution::isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
5042                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5043   if (HasSameValue(LHS, RHS))
5044     return ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
5045
5046   // This code is split out from isKnownPredicate because it is called from
5047   // within isLoopEntryGuardedByCond.
5048   switch (Pred) {
5049   default:
5050     llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
5051     break;
5052   case ICmpInst::ICMP_SGT:
5053     Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
5054     std::swap(LHS, RHS);
5055   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
5056     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
5057     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
5058     if (LHSRange.getSignedMax().slt(RHSRange.getSignedMin()))
5059       return true;
5060     if (LHSRange.getSignedMin().sge(RHSRange.getSignedMax()))
5061       return false;
5062     break;
5063   }
5064   case ICmpInst::ICMP_SGE:
5065     Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
5066     std::swap(LHS, RHS);
5067   case ICmpInst::ICMP_SLE: {
5068     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
5069     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
5070     if (LHSRange.getSignedMax().sle(RHSRange.getSignedMin()))
5071       return true;
5072     if (LHSRange.getSignedMin().sgt(RHSRange.getSignedMax()))
5073       return false;
5074     break;
5075   }
5076   case ICmpInst::ICMP_UGT:
5077     Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
5078     std::swap(LHS, RHS);
5079   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
5080     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
5081     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
5082     if (LHSRange.getUnsignedMax().ult(RHSRange.getUnsignedMin()))
5083       return true;
5084     if (LHSRange.getUnsignedMin().uge(RHSRange.getUnsignedMax()))
5085       return false;
5086     break;
5087   }
5088   case ICmpInst::ICMP_UGE:
5089     Pred = ICmpInst::ICMP_ULE;
5090     std::swap(LHS, RHS);
5091   case ICmpInst::ICMP_ULE: {
5092     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
5093     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
5094     if (LHSRange.getUnsignedMax().ule(RHSRange.getUnsignedMin()))
5095       return true;
5096     if (LHSRange.getUnsignedMin().ugt(RHSRange.getUnsignedMax()))
5097       return false;
5098     break;
5099   }
5100   case ICmpInst::ICMP_NE: {
5101     if (getUnsignedRange(LHS).intersectWith(getUnsignedRange(RHS)).isEmptySet())
5102       return true;
5103     if (getSignedRange(LHS).intersectWith(getSignedRange(RHS)).isEmptySet())
5104       return true;
5105
5106     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(LHS, RHS);
5107     if (isKnownNonZero(Diff))
5108       return true;
5109     break;
5110   }
5111   case ICmpInst::ICMP_EQ:
5112     // The check at the top of the function catches the case where
5113     // the values are known to be equal.
5114     break;
5115   }
5116   return false;
5117 }
5118
5119 /// isLoopBackedgeGuardedByCond - Test whether the backedge of the loop is
5120 /// protected by a conditional between LHS and RHS.  This is used to
5121 /// to eliminate casts.
5122 bool
5123 ScalarEvolution::isLoopBackedgeGuardedByCond(const Loop *L,
5124                                              ICmpInst::Predicate Pred,
5125                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5126   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
5127   // (interprocedural conditions notwithstanding).
5128   if (!L) return true;
5129
5130   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
5131   if (!Latch)
5132     return false;
5133
5134   BranchInst *LoopContinuePredicate =
5135     dyn_cast<BranchInst>(Latch->getTerminator());
5136   if (!LoopContinuePredicate ||
5137       LoopContinuePredicate->isUnconditional())
5138     return false;
5139
5140   return isImpliedCond(LoopContinuePredicate->getCondition(), Pred, LHS, RHS,
5141                        LoopContinuePredicate->getSuccessor(0) != L->getHeader());
5142 }
5143
5144 /// isLoopEntryGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected
5145 /// by a conditional between LHS and RHS.  This is used to help avoid max
5146 /// expressions in loop trip counts, and to eliminate casts.
5147 bool
5148 ScalarEvolution::isLoopEntryGuardedByCond(const Loop *L,
5149                                           ICmpInst::Predicate Pred,
5150                                           const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5151   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
5152   // (interprocedural conditions notwithstanding).
5153   if (!L) return false;
5154
5155   // Starting at the loop predecessor, climb up the predecessor chain, as long
5156   // as there are predecessors that can be found that have unique successors
5157   // leading to the original header.
5158   for (std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
5159          Pair(L->getLoopPredecessor(), L->getHeader());
5160        Pair.first;
5161        Pair = getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(Pair.first)) {
5162
5163     BranchInst *LoopEntryPredicate =
5164       dyn_cast<BranchInst>(Pair.first->getTerminator());
5165     if (!LoopEntryPredicate ||
5166         LoopEntryPredicate->isUnconditional())
5167       continue;
5168
5169     if (isImpliedCond(LoopEntryPredicate->getCondition(), Pred, LHS, RHS,
5170                       LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) != Pair.second))
5171       return true;
5172   }
5173
5174   return false;
5175 }
5176
5177 /// isImpliedCond - Test whether the condition described by Pred, LHS,
5178 /// and RHS is true whenever the given Cond value evaluates to true.
5179 bool ScalarEvolution::isImpliedCond(Value *CondValue,
5180                                     ICmpInst::Predicate Pred,
5181                                     const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5182                                     bool Inverse) {
5183   // Recursively handle And and Or conditions.
5184   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(CondValue)) {
5185     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
5186       if (!Inverse)
5187         return isImpliedCond(BO->getOperand(0), Pred, LHS, RHS, Inverse) ||
5188                isImpliedCond(BO->getOperand(1), Pred, LHS, RHS, Inverse);
5189     } else if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
5190       if (Inverse)
5191         return isImpliedCond(BO->getOperand(0), Pred, LHS, RHS, Inverse) ||
5192                isImpliedCond(BO->getOperand(1), Pred, LHS, RHS, Inverse);
5193     }
5194   }
5195
5196   ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(CondValue);
5197   if (!ICI) return false;
5198
5199   // Bail if the ICmp's operands' types are wider than the needed type
5200   // before attempting to call getSCEV on them. This avoids infinite
5201   // recursion, since the analysis of widening casts can require loop
5202   // exit condition information for overflow checking, which would
5203   // lead back here.
5204   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <
5205       getTypeSizeInBits(ICI->getOperand(0)->getType()))
5206     return false;
5207
5208   // Now that we found a conditional branch that dominates the loop, check to
5209   // see if it is the comparison we are looking for.
5210   ICmpInst::Predicate FoundPred;
5211   if (Inverse)
5212     FoundPred = ICI->getInversePredicate();
5213   else
5214     FoundPred = ICI->getPredicate();
5215
5216   const SCEV *FoundLHS = getSCEV(ICI->getOperand(0));
5217   const SCEV *FoundRHS = getSCEV(ICI->getOperand(1));
5218
5219   // Balance the types. The case where FoundLHS' type is wider than
5220   // LHS' type is checked for above.
5221   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) >
5222       getTypeSizeInBits(FoundLHS->getType())) {
5223     if (CmpInst::isSigned(Pred)) {
5224       FoundLHS = getSignExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
5225       FoundRHS = getSignExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
5226     } else {
5227       FoundLHS = getZeroExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
5228       FoundRHS = getZeroExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
5229     }
5230   }
5231
5232   // Canonicalize the query to match the way instcombine will have
5233   // canonicalized the comparison.
5234   if (SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS))
5235     if (LHS == RHS)
5236       return CmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
5237   if (SimplifyICmpOperands(FoundPred, FoundLHS, FoundRHS))
5238     if (FoundLHS == FoundRHS)
5239       return CmpInst::isFalseWhenEqual(Pred);
5240
5241   // Check to see if we can make the LHS or RHS match.
5242   if (LHS == FoundRHS || RHS == FoundLHS) {
5243     if (isa<SCEVConstant>(RHS)) {
5244       std::swap(FoundLHS, FoundRHS);
5245       FoundPred = ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred);
5246     } else {
5247       std::swap(LHS, RHS);
5248       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
5249     }
5250   }
5251
5252   // Check whether the found predicate is the same as the desired predicate.
5253   if (FoundPred == Pred)
5254     return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS);
5255
5256   // Check whether swapping the found predicate makes it the same as the
5257   // desired predicate.
5258   if (ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred) == Pred) {
5259     if (isa<SCEVConstant>(RHS))
5260       return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundRHS, FoundLHS);
5261     else
5262       return isImpliedCondOperands(ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred),
5263                                    RHS, LHS, FoundLHS, FoundRHS);
5264   }
5265
5266   // Check whether the actual condition is beyond sufficient.
5267   if (FoundPred == ICmpInst::ICMP_EQ)
5268     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
5269       if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
5270         return true;
5271   if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
5272     if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(FoundPred))
5273       if (isImpliedCondOperands(FoundPred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
5274         return true;
5275
5276   // Otherwise assume the worst.
5277   return false;
5278 }
5279
5280 /// isImpliedCondOperands - Test whether the condition described by Pred,
5281 /// LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred, FoundLHS,
5282 /// and FoundRHS is true.
5283 bool ScalarEvolution::isImpliedCondOperands(ICmpInst::Predicate Pred,
5284                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5285                                             const SCEV *FoundLHS,
5286                                             const SCEV *FoundRHS) {
5287   return isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
5288                                      FoundLHS, FoundRHS) ||
5289          // ~x < ~y --> x > y
5290          isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
5291                                      getNotSCEV(FoundRHS),
5292                                      getNotSCEV(FoundLHS));
5293 }
5294
5295 /// isImpliedCondOperandsHelper - Test whether the condition described by
5296 /// Pred, LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred,
5297 /// FoundLHS, and FoundRHS is true.
5298 bool
5299 ScalarEvolution::isImpliedCondOperandsHelper(ICmpInst::Predicate Pred,
5300                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5301                                              const SCEV *FoundLHS,
5302                                              const SCEV *FoundRHS) {
5303   switch (Pred) {
5304   default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
5305   case ICmpInst::ICMP_EQ:
5306   case ICmpInst::ICMP_NE:
5307     if (HasSameValue(LHS, FoundLHS) && HasSameValue(RHS, FoundRHS))
5308       return true;
5309     break;
5310   case ICmpInst::ICMP_SLT:
5311   case ICmpInst::ICMP_SLE:
5312     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SLE, LHS, FoundLHS) &&
5313         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SGE, RHS, FoundRHS))
5314       return true;
5315     break;
5316   case ICmpInst::ICMP_SGT:
5317   case ICmpInst::ICMP_SGE:
5318     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SGE, LHS, FoundLHS) &&
5319         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SLE, RHS, FoundRHS))
5320       return true;
5321     break;
5322   case ICmpInst::ICMP_ULT:
5323   case ICmpInst::ICMP_ULE:
5324     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_ULE, LHS, FoundLHS) &&
5325         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_UGE, RHS, FoundRHS))
5326       return true;
5327     break;
5328   case ICmpInst::ICMP_UGT:
5329   case ICmpInst::ICMP_UGE:
5330     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_UGE, LHS, FoundLHS) &&
5331         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_ULE, RHS, FoundRHS))
5332       return true;
5333     break;
5334   }
5335
5336   return false;
5337 }
5338
5339 /// getBECount - Subtract the end and start values and divide by the step,
5340 /// rounding up, to get the number of times the backedge is executed. Return
5341 /// CouldNotCompute if an intermediate computation overflows.
5342 const SCEV *ScalarEvolution::getBECount(const SCEV *Start,
5343                                         const SCEV *End,
5344                                         const SCEV *Step,
5345                                         bool NoWrap) {
5346   assert(!isKnownNegative(Step) &&
5347          "This code doesn't handle negative strides yet!");
5348
5349   const Type *Ty = Start->getType();
5350   const SCEV *NegOne = getConstant(Ty, (uint64_t)-1);
5351   const SCEV *Diff = getMinusSCEV(End, Start);
5352   const SCEV *RoundUp = getAddExpr(Step, NegOne);
5353
5354   // Add an adjustment to the difference between End and Start so that
5355   // the division will effectively round up.
5356   const SCEV *Add = getAddExpr(Diff, RoundUp);
5357
5358   if (!NoWrap) {
5359     // Check Add for unsigned overflow.
5360     // TODO: More sophisticated things could be done here.
5361     const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(),
5362                                           getTypeSizeInBits(Ty) + 1);
5363     const SCEV *EDiff = getZeroExtendExpr(Diff, WideTy);
5364     const SCEV *ERoundUp = getZeroExtendExpr(RoundUp, WideTy);
5365     const SCEV *OperandExtendedAdd = getAddExpr(EDiff, ERoundUp);
5366     if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) != OperandExtendedAdd)
5367       return getCouldNotCompute();
5368   }
5369
5370   return getUDivExpr(Add, Step);
5371 }
5372
5373 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
5374 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
5375 /// CouldNotCompute.
5376 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
5377 ScalarEvolution::HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5378                                   const Loop *L, bool isSigned) {
5379   // Only handle:  "ADDREC < LoopInvariant".
5380   if (!RHS->isLoopInvariant(L)) return getCouldNotCompute();
5381
5382   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
5383   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
5384     return getCouldNotCompute();
5385
5386   // Check to see if we have a flag which makes analysis easy.
5387   bool NoWrap = isSigned ? AddRec->hasNoSignedWrap() :
5388                            AddRec->hasNoUnsignedWrap();
5389
5390   if (AddRec->isAffine()) {
5391     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AddRec->getType());
5392     const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
5393
5394     if (Step->isZero())
5395       return getCouldNotCompute();
5396     if (Step->isOne()) {
5397       // With unit stride, the iteration never steps past the limit value.
5398     } else if (isKnownPositive(Step)) {
5399       // Test whether a positive iteration can step past the limit
5400       // value and past the maximum value for its type in a single step.
5401       // Note that it's not sufficient to check NoWrap here, because even
5402       // though the value after a wrap is undefined, it's not undefined
5403       // behavior, so if wrap does occur, the loop could either terminate or
5404       // loop infinitely, but in either case, the loop is guaranteed to
5405       // iterate at least until the iteration where the wrapping occurs.
5406       const SCEV *One = getConstant(Step->getType(), 1);
5407       if (isSigned) {
5408         APInt Max = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
5409         if ((Max - getSignedRange(getMinusSCEV(Step, One)).getSignedMax())
5410               .slt(getSignedRange(RHS).getSignedMax()))
5411           return getCouldNotCompute();
5412       } else {
5413         APInt Max = APInt::getMaxValue(BitWidth);
5414         if ((Max - getUnsignedRange(getMinusSCEV(Step, One)).getUnsignedMax())
5415               .ult(getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax()))
5416           return getCouldNotCompute();
5417       }
5418     } else
5419       // TODO: Handle negative strides here and below.
5420       return getCouldNotCompute();
5421
5422     // We know the LHS is of the form {n,+,s} and the RHS is some loop-invariant
5423     // m.  So, we count the number of iterations in which {n,+,s} < m is true.
5424     // Note that we cannot simply return max(m-n,0)/s because it's not safe to
5425     // treat m-n as signed nor unsigned due to overflow possibility.
5426
5427     // First, we get the value of the LHS in the first iteration: n
5428     const SCEV *Start = AddRec->getOperand(0);
5429
5430     // Determine the minimum constant start value.
5431     const SCEV *MinStart = getConstant(isSigned ?
5432       getSignedRange(Start).getSignedMin() :
5433       getUnsignedRange(Start).getUnsignedMin());
5434
5435     // If we know that the condition is true in order to enter the loop,
5436     // then we know that it will run exactly (m-n)/s times. Otherwise, we
5437     // only know that it will execute (max(m,n)-n)/s times. In both cases,
5438     // the division must round up.
5439     const SCEV *End = RHS;
5440     if (!isLoopEntryGuardedByCond(L,
5441                                   isSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT :
5442                                              ICmpInst::ICMP_ULT,
5443                                   getMinusSCEV(Start, Step), RHS))
5444       End = isSigned ? getSMaxExpr(RHS, Start)
5445                      : getUMaxExpr(RHS, Start);
5446
5447     // Determine the maximum constant end value.
5448     const SCEV *MaxEnd = getConstant(isSigned ?
5449       getSignedRange(End).getSignedMax() :
5450       getUnsignedRange(End).getUnsignedMax());
5451
5452     // If MaxEnd is within a step of the maximum integer value in its type,
5453     // adjust it down to the minimum value which would produce the same effect.
5454     // This allows the subsequent ceiling division of (N+(step-1))/step to
5455     // compute the correct value.
5456     const SCEV *StepMinusOne = getMinusSCEV(Step,
5457                                             getConstant(Step->getType(), 1));
5458     MaxEnd = isSigned ?
5459       getSMinExpr(MaxEnd,
5460                   getMinusSCEV(getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth)),
5461                                StepMinusOne)) :
5462       getUMinExpr(MaxEnd,
5463                   getMinusSCEV(getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth)),
5464                                StepMinusOne));
5465
5466     // Finally, we subtract these two values and divide, rounding up, to get
5467     // the number of times the backedge is executed.
5468     const SCEV *BECount = getBECount(Start, End, Step, NoWrap);
5469
5470     // The maximum backedge count is similar, except using the minimum start
5471     // value and the maximum end value.
5472     const SCEV *MaxBECount = getBECount(MinStart, MaxEnd, Step, NoWrap);
5473
5474     return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
5475   }
5476
5477   return getCouldNotCompute();
5478 }
5479
5480 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
5481 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
5482 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
5483 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
5484 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
5485 const SCEV *SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
5486                                                     ScalarEvolution &SE) const {
5487   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
5488     return SE.getCouldNotCompute();
5489
5490   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
5491   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
5492     if (!SC->getValue()->isZero()) {
5493       SmallVector<const SCEV *, 4> Operands(op_begin(), op_end());
5494       Operands[0] = SE.getConstant(SC->getType(), 0);
5495       const SCEV *Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop());
5496       if (const SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec =
5497             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
5498         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
5499                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
5500       // This is strange and shouldn't happen.
5501       return SE.getCouldNotCompute();
5502     }
5503
5504   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
5505   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
5506   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
5507     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
5508       return SE.getCouldNotCompute();
5509
5510
5511   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
5512   // that the start element is zero.
5513
5514   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
5515   // iteration exits.
5516   unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(getType());
5517   if (!Range.contains(APInt(BitWidth, 0)))
5518     return SE.getConstant(getType(), 0);
5519
5520   if (isAffine()) {
5521     // If this is an affine expression then we have this situation:
5522     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
5523
5524     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
5525     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
5526     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
5527     // value.  Also note that we already checked for a full range.
5528     APInt One(BitWidth,1);
5529     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
5530     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
5531
5532     // The exit value should be (End+A)/A.
5533     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
5534     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal);
5535
5536     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
5537     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
5538     // things must have happened.
5539     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
5540     if (Range.contains(Val->getValue()))
5541       return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5542
5543     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
5544     assert(Range.contains(
5545            EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
5546            ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
5547            "Linear scev computation is off in a bad way!");
5548     return SE.getConstant(ExitValue);
5549   } else if (isQuadratic()) {
5550     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
5551     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
5552     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
5553     // Range.getUpper() is crossed.
5554     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(op_begin(), op_end());
5555     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
5556     const SCEV *NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop());
5557
5558     // Next, solve the constructed addrec
5559     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots =
5560       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
5561     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
5562     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
5563     if (R1) {
5564       // Pick the smallest positive root value.
5565       if (ConstantInt *CB =
5566           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
5567                          R1->getValue(), R2->getValue()))) {
5568         if (CB->getZExtValue() == false)
5569           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
5570
5571         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
5572         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
5573         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
5574         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
5575                                                              R1->getValue(),
5576                                                              SE);
5577         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
5578           // The next iteration must be out of the range...
5579           ConstantInt *NextVal =
5580                 ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()+1);
5581
5582           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
5583           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
5584             return SE.getConstant(NextVal);
5585           return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5586         }
5587
5588         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
5589         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
5590         ConstantInt *NextVal =
5591                ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()-1);
5592         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
5593         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
5594           return R1;
5595         return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5596       }
5597     }
5598   }
5599
5600   return SE.getCouldNotCompute();
5601 }
5602
5603
5604
5605 //===----------------------------------------------------------------------===//
5606 //                   SCEVCallbackVH Class Implementation
5607 //===----------------------------------------------------------------------===//
5608
5609 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::deleted() {
5610   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
5611   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(getValPtr()))
5612     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5613   SE->Scalars.erase(getValPtr());
5614   // this now dangles!
5615 }
5616
5617 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::allUsesReplacedWith(Value *) {
5618   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
5619
5620   // Forget all the expressions associated with users of the old value,
5621   // so that future queries will recompute the expressions using the new
5622   // value.
5623   SmallVector<User *, 16> Worklist;
5624   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
5625   Value *Old = getValPtr();
5626   bool DeleteOld = false;
5627   for (Value::use_iterator UI = Old->use_begin(), UE = Old->use_end();
5628        UI != UE; ++UI)
5629     Worklist.push_back(*UI);
5630   while (!Worklist.empty()) {
5631     User *U = Worklist.pop_back_val();
5632     // Deleting the Old value will cause this to dangle. Postpone
5633     // that until everything else is done.
5634     if (U == Old) {
5635       DeleteOld = true;
5636       continue;
5637     }
5638     if (!Visited.insert(U))
5639       continue;
5640     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U))
5641       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5642     SE->Scalars.erase(U);
5643     for (Value::use_iterator UI = U->use_begin(), UE = U->use_end();
5644          UI != UE; ++UI)
5645       Worklist.push_back(*UI);
5646   }
5647   // Delete the Old value if it (indirectly) references itself.
5648   if (DeleteOld) {
5649     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Old))
5650       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5651     SE->Scalars.erase(Old);
5652     // this now dangles!
5653   }
5654   // this may dangle!
5655 }
5656
5657 ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *se)
5658   : CallbackVH(V), SE(se) {}
5659
5660 //===----------------------------------------------------------------------===//
5661 //                   ScalarEvolution Class Implementation
5662 //===----------------------------------------------------------------------===//
5663
5664 ScalarEvolution::ScalarEvolution()
5665   : FunctionPass(&ID) {
5666 }
5667
5668 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
5669   this->F = &F;
5670   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
5671   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
5672   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
5673   return false;
5674 }
5675
5676 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
5677   Scalars.clear();
5678   BackedgeTakenCounts.clear();
5679   ConstantEvolutionLoopExitValue.clear();
5680   ValuesAtScopes.clear();
5681   UniqueSCEVs.clear();
5682   SCEVAllocator.Reset();
5683 }
5684
5685 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
5686   AU.setPreservesAll();
5687   AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
5688   AU.addRequiredTransitive<DominatorTree>();
5689 }
5690
5691 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
5692   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getBackedgeTakenCount(L));
5693 }
5694
5695 static void PrintLoopInfo(raw_ostream &OS, ScalarEvolution *SE,
5696                           const Loop *L) {
5697   // Print all inner loops first
5698   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
5699     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
5700
5701   OS << "Loop ";
5702   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
5703   OS << ": ";
5704
5705   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
5706   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
5707   if (ExitBlocks.size() != 1)
5708     OS << "<multiple exits> ";
5709
5710   if (SE->hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(L)) {
5711     OS << "backedge-taken count is " << *SE->getBackedgeTakenCount(L);
5712   } else {
5713     OS << "Unpredictable backedge-taken count. ";
5714   }
5715
5716   OS << "\n"
5717         "Loop ";
5718   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
5719   OS << ": ";
5720
5721   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(SE->getMaxBackedgeTakenCount(L))) {
5722     OS << "max backedge-taken count is " << *SE->getMaxBackedgeTakenCount(L);
5723   } else {
5724     OS << "Unpredictable max backedge-taken count. ";
5725   }
5726
5727   OS << "\n";
5728 }
5729
5730 void ScalarEvolution::print(raw_ostream &OS, const Module *) const {
5731   // ScalarEvolution's implementation of the print method is to print
5732   // out SCEV values of all instructions that are interesting. Doing
5733   // this potentially causes it to create new SCEV objects though,
5734   // which technically conflicts with the const qualifier. This isn't
5735   // observable from outside the class though, so casting away the
5736   // const isn't dangerous.
5737   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
5738
5739   OS << "Classifying expressions for: ";
5740   WriteAsOperand(OS, F, /*PrintType=*/false);
5741   OS << "\n";
5742   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
5743     if (isSCEVable(I->getType()) && !isa<CmpInst>(*I)) {
5744       OS << *I << '\n';
5745       OS << "  -->  ";
5746       const SCEV *SV = SE.getSCEV(&*I);
5747       SV->print(OS);
5748
5749       const Loop *L = LI->getLoopFor((*I).getParent());
5750
5751       const SCEV *AtUse = SE.getSCEVAtScope(SV, L);
5752       if (AtUse != SV) {
5753         OS << "  -->  ";
5754         AtUse->print(OS);
5755       }
5756
5757       if (L) {
5758         OS << "\t\t" "Exits: ";
5759         const SCEV *ExitValue = SE.getSCEVAtScope(SV, L->getParentLoop());
5760         if (!ExitValue->isLoopInvariant(L)) {
5761           OS << "<<Unknown>>";
5762         } else {
5763           OS << *ExitValue;
5764         }
5765       }
5766
5767       OS << "\n";
5768     }
5769
5770   OS << "Determining loop execution counts for: ";
5771   WriteAsOperand(OS, F, /*PrintType=*/false);
5772   OS << "\n";
5773   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
5774     PrintLoopInfo(OS, &SE, *I);
5775 }
5776