e2a03c89241d0e879998102e37eb03928551d335
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolution.cpp
1 //===- ScalarEvolution.cpp - Scalar Evolution Analysis ----------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains the implementation of the scalar evolution analysis
11 // engine, which is used primarily to analyze expressions involving induction
12 // variables in loops.
13 //
14 // There are several aspects to this library.  First is the representation of
15 // scalar expressions, which are represented as subclasses of the SCEV class.
16 // These classes are used to represent certain types of subexpressions that we
17 // can handle.  These classes are reference counted, managed by the SCEVHandle
18 // class.  We only create one SCEV of a particular shape, so pointer-comparisons
19 // for equality are legal.
20 //
21 // One important aspect of the SCEV objects is that they are never cyclic, even
22 // if there is a cycle in the dataflow for an expression (ie, a PHI node).  If
23 // the PHI node is one of the idioms that we can represent (e.g., a polynomial
24 // recurrence) then we represent it directly as a recurrence node, otherwise we
25 // represent it as a SCEVUnknown node.
26 //
27 // In addition to being able to represent expressions of various types, we also
28 // have folders that are used to build the *canonical* representation for a
29 // particular expression.  These folders are capable of using a variety of
30 // rewrite rules to simplify the expressions.
31 //
32 // Once the folders are defined, we can implement the more interesting
33 // higher-level code, such as the code that recognizes PHI nodes of various
34 // types, computes the execution count of a loop, etc.
35 //
36 // TODO: We should use these routines and value representations to implement
37 // dependence analysis!
38 //
39 //===----------------------------------------------------------------------===//
40 //
41 // There are several good references for the techniques used in this analysis.
42 //
43 //  Chains of recurrences -- a method to expedite the evaluation
44 //  of closed-form functions
45 //  Olaf Bachmann, Paul S. Wang, Eugene V. Zima
46 //
47 //  On computational properties of chains of recurrences
48 //  Eugene V. Zima
49 //
50 //  Symbolic Evaluation of Chains of Recurrences for Loop Optimization
51 //  Robert A. van Engelen
52 //
53 //  Efficient Symbolic Analysis for Optimizing Compilers
54 //  Robert A. van Engelen
55 //
56 //  Using the chains of recurrences algebra for data dependence testing and
57 //  induction variable substitution
58 //  MS Thesis, Johnie Birch
59 //
60 //===----------------------------------------------------------------------===//
61
62 #define DEBUG_TYPE "scalar-evolution"
63 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
64 #include "llvm/Constants.h"
65 #include "llvm/DerivedTypes.h"
66 #include "llvm/GlobalVariable.h"
67 #include "llvm/Instructions.h"
68 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
69 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
70 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
71 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
72 #include "llvm/Support/CFG.h"
73 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
74 #include "llvm/Support/Compiler.h"
75 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
76 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
77 #include "llvm/Support/ManagedStatic.h"
78 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
79 #include "llvm/Support/Streams.h"
80 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
81 #include <ostream>
82 #include <algorithm>
83 #include <cmath>
84 using namespace llvm;
85
86 STATISTIC(NumBruteForceEvaluations,
87           "Number of brute force evaluations needed to "
88           "calculate high-order polynomial exit values");
89 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
90           "Number of trip counts computed with array length");
91 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
92           "Number of loops with predictable loop counts");
93 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
94           "Number of loops without predictable loop counts");
95 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
96           "Number of loops with trip counts computed by force");
97
98 cl::opt<unsigned>
99 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
100                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
101                                  "symbolically execute a constant derived loop"),
102                         cl::init(100));
103
104 namespace {
105   RegisterPass<ScalarEvolution>
106   R("scalar-evolution", "Scalar Evolution Analysis");
107 }
108
109 //===----------------------------------------------------------------------===//
110 //                           SCEV class definitions
111 //===----------------------------------------------------------------------===//
112
113 //===----------------------------------------------------------------------===//
114 // Implementation of the SCEV class.
115 //
116 SCEV::~SCEV() {}
117 void SCEV::dump() const {
118   print(cerr);
119 }
120
121 /// getValueRange - Return the tightest constant bounds that this value is
122 /// known to have.  This method is only valid on integer SCEV objects.
123 ConstantRange SCEV::getValueRange() const {
124   const Type *Ty = getType();
125   assert(Ty->isInteger() && "Can't get range for a non-integer SCEV!");
126   // Default to a full range if no better information is available.
127   return ConstantRange(getType());
128 }
129
130
131 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() : SCEV(scCouldNotCompute) {}
132
133 bool SCEVCouldNotCompute::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
134   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
135   return false;
136 }
137
138 const Type *SCEVCouldNotCompute::getType() const {
139   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
140   return 0;
141 }
142
143 bool SCEVCouldNotCompute::hasComputableLoopEvolution(const Loop *L) const {
144   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
145   return false;
146 }
147
148 SCEVHandle SCEVCouldNotCompute::
149 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
150                                   const SCEVHandle &Conc) const {
151   return this;
152 }
153
154 void SCEVCouldNotCompute::print(std::ostream &OS) const {
155   OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
156 }
157
158 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
159   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
160 }
161
162
163 // SCEVConstants - Only allow the creation of one SCEVConstant for any
164 // particular value.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will
165 // never be deleted!
166 static ManagedStatic<std::map<ConstantInt*, SCEVConstant*> > SCEVConstants;
167
168
169 SCEVConstant::~SCEVConstant() {
170   SCEVConstants->erase(V);
171 }
172
173 SCEVHandle SCEVConstant::get(ConstantInt *V) {
174   SCEVConstant *&R = (*SCEVConstants)[V];
175   if (R == 0) R = new SCEVConstant(V);
176   return R;
177 }
178
179 ConstantRange SCEVConstant::getValueRange() const {
180   return ConstantRange(V);
181 }
182
183 const Type *SCEVConstant::getType() const { return V->getType(); }
184
185 void SCEVConstant::print(std::ostream &OS) const {
186   WriteAsOperand(OS, V, false);
187 }
188
189 // SCEVTruncates - Only allow the creation of one SCEVTruncateExpr for any
190 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will
191 // never be deleted!
192 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, const Type*>, 
193                      SCEVTruncateExpr*> > SCEVTruncates;
194
195 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
196   : SCEV(scTruncate), Op(op), Ty(ty) {
197   assert(Op->getType()->isInteger() && Ty->isInteger() &&
198          "Cannot truncate non-integer value!");
199   assert(Op->getType()->getPrimitiveSize() > Ty->getPrimitiveSize() &&
200          "This is not a truncating conversion!");
201 }
202
203 SCEVTruncateExpr::~SCEVTruncateExpr() {
204   SCEVTruncates->erase(std::make_pair(Op, Ty));
205 }
206
207 ConstantRange SCEVTruncateExpr::getValueRange() const {
208   return getOperand()->getValueRange().truncate(getType());
209 }
210
211 void SCEVTruncateExpr::print(std::ostream &OS) const {
212   OS << "(truncate " << *Op << " to " << *Ty << ")";
213 }
214
215 // SCEVZeroExtends - Only allow the creation of one SCEVZeroExtendExpr for any
216 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
217 // be deleted!
218 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, const Type*>,
219                      SCEVZeroExtendExpr*> > SCEVZeroExtends;
220
221 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
222   : SCEV(scZeroExtend), Op(op), Ty(ty) {
223   assert(Op->getType()->isInteger() && Ty->isInteger() &&
224          "Cannot zero extend non-integer value!");
225   assert(Op->getType()->getPrimitiveSize() < Ty->getPrimitiveSize() &&
226          "This is not an extending conversion!");
227 }
228
229 SCEVZeroExtendExpr::~SCEVZeroExtendExpr() {
230   SCEVZeroExtends->erase(std::make_pair(Op, Ty));
231 }
232
233 ConstantRange SCEVZeroExtendExpr::getValueRange() const {
234   return getOperand()->getValueRange().zeroExtend(getType());
235 }
236
237 void SCEVZeroExtendExpr::print(std::ostream &OS) const {
238   OS << "(zeroextend " << *Op << " to " << *Ty << ")";
239 }
240
241 // SCEVCommExprs - Only allow the creation of one SCEVCommutativeExpr for any
242 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
243 // be deleted!
244 static ManagedStatic<std::map<std::pair<unsigned, std::vector<SCEV*> >,
245                      SCEVCommutativeExpr*> > SCEVCommExprs;
246
247 SCEVCommutativeExpr::~SCEVCommutativeExpr() {
248   SCEVCommExprs->erase(std::make_pair(getSCEVType(),
249                                       std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
250                                                          Operands.end())));
251 }
252
253 void SCEVCommutativeExpr::print(std::ostream &OS) const {
254   assert(Operands.size() > 1 && "This plus expr shouldn't exist!");
255   const char *OpStr = getOperationStr();
256   OS << "(" << *Operands[0];
257   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
258     OS << OpStr << *Operands[i];
259   OS << ")";
260 }
261
262 SCEVHandle SCEVCommutativeExpr::
263 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
264                                   const SCEVHandle &Conc) const {
265   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
266     SCEVHandle H = getOperand(i)->replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc);
267     if (H != getOperand(i)) {
268       std::vector<SCEVHandle> NewOps;
269       NewOps.reserve(getNumOperands());
270       for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
271         NewOps.push_back(getOperand(j));
272       NewOps.push_back(H);
273       for (++i; i != e; ++i)
274         NewOps.push_back(getOperand(i)->
275                          replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc));
276
277       if (isa<SCEVAddExpr>(this))
278         return SCEVAddExpr::get(NewOps);
279       else if (isa<SCEVMulExpr>(this))
280         return SCEVMulExpr::get(NewOps);
281       else
282         assert(0 && "Unknown commutative expr!");
283     }
284   }
285   return this;
286 }
287
288
289 // SCEVSDivs - Only allow the creation of one SCEVSDivExpr for any particular
290 // input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never be
291 // deleted!
292 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, SCEV*>, 
293                      SCEVSDivExpr*> > SCEVSDivs;
294
295 SCEVSDivExpr::~SCEVSDivExpr() {
296   SCEVSDivs->erase(std::make_pair(LHS, RHS));
297 }
298
299 void SCEVSDivExpr::print(std::ostream &OS) const {
300   OS << "(" << *LHS << " /s " << *RHS << ")";
301 }
302
303 const Type *SCEVSDivExpr::getType() const {
304   return LHS->getType();
305 }
306
307 // SCEVAddRecExprs - Only allow the creation of one SCEVAddRecExpr for any
308 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
309 // be deleted!
310 static ManagedStatic<std::map<std::pair<const Loop *, std::vector<SCEV*> >,
311                      SCEVAddRecExpr*> > SCEVAddRecExprs;
312
313 SCEVAddRecExpr::~SCEVAddRecExpr() {
314   SCEVAddRecExprs->erase(std::make_pair(L,
315                                         std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
316                                                            Operands.end())));
317 }
318
319 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::
320 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
321                                   const SCEVHandle &Conc) const {
322   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
323     SCEVHandle H = getOperand(i)->replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc);
324     if (H != getOperand(i)) {
325       std::vector<SCEVHandle> NewOps;
326       NewOps.reserve(getNumOperands());
327       for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
328         NewOps.push_back(getOperand(j));
329       NewOps.push_back(H);
330       for (++i; i != e; ++i)
331         NewOps.push_back(getOperand(i)->
332                          replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc));
333
334       return get(NewOps, L);
335     }
336   }
337   return this;
338 }
339
340
341 bool SCEVAddRecExpr::isLoopInvariant(const Loop *QueryLoop) const {
342   // This recurrence is invariant w.r.t to QueryLoop iff QueryLoop doesn't
343   // contain L and if the start is invariant.
344   return !QueryLoop->contains(L->getHeader()) &&
345          getOperand(0)->isLoopInvariant(QueryLoop);
346 }
347
348
349 void SCEVAddRecExpr::print(std::ostream &OS) const {
350   OS << "{" << *Operands[0];
351   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
352     OS << ",+," << *Operands[i];
353   OS << "}<" << L->getHeader()->getName() + ">";
354 }
355
356 // SCEVUnknowns - Only allow the creation of one SCEVUnknown for any particular
357 // value.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never be
358 // deleted!
359 static ManagedStatic<std::map<Value*, SCEVUnknown*> > SCEVUnknowns;
360
361 SCEVUnknown::~SCEVUnknown() { SCEVUnknowns->erase(V); }
362
363 bool SCEVUnknown::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
364   // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
365   // invariant if they are not contained in the specified loop.
366   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
367     return !L->contains(I->getParent());
368   return true;
369 }
370
371 const Type *SCEVUnknown::getType() const {
372   return V->getType();
373 }
374
375 void SCEVUnknown::print(std::ostream &OS) const {
376   WriteAsOperand(OS, V, false);
377 }
378
379 //===----------------------------------------------------------------------===//
380 //                               SCEV Utilities
381 //===----------------------------------------------------------------------===//
382
383 namespace {
384   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
385   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
386   /// expressions.
387   struct VISIBILITY_HIDDEN SCEVComplexityCompare {
388     bool operator()(SCEV *LHS, SCEV *RHS) {
389       return LHS->getSCEVType() < RHS->getSCEVType();
390     }
391   };
392 }
393
394 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
395 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
396 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
397 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
398 ///
399 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get determinstic
400 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
401 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
402 /// land in memory.
403 ///
404 static void GroupByComplexity(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
405   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
406   if (Ops.size() == 2) {
407     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
408     // Special case it.
409     if (Ops[0]->getSCEVType() > Ops[1]->getSCEVType())
410       std::swap(Ops[0], Ops[1]);
411     return;
412   }
413
414   // Do the rough sort by complexity.
415   std::sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare());
416
417   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
418   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
419   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
420   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
421   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
422     SCEV *S = Ops[i];
423     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
424
425     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
426     // one, group them.
427     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
428       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
429         // Move it to immediately after i'th element.
430         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
431         ++i;   // no need to rescan it.
432         if (i == e-2) return;  // Done!
433       }
434     }
435   }
436 }
437
438
439
440 //===----------------------------------------------------------------------===//
441 //                      Simple SCEV method implementations
442 //===----------------------------------------------------------------------===//
443
444 /// getIntegerSCEV - Given an integer or FP type, create a constant for the
445 /// specified signed integer value and return a SCEV for the constant.
446 SCEVHandle SCEVUnknown::getIntegerSCEV(int Val, const Type *Ty) {
447   Constant *C;
448   if (Val == 0)
449     C = Constant::getNullValue(Ty);
450   else if (Ty->isFloatingPoint())
451     C = ConstantFP::get(Ty, Val);
452   else 
453     C = ConstantInt::get(Ty, Val);
454   return SCEVUnknown::get(C);
455 }
456
457 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
458 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
459 /// extended.
460 static SCEVHandle getTruncateOrZeroExtend(const SCEVHandle &V, const Type *Ty) {
461   const Type *SrcTy = V->getType();
462   assert(SrcTy->isInteger() && Ty->isInteger() &&
463          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
464   if (SrcTy->getPrimitiveSize() == Ty->getPrimitiveSize())
465     return V;  // No conversion
466   if (SrcTy->getPrimitiveSize() > Ty->getPrimitiveSize())
467     return SCEVTruncateExpr::get(V, Ty);
468   return SCEVZeroExtendExpr::get(V, Ty);
469 }
470
471 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
472 ///
473 SCEVHandle SCEV::getNegativeSCEV(const SCEVHandle &V) {
474   if (SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
475     return SCEVUnknown::get(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue()));
476
477   return SCEVMulExpr::get(V, SCEVUnknown::getIntegerSCEV(-1, V->getType()));
478 }
479
480 /// getMinusSCEV - Return a SCEV corresponding to LHS - RHS.
481 ///
482 SCEVHandle SCEV::getMinusSCEV(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
483   // X - Y --> X + -Y
484   return SCEVAddExpr::get(LHS, SCEV::getNegativeSCEV(RHS));
485 }
486
487
488 /// PartialFact - Compute V!/(V-NumSteps)!
489 static SCEVHandle PartialFact(SCEVHandle V, unsigned NumSteps) {
490   // Handle this case efficiently, it is common to have constant iteration
491   // counts while computing loop exit values.
492   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
493     uint64_t Val = SC->getValue()->getZExtValue();
494     uint64_t Result = 1;
495     for (; NumSteps; --NumSteps)
496       Result *= Val-(NumSteps-1);
497     Constant *Res = ConstantInt::get(Type::Int64Ty, Result);
498     return SCEVUnknown::get(ConstantExpr::getTruncOrBitCast(Res, V->getType()));
499   }
500
501   const Type *Ty = V->getType();
502   if (NumSteps == 0)
503     return SCEVUnknown::getIntegerSCEV(1, Ty);
504
505   SCEVHandle Result = V;
506   for (unsigned i = 1; i != NumSteps; ++i)
507     Result = SCEVMulExpr::get(Result, SCEV::getMinusSCEV(V,
508                                           SCEVUnknown::getIntegerSCEV(i, Ty)));
509   return Result;
510 }
511
512
513 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
514 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
515 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
516 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
517 ///
518 ///   A*choose(It, 0) + B*choose(It, 1) + C*choose(It, 2) + D*choose(It, 3)
519 ///
520 /// FIXME/VERIFY: I don't trust that this is correct in the face of overflow.
521 /// Is the binomial equation safe using modular arithmetic??
522 ///
523 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(SCEVHandle It) const {
524   SCEVHandle Result = getStart();
525   int Divisor = 1;
526   const Type *Ty = It->getType();
527   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
528     SCEVHandle BC = PartialFact(It, i);
529     Divisor *= i;
530     SCEVHandle Val = SCEVSDivExpr::get(SCEVMulExpr::get(BC, getOperand(i)),
531                                        SCEVUnknown::getIntegerSCEV(Divisor,Ty));
532     Result = SCEVAddExpr::get(Result, Val);
533   }
534   return Result;
535 }
536
537
538 //===----------------------------------------------------------------------===//
539 //                    SCEV Expression folder implementations
540 //===----------------------------------------------------------------------===//
541
542 SCEVHandle SCEVTruncateExpr::get(const SCEVHandle &Op, const Type *Ty) {
543   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
544     return SCEVUnknown::get(
545         ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(), Ty));
546
547   // If the input value is a chrec scev made out of constants, truncate
548   // all of the constants.
549   if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
550     std::vector<SCEVHandle> Operands;
551     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
552       // FIXME: This should allow truncation of other expression types!
553       if (isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(i)))
554         Operands.push_back(get(AddRec->getOperand(i), Ty));
555       else
556         break;
557     if (Operands.size() == AddRec->getNumOperands())
558       return SCEVAddRecExpr::get(Operands, AddRec->getLoop());
559   }
560
561   SCEVTruncateExpr *&Result = (*SCEVTruncates)[std::make_pair(Op, Ty)];
562   if (Result == 0) Result = new SCEVTruncateExpr(Op, Ty);
563   return Result;
564 }
565
566 SCEVHandle SCEVZeroExtendExpr::get(const SCEVHandle &Op, const Type *Ty) {
567   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
568     return SCEVUnknown::get(
569         ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(), Ty));
570
571   // FIXME: If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
572   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
573   // operands (often constants).  This would allow analysis of something like
574   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
575
576   SCEVZeroExtendExpr *&Result = (*SCEVZeroExtends)[std::make_pair(Op, Ty)];
577   if (Result == 0) Result = new SCEVZeroExtendExpr(Op, Ty);
578   return Result;
579 }
580
581 // get - Get a canonical add expression, or something simpler if possible.
582 SCEVHandle SCEVAddExpr::get(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
583   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
584   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
585
586   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
587   GroupByComplexity(Ops);
588
589   // If there are any constants, fold them together.
590   unsigned Idx = 0;
591   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
592     ++Idx;
593     assert(Idx < Ops.size());
594     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
595       // We found two constants, fold them together!
596       Constant *Fold = ConstantExpr::getAdd(LHSC->getValue(), RHSC->getValue());
597       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Fold)) {
598         Ops[0] = SCEVConstant::get(CI);
599         Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
600         if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
601         LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
602       } else {
603         // If we couldn't fold the expression, move to the next constant.  Note
604         // that this is impossible to happen in practice because we always
605         // constant fold constant ints to constant ints.
606         ++Idx;
607       }
608     }
609
610     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
611     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isNullValue()) {
612       Ops.erase(Ops.begin());
613       --Idx;
614     }
615   }
616
617   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
618
619   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
620   // so, merge them together into an multiply expression.  Since we sorted the
621   // list, these values are required to be adjacent.
622   const Type *Ty = Ops[0]->getType();
623   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
624     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
625       // Found a match, merge the two values into a multiply, and add any
626       // remaining values to the result.
627       SCEVHandle Two = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(2, Ty);
628       SCEVHandle Mul = SCEVMulExpr::get(Ops[i], Two);
629       if (Ops.size() == 2)
630         return Mul;
631       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
632       Ops.push_back(Mul);
633       return SCEVAddExpr::get(Ops);
634     }
635
636   // Okay, now we know the first non-constant operand.  If there are add
637   // operands they would be next.
638   if (Idx < Ops.size()) {
639     bool DeletedAdd = false;
640     while (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
641       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
642       // list.
643       Ops.insert(Ops.end(), Add->op_begin(), Add->op_end());
644       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
645       DeletedAdd = true;
646     }
647
648     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
649     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
650     // any operands we just aquired.
651     if (DeletedAdd)
652       return get(Ops);
653   }
654
655   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
656   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
657     ++Idx;
658
659   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
660   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
661   // the multiply.
662   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
663     SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
664     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
665       SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
666       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
667         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp] && !isa<SCEVConstant>(MulOpSCEV)) {
668           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
669           SCEVHandle InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
670           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
671             // If the multiply has more than two operands, we must get the
672             // Y*Z term.
673             std::vector<SCEVHandle> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
674             MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
675             InnerMul = SCEVMulExpr::get(MulOps);
676           }
677           SCEVHandle One = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(1, Ty);
678           SCEVHandle AddOne = SCEVAddExpr::get(InnerMul, One);
679           SCEVHandle OuterMul = SCEVMulExpr::get(AddOne, Ops[AddOp]);
680           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
681           if (AddOp < Idx) {
682             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
683             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
684           } else {
685             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
686             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
687           }
688           Ops.push_back(OuterMul);
689           return SCEVAddExpr::get(Ops);
690         }
691
692       // Check this multiply against other multiplies being added together.
693       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
694            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
695            ++OtherMulIdx) {
696         SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
697         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
698         // together.
699         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
700              OMulOp != e; ++OMulOp)
701           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
702             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
703             SCEVHandle InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
704             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
705               std::vector<SCEVHandle> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
706               MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
707               InnerMul1 = SCEVMulExpr::get(MulOps);
708             }
709             SCEVHandle InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
710             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
711               std::vector<SCEVHandle> MulOps(OtherMul->op_begin(),
712                                              OtherMul->op_end());
713               MulOps.erase(MulOps.begin()+OMulOp);
714               InnerMul2 = SCEVMulExpr::get(MulOps);
715             }
716             SCEVHandle InnerMulSum = SCEVAddExpr::get(InnerMul1,InnerMul2);
717             SCEVHandle OuterMul = SCEVMulExpr::get(MulOpSCEV, InnerMulSum);
718             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
719             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
720             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
721             Ops.push_back(OuterMul);
722             return SCEVAddExpr::get(Ops);
723           }
724       }
725     }
726   }
727
728   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
729   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
730   // recurrence.
731   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
732     ++Idx;
733
734   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
735   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
736     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
737     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
738     std::vector<SCEVHandle> LIOps;
739     SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
740     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
741       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
742         LIOps.push_back(Ops[i]);
743         Ops.erase(Ops.begin()+i);
744         --i; --e;
745       }
746
747     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
748     if (!LIOps.empty()) {
749       //  NLI + LI + { Start,+,Step}  -->  NLI + { LI+Start,+,Step }
750       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
751
752       std::vector<SCEVHandle> AddRecOps(AddRec->op_begin(), AddRec->op_end());
753       AddRecOps[0] = SCEVAddExpr::get(LIOps);
754
755       SCEVHandle NewRec = SCEVAddRecExpr::get(AddRecOps, AddRec->getLoop());
756       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
757       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
758
759       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-liv parts.
760       for (unsigned i = 0;; ++i)
761         if (Ops[i] == AddRec) {
762           Ops[i] = NewRec;
763           break;
764         }
765       return SCEVAddExpr::get(Ops);
766     }
767
768     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
769     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
770     // added together.  If so, we can fold them.
771     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
772          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
773       if (OtherIdx != Idx) {
774         SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
775         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
776           // Other + {A,+,B} + {C,+,D}  -->  Other + {A+C,+,B+D}
777           std::vector<SCEVHandle> NewOps(AddRec->op_begin(), AddRec->op_end());
778           for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
779             if (i >= NewOps.size()) {
780               NewOps.insert(NewOps.end(), OtherAddRec->op_begin()+i,
781                             OtherAddRec->op_end());
782               break;
783             }
784             NewOps[i] = SCEVAddExpr::get(NewOps[i], OtherAddRec->getOperand(i));
785           }
786           SCEVHandle NewAddRec = SCEVAddRecExpr::get(NewOps, AddRec->getLoop());
787
788           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
789
790           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
791           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
792           Ops.push_back(NewAddRec);
793           return SCEVAddExpr::get(Ops);
794         }
795       }
796
797     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
798     // next one.
799   }
800
801   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
802   // already have one, otherwise create a new one.
803   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
804   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scAddExpr,
805                                                                  SCEVOps)];
806   if (Result == 0) Result = new SCEVAddExpr(Ops);
807   return Result;
808 }
809
810
811 SCEVHandle SCEVMulExpr::get(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
812   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
813
814   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
815   GroupByComplexity(Ops);
816
817   // If there are any constants, fold them together.
818   unsigned Idx = 0;
819   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
820
821     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
822     if (Ops.size() == 2)
823       if (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
824         if (Add->getNumOperands() == 2 &&
825             isa<SCEVConstant>(Add->getOperand(0)))
826           return SCEVAddExpr::get(SCEVMulExpr::get(LHSC, Add->getOperand(0)),
827                                   SCEVMulExpr::get(LHSC, Add->getOperand(1)));
828
829
830     ++Idx;
831     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
832       // We found two constants, fold them together!
833       Constant *Fold = ConstantExpr::getMul(LHSC->getValue(), RHSC->getValue());
834       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Fold)) {
835         Ops[0] = SCEVConstant::get(CI);
836         Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
837         if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
838         LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
839       } else {
840         // If we couldn't fold the expression, move to the next constant.  Note
841         // that this is impossible to happen in practice because we always
842         // constant fold constant ints to constant ints.
843         ++Idx;
844       }
845     }
846
847     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
848     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
849       Ops.erase(Ops.begin());
850       --Idx;
851     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isNullValue()) {
852       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
853       return Ops[0];
854     }
855   }
856
857   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
858   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
859     ++Idx;
860
861   if (Ops.size() == 1)
862     return Ops[0];
863
864   // If there are mul operands inline them all into this expression.
865   if (Idx < Ops.size()) {
866     bool DeletedMul = false;
867     while (SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
868       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
869       // list.
870       Ops.insert(Ops.end(), Mul->op_begin(), Mul->op_end());
871       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
872       DeletedMul = true;
873     }
874
875     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
876     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
877     // any operands we just aquired.
878     if (DeletedMul)
879       return get(Ops);
880   }
881
882   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
883   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
884   // recurrence.
885   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
886     ++Idx;
887
888   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
889   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
890     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
891     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
892     std::vector<SCEVHandle> LIOps;
893     SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
894     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
895       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
896         LIOps.push_back(Ops[i]);
897         Ops.erase(Ops.begin()+i);
898         --i; --e;
899       }
900
901     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
902     if (!LIOps.empty()) {
903       //  NLI * LI * { Start,+,Step}  -->  NLI * { LI*Start,+,LI*Step }
904       std::vector<SCEVHandle> NewOps;
905       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
906       if (LIOps.size() == 1) {
907         SCEV *Scale = LIOps[0];
908         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
909           NewOps.push_back(SCEVMulExpr::get(Scale, AddRec->getOperand(i)));
910       } else {
911         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
912           std::vector<SCEVHandle> MulOps(LIOps);
913           MulOps.push_back(AddRec->getOperand(i));
914           NewOps.push_back(SCEVMulExpr::get(MulOps));
915         }
916       }
917
918       SCEVHandle NewRec = SCEVAddRecExpr::get(NewOps, AddRec->getLoop());
919
920       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
921       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
922
923       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-liv parts.
924       for (unsigned i = 0;; ++i)
925         if (Ops[i] == AddRec) {
926           Ops[i] = NewRec;
927           break;
928         }
929       return SCEVMulExpr::get(Ops);
930     }
931
932     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
933     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
934     // multiplied together.  If so, we can fold them.
935     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
936          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
937       if (OtherIdx != Idx) {
938         SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
939         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
940           // F * G  -->  {A,+,B} * {C,+,D}  -->  {A*C,+,F*D + G*B + B*D}
941           SCEVAddRecExpr *F = AddRec, *G = OtherAddRec;
942           SCEVHandle NewStart = SCEVMulExpr::get(F->getStart(),
943                                                  G->getStart());
944           SCEVHandle B = F->getStepRecurrence();
945           SCEVHandle D = G->getStepRecurrence();
946           SCEVHandle NewStep = SCEVAddExpr::get(SCEVMulExpr::get(F, D),
947                                                 SCEVMulExpr::get(G, B),
948                                                 SCEVMulExpr::get(B, D));
949           SCEVHandle NewAddRec = SCEVAddRecExpr::get(NewStart, NewStep,
950                                                      F->getLoop());
951           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
952
953           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
954           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
955           Ops.push_back(NewAddRec);
956           return SCEVMulExpr::get(Ops);
957         }
958       }
959
960     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
961     // next one.
962   }
963
964   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
965   // already have one, otherwise create a new one.
966   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
967   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scMulExpr,
968                                                                  SCEVOps)];
969   if (Result == 0)
970     Result = new SCEVMulExpr(Ops);
971   return Result;
972 }
973
974 SCEVHandle SCEVSDivExpr::get(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
975   if (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
976     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
977       return LHS;                            // X sdiv 1 --> x
978     if (RHSC->getValue()->isAllOnesValue())
979       return SCEV::getNegativeSCEV(LHS);           // X sdiv -1  -->  -x
980
981     if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
982       Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
983       Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
984       return SCEVUnknown::get(ConstantExpr::getSDiv(LHSCV, RHSCV));
985     }
986   }
987
988   // FIXME: implement folding of (X*4)/4 when we know X*4 doesn't overflow.
989
990   SCEVSDivExpr *&Result = (*SCEVSDivs)[std::make_pair(LHS, RHS)];
991   if (Result == 0) Result = new SCEVSDivExpr(LHS, RHS);
992   return Result;
993 }
994
995
996 /// SCEVAddRecExpr::get - Get a add recurrence expression for the
997 /// specified loop.  Simplify the expression as much as possible.
998 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::get(const SCEVHandle &Start,
999                                const SCEVHandle &Step, const Loop *L) {
1000   std::vector<SCEVHandle> Operands;
1001   Operands.push_back(Start);
1002   if (SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
1003     if (StepChrec->getLoop() == L) {
1004       Operands.insert(Operands.end(), StepChrec->op_begin(),
1005                       StepChrec->op_end());
1006       return get(Operands, L);
1007     }
1008
1009   Operands.push_back(Step);
1010   return get(Operands, L);
1011 }
1012
1013 /// SCEVAddRecExpr::get - Get a add recurrence expression for the
1014 /// specified loop.  Simplify the expression as much as possible.
1015 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::get(std::vector<SCEVHandle> &Operands,
1016                                const Loop *L) {
1017   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
1018
1019   if (SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Operands.back()))
1020     if (StepC->getValue()->isNullValue()) {
1021       Operands.pop_back();
1022       return get(Operands, L);             // { X,+,0 }  -->  X
1023     }
1024
1025   SCEVAddRecExpr *&Result =
1026     (*SCEVAddRecExprs)[std::make_pair(L, std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
1027                                                             Operands.end()))];
1028   if (Result == 0) Result = new SCEVAddRecExpr(Operands, L);
1029   return Result;
1030 }
1031
1032 SCEVHandle SCEVUnknown::get(Value *V) {
1033   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
1034     return SCEVConstant::get(CI);
1035   SCEVUnknown *&Result = (*SCEVUnknowns)[V];
1036   if (Result == 0) Result = new SCEVUnknown(V);
1037   return Result;
1038 }
1039
1040
1041 //===----------------------------------------------------------------------===//
1042 //             ScalarEvolutionsImpl Definition and Implementation
1043 //===----------------------------------------------------------------------===//
1044 //
1045 /// ScalarEvolutionsImpl - This class implements the main driver for the scalar
1046 /// evolution code.
1047 ///
1048 namespace {
1049   struct VISIBILITY_HIDDEN ScalarEvolutionsImpl {
1050     /// F - The function we are analyzing.
1051     ///
1052     Function &F;
1053
1054     /// LI - The loop information for the function we are currently analyzing.
1055     ///
1056     LoopInfo &LI;
1057
1058     /// UnknownValue - This SCEV is used to represent unknown trip counts and
1059     /// things.
1060     SCEVHandle UnknownValue;
1061
1062     /// Scalars - This is a cache of the scalars we have analyzed so far.
1063     ///
1064     std::map<Value*, SCEVHandle> Scalars;
1065
1066     /// IterationCounts - Cache the iteration count of the loops for this
1067     /// function as they are computed.
1068     std::map<const Loop*, SCEVHandle> IterationCounts;
1069
1070     /// ConstantEvolutionLoopExitValue - This map contains entries for all of
1071     /// the PHI instructions that we attempt to compute constant evolutions for.
1072     /// This allows us to avoid potentially expensive recomputation of these
1073     /// properties.  An instruction maps to null if we are unable to compute its
1074     /// exit value.
1075     std::map<PHINode*, Constant*> ConstantEvolutionLoopExitValue;
1076
1077   public:
1078     ScalarEvolutionsImpl(Function &f, LoopInfo &li)
1079       : F(f), LI(li), UnknownValue(new SCEVCouldNotCompute()) {}
1080
1081     /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
1082     /// expression and create a new one.
1083     SCEVHandle getSCEV(Value *V);
1084
1085     /// hasSCEV - Return true if the SCEV for this value has already been
1086     /// computed.
1087     bool hasSCEV(Value *V) const {
1088       return Scalars.count(V);
1089     }
1090
1091     /// setSCEV - Insert the specified SCEV into the map of current SCEVs for
1092     /// the specified value.
1093     void setSCEV(Value *V, const SCEVHandle &H) {
1094       bool isNew = Scalars.insert(std::make_pair(V, H)).second;
1095       assert(isNew && "This entry already existed!");
1096     }
1097
1098
1099     /// getSCEVAtScope - Compute the value of the specified expression within
1100     /// the indicated loop (which may be null to indicate in no loop).  If the
1101     /// expression cannot be evaluated, return UnknownValue itself.
1102     SCEVHandle getSCEVAtScope(SCEV *V, const Loop *L);
1103
1104
1105     /// hasLoopInvariantIterationCount - Return true if the specified loop has
1106     /// an analyzable loop-invariant iteration count.
1107     bool hasLoopInvariantIterationCount(const Loop *L);
1108
1109     /// getIterationCount - If the specified loop has a predictable iteration
1110     /// count, return it.  Note that it is not valid to call this method on a
1111     /// loop without a loop-invariant iteration count.
1112     SCEVHandle getIterationCount(const Loop *L);
1113
1114     /// deleteInstructionFromRecords - This method should be called by the
1115     /// client before it removes an instruction from the program, to make sure
1116     /// that no dangling references are left around.
1117     void deleteInstructionFromRecords(Instruction *I);
1118
1119   private:
1120     /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
1121     /// Analyze the expression.
1122     SCEVHandle createSCEV(Value *V);
1123
1124     /// createNodeForPHI - Provide the special handling we need to analyze PHI
1125     /// SCEVs.
1126     SCEVHandle createNodeForPHI(PHINode *PN);
1127
1128     /// ReplaceSymbolicValueWithConcrete - This looks up the computed SCEV value
1129     /// for the specified instruction and replaces any references to the
1130     /// symbolic value SymName with the specified value.  This is used during
1131     /// PHI resolution.
1132     void ReplaceSymbolicValueWithConcrete(Instruction *I,
1133                                           const SCEVHandle &SymName,
1134                                           const SCEVHandle &NewVal);
1135
1136     /// ComputeIterationCount - Compute the number of times the specified loop
1137     /// will iterate.
1138     SCEVHandle ComputeIterationCount(const Loop *L);
1139
1140     /// ComputeLoadConstantCompareIterationCount - Given an exit condition of
1141     /// 'setcc load X, cst', try to se if we can compute the trip count.
1142     SCEVHandle ComputeLoadConstantCompareIterationCount(LoadInst *LI,
1143                                                         Constant *RHS,
1144                                                         const Loop *L,
1145                                                         ICmpInst::Predicate p);
1146
1147     /// ComputeIterationCountExhaustively - If the trip is known to execute a
1148     /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
1149     /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
1150     /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
1151     /// evaluate the trip count of the loop, return UnknownValue.
1152     SCEVHandle ComputeIterationCountExhaustively(const Loop *L, Value *Cond,
1153                                                  bool ExitWhen);
1154
1155     /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the
1156     /// specified value to zero will execute.  If not computable, return
1157     /// UnknownValue.
1158     SCEVHandle HowFarToZero(SCEV *V, const Loop *L);
1159
1160     /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
1161     /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
1162     /// UnknownValue.
1163     SCEVHandle HowFarToNonZero(SCEV *V, const Loop *L);
1164
1165     /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
1166     /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
1167     /// UnknownValue.
1168     SCEVHandle HowManyLessThans(SCEV *LHS, SCEV *RHS, const Loop *L);
1169
1170     /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
1171     /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
1172     /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
1173     /// involving constants, fold it.
1174     Constant *getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN, uint64_t Its,
1175                                                 const Loop *L);
1176   };
1177 }
1178
1179 //===----------------------------------------------------------------------===//
1180 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
1181 //
1182
1183 /// deleteInstructionFromRecords - This method should be called by the
1184 /// client before it removes an instruction from the program, to make sure
1185 /// that no dangling references are left around.
1186 void ScalarEvolutionsImpl::deleteInstructionFromRecords(Instruction *I) {
1187   Scalars.erase(I);
1188   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
1189     ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
1190 }
1191
1192
1193 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
1194 /// expression and create a new one.
1195 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getSCEV(Value *V) {
1196   assert(V->getType() != Type::VoidTy && "Can't analyze void expressions!");
1197
1198   std::map<Value*, SCEVHandle>::iterator I = Scalars.find(V);
1199   if (I != Scalars.end()) return I->second;
1200   SCEVHandle S = createSCEV(V);
1201   Scalars.insert(std::make_pair(V, S));
1202   return S;
1203 }
1204
1205 /// ReplaceSymbolicValueWithConcrete - This looks up the computed SCEV value for
1206 /// the specified instruction and replaces any references to the symbolic value
1207 /// SymName with the specified value.  This is used during PHI resolution.
1208 void ScalarEvolutionsImpl::
1209 ReplaceSymbolicValueWithConcrete(Instruction *I, const SCEVHandle &SymName,
1210                                  const SCEVHandle &NewVal) {
1211   std::map<Value*, SCEVHandle>::iterator SI = Scalars.find(I);
1212   if (SI == Scalars.end()) return;
1213
1214   SCEVHandle NV =
1215     SI->second->replaceSymbolicValuesWithConcrete(SymName, NewVal);
1216   if (NV == SI->second) return;  // No change.
1217
1218   SI->second = NV;       // Update the scalars map!
1219
1220   // Any instruction values that use this instruction might also need to be
1221   // updated!
1222   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
1223        UI != E; ++UI)
1224     ReplaceSymbolicValueWithConcrete(cast<Instruction>(*UI), SymName, NewVal);
1225 }
1226
1227 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
1228 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
1229 ///
1230 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
1231   if (PN->getNumIncomingValues() == 2)  // The loops have been canonicalized.
1232     if (const Loop *L = LI.getLoopFor(PN->getParent()))
1233       if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
1234         // If it lives in the loop header, it has two incoming values, one
1235         // from outside the loop, and one from inside.
1236         unsigned IncomingEdge = L->contains(PN->getIncomingBlock(0));
1237         unsigned BackEdge     = IncomingEdge^1;
1238
1239         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
1240         SCEVHandle SymbolicName = SCEVUnknown::get(PN);
1241         assert(Scalars.find(PN) == Scalars.end() &&
1242                "PHI node already processed?");
1243         Scalars.insert(std::make_pair(PN, SymbolicName));
1244
1245         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
1246         // the back-edge.
1247         SCEVHandle BEValue = getSCEV(PN->getIncomingValue(BackEdge));
1248
1249         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
1250         // has a special value for the first iteration of the loop.
1251
1252         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
1253         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
1254         if (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
1255           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
1256           // with a recurrence.
1257           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
1258           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
1259             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
1260               if (FoundIndex == e) {
1261                 FoundIndex = i;
1262                 break;
1263               }
1264
1265           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
1266             // Create an add with everything but the specified operand.
1267             std::vector<SCEVHandle> Ops;
1268             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
1269               if (i != FoundIndex)
1270                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
1271             SCEVHandle Accum = SCEVAddExpr::get(Ops);
1272
1273             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
1274             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
1275             if (Accum->isLoopInvariant(L) ||
1276                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
1277                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
1278               SCEVHandle StartVal = getSCEV(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
1279               SCEVHandle PHISCEV  = SCEVAddRecExpr::get(StartVal, Accum, L);
1280
1281               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
1282               // to be symbolic.  We now need to go back and update all of the
1283               // entries for the scalars that use the PHI (except for the PHI
1284               // itself) to use the new analyzed value instead of the "symbolic"
1285               // value.
1286               ReplaceSymbolicValueWithConcrete(PN, SymbolicName, PHISCEV);
1287               return PHISCEV;
1288             }
1289           }
1290         } else if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
1291           // Otherwise, this could be a loop like this:
1292           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
1293           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
1294           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
1295           // i really is an addrec evolution.
1296           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
1297             SCEVHandle StartVal = getSCEV(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
1298
1299             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
1300             // initial step of the addrec evolution.
1301             if (StartVal == SCEV::getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
1302                                                AddRec->getOperand(1))) {
1303               SCEVHandle PHISCEV = 
1304                  SCEVAddRecExpr::get(StartVal, AddRec->getOperand(1), L);
1305
1306               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
1307               // to be symbolic.  We now need to go back and update all of the
1308               // entries for the scalars that use the PHI (except for the PHI
1309               // itself) to use the new analyzed value instead of the "symbolic"
1310               // value.
1311               ReplaceSymbolicValueWithConcrete(PN, SymbolicName, PHISCEV);
1312               return PHISCEV;
1313             }
1314           }
1315         }
1316
1317         return SymbolicName;
1318       }
1319
1320   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
1321   return SCEVUnknown::get(PN);
1322 }
1323
1324 /// GetConstantFactor - Determine the largest constant factor that S has.  For
1325 /// example, turn {4,+,8} -> 4.    (S umod result) should always equal zero.
1326 static uint64_t GetConstantFactor(SCEVHandle S) {
1327   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
1328     if (uint64_t V = C->getValue()->getZExtValue())
1329       return V;
1330     else   // Zero is a multiple of everything.
1331       return 1ULL << (S->getType()->getPrimitiveSizeInBits()-1);
1332   }
1333
1334   if (SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
1335     return GetConstantFactor(T->getOperand()) &
1336            T->getType()->getIntegralTypeMask();
1337   if (SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S))
1338     return GetConstantFactor(E->getOperand());
1339   
1340   if (SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
1341     // The result is the min of all operands.
1342     uint64_t Res = GetConstantFactor(A->getOperand(0));
1343     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); i != e && Res > 1; ++i)
1344       Res = std::min(Res, GetConstantFactor(A->getOperand(i)));
1345     return Res;
1346   }
1347
1348   if (SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
1349     // The result is the product of all the operands.
1350     uint64_t Res = GetConstantFactor(M->getOperand(0));
1351     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i)
1352       Res *= GetConstantFactor(M->getOperand(i));
1353     return Res;
1354   }
1355     
1356   if (SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
1357     // For now, we just handle linear expressions.
1358     if (A->getNumOperands() == 2) {
1359       // We want the GCD between the start and the stride value.
1360       uint64_t Start = GetConstantFactor(A->getOperand(0));
1361       if (Start == 1) return 1;
1362       uint64_t Stride = GetConstantFactor(A->getOperand(1));
1363       return GreatestCommonDivisor64(Start, Stride);
1364     }
1365   }
1366   
1367   // SCEVSDivExpr, SCEVUnknown.
1368   return 1;
1369 }
1370
1371 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
1372 /// Analyze the expression.
1373 ///
1374 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::createSCEV(Value *V) {
1375   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
1376     switch (I->getOpcode()) {
1377     case Instruction::Add:
1378       return SCEVAddExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)),
1379                               getSCEV(I->getOperand(1)));
1380     case Instruction::Mul:
1381       return SCEVMulExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)),
1382                               getSCEV(I->getOperand(1)));
1383     case Instruction::SDiv:
1384       return SCEVSDivExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)),
1385                               getSCEV(I->getOperand(1)));
1386       break;
1387
1388     case Instruction::Sub:
1389       return SCEV::getMinusSCEV(getSCEV(I->getOperand(0)),
1390                                 getSCEV(I->getOperand(1)));
1391     case Instruction::Or:
1392       // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
1393       // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an add so loop
1394       // optimizations will transparently handle this case.
1395       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1396         SCEVHandle LHS = getSCEV(I->getOperand(0));
1397         uint64_t CommonFact = GetConstantFactor(LHS);
1398         assert(CommonFact && "Common factor should at least be 1!");
1399         if (CommonFact > CI->getZExtValue()) {
1400           // If the LHS is a multiple that is larger than the RHS, use +.
1401           return SCEVAddExpr::get(LHS,
1402                                   getSCEV(I->getOperand(1)));
1403         }
1404       }
1405       break;
1406       
1407     case Instruction::Shl:
1408       // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
1409       if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1410         Constant *X = ConstantInt::get(V->getType(), 1);
1411         X = ConstantExpr::getShl(X, SA);
1412         return SCEVMulExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)), getSCEV(X));
1413       }
1414       break;
1415
1416     case Instruction::Trunc:
1417       // We don't handle trunc to bool yet.
1418       if (I->getType()->isInteger())
1419         return SCEVTruncateExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)), I->getType());
1420       break;
1421
1422     case Instruction::ZExt:
1423       // We don't handle zext from bool yet.
1424       if (I->getOperand(0)->getType()->isInteger())
1425         return SCEVZeroExtendExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)), I->getType());
1426       break;
1427
1428     case Instruction::BitCast:
1429       // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
1430       if (I->getType()->isInteger() && I->getOperand(0)->getType()->isInteger())
1431         return getSCEV(I->getOperand(0));
1432       break;
1433
1434     case Instruction::PHI:
1435       return createNodeForPHI(cast<PHINode>(I));
1436
1437     default: // We cannot analyze this expression.
1438       break;
1439     }
1440   }
1441
1442   return SCEVUnknown::get(V);
1443 }
1444
1445
1446
1447 //===----------------------------------------------------------------------===//
1448 //                   Iteration Count Computation Code
1449 //
1450
1451 /// getIterationCount - If the specified loop has a predictable iteration
1452 /// count, return it.  Note that it is not valid to call this method on a
1453 /// loop without a loop-invariant iteration count.
1454 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getIterationCount(const Loop *L) {
1455   std::map<const Loop*, SCEVHandle>::iterator I = IterationCounts.find(L);
1456   if (I == IterationCounts.end()) {
1457     SCEVHandle ItCount = ComputeIterationCount(L);
1458     I = IterationCounts.insert(std::make_pair(L, ItCount)).first;
1459     if (ItCount != UnknownValue) {
1460       assert(ItCount->isLoopInvariant(L) &&
1461              "Computed trip count isn't loop invariant for loop!");
1462       ++NumTripCountsComputed;
1463     } else if (isa<PHINode>(L->getHeader()->begin())) {
1464       // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
1465       ++NumTripCountsNotComputed;
1466     }
1467   }
1468   return I->second;
1469 }
1470
1471 /// ComputeIterationCount - Compute the number of times the specified loop
1472 /// will iterate.
1473 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::ComputeIterationCount(const Loop *L) {
1474   // If the loop has a non-one exit block count, we can't analyze it.
1475   std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
1476   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
1477   if (ExitBlocks.size() != 1) return UnknownValue;
1478
1479   // Okay, there is one exit block.  Try to find the condition that causes the
1480   // loop to be exited.
1481   BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[0];
1482
1483   BasicBlock *ExitingBlock = 0;
1484   for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), E = pred_end(ExitBlock);
1485        PI != E; ++PI)
1486     if (L->contains(*PI)) {
1487       if (ExitingBlock == 0)
1488         ExitingBlock = *PI;
1489       else
1490         return UnknownValue;   // More than one block exiting!
1491     }
1492   assert(ExitingBlock && "No exits from loop, something is broken!");
1493
1494   // Okay, we've computed the exiting block.  See what condition causes us to
1495   // exit.
1496   //
1497   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
1498   BranchInst *ExitBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
1499   if (ExitBr == 0) return UnknownValue;
1500   assert(ExitBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
1501   ICmpInst *ExitCond = dyn_cast<ICmpInst>(ExitBr->getCondition());
1502
1503   // If its not an integer comparison then compute it the hard way. 
1504   // Note that ICmpInst deals with pointer comparisons too so we must check
1505   // the type of the operand.
1506   if (ExitCond == 0 || !ExitCond->getOperand(0)->getType()->isIntegral()) 
1507     return ComputeIterationCountExhaustively(L, ExitBr->getCondition(),
1508                                           ExitBr->getSuccessor(0) == ExitBlock);
1509
1510   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
1511   ICmpInst::Predicate Cond;
1512   if (ExitBr->getSuccessor(1) == ExitBlock)
1513     Cond = ExitCond->getPredicate();
1514   else
1515     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
1516
1517   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
1518   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
1519     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
1520       SCEVHandle ItCnt =
1521         ComputeLoadConstantCompareIterationCount(LI, RHS, L, Cond);
1522       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(ItCnt)) return ItCnt;
1523     }
1524
1525   SCEVHandle LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
1526   SCEVHandle RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
1527
1528   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
1529   SCEVHandle Tmp = getSCEVAtScope(LHS, L);
1530   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) LHS = Tmp;
1531   Tmp = getSCEVAtScope(RHS, L);
1532   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) RHS = Tmp;
1533
1534   // At this point, we would like to compute how many iterations of the 
1535   // loop the predicate will return true for these inputs.
1536   if (isa<SCEVConstant>(LHS) && !isa<SCEVConstant>(RHS)) {
1537     // If there is a constant, force it into the RHS.
1538     std::swap(LHS, RHS);
1539     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
1540   }
1541
1542   // FIXME: think about handling pointer comparisons!  i.e.:
1543   // while (P != P+100) ++P;
1544
1545   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
1546   // ranges to answer this query.
1547   if (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
1548     if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
1549       if (AddRec->getLoop() == L) {
1550         // Form the comparison range using the constant of the correct type so
1551         // that the ConstantRange class knows to do a signed or unsigned
1552         // comparison.
1553         ConstantInt *CompVal = RHSC->getValue();
1554         const Type *RealTy = ExitCond->getOperand(0)->getType();
1555         CompVal = dyn_cast<ConstantInt>(
1556           ConstantExpr::getBitCast(CompVal, RealTy));
1557         if (CompVal) {
1558           // Form the constant range.
1559           ConstantRange CompRange(Cond, CompVal);
1560
1561           SCEVHandle Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, 
1562               false /*Always treat as unsigned range*/);
1563           if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
1564         }
1565       }
1566
1567   switch (Cond) {
1568   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
1569     // Convert to: while (X-Y != 0)
1570     SCEVHandle TC = HowFarToZero(SCEV::getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
1571     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1572     break;
1573   }
1574   case ICmpInst::ICMP_EQ: {
1575     // Convert to: while (X-Y == 0)           // while (X == Y)
1576     SCEVHandle TC = HowFarToNonZero(SCEV::getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
1577     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1578     break;
1579   }
1580   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
1581     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(LHS, RHS, L);
1582     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1583     break;
1584   }
1585   case ICmpInst::ICMP_SGT: {
1586     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(RHS, LHS, L);
1587     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1588     break;
1589   }
1590   default:
1591 #if 0
1592     cerr << "ComputeIterationCount ";
1593     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
1594       cerr << "[unsigned] ";
1595     cerr << *LHS << "   "
1596          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp) 
1597          << "   " << *RHS << "\n";
1598 #endif
1599     break;
1600   }
1601   return ComputeIterationCountExhaustively(L, ExitCond,
1602                                        ExitBr->getSuccessor(0) == ExitBlock);
1603 }
1604
1605 static ConstantInt *
1606 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, Constant *C) {
1607   SCEVHandle InVal = SCEVConstant::get(cast<ConstantInt>(C));
1608   SCEVHandle Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal);
1609   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
1610          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
1611   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
1612 }
1613
1614 /// GetAddressedElementFromGlobal - Given a global variable with an initializer
1615 /// and a GEP expression (missing the pointer index) indexing into it, return
1616 /// the addressed element of the initializer or null if the index expression is
1617 /// invalid.
1618 static Constant *
1619 GetAddressedElementFromGlobal(GlobalVariable *GV,
1620                               const std::vector<ConstantInt*> &Indices) {
1621   Constant *Init = GV->getInitializer();
1622   for (unsigned i = 0, e = Indices.size(); i != e; ++i) {
1623     uint64_t Idx = Indices[i]->getZExtValue();
1624     if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Init)) {
1625       assert(Idx < CS->getNumOperands() && "Bad struct index!");
1626       Init = cast<Constant>(CS->getOperand(Idx));
1627     } else if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Init)) {
1628       if (Idx >= CA->getNumOperands()) return 0;  // Bogus program
1629       Init = cast<Constant>(CA->getOperand(Idx));
1630     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
1631       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
1632         assert(Idx < STy->getNumElements() && "Bad struct index!");
1633         Init = Constant::getNullValue(STy->getElementType(Idx));
1634       } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Init->getType())) {
1635         if (Idx >= ATy->getNumElements()) return 0;  // Bogus program
1636         Init = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
1637       } else {
1638         assert(0 && "Unknown constant aggregate type!");
1639       }
1640       return 0;
1641     } else {
1642       return 0; // Unknown initializer type
1643     }
1644   }
1645   return Init;
1646 }
1647
1648 /// ComputeLoadConstantCompareIterationCount - Given an exit condition of
1649 /// 'setcc load X, cst', try to se if we can compute the trip count.
1650 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::
1651 ComputeLoadConstantCompareIterationCount(LoadInst *LI, Constant *RHS,
1652                                          const Loop *L, 
1653                                          ICmpInst::Predicate predicate) {
1654   if (LI->isVolatile()) return UnknownValue;
1655
1656   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
1657   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
1658   if (!GEP) return UnknownValue;
1659
1660   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
1661   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
1662   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
1663   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer() ||
1664       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
1665       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
1666     return UnknownValue;
1667
1668   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
1669   Value *VarIdx = 0;
1670   std::vector<ConstantInt*> Indexes;
1671   unsigned VarIdxNum = 0;
1672   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
1673     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
1674       Indexes.push_back(CI);
1675     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
1676       if (VarIdx) return UnknownValue;  // Multiple non-constant idx's.
1677       VarIdx = GEP->getOperand(i);
1678       VarIdxNum = i-2;
1679       Indexes.push_back(0);
1680     }
1681
1682   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
1683   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
1684   SCEVHandle Idx = getSCEV(VarIdx);
1685   SCEVHandle Tmp = getSCEVAtScope(Idx, L);
1686   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) Idx = Tmp;
1687
1688   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
1689   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
1690   SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
1691   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || IdxExpr->isLoopInvariant(L) ||
1692       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
1693       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
1694     return UnknownValue;
1695
1696   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
1697   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
1698     ConstantInt *ItCst =
1699       ConstantInt::get(IdxExpr->getType(), IterationNum);
1700     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst);
1701
1702     // Form the GEP offset.
1703     Indexes[VarIdxNum] = Val;
1704
1705     Constant *Result = GetAddressedElementFromGlobal(GV, Indexes);
1706     if (Result == 0) break;  // Cannot compute!
1707
1708     // Evaluate the condition for this iteration.
1709     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
1710     if (!isa<ConstantBool>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
1711     if (cast<ConstantBool>(Result)->getValue() == false) {
1712 #if 0
1713       cerr << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
1714            << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
1715            << "***\n";
1716 #endif
1717       ++NumArrayLenItCounts;
1718       return SCEVConstant::get(ItCst);   // Found terminating iteration!
1719     }
1720   }
1721   return UnknownValue;
1722 }
1723
1724
1725 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
1726 /// specified type, assuming that all operands were constants.
1727 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
1728   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<ShiftInst>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
1729       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I))
1730     return true;
1731
1732   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
1733     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
1734       return canConstantFoldCallTo((Function*)F);  // FIXME: elim cast
1735   return false;
1736 }
1737
1738 /// ConstantFold - Constant fold an instruction of the specified type with the
1739 /// specified constant operands.  This function may modify the operands vector.
1740 static Constant *ConstantFold(const Instruction *I,
1741                               std::vector<Constant*> &Operands) {
1742   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<ShiftInst>(I))
1743     return ConstantExpr::get(I->getOpcode(), Operands[0], Operands[1]);
1744
1745   if (isa<CastInst>(I))
1746     return ConstantExpr::getCast(I->getOpcode(), Operands[0], I->getType());
1747
1748   switch (I->getOpcode()) {
1749   case Instruction::Select:
1750     return ConstantExpr::getSelect(Operands[0], Operands[1], Operands[2]);
1751   case Instruction::Call:
1752     if (Function *GV = dyn_cast<Function>(Operands[0])) {
1753       Operands.erase(Operands.begin());
1754       return ConstantFoldCall(cast<Function>(GV), Operands);
1755     }
1756     return 0;
1757   case Instruction::GetElementPtr: {
1758     Constant *Base = Operands[0];
1759     Operands.erase(Operands.begin());
1760     return ConstantExpr::getGetElementPtr(Base, Operands);
1761   }
1762   case Instruction::ICmp:
1763     return ConstantExpr::getICmp(
1764         cast<ICmpInst>(I)->getPredicate(), Operands[0], Operands[1]);
1765   case Instruction::FCmp:
1766     return ConstantExpr::getFCmp(
1767         cast<FCmpInst>(I)->getPredicate(), Operands[0], Operands[1]);
1768   }
1769   return 0;
1770 }
1771
1772
1773 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
1774 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
1775 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
1776 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
1777 /// constraints, return null.
1778 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
1779   // If this is not an instruction, or if this is an instruction outside of the
1780   // loop, it can't be derived from a loop PHI.
1781   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
1782   if (I == 0 || !L->contains(I->getParent())) return 0;
1783
1784   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
1785     if (L->getHeader() == I->getParent())
1786       return PN;
1787     else
1788       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
1789       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
1790       return 0;
1791
1792   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
1793   // are constants, return early.
1794   if (!CanConstantFold(I)) return 0;
1795
1796   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
1797   // constant or derived from a PHI node themselves.
1798   PHINode *PHI = 0;
1799   for (unsigned Op = 0, e = I->getNumOperands(); Op != e; ++Op)
1800     if (!(isa<Constant>(I->getOperand(Op)) ||
1801           isa<GlobalValue>(I->getOperand(Op)))) {
1802       PHINode *P = getConstantEvolvingPHI(I->getOperand(Op), L);
1803       if (P == 0) return 0;  // Not evolving from PHI
1804       if (PHI == 0)
1805         PHI = P;
1806       else if (PHI != P)
1807         return 0;  // Evolving from multiple different PHIs.
1808     }
1809
1810   // This is a expression evolving from a constant PHI!
1811   return PHI;
1812 }
1813
1814 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
1815 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
1816 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
1817 /// reason, return null.
1818 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, Constant *PHIVal) {
1819   if (isa<PHINode>(V)) return PHIVal;
1820   if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V))
1821     return GV;
1822   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
1823   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
1824
1825   std::vector<Constant*> Operands;
1826   Operands.resize(I->getNumOperands());
1827
1828   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1829     Operands[i] = EvaluateExpression(I->getOperand(i), PHIVal);
1830     if (Operands[i] == 0) return 0;
1831   }
1832
1833   return ConstantFold(I, Operands);
1834 }
1835
1836 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
1837 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
1838 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
1839 /// involving constants, fold it.
1840 Constant *ScalarEvolutionsImpl::
1841 getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN, uint64_t Its, const Loop *L) {
1842   std::map<PHINode*, Constant*>::iterator I =
1843     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
1844   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
1845     return I->second;
1846
1847   if (Its > MaxBruteForceIterations)
1848     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = 0;  // Not going to evaluate it.
1849
1850   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
1851
1852   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
1853   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
1854   // second must be derived from the same PHI.
1855   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
1856   Constant *StartCST =
1857     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
1858   if (StartCST == 0)
1859     return RetVal = 0;  // Must be a constant.
1860
1861   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
1862   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
1863   if (PN2 != PN)
1864     return RetVal = 0;  // Not derived from same PHI.
1865
1866   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
1867   unsigned IterationNum = 0;
1868   unsigned NumIterations = Its;
1869   if (NumIterations != Its)
1870     return RetVal = 0;  // More than 2^32 iterations??
1871
1872   for (Constant *PHIVal = StartCST; ; ++IterationNum) {
1873     if (IterationNum == NumIterations)
1874       return RetVal = PHIVal;  // Got exit value!
1875
1876     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
1877     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
1878     if (NextPHI == PHIVal)
1879       return RetVal = NextPHI;  // Stopped evolving!
1880     if (NextPHI == 0)
1881       return 0;        // Couldn't evaluate!
1882     PHIVal = NextPHI;
1883   }
1884 }
1885
1886 /// ComputeIterationCountExhaustively - If the trip is known to execute a
1887 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
1888 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
1889 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
1890 /// evaluate the trip count of the loop, return UnknownValue.
1891 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::
1892 ComputeIterationCountExhaustively(const Loop *L, Value *Cond, bool ExitWhen) {
1893   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
1894   if (PN == 0) return UnknownValue;
1895
1896   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
1897   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
1898   // second must be derived from the same PHI.
1899   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
1900   Constant *StartCST =
1901     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
1902   if (StartCST == 0) return UnknownValue;  // Must be a constant.
1903
1904   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
1905   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
1906   if (PN2 != PN) return UnknownValue;  // Not derived from same PHI.
1907
1908   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
1909   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
1910   // "ExitWhen".
1911   unsigned IterationNum = 0;
1912   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
1913   for (Constant *PHIVal = StartCST;
1914        IterationNum != MaxIterations; ++IterationNum) {
1915     ConstantBool *CondVal =
1916       dyn_cast_or_null<ConstantBool>(EvaluateExpression(Cond, PHIVal));
1917     if (!CondVal) return UnknownValue;     // Couldn't symbolically evaluate.
1918
1919     if (CondVal->getValue() == ExitWhen) {
1920       ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = PHIVal;
1921       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
1922       return SCEVConstant::get(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, IterationNum));
1923     }
1924
1925     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
1926     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
1927     if (NextPHI == 0 || NextPHI == PHIVal)
1928       return UnknownValue;  // Couldn't evaluate or not making progress...
1929     PHIVal = NextPHI;
1930   }
1931
1932   // Too many iterations were needed to evaluate.
1933   return UnknownValue;
1934 }
1935
1936 /// getSCEVAtScope - Compute the value of the specified expression within the
1937 /// indicated loop (which may be null to indicate in no loop).  If the
1938 /// expression cannot be evaluated, return UnknownValue.
1939 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getSCEVAtScope(SCEV *V, const Loop *L) {
1940   // FIXME: this should be turned into a virtual method on SCEV!
1941
1942   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
1943
1944   // If this instruction is evolves from a constant-evolving PHI, compute the
1945   // exit value from the loop without using SCEVs.
1946   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
1947     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
1948       const Loop *LI = this->LI[I->getParent()];
1949       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
1950         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
1951           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
1952             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
1953             // to see if the loop that contains it has a known iteration count.
1954             // If so, we may be able to force computation of the exit value.
1955             SCEVHandle IterationCount = getIterationCount(LI);
1956             if (SCEVConstant *ICC = dyn_cast<SCEVConstant>(IterationCount)) {
1957               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
1958               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
1959               // the specified iteration number.
1960               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
1961                                                ICC->getValue()->getZExtValue(),
1962                                                                LI);
1963               if (RV) return SCEVUnknown::get(RV);
1964             }
1965           }
1966
1967       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
1968       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
1969       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
1970       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
1971       if (CanConstantFold(I)) {
1972         std::vector<Constant*> Operands;
1973         Operands.reserve(I->getNumOperands());
1974         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1975           Value *Op = I->getOperand(i);
1976           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
1977             Operands.push_back(C);
1978           } else {
1979             SCEVHandle OpV = getSCEVAtScope(getSCEV(Op), L);
1980             if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OpV))
1981               Operands.push_back(ConstantExpr::getIntegerCast(SC->getValue(), 
1982                                                               Op->getType(), 
1983                                                               false));
1984             else if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(OpV)) {
1985               if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(SU->getValue()))
1986                 Operands.push_back(ConstantExpr::getIntegerCast(C, 
1987                                                                 Op->getType(), 
1988                                                                 false));
1989               else
1990                 return V;
1991             } else {
1992               return V;
1993             }
1994           }
1995         }
1996         return SCEVUnknown::get(ConstantFold(I, Operands));
1997       }
1998     }
1999
2000     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
2001     return V;
2002   }
2003
2004   if (SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
2005     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
2006     // expression has no loop-variant portions.
2007     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2008       SCEVHandle OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
2009       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
2010         if (OpAtScope == UnknownValue) return UnknownValue;
2011         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
2012         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
2013         std::vector<SCEVHandle> NewOps(Comm->op_begin(), Comm->op_begin()+i);
2014         NewOps.push_back(OpAtScope);
2015
2016         for (++i; i != e; ++i) {
2017           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
2018           if (OpAtScope == UnknownValue) return UnknownValue;
2019           NewOps.push_back(OpAtScope);
2020         }
2021         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
2022           return SCEVAddExpr::get(NewOps);
2023         assert(isa<SCEVMulExpr>(Comm) && "Only know about add and mul!");
2024         return SCEVMulExpr::get(NewOps);
2025       }
2026     }
2027     // If we got here, all operands are loop invariant.
2028     return Comm;
2029   }
2030
2031   if (SCEVSDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVSDivExpr>(V)) {
2032     SCEVHandle LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
2033     if (LHS == UnknownValue) return LHS;
2034     SCEVHandle RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
2035     if (RHS == UnknownValue) return RHS;
2036     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
2037       return Div;   // must be loop invariant
2038     return SCEVSDivExpr::get(LHS, RHS);
2039   }
2040
2041   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
2042   // are dealing with the final value computed by the loop.
2043   if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
2044     if (!L || !AddRec->getLoop()->contains(L->getHeader())) {
2045       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
2046       // loop iterates.  Compute this now.
2047       SCEVHandle IterationCount = getIterationCount(AddRec->getLoop());
2048       if (IterationCount == UnknownValue) return UnknownValue;
2049       IterationCount = getTruncateOrZeroExtend(IterationCount,
2050                                                AddRec->getType());
2051
2052       // If the value is affine, simplify the expression evaluation to just
2053       // Start + Step*IterationCount.
2054       if (AddRec->isAffine())
2055         return SCEVAddExpr::get(AddRec->getStart(),
2056                                 SCEVMulExpr::get(IterationCount,
2057                                                  AddRec->getOperand(1)));
2058
2059       // Otherwise, evaluate it the hard way.
2060       return AddRec->evaluateAtIteration(IterationCount);
2061     }
2062     return UnknownValue;
2063   }
2064
2065   //assert(0 && "Unknown SCEV type!");
2066   return UnknownValue;
2067 }
2068
2069
2070 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
2071 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
2072 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
2073 ///
2074 static std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle>
2075 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec) {
2076   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
2077   SCEVConstant *L = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
2078   SCEVConstant *M = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
2079   SCEVConstant *N = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
2080
2081   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
2082   if (!L || !M || !N) {
2083     SCEV *CNC = new SCEVCouldNotCompute();
2084     return std::make_pair(CNC, CNC);
2085   }
2086
2087   Constant *C = L->getValue();
2088   Constant *Two = ConstantInt::get(C->getType(), 2);
2089
2090   // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
2091   // The B coefficient is M-N/2
2092   Constant *B = ConstantExpr::getSub(M->getValue(),
2093                                      ConstantExpr::getSDiv(N->getValue(),
2094                                                           Two));
2095   // The A coefficient is N/2
2096   Constant *A = ConstantExpr::getSDiv(N->getValue(), Two);
2097
2098   // Compute the B^2-4ac term.
2099   Constant *SqrtTerm =
2100     ConstantExpr::getMul(ConstantInt::get(C->getType(), 4),
2101                          ConstantExpr::getMul(A, C));
2102   SqrtTerm = ConstantExpr::getSub(ConstantExpr::getMul(B, B), SqrtTerm);
2103
2104   // Compute floor(sqrt(B^2-4ac))
2105   uint64_t SqrtValV = cast<ConstantInt>(SqrtTerm)->getZExtValue();
2106   uint64_t SqrtValV2 = (uint64_t)sqrt((double)SqrtValV);
2107   // The square root might not be precise for arbitrary 64-bit integer
2108   // values.  Do some sanity checks to ensure it's correct.
2109   if (SqrtValV2*SqrtValV2 > SqrtValV ||
2110       (SqrtValV2+1)*(SqrtValV2+1) <= SqrtValV) {
2111     SCEV *CNC = new SCEVCouldNotCompute();
2112     return std::make_pair(CNC, CNC);
2113   }
2114
2115   ConstantInt *SqrtVal = ConstantInt::get(Type::Int64Ty, SqrtValV2);
2116   SqrtTerm = ConstantExpr::getTruncOrBitCast(SqrtVal, SqrtTerm->getType());
2117
2118   Constant *NegB = ConstantExpr::getNeg(B);
2119   Constant *TwoA = ConstantExpr::getMul(A, Two);
2120
2121   // The divisions must be performed as signed divisions.
2122   Constant *Solution1 =
2123     ConstantExpr::getSDiv(ConstantExpr::getAdd(NegB, SqrtTerm), TwoA);
2124   Constant *Solution2 =
2125     ConstantExpr::getSDiv(ConstantExpr::getSub(NegB, SqrtTerm), TwoA);
2126   return std::make_pair(SCEVUnknown::get(Solution1),
2127                         SCEVUnknown::get(Solution2));
2128 }
2129
2130 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
2131 /// value to zero will execute.  If not computable, return UnknownValue
2132 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::HowFarToZero(SCEV *V, const Loop *L) {
2133   // If the value is a constant
2134   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
2135     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
2136     if (C->getValue()->isNullValue()) return C;
2137     return UnknownValue;  // Otherwise it will loop infinitely.
2138   }
2139
2140   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
2141   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
2142     return UnknownValue;
2143
2144   if (AddRec->isAffine()) {
2145     // If this is an affine expression the execution count of this branch is
2146     // equal to:
2147     //
2148     //     (0 - Start/Step)    iff   Start % Step == 0
2149     //
2150     // Get the initial value for the loop.
2151     SCEVHandle Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(), L->getParentLoop());
2152     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Start)) return UnknownValue;
2153     SCEVHandle Step = AddRec->getOperand(1);
2154
2155     Step = getSCEVAtScope(Step, L->getParentLoop());
2156
2157     // Figure out if Start % Step == 0.
2158     // FIXME: We should add DivExpr and RemExpr operations to our AST.
2159     if (SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step)) {
2160       if (StepC->getValue()->equalsInt(1))      // N % 1 == 0
2161         return SCEV::getNegativeSCEV(Start);  // 0 - Start/1 == -Start
2162       if (StepC->getValue()->isAllOnesValue())  // N % -1 == 0
2163         return Start;                   // 0 - Start/-1 == Start
2164
2165       // Check to see if Start is divisible by SC with no remainder.
2166       if (SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start)) {
2167         ConstantInt *StartCC = StartC->getValue();
2168         Constant *StartNegC = ConstantExpr::getNeg(StartCC);
2169         Constant *Rem = ConstantExpr::getSRem(StartNegC, StepC->getValue());
2170         if (Rem->isNullValue()) {
2171           Constant *Result =ConstantExpr::getSDiv(StartNegC,StepC->getValue());
2172           return SCEVUnknown::get(Result);
2173         }
2174       }
2175     }
2176   } else if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isInteger()) {
2177     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
2178     // the quadratic equation to solve it.
2179     std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle> Roots = SolveQuadraticEquation(AddRec);
2180     SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
2181     SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
2182     if (R1) {
2183 #if 0
2184       cerr << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
2185            << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
2186 #endif
2187       // Pick the smallest positive root value.
2188       if (ConstantBool *CB =
2189           dyn_cast<ConstantBool>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT, 
2190                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
2191         if (CB->getValue() == false)
2192           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
2193
2194         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
2195         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
2196         // should not accept a root of 2.
2197         SCEVHandle Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1);
2198         if (SCEVConstant *EvalVal = dyn_cast<SCEVConstant>(Val))
2199           if (EvalVal->getValue()->isNullValue())
2200             return R1;  // We found a quadratic root!
2201       }
2202     }
2203   }
2204
2205   return UnknownValue;
2206 }
2207
2208 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
2209 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
2210 /// UnknownValue
2211 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::HowFarToNonZero(SCEV *V, const Loop *L) {
2212   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
2213   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
2214   // future as needed.
2215
2216   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
2217   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
2218   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
2219     Constant *Zero = Constant::getNullValue(C->getValue()->getType());
2220     Constant *NonZero = 
2221       ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_NE, C->getValue(), Zero);
2222     if (NonZero == ConstantBool::getTrue())
2223       return getSCEV(Zero);
2224     return UnknownValue;  // Otherwise it will loop infinitely.
2225   }
2226
2227   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
2228   // this, and if they did, they would already be constant folded.
2229   return UnknownValue;
2230 }
2231
2232 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
2233 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
2234 /// UnknownValue.
2235 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::
2236 HowManyLessThans(SCEV *LHS, SCEV *RHS, const Loop *L) {
2237   // Only handle:  "ADDREC < LoopInvariant".
2238   if (!RHS->isLoopInvariant(L)) return UnknownValue;
2239
2240   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
2241   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
2242     return UnknownValue;
2243
2244   if (AddRec->isAffine()) {
2245     // FORNOW: We only support unit strides.
2246     SCEVHandle One = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(1, RHS->getType());
2247     if (AddRec->getOperand(1) != One)
2248       return UnknownValue;
2249
2250     // The number of iterations for "[n,+,1] < m", is m-n.  However, we don't
2251     // know that m is >= n on input to the loop.  If it is, the condition return
2252     // true zero times.  What we really should return, for full generality, is
2253     // SMAX(0, m-n).  Since we cannot check this, we will instead check for a
2254     // canonical loop form: most do-loops will have a check that dominates the
2255     // loop, that only enters the loop if [n-1]<m.  If we can find this check,
2256     // we know that the SMAX will evaluate to m-n, because we know that m >= n.
2257
2258     // Search for the check.
2259     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
2260     BasicBlock *PreheaderDest = L->getHeader();
2261     if (Preheader == 0) return UnknownValue;
2262
2263     BranchInst *LoopEntryPredicate =
2264       dyn_cast<BranchInst>(Preheader->getTerminator());
2265     if (!LoopEntryPredicate) return UnknownValue;
2266
2267     // This might be a critical edge broken out.  If the loop preheader ends in
2268     // an unconditional branch to the loop, check to see if the preheader has a
2269     // single predecessor, and if so, look for its terminator.
2270     while (LoopEntryPredicate->isUnconditional()) {
2271       PreheaderDest = Preheader;
2272       Preheader = Preheader->getSinglePredecessor();
2273       if (!Preheader) return UnknownValue;  // Multiple preds.
2274       
2275       LoopEntryPredicate =
2276         dyn_cast<BranchInst>(Preheader->getTerminator());
2277       if (!LoopEntryPredicate) return UnknownValue;
2278     }
2279
2280     // Now that we found a conditional branch that dominates the loop, check to
2281     // see if it is the comparison we are looking for.
2282     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(LoopEntryPredicate->getCondition())){
2283       Value *PreCondLHS = ICI->getOperand(0);
2284       Value *PreCondRHS = ICI->getOperand(1);
2285       ICmpInst::Predicate Cond;
2286       if (LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) == PreheaderDest)
2287         Cond = ICI->getPredicate();
2288       else
2289         Cond = ICI->getInversePredicate();
2290     
2291       switch (Cond) {
2292       case ICmpInst::ICMP_UGT:
2293         std::swap(PreCondLHS, PreCondRHS);
2294         Cond = ICmpInst::ICMP_ULT;
2295         break;
2296       case ICmpInst::ICMP_SGT:
2297         std::swap(PreCondLHS, PreCondRHS);
2298         Cond = ICmpInst::ICMP_SLT;
2299         break;
2300       default: break;
2301       }
2302
2303       if (Cond == ICmpInst::ICMP_SLT) {
2304         if (PreCondLHS->getType()->isInteger()) {
2305           if (RHS != getSCEV(PreCondRHS))
2306             return UnknownValue;  // Not a comparison against 'm'.
2307
2308           if (SCEV::getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0), One)
2309                       != getSCEV(PreCondLHS))
2310             return UnknownValue;  // Not a comparison against 'n-1'.
2311         }
2312         else return UnknownValue;
2313       } else if (Cond == ICmpInst::ICMP_ULT)
2314         return UnknownValue;
2315
2316       // cerr << "Computed Loop Trip Count as: " 
2317       //      << //  *SCEV::getMinusSCEV(RHS, AddRec->getOperand(0)) << "\n";
2318       return SCEV::getMinusSCEV(RHS, AddRec->getOperand(0));
2319     }
2320     else 
2321       return UnknownValue;
2322   }
2323
2324   return UnknownValue;
2325 }
2326
2327 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
2328 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
2329 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
2330 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
2331 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
2332 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range, 
2333                                                    bool isSigned) const {
2334   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
2335     return new SCEVCouldNotCompute();
2336
2337   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
2338   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
2339     if (!SC->getValue()->isNullValue()) {
2340       std::vector<SCEVHandle> Operands(op_begin(), op_end());
2341       Operands[0] = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, SC->getType());
2342       SCEVHandle Shifted = SCEVAddRecExpr::get(Operands, getLoop());
2343       if (SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
2344         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
2345                                       Range.subtract(SC->getValue()),isSigned);
2346       // This is strange and shouldn't happen.
2347       return new SCEVCouldNotCompute();
2348     }
2349
2350   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
2351   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
2352   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
2353     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
2354       return new SCEVCouldNotCompute();
2355
2356
2357   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
2358   // that the start element is zero.
2359
2360   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
2361   // iteration exits.
2362   ConstantInt *Zero = ConstantInt::get(getType(), 0);
2363   if (!Range.contains(Zero, isSigned)) return SCEVConstant::get(Zero);
2364
2365   if (isAffine()) {
2366     // If this is an affine expression then we have this situation:
2367     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
2368
2369     // Since we know that zero is in the range, we know that the upper value of
2370     // the range must be the first possible exit value.  Also note that we
2371     // already checked for a full range.
2372     ConstantInt *Upper = cast<ConstantInt>(Range.getUpper());
2373     ConstantInt *A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue();
2374     ConstantInt *One   = ConstantInt::get(getType(), 1);
2375
2376     // The exit value should be (Upper+A-1)/A.
2377     Constant *ExitValue = Upper;
2378     if (A != One) {
2379       ExitValue = ConstantExpr::getSub(ConstantExpr::getAdd(Upper, A), One);
2380       ExitValue = ConstantExpr::getSDiv(ExitValue, A);
2381     }
2382     assert(isa<ConstantInt>(ExitValue) &&
2383            "Constant folding of integers not implemented?");
2384
2385     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
2386     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
2387     // things must have happened.
2388     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue);
2389     if (Range.contains(Val, isSigned))
2390       return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
2391
2392     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
2393     assert(Range.contains(EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
2394                           ConstantExpr::getSub(ExitValue, One)), isSigned) &&
2395            "Linear scev computation is off in a bad way!");
2396     return SCEVConstant::get(cast<ConstantInt>(ExitValue));
2397   } else if (isQuadratic()) {
2398     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
2399     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
2400     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
2401     // Range.getUpper() is crossed.
2402     std::vector<SCEVHandle> NewOps(op_begin(), op_end());
2403     NewOps[0] = SCEV::getNegativeSCEV(SCEVUnknown::get(Range.getUpper()));
2404     SCEVHandle NewAddRec = SCEVAddRecExpr::get(NewOps, getLoop());
2405
2406     // Next, solve the constructed addrec
2407     std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle> Roots =
2408       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec));
2409     SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
2410     SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
2411     if (R1) {
2412       // Pick the smallest positive root value.
2413       if (ConstantBool *CB =
2414           dyn_cast<ConstantBool>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT, 
2415                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
2416         if (CB->getValue() == false)
2417           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
2418
2419         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
2420         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
2421         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
2422         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
2423                                                              R1->getValue());
2424         if (Range.contains(R1Val, isSigned)) {
2425           // The next iteration must be out of the range...
2426           Constant *NextVal =
2427             ConstantExpr::getAdd(R1->getValue(),
2428                                  ConstantInt::get(R1->getType(), 1));
2429
2430           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal);
2431           if (!Range.contains(R1Val, isSigned))
2432             return SCEVUnknown::get(NextVal);
2433           return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
2434         }
2435
2436         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
2437         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
2438         Constant *NextVal =
2439           ConstantExpr::getSub(R1->getValue(),
2440                                ConstantInt::get(R1->getType(), 1));
2441         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal);
2442         if (Range.contains(R1Val, isSigned))
2443           return R1;
2444         return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
2445       }
2446     }
2447   }
2448
2449   // Fallback, if this is a general polynomial, figure out the progression
2450   // through brute force: evaluate until we find an iteration that fails the
2451   // test.  This is likely to be slow, but getting an accurate trip count is
2452   // incredibly important, we will be able to simplify the exit test a lot, and
2453   // we are almost guaranteed to get a trip count in this case.
2454   ConstantInt *TestVal = ConstantInt::get(getType(), 0);
2455   ConstantInt *One     = ConstantInt::get(getType(), 1);
2456   ConstantInt *EndVal  = TestVal;  // Stop when we wrap around.
2457   do {
2458     ++NumBruteForceEvaluations;
2459     SCEVHandle Val = evaluateAtIteration(SCEVConstant::get(TestVal));
2460     if (!isa<SCEVConstant>(Val))  // This shouldn't happen.
2461       return new SCEVCouldNotCompute();
2462
2463     // Check to see if we found the value!
2464     if (!Range.contains(cast<SCEVConstant>(Val)->getValue(), isSigned))
2465       return SCEVConstant::get(TestVal);
2466
2467     // Increment to test the next index.
2468     TestVal = cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getAdd(TestVal, One));
2469   } while (TestVal != EndVal);
2470
2471   return new SCEVCouldNotCompute();
2472 }
2473
2474
2475
2476 //===----------------------------------------------------------------------===//
2477 //                   ScalarEvolution Class Implementation
2478 //===----------------------------------------------------------------------===//
2479
2480 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
2481   Impl = new ScalarEvolutionsImpl(F, getAnalysis<LoopInfo>());
2482   return false;
2483 }
2484
2485 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
2486   delete (ScalarEvolutionsImpl*)Impl;
2487   Impl = 0;
2488 }
2489
2490 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
2491   AU.setPreservesAll();
2492   AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
2493 }
2494
2495 SCEVHandle ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) const {
2496   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getSCEV(V);
2497 }
2498
2499 /// hasSCEV - Return true if the SCEV for this value has already been
2500 /// computed.
2501 bool ScalarEvolution::hasSCEV(Value *V) const {
2502   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->hasSCEV(V);
2503 }
2504
2505
2506 /// setSCEV - Insert the specified SCEV into the map of current SCEVs for
2507 /// the specified value.
2508 void ScalarEvolution::setSCEV(Value *V, const SCEVHandle &H) {
2509   ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->setSCEV(V, H);
2510 }
2511
2512
2513 SCEVHandle ScalarEvolution::getIterationCount(const Loop *L) const {
2514   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getIterationCount(L);
2515 }
2516
2517 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantIterationCount(const Loop *L) const {
2518   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getIterationCount(L));
2519 }
2520
2521 SCEVHandle ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) const {
2522   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
2523 }
2524
2525 void ScalarEvolution::deleteInstructionFromRecords(Instruction *I) const {
2526   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->deleteInstructionFromRecords(I);
2527 }
2528
2529 static void PrintLoopInfo(std::ostream &OS, const ScalarEvolution *SE,
2530                           const Loop *L) {
2531   // Print all inner loops first
2532   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
2533     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
2534
2535   cerr << "Loop " << L->getHeader()->getName() << ": ";
2536
2537   std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
2538   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
2539   if (ExitBlocks.size() != 1)
2540     cerr << "<multiple exits> ";
2541
2542   if (SE->hasLoopInvariantIterationCount(L)) {
2543     cerr << *SE->getIterationCount(L) << " iterations! ";
2544   } else {
2545     cerr << "Unpredictable iteration count. ";
2546   }
2547
2548   cerr << "\n";
2549 }
2550
2551 void ScalarEvolution::print(std::ostream &OS, const Module* ) const {
2552   Function &F = ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->F;
2553   LoopInfo &LI = ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->LI;
2554
2555   OS << "Classifying expressions for: " << F.getName() << "\n";
2556   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
2557     if (I->getType()->isInteger()) {
2558       OS << *I;
2559       OS << "  --> ";
2560       SCEVHandle SV = getSCEV(&*I);
2561       SV->print(OS);
2562       OS << "\t\t";
2563
2564       if ((*I).getType()->isIntegral()) {
2565         ConstantRange Bounds = SV->getValueRange();
2566         if (!Bounds.isFullSet())
2567           OS << "Bounds: " << Bounds << " ";
2568       }
2569
2570       if (const Loop *L = LI.getLoopFor((*I).getParent())) {
2571         OS << "Exits: ";
2572         SCEVHandle ExitValue = getSCEVAtScope(&*I, L->getParentLoop());
2573         if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ExitValue)) {
2574           OS << "<<Unknown>>";
2575         } else {
2576           OS << *ExitValue;
2577         }
2578       }
2579
2580
2581       OS << "\n";
2582     }
2583
2584   OS << "Determining loop execution counts for: " << F.getName() << "\n";
2585   for (LoopInfo::iterator I = LI.begin(), E = LI.end(); I != E; ++I)
2586     PrintLoopInfo(OS, this, *I);
2587 }
2588