Generalize ScalarEvolution's PHI analysis to handle loops that don't
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolution.cpp
1 //===- ScalarEvolution.cpp - Scalar Evolution Analysis ----------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains the implementation of the scalar evolution analysis
11 // engine, which is used primarily to analyze expressions involving induction
12 // variables in loops.
13 //
14 // There are several aspects to this library.  First is the representation of
15 // scalar expressions, which are represented as subclasses of the SCEV class.
16 // These classes are used to represent certain types of subexpressions that we
17 // can handle. We only create one SCEV of a particular shape, so
18 // pointer-comparisons for equality are legal.
19 //
20 // One important aspect of the SCEV objects is that they are never cyclic, even
21 // if there is a cycle in the dataflow for an expression (ie, a PHI node).  If
22 // the PHI node is one of the idioms that we can represent (e.g., a polynomial
23 // recurrence) then we represent it directly as a recurrence node, otherwise we
24 // represent it as a SCEVUnknown node.
25 //
26 // In addition to being able to represent expressions of various types, we also
27 // have folders that are used to build the *canonical* representation for a
28 // particular expression.  These folders are capable of using a variety of
29 // rewrite rules to simplify the expressions.
30 //
31 // Once the folders are defined, we can implement the more interesting
32 // higher-level code, such as the code that recognizes PHI nodes of various
33 // types, computes the execution count of a loop, etc.
34 //
35 // TODO: We should use these routines and value representations to implement
36 // dependence analysis!
37 //
38 //===----------------------------------------------------------------------===//
39 //
40 // There are several good references for the techniques used in this analysis.
41 //
42 //  Chains of recurrences -- a method to expedite the evaluation
43 //  of closed-form functions
44 //  Olaf Bachmann, Paul S. Wang, Eugene V. Zima
45 //
46 //  On computational properties of chains of recurrences
47 //  Eugene V. Zima
48 //
49 //  Symbolic Evaluation of Chains of Recurrences for Loop Optimization
50 //  Robert A. van Engelen
51 //
52 //  Efficient Symbolic Analysis for Optimizing Compilers
53 //  Robert A. van Engelen
54 //
55 //  Using the chains of recurrences algebra for data dependence testing and
56 //  induction variable substitution
57 //  MS Thesis, Johnie Birch
58 //
59 //===----------------------------------------------------------------------===//
60
61 #define DEBUG_TYPE "scalar-evolution"
62 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
63 #include "llvm/Constants.h"
64 #include "llvm/DerivedTypes.h"
65 #include "llvm/GlobalVariable.h"
66 #include "llvm/GlobalAlias.h"
67 #include "llvm/Instructions.h"
68 #include "llvm/LLVMContext.h"
69 #include "llvm/Operator.h"
70 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
71 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
72 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
73 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
74 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
75 #include "llvm/Target/TargetData.h"
76 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
77 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
78 #include "llvm/Support/Debug.h"
79 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
80 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
81 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
82 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
83 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
84 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
85 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
86 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
87 #include <algorithm>
88 using namespace llvm;
89
90 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
91           "Number of trip counts computed with array length");
92 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
93           "Number of loops with predictable loop counts");
94 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
95           "Number of loops without predictable loop counts");
96 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
97           "Number of loops with trip counts computed by force");
98
99 static cl::opt<unsigned>
100 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
101                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
102                                  "symbolically execute a constant "
103                                  "derived loop"),
104                         cl::init(100));
105
106 static RegisterPass<ScalarEvolution>
107 R("scalar-evolution", "Scalar Evolution Analysis", false, true);
108 char ScalarEvolution::ID = 0;
109
110 //===----------------------------------------------------------------------===//
111 //                           SCEV class definitions
112 //===----------------------------------------------------------------------===//
113
114 //===----------------------------------------------------------------------===//
115 // Implementation of the SCEV class.
116 //
117
118 SCEV::~SCEV() {}
119
120 void SCEV::dump() const {
121   print(dbgs());
122   dbgs() << '\n';
123 }
124
125 bool SCEV::isZero() const {
126   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
127     return SC->getValue()->isZero();
128   return false;
129 }
130
131 bool SCEV::isOne() const {
132   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
133     return SC->getValue()->isOne();
134   return false;
135 }
136
137 bool SCEV::isAllOnesValue() const {
138   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
139     return SC->getValue()->isAllOnesValue();
140   return false;
141 }
142
143 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() :
144   SCEV(FoldingSetNodeIDRef(), scCouldNotCompute) {}
145
146 bool SCEVCouldNotCompute::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
147   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
148   return false;
149 }
150
151 const Type *SCEVCouldNotCompute::getType() const {
152   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
153   return 0;
154 }
155
156 bool SCEVCouldNotCompute::hasComputableLoopEvolution(const Loop *L) const {
157   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
158   return false;
159 }
160
161 bool SCEVCouldNotCompute::hasOperand(const SCEV *) const {
162   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
163   return false;
164 }
165
166 void SCEVCouldNotCompute::print(raw_ostream &OS) const {
167   OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
168 }
169
170 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
171   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
172 }
173
174 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(ConstantInt *V) {
175   FoldingSetNodeID ID;
176   ID.AddInteger(scConstant);
177   ID.AddPointer(V);
178   void *IP = 0;
179   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
180   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVConstant(ID.Intern(SCEVAllocator), V);
181   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
182   return S;
183 }
184
185 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(const APInt& Val) {
186   return getConstant(ConstantInt::get(getContext(), Val));
187 }
188
189 const SCEV *
190 ScalarEvolution::getConstant(const Type *Ty, uint64_t V, bool isSigned) {
191   return getConstant(
192     ConstantInt::get(cast<IntegerType>(Ty), V, isSigned));
193 }
194
195 const Type *SCEVConstant::getType() const { return V->getType(); }
196
197 void SCEVConstant::print(raw_ostream &OS) const {
198   WriteAsOperand(OS, V, false);
199 }
200
201 SCEVCastExpr::SCEVCastExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
202                            unsigned SCEVTy, const SCEV *op, const Type *ty)
203   : SCEV(ID, SCEVTy), Op(op), Ty(ty) {}
204
205 bool SCEVCastExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
206   return Op->dominates(BB, DT);
207 }
208
209 bool SCEVCastExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
210   return Op->properlyDominates(BB, DT);
211 }
212
213 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
214                                    const SCEV *op, const Type *ty)
215   : SCEVCastExpr(ID, scTruncate, op, ty) {
216   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
217          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
218          "Cannot truncate non-integer value!");
219 }
220
221 void SCEVTruncateExpr::print(raw_ostream &OS) const {
222   OS << "(trunc " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
223 }
224
225 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
226                                        const SCEV *op, const Type *ty)
227   : SCEVCastExpr(ID, scZeroExtend, op, ty) {
228   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
229          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
230          "Cannot zero extend non-integer value!");
231 }
232
233 void SCEVZeroExtendExpr::print(raw_ostream &OS) const {
234   OS << "(zext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
235 }
236
237 SCEVSignExtendExpr::SCEVSignExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
238                                        const SCEV *op, const Type *ty)
239   : SCEVCastExpr(ID, scSignExtend, op, ty) {
240   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
241          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
242          "Cannot sign extend non-integer value!");
243 }
244
245 void SCEVSignExtendExpr::print(raw_ostream &OS) const {
246   OS << "(sext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
247 }
248
249 void SCEVCommutativeExpr::print(raw_ostream &OS) const {
250   assert(NumOperands > 1 && "This plus expr shouldn't exist!");
251   const char *OpStr = getOperationStr();
252   OS << "(" << *Operands[0];
253   for (unsigned i = 1, e = NumOperands; i != e; ++i)
254     OS << OpStr << *Operands[i];
255   OS << ")";
256 }
257
258 bool SCEVNAryExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
259   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
260     if (!getOperand(i)->dominates(BB, DT))
261       return false;
262   }
263   return true;
264 }
265
266 bool SCEVNAryExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
267   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
268     if (!getOperand(i)->properlyDominates(BB, DT))
269       return false;
270   }
271   return true;
272 }
273
274 bool SCEVUDivExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
275   return LHS->dominates(BB, DT) && RHS->dominates(BB, DT);
276 }
277
278 bool SCEVUDivExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
279   return LHS->properlyDominates(BB, DT) && RHS->properlyDominates(BB, DT);
280 }
281
282 void SCEVUDivExpr::print(raw_ostream &OS) const {
283   OS << "(" << *LHS << " /u " << *RHS << ")";
284 }
285
286 const Type *SCEVUDivExpr::getType() const {
287   // In most cases the types of LHS and RHS will be the same, but in some
288   // crazy cases one or the other may be a pointer. ScalarEvolution doesn't
289   // depend on the type for correctness, but handling types carefully can
290   // avoid extra casts in the SCEVExpander. The LHS is more likely to be
291   // a pointer type than the RHS, so use the RHS' type here.
292   return RHS->getType();
293 }
294
295 bool SCEVAddRecExpr::isLoopInvariant(const Loop *QueryLoop) const {
296   // Add recurrences are never invariant in the function-body (null loop).
297   if (!QueryLoop)
298     return false;
299
300   // This recurrence is variant w.r.t. QueryLoop if QueryLoop contains L.
301   if (QueryLoop->contains(L))
302     return false;
303
304   // This recurrence is variant w.r.t. QueryLoop if any of its operands
305   // are variant.
306   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
307     if (!getOperand(i)->isLoopInvariant(QueryLoop))
308       return false;
309
310   // Otherwise it's loop-invariant.
311   return true;
312 }
313
314 bool
315 SCEVAddRecExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
316   return DT->dominates(L->getHeader(), BB) &&
317          SCEVNAryExpr::dominates(BB, DT);
318 }
319
320 bool
321 SCEVAddRecExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
322   // This uses a "dominates" query instead of "properly dominates" query because
323   // the instruction which produces the addrec's value is a PHI, and a PHI
324   // effectively properly dominates its entire containing block.
325   return DT->dominates(L->getHeader(), BB) &&
326          SCEVNAryExpr::properlyDominates(BB, DT);
327 }
328
329 void SCEVAddRecExpr::print(raw_ostream &OS) const {
330   OS << "{" << *Operands[0];
331   for (unsigned i = 1, e = NumOperands; i != e; ++i)
332     OS << ",+," << *Operands[i];
333   OS << "}<";
334   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
335   OS << ">";
336 }
337
338 bool SCEVUnknown::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
339   // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
340   // invariant if they are not contained in the specified loop.
341   // Instructions are never considered invariant in the function body
342   // (null loop) because they are defined within the "loop".
343   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
344     return L && !L->contains(I);
345   return true;
346 }
347
348 bool SCEVUnknown::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
349   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValue()))
350     return DT->dominates(I->getParent(), BB);
351   return true;
352 }
353
354 bool SCEVUnknown::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
355   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValue()))
356     return DT->properlyDominates(I->getParent(), BB);
357   return true;
358 }
359
360 const Type *SCEVUnknown::getType() const {
361   return V->getType();
362 }
363
364 bool SCEVUnknown::isSizeOf(const Type *&AllocTy) const {
365   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
366     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
367       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
368         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
369             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
370             CE->getNumOperands() == 2)
371           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(1)))
372             if (CI->isOne()) {
373               AllocTy = cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())
374                                  ->getElementType();
375               return true;
376             }
377
378   return false;
379 }
380
381 bool SCEVUnknown::isAlignOf(const Type *&AllocTy) const {
382   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
383     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
384       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
385         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
386             CE->getOperand(0)->isNullValue()) {
387           const Type *Ty =
388             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
389           if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty))
390             if (!STy->isPacked() &&
391                 CE->getNumOperands() == 3 &&
392                 CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
393               if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(2)))
394                 if (CI->isOne() &&
395                     STy->getNumElements() == 2 &&
396                     STy->getElementType(0)->isIntegerTy(1)) {
397                   AllocTy = STy->getElementType(1);
398                   return true;
399                 }
400             }
401         }
402
403   return false;
404 }
405
406 bool SCEVUnknown::isOffsetOf(const Type *&CTy, Constant *&FieldNo) const {
407   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
408     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
409       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
410         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
411             CE->getNumOperands() == 3 &&
412             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
413             CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
414           const Type *Ty =
415             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
416           // Ignore vector types here so that ScalarEvolutionExpander doesn't
417           // emit getelementptrs that index into vectors.
418           if (Ty->isStructTy() || Ty->isArrayTy()) {
419             CTy = Ty;
420             FieldNo = CE->getOperand(2);
421             return true;
422           }
423         }
424
425   return false;
426 }
427
428 void SCEVUnknown::print(raw_ostream &OS) const {
429   const Type *AllocTy;
430   if (isSizeOf(AllocTy)) {
431     OS << "sizeof(" << *AllocTy << ")";
432     return;
433   }
434   if (isAlignOf(AllocTy)) {
435     OS << "alignof(" << *AllocTy << ")";
436     return;
437   }
438
439   const Type *CTy;
440   Constant *FieldNo;
441   if (isOffsetOf(CTy, FieldNo)) {
442     OS << "offsetof(" << *CTy << ", ";
443     WriteAsOperand(OS, FieldNo, false);
444     OS << ")";
445     return;
446   }
447
448   // Otherwise just print it normally.
449   WriteAsOperand(OS, V, false);
450 }
451
452 //===----------------------------------------------------------------------===//
453 //                               SCEV Utilities
454 //===----------------------------------------------------------------------===//
455
456 static bool CompareTypes(const Type *A, const Type *B) {
457   if (A->getTypeID() != B->getTypeID())
458     return A->getTypeID() < B->getTypeID();
459   if (const IntegerType *AI = dyn_cast<IntegerType>(A)) {
460     const IntegerType *BI = cast<IntegerType>(B);
461     return AI->getBitWidth() < BI->getBitWidth();
462   }
463   if (const PointerType *AI = dyn_cast<PointerType>(A)) {
464     const PointerType *BI = cast<PointerType>(B);
465     return CompareTypes(AI->getElementType(), BI->getElementType());
466   }
467   if (const ArrayType *AI = dyn_cast<ArrayType>(A)) {
468     const ArrayType *BI = cast<ArrayType>(B);
469     if (AI->getNumElements() != BI->getNumElements())
470       return AI->getNumElements() < BI->getNumElements();
471     return CompareTypes(AI->getElementType(), BI->getElementType());
472   }
473   if (const VectorType *AI = dyn_cast<VectorType>(A)) {
474     const VectorType *BI = cast<VectorType>(B);
475     if (AI->getNumElements() != BI->getNumElements())
476       return AI->getNumElements() < BI->getNumElements();
477     return CompareTypes(AI->getElementType(), BI->getElementType());
478   }
479   if (const StructType *AI = dyn_cast<StructType>(A)) {
480     const StructType *BI = cast<StructType>(B);
481     if (AI->getNumElements() != BI->getNumElements())
482       return AI->getNumElements() < BI->getNumElements();
483     for (unsigned i = 0, e = AI->getNumElements(); i != e; ++i)
484       if (CompareTypes(AI->getElementType(i), BI->getElementType(i)) ||
485           CompareTypes(BI->getElementType(i), AI->getElementType(i)))
486         return CompareTypes(AI->getElementType(i), BI->getElementType(i));
487   }
488   return false;
489 }
490
491 namespace {
492   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
493   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
494   /// expressions.
495   class SCEVComplexityCompare {
496     LoopInfo *LI;
497   public:
498     explicit SCEVComplexityCompare(LoopInfo *li) : LI(li) {}
499
500     bool operator()(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
501       // Fast-path: SCEVs are uniqued so we can do a quick equality check.
502       if (LHS == RHS)
503         return false;
504
505       // Primarily, sort the SCEVs by their getSCEVType().
506       if (LHS->getSCEVType() != RHS->getSCEVType())
507         return LHS->getSCEVType() < RHS->getSCEVType();
508
509       // Aside from the getSCEVType() ordering, the particular ordering
510       // isn't very important except that it's beneficial to be consistent,
511       // so that (a + b) and (b + a) don't end up as different expressions.
512
513       // Sort SCEVUnknown values with some loose heuristics. TODO: This is
514       // not as complete as it could be.
515       if (const SCEVUnknown *LU = dyn_cast<SCEVUnknown>(LHS)) {
516         const SCEVUnknown *RU = cast<SCEVUnknown>(RHS);
517
518         // Order pointer values after integer values. This helps SCEVExpander
519         // form GEPs.
520         if (LU->getType()->isPointerTy() && !RU->getType()->isPointerTy())
521           return false;
522         if (RU->getType()->isPointerTy() && !LU->getType()->isPointerTy())
523           return true;
524
525         // Compare getValueID values.
526         if (LU->getValue()->getValueID() != RU->getValue()->getValueID())
527           return LU->getValue()->getValueID() < RU->getValue()->getValueID();
528
529         // Sort arguments by their position.
530         if (const Argument *LA = dyn_cast<Argument>(LU->getValue())) {
531           const Argument *RA = cast<Argument>(RU->getValue());
532           return LA->getArgNo() < RA->getArgNo();
533         }
534
535         // For instructions, compare their loop depth, and their opcode.
536         // This is pretty loose.
537         if (Instruction *LV = dyn_cast<Instruction>(LU->getValue())) {
538           Instruction *RV = cast<Instruction>(RU->getValue());
539
540           // Compare loop depths.
541           if (LI->getLoopDepth(LV->getParent()) !=
542               LI->getLoopDepth(RV->getParent()))
543             return LI->getLoopDepth(LV->getParent()) <
544                    LI->getLoopDepth(RV->getParent());
545
546           // Compare opcodes.
547           if (LV->getOpcode() != RV->getOpcode())
548             return LV->getOpcode() < RV->getOpcode();
549
550           // Compare the number of operands.
551           if (LV->getNumOperands() != RV->getNumOperands())
552             return LV->getNumOperands() < RV->getNumOperands();
553         }
554
555         return false;
556       }
557
558       // Compare constant values.
559       if (const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
560         const SCEVConstant *RC = cast<SCEVConstant>(RHS);
561         if (LC->getValue()->getBitWidth() != RC->getValue()->getBitWidth())
562           return LC->getValue()->getBitWidth() < RC->getValue()->getBitWidth();
563         return LC->getValue()->getValue().ult(RC->getValue()->getValue());
564       }
565
566       // Compare addrec loop depths.
567       if (const SCEVAddRecExpr *LA = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
568         const SCEVAddRecExpr *RA = cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
569         if (LA->getLoop()->getLoopDepth() != RA->getLoop()->getLoopDepth())
570           return LA->getLoop()->getLoopDepth() < RA->getLoop()->getLoopDepth();
571       }
572
573       // Lexicographically compare n-ary expressions.
574       if (const SCEVNAryExpr *LC = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(LHS)) {
575         const SCEVNAryExpr *RC = cast<SCEVNAryExpr>(RHS);
576         for (unsigned i = 0, e = LC->getNumOperands(); i != e; ++i) {
577           if (i >= RC->getNumOperands())
578             return false;
579           if (operator()(LC->getOperand(i), RC->getOperand(i)))
580             return true;
581           if (operator()(RC->getOperand(i), LC->getOperand(i)))
582             return false;
583         }
584         return LC->getNumOperands() < RC->getNumOperands();
585       }
586
587       // Lexicographically compare udiv expressions.
588       if (const SCEVUDivExpr *LC = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(LHS)) {
589         const SCEVUDivExpr *RC = cast<SCEVUDivExpr>(RHS);
590         if (operator()(LC->getLHS(), RC->getLHS()))
591           return true;
592         if (operator()(RC->getLHS(), LC->getLHS()))
593           return false;
594         if (operator()(LC->getRHS(), RC->getRHS()))
595           return true;
596         if (operator()(RC->getRHS(), LC->getRHS()))
597           return false;
598         return false;
599       }
600
601       // Compare cast expressions by operand.
602       if (const SCEVCastExpr *LC = dyn_cast<SCEVCastExpr>(LHS)) {
603         const SCEVCastExpr *RC = cast<SCEVCastExpr>(RHS);
604         return operator()(LC->getOperand(), RC->getOperand());
605       }
606
607       llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
608       return false;
609     }
610   };
611 }
612
613 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
614 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
615 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
616 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
617 ///
618 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get deterministic
619 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
620 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
621 /// land in memory.
622 ///
623 static void GroupByComplexity(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
624                               LoopInfo *LI) {
625   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
626   if (Ops.size() == 2) {
627     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
628     // Special case it.
629     if (SCEVComplexityCompare(LI)(Ops[1], Ops[0]))
630       std::swap(Ops[0], Ops[1]);
631     return;
632   }
633
634   // Do the rough sort by complexity.
635   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare(LI));
636
637   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
638   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
639   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
640   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
641   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
642     const SCEV *S = Ops[i];
643     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
644
645     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
646     // one, group them.
647     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
648       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
649         // Move it to immediately after i'th element.
650         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
651         ++i;   // no need to rescan it.
652         if (i == e-2) return;  // Done!
653       }
654     }
655   }
656 }
657
658
659
660 //===----------------------------------------------------------------------===//
661 //                      Simple SCEV method implementations
662 //===----------------------------------------------------------------------===//
663
664 /// BinomialCoefficient - Compute BC(It, K).  The result has width W.
665 /// Assume, K > 0.
666 static const SCEV *BinomialCoefficient(const SCEV *It, unsigned K,
667                                        ScalarEvolution &SE,
668                                        const Type* ResultTy) {
669   // Handle the simplest case efficiently.
670   if (K == 1)
671     return SE.getTruncateOrZeroExtend(It, ResultTy);
672
673   // We are using the following formula for BC(It, K):
674   //
675   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / K!
676   //
677   // Suppose, W is the bitwidth of the return value.  We must be prepared for
678   // overflow.  Hence, we must assure that the result of our computation is
679   // equal to the accurate one modulo 2^W.  Unfortunately, division isn't
680   // safe in modular arithmetic.
681   //
682   // However, this code doesn't use exactly that formula; the formula it uses
683   // is something like the following, where T is the number of factors of 2 in
684   // K! (i.e. trailing zeros in the binary representation of K!), and ^ is
685   // exponentiation:
686   //
687   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / 2^T / (K! / 2^T)
688   //
689   // This formula is trivially equivalent to the previous formula.  However,
690   // this formula can be implemented much more efficiently.  The trick is that
691   // K! / 2^T is odd, and exact division by an odd number *is* safe in modular
692   // arithmetic.  To do exact division in modular arithmetic, all we have
693   // to do is multiply by the inverse.  Therefore, this step can be done at
694   // width W.
695   //
696   // The next issue is how to safely do the division by 2^T.  The way this
697   // is done is by doing the multiplication step at a width of at least W + T
698   // bits.  This way, the bottom W+T bits of the product are accurate. Then,
699   // when we perform the division by 2^T (which is equivalent to a right shift
700   // by T), the bottom W bits are accurate.  Extra bits are okay; they'll get
701   // truncated out after the division by 2^T.
702   //
703   // In comparison to just directly using the first formula, this technique
704   // is much more efficient; using the first formula requires W * K bits,
705   // but this formula less than W + K bits. Also, the first formula requires
706   // a division step, whereas this formula only requires multiplies and shifts.
707   //
708   // It doesn't matter whether the subtraction step is done in the calculation
709   // width or the input iteration count's width; if the subtraction overflows,
710   // the result must be zero anyway.  We prefer here to do it in the width of
711   // the induction variable because it helps a lot for certain cases; CodeGen
712   // isn't smart enough to ignore the overflow, which leads to much less
713   // efficient code if the width of the subtraction is wider than the native
714   // register width.
715   //
716   // (It's possible to not widen at all by pulling out factors of 2 before
717   // the multiplication; for example, K=2 can be calculated as
718   // It/2*(It+(It*INT_MIN/INT_MIN)+-1). However, it requires
719   // extra arithmetic, so it's not an obvious win, and it gets
720   // much more complicated for K > 3.)
721
722   // Protection from insane SCEVs; this bound is conservative,
723   // but it probably doesn't matter.
724   if (K > 1000)
725     return SE.getCouldNotCompute();
726
727   unsigned W = SE.getTypeSizeInBits(ResultTy);
728
729   // Calculate K! / 2^T and T; we divide out the factors of two before
730   // multiplying for calculating K! / 2^T to avoid overflow.
731   // Other overflow doesn't matter because we only care about the bottom
732   // W bits of the result.
733   APInt OddFactorial(W, 1);
734   unsigned T = 1;
735   for (unsigned i = 3; i <= K; ++i) {
736     APInt Mult(W, i);
737     unsigned TwoFactors = Mult.countTrailingZeros();
738     T += TwoFactors;
739     Mult = Mult.lshr(TwoFactors);
740     OddFactorial *= Mult;
741   }
742
743   // We need at least W + T bits for the multiplication step
744   unsigned CalculationBits = W + T;
745
746   // Calculate 2^T, at width T+W.
747   APInt DivFactor = APInt(CalculationBits, 1).shl(T);
748
749   // Calculate the multiplicative inverse of K! / 2^T;
750   // this multiplication factor will perform the exact division by
751   // K! / 2^T.
752   APInt Mod = APInt::getSignedMinValue(W+1);
753   APInt MultiplyFactor = OddFactorial.zext(W+1);
754   MultiplyFactor = MultiplyFactor.multiplicativeInverse(Mod);
755   MultiplyFactor = MultiplyFactor.trunc(W);
756
757   // Calculate the product, at width T+W
758   const IntegerType *CalculationTy = IntegerType::get(SE.getContext(),
759                                                       CalculationBits);
760   const SCEV *Dividend = SE.getTruncateOrZeroExtend(It, CalculationTy);
761   for (unsigned i = 1; i != K; ++i) {
762     const SCEV *S = SE.getMinusSCEV(It, SE.getIntegerSCEV(i, It->getType()));
763     Dividend = SE.getMulExpr(Dividend,
764                              SE.getTruncateOrZeroExtend(S, CalculationTy));
765   }
766
767   // Divide by 2^T
768   const SCEV *DivResult = SE.getUDivExpr(Dividend, SE.getConstant(DivFactor));
769
770   // Truncate the result, and divide by K! / 2^T.
771
772   return SE.getMulExpr(SE.getConstant(MultiplyFactor),
773                        SE.getTruncateOrZeroExtend(DivResult, ResultTy));
774 }
775
776 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
777 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
778 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
779 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
780 ///
781 ///   A*BC(It, 0) + B*BC(It, 1) + C*BC(It, 2) + D*BC(It, 3)
782 ///
783 /// where BC(It, k) stands for binomial coefficient.
784 ///
785 const SCEV *SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(const SCEV *It,
786                                                 ScalarEvolution &SE) const {
787   const SCEV *Result = getStart();
788   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
789     // The computation is correct in the face of overflow provided that the
790     // multiplication is performed _after_ the evaluation of the binomial
791     // coefficient.
792     const SCEV *Coeff = BinomialCoefficient(It, i, SE, getType());
793     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Coeff))
794       return Coeff;
795
796     Result = SE.getAddExpr(Result, SE.getMulExpr(getOperand(i), Coeff));
797   }
798   return Result;
799 }
800
801 //===----------------------------------------------------------------------===//
802 //                    SCEV Expression folder implementations
803 //===----------------------------------------------------------------------===//
804
805 const SCEV *ScalarEvolution::getTruncateExpr(const SCEV *Op,
806                                              const Type *Ty) {
807   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) > getTypeSizeInBits(Ty) &&
808          "This is not a truncating conversion!");
809   assert(isSCEVable(Ty) &&
810          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
811   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
812
813   FoldingSetNodeID ID;
814   ID.AddInteger(scTruncate);
815   ID.AddPointer(Op);
816   ID.AddPointer(Ty);
817   void *IP = 0;
818   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
819
820   // Fold if the operand is constant.
821   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
822     return getConstant(
823       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(), Ty)));
824
825   // trunc(trunc(x)) --> trunc(x)
826   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op))
827     return getTruncateExpr(ST->getOperand(), Ty);
828
829   // trunc(sext(x)) --> sext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
830   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
831     return getTruncateOrSignExtend(SS->getOperand(), Ty);
832
833   // trunc(zext(x)) --> zext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
834   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
835     return getTruncateOrZeroExtend(SZ->getOperand(), Ty);
836
837   // If the input value is a chrec scev, truncate the chrec's operands.
838   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
839     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
840     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
841       Operands.push_back(getTruncateExpr(AddRec->getOperand(i), Ty));
842     return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop());
843   }
844
845   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
846   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
847   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
848   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVTruncateExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
849                                                  Op, Ty);
850   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
851   return S;
852 }
853
854 const SCEV *ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEV *Op,
855                                                const Type *Ty) {
856   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
857          "This is not an extending conversion!");
858   assert(isSCEVable(Ty) &&
859          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
860   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
861
862   // Fold if the operand is constant.
863   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op)) {
864     const Type *IntTy = getEffectiveSCEVType(Ty);
865     Constant *C = ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(), IntTy);
866     if (IntTy != Ty) C = ConstantExpr::getIntToPtr(C, Ty);
867     return getConstant(cast<ConstantInt>(C));
868   }
869
870   // zext(zext(x)) --> zext(x)
871   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
872     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
873
874   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
875   // computed a SCEV for this Op and Ty.
876   FoldingSetNodeID ID;
877   ID.AddInteger(scZeroExtend);
878   ID.AddPointer(Op);
879   ID.AddPointer(Ty);
880   void *IP = 0;
881   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
882
883   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
884   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
885   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
886   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
887   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
888     if (AR->isAffine()) {
889       const SCEV *Start = AR->getStart();
890       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
891       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
892       const Loop *L = AR->getLoop();
893
894       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
895       // we don't need to do any further analysis.
896       if (AR->hasNoUnsignedWrap())
897         return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
898                              getZeroExtendExpr(Step, Ty),
899                              L);
900
901       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
902       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
903       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
904       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
905       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
906       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
907       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
908       // that value once it has finished.
909       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
910       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
911         // Manually compute the final value for AR, checking for
912         // overflow.
913
914         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
915         // the addrec's type. The count is always unsigned.
916         const SCEV *CastedMaxBECount =
917           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
918         const SCEV *RecastedMaxBECount =
919           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
920         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
921           const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
922           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no unsigned overflow.
923           const SCEV *ZMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
924           const SCEV *Add = getAddExpr(Start, ZMul);
925           const SCEV *OperandExtendedAdd =
926             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
927                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
928                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
929           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
930             // Return the expression with the addrec on the outside.
931             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
932                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
933                                  L);
934
935           // Similar to above, only this time treat the step value as signed.
936           // This covers loops that count down.
937           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
938           Add = getAddExpr(Start, SMul);
939           OperandExtendedAdd =
940             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
941                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
942                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
943           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
944             // Return the expression with the addrec on the outside.
945             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
946                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
947                                  L);
948         }
949
950         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
951         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
952         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
953         // with the post-inc value, the addrec is safe.
954         if (isKnownPositive(Step)) {
955           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMinValue(BitWidth) -
956                                       getUnsignedRange(Step).getUnsignedMax());
957           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, AR, N) ||
958               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, Start, N) &&
959                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT,
960                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
961             // Return the expression with the addrec on the outside.
962             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
963                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
964                                  L);
965         } else if (isKnownNegative(Step)) {
966           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth) -
967                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
968           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, AR, N) &&
969               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, Start, N) ||
970                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT,
971                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
972             // Return the expression with the addrec on the outside.
973             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
974                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
975                                  L);
976         }
977       }
978     }
979
980   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
981   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
982   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
983   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVZeroExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
984                                                    Op, Ty);
985   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
986   return S;
987 }
988
989 const SCEV *ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEV *Op,
990                                                const Type *Ty) {
991   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
992          "This is not an extending conversion!");
993   assert(isSCEVable(Ty) &&
994          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
995   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
996
997   // Fold if the operand is constant.
998   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op)) {
999     const Type *IntTy = getEffectiveSCEVType(Ty);
1000     Constant *C = ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(), IntTy);
1001     if (IntTy != Ty) C = ConstantExpr::getIntToPtr(C, Ty);
1002     return getConstant(cast<ConstantInt>(C));
1003   }
1004
1005   // sext(sext(x)) --> sext(x)
1006   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
1007     return getSignExtendExpr(SS->getOperand(), Ty);
1008
1009   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
1010   // computed a SCEV for this Op and Ty.
1011   FoldingSetNodeID ID;
1012   ID.AddInteger(scSignExtend);
1013   ID.AddPointer(Op);
1014   ID.AddPointer(Ty);
1015   void *IP = 0;
1016   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1017
1018   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
1019   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
1020   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
1021   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
1022   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
1023     if (AR->isAffine()) {
1024       const SCEV *Start = AR->getStart();
1025       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
1026       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
1027       const Loop *L = AR->getLoop();
1028
1029       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
1030       // we don't need to do any further analysis.
1031       if (AR->hasNoSignedWrap())
1032         return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1033                              getSignExtendExpr(Step, Ty),
1034                              L);
1035
1036       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
1037       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
1038       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
1039       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
1040       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
1041       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
1042       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
1043       // that value once it has finished.
1044       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
1045       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
1046         // Manually compute the final value for AR, checking for
1047         // overflow.
1048
1049         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
1050         // the addrec's type. The count is always unsigned.
1051         const SCEV *CastedMaxBECount =
1052           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
1053         const SCEV *RecastedMaxBECount =
1054           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
1055         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
1056           const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
1057           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no signed overflow.
1058           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1059           const SCEV *Add = getAddExpr(Start, SMul);
1060           const SCEV *OperandExtendedAdd =
1061             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
1062                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1063                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
1064           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
1065             // Return the expression with the addrec on the outside.
1066             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1067                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1068                                  L);
1069
1070           // Similar to above, only this time treat the step value as unsigned.
1071           // This covers loops that count up with an unsigned step.
1072           const SCEV *UMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1073           Add = getAddExpr(Start, UMul);
1074           OperandExtendedAdd =
1075             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
1076                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1077                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
1078           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
1079             // Return the expression with the addrec on the outside.
1080             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1081                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
1082                                  L);
1083         }
1084
1085         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
1086         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
1087         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
1088         // with the post-inc value, the addrec is safe.
1089         if (isKnownPositive(Step)) {
1090           const SCEV *N = getConstant(APInt::getSignedMinValue(BitWidth) -
1091                                       getSignedRange(Step).getSignedMax());
1092           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT, AR, N) ||
1093               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT, Start, N) &&
1094                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT,
1095                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
1096             // Return the expression with the addrec on the outside.
1097             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1098                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1099                                  L);
1100         } else if (isKnownNegative(Step)) {
1101           const SCEV *N = getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth) -
1102                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
1103           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT, AR, N) ||
1104               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT, Start, N) &&
1105                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT,
1106                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
1107             // Return the expression with the addrec on the outside.
1108             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1109                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1110                                  L);
1111         }
1112       }
1113     }
1114
1115   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
1116   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
1117   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1118   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSignExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1119                                                    Op, Ty);
1120   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1121   return S;
1122 }
1123
1124 /// getAnyExtendExpr - Return a SCEV for the given operand extended with
1125 /// unspecified bits out to the given type.
1126 ///
1127 const SCEV *ScalarEvolution::getAnyExtendExpr(const SCEV *Op,
1128                                               const Type *Ty) {
1129   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1130          "This is not an extending conversion!");
1131   assert(isSCEVable(Ty) &&
1132          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1133   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1134
1135   // Sign-extend negative constants.
1136   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1137     if (SC->getValue()->getValue().isNegative())
1138       return getSignExtendExpr(Op, Ty);
1139
1140   // Peel off a truncate cast.
1141   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1142     const SCEV *NewOp = T->getOperand();
1143     if (getTypeSizeInBits(NewOp->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty))
1144       return getAnyExtendExpr(NewOp, Ty);
1145     return getTruncateOrNoop(NewOp, Ty);
1146   }
1147
1148   // Next try a zext cast. If the cast is folded, use it.
1149   const SCEV *ZExt = getZeroExtendExpr(Op, Ty);
1150   if (!isa<SCEVZeroExtendExpr>(ZExt))
1151     return ZExt;
1152
1153   // Next try a sext cast. If the cast is folded, use it.
1154   const SCEV *SExt = getSignExtendExpr(Op, Ty);
1155   if (!isa<SCEVSignExtendExpr>(SExt))
1156     return SExt;
1157
1158   // Force the cast to be folded into the operands of an addrec.
1159   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
1160     SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
1161     for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = AR->op_begin(), E = AR->op_end();
1162          I != E; ++I)
1163       Ops.push_back(getAnyExtendExpr(*I, Ty));
1164     return getAddRecExpr(Ops, AR->getLoop());
1165   }
1166
1167   // If the expression is obviously signed, use the sext cast value.
1168   if (isa<SCEVSMaxExpr>(Op))
1169     return SExt;
1170
1171   // Absent any other information, use the zext cast value.
1172   return ZExt;
1173 }
1174
1175 /// CollectAddOperandsWithScales - Process the given Ops list, which is
1176 /// a list of operands to be added under the given scale, update the given
1177 /// map. This is a helper function for getAddRecExpr. As an example of
1178 /// what it does, given a sequence of operands that would form an add
1179 /// expression like this:
1180 ///
1181 ///    m + n + 13 + (A * (o + p + (B * q + m + 29))) + r + (-1 * r)
1182 ///
1183 /// where A and B are constants, update the map with these values:
1184 ///
1185 ///    (m, 1+A*B), (n, 1), (o, A), (p, A), (q, A*B), (r, 0)
1186 ///
1187 /// and add 13 + A*B*29 to AccumulatedConstant.
1188 /// This will allow getAddRecExpr to produce this:
1189 ///
1190 ///    13+A*B*29 + n + (m * (1+A*B)) + ((o + p) * A) + (q * A*B)
1191 ///
1192 /// This form often exposes folding opportunities that are hidden in
1193 /// the original operand list.
1194 ///
1195 /// Return true iff it appears that any interesting folding opportunities
1196 /// may be exposed. This helps getAddRecExpr short-circuit extra work in
1197 /// the common case where no interesting opportunities are present, and
1198 /// is also used as a check to avoid infinite recursion.
1199 ///
1200 static bool
1201 CollectAddOperandsWithScales(DenseMap<const SCEV *, APInt> &M,
1202                              SmallVector<const SCEV *, 8> &NewOps,
1203                              APInt &AccumulatedConstant,
1204                              const SCEV *const *Ops, size_t NumOperands,
1205                              const APInt &Scale,
1206                              ScalarEvolution &SE) {
1207   bool Interesting = false;
1208
1209   // Iterate over the add operands.
1210   for (unsigned i = 0, e = NumOperands; i != e; ++i) {
1211     const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i]);
1212     if (Mul && isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
1213       APInt NewScale =
1214         Scale * cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))->getValue()->getValue();
1215       if (Mul->getNumOperands() == 2 && isa<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1))) {
1216         // A multiplication of a constant with another add; recurse.
1217         const SCEVAddExpr *Add = cast<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1));
1218         Interesting |=
1219           CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1220                                        Add->op_begin(), Add->getNumOperands(),
1221                                        NewScale, SE);
1222       } else {
1223         // A multiplication of a constant with some other value. Update
1224         // the map.
1225         SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
1226         const SCEV *Key = SE.getMulExpr(MulOps);
1227         std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1228           M.insert(std::make_pair(Key, NewScale));
1229         if (Pair.second) {
1230           NewOps.push_back(Pair.first->first);
1231         } else {
1232           Pair.first->second += NewScale;
1233           // The map already had an entry for this value, which may indicate
1234           // a folding opportunity.
1235           Interesting = true;
1236         }
1237       }
1238     } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1239       // Pull a buried constant out to the outside.
1240       if (Scale != 1 || AccumulatedConstant != 0 || C->isZero())
1241         Interesting = true;
1242       AccumulatedConstant += Scale * C->getValue()->getValue();
1243     } else {
1244       // An ordinary operand. Update the map.
1245       std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1246         M.insert(std::make_pair(Ops[i], Scale));
1247       if (Pair.second) {
1248         NewOps.push_back(Pair.first->first);
1249       } else {
1250         Pair.first->second += Scale;
1251         // The map already had an entry for this value, which may indicate
1252         // a folding opportunity.
1253         Interesting = true;
1254       }
1255     }
1256   }
1257
1258   return Interesting;
1259 }
1260
1261 namespace {
1262   struct APIntCompare {
1263     bool operator()(const APInt &LHS, const APInt &RHS) const {
1264       return LHS.ult(RHS);
1265     }
1266   };
1267 }
1268
1269 /// getAddExpr - Get a canonical add expression, or something simpler if
1270 /// possible.
1271 const SCEV *ScalarEvolution::getAddExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1272                                         bool HasNUW, bool HasNSW) {
1273   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
1274   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1275 #ifndef NDEBUG
1276   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1277     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1278            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1279            "SCEVAddExpr operand types don't match!");
1280 #endif
1281
1282   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1283   if (!HasNUW && HasNSW) {
1284     bool All = true;
1285     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1286       if (!isKnownNonNegative(Ops[i])) {
1287         All = false;
1288         break;
1289       }
1290     if (All) HasNUW = true;
1291   }
1292
1293   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1294   GroupByComplexity(Ops, LI);
1295
1296   // If there are any constants, fold them together.
1297   unsigned Idx = 0;
1298   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1299     ++Idx;
1300     assert(Idx < Ops.size());
1301     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1302       // We found two constants, fold them together!
1303       Ops[0] = getConstant(LHSC->getValue()->getValue() +
1304                            RHSC->getValue()->getValue());
1305       if (Ops.size() == 2) return Ops[0];
1306       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1307       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1308     }
1309
1310     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
1311     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
1312       Ops.erase(Ops.begin());
1313       --Idx;
1314     }
1315   }
1316
1317   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1318
1319   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1320   // so, merge them together into an multiply expression.  Since we sorted the
1321   // list, these values are required to be adjacent.
1322   const Type *Ty = Ops[0]->getType();
1323   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1324     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
1325       // Found a match, merge the two values into a multiply, and add any
1326       // remaining values to the result.
1327       const SCEV *Two = getIntegerSCEV(2, Ty);
1328       const SCEV *Mul = getMulExpr(Ops[i], Two);
1329       if (Ops.size() == 2)
1330         return Mul;
1331       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
1332       Ops.push_back(Mul);
1333       return getAddExpr(Ops, HasNUW, HasNSW);
1334     }
1335
1336   // Check for truncates. If all the operands are truncated from the same
1337   // type, see if factoring out the truncate would permit the result to be
1338   // folded. eg., trunc(x) + m*trunc(n) --> trunc(x + trunc(m)*n)
1339   // if the contents of the resulting outer trunc fold to something simple.
1340   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1341     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]);
1342     const Type *DstType = Trunc->getType();
1343     const Type *SrcType = Trunc->getOperand()->getType();
1344     SmallVector<const SCEV *, 8> LargeOps;
1345     bool Ok = true;
1346     // Check all the operands to see if they can be represented in the
1347     // source type of the truncate.
1348     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1349       if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[i])) {
1350         if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1351           Ok = false;
1352           break;
1353         }
1354         LargeOps.push_back(T->getOperand());
1355       } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1356         // This could be either sign or zero extension, but sign extension
1357         // is much more likely to be foldable here.
1358         LargeOps.push_back(getSignExtendExpr(C, SrcType));
1359       } else if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i])) {
1360         SmallVector<const SCEV *, 8> LargeMulOps;
1361         for (unsigned j = 0, f = M->getNumOperands(); j != f && Ok; ++j) {
1362           if (const SCEVTruncateExpr *T =
1363                 dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(M->getOperand(j))) {
1364             if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1365               Ok = false;
1366               break;
1367             }
1368             LargeMulOps.push_back(T->getOperand());
1369           } else if (const SCEVConstant *C =
1370                        dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(j))) {
1371             // This could be either sign or zero extension, but sign extension
1372             // is much more likely to be foldable here.
1373             LargeMulOps.push_back(getSignExtendExpr(C, SrcType));
1374           } else {
1375             Ok = false;
1376             break;
1377           }
1378         }
1379         if (Ok)
1380           LargeOps.push_back(getMulExpr(LargeMulOps));
1381       } else {
1382         Ok = false;
1383         break;
1384       }
1385     }
1386     if (Ok) {
1387       // Evaluate the expression in the larger type.
1388       const SCEV *Fold = getAddExpr(LargeOps, HasNUW, HasNSW);
1389       // If it folds to something simple, use it. Otherwise, don't.
1390       if (isa<SCEVConstant>(Fold) || isa<SCEVUnknown>(Fold))
1391         return getTruncateExpr(Fold, DstType);
1392     }
1393   }
1394
1395   // Skip past any other cast SCEVs.
1396   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
1397     ++Idx;
1398
1399   // If there are add operands they would be next.
1400   if (Idx < Ops.size()) {
1401     bool DeletedAdd = false;
1402     while (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
1403       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
1404       // list.
1405       Ops.insert(Ops.end(), Add->op_begin(), Add->op_end());
1406       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1407       DeletedAdd = true;
1408     }
1409
1410     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
1411     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1412     // any operands we just acquired.
1413     if (DeletedAdd)
1414       return getAddExpr(Ops);
1415   }
1416
1417   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1418   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1419     ++Idx;
1420
1421   // Check to see if there are any folding opportunities present with
1422   // operands multiplied by constant values.
1423   if (Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1424     uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(Ty);
1425     DenseMap<const SCEV *, APInt> M;
1426     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
1427     APInt AccumulatedConstant(BitWidth, 0);
1428     if (CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1429                                      Ops.data(), Ops.size(),
1430                                      APInt(BitWidth, 1), *this)) {
1431       // Some interesting folding opportunity is present, so its worthwhile to
1432       // re-generate the operands list. Group the operands by constant scale,
1433       // to avoid multiplying by the same constant scale multiple times.
1434       std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare> MulOpLists;
1435       for (SmallVector<const SCEV *, 8>::iterator I = NewOps.begin(),
1436            E = NewOps.end(); I != E; ++I)
1437         MulOpLists[M.find(*I)->second].push_back(*I);
1438       // Re-generate the operands list.
1439       Ops.clear();
1440       if (AccumulatedConstant != 0)
1441         Ops.push_back(getConstant(AccumulatedConstant));
1442       for (std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare>::iterator
1443            I = MulOpLists.begin(), E = MulOpLists.end(); I != E; ++I)
1444         if (I->first != 0)
1445           Ops.push_back(getMulExpr(getConstant(I->first),
1446                                    getAddExpr(I->second)));
1447       if (Ops.empty())
1448         return getIntegerSCEV(0, Ty);
1449       if (Ops.size() == 1)
1450         return Ops[0];
1451       return getAddExpr(Ops);
1452     }
1453   }
1454
1455   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
1456   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
1457   // the multiply.
1458   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1459     const SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
1460     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
1461       const SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
1462       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
1463         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp] && !isa<SCEVConstant>(Ops[AddOp])) {
1464           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
1465           const SCEV *InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1466           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1467             // If the multiply has more than two operands, we must get the
1468             // Y*Z term.
1469             SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1470             MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
1471             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
1472           }
1473           const SCEV *One = getIntegerSCEV(1, Ty);
1474           const SCEV *AddOne = getAddExpr(InnerMul, One);
1475           const SCEV *OuterMul = getMulExpr(AddOne, Ops[AddOp]);
1476           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1477           if (AddOp < Idx) {
1478             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
1479             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
1480           } else {
1481             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1482             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
1483           }
1484           Ops.push_back(OuterMul);
1485           return getAddExpr(Ops);
1486         }
1487
1488       // Check this multiply against other multiplies being added together.
1489       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
1490            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1491            ++OtherMulIdx) {
1492         const SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1493         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
1494         // together.
1495         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
1496              OMulOp != e; ++OMulOp)
1497           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
1498             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
1499             const SCEV *InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1500             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1501               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
1502                                                   Mul->op_end());
1503               MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
1504               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
1505             }
1506             const SCEV *InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
1507             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
1508               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(OtherMul->op_begin(),
1509                                                   OtherMul->op_end());
1510               MulOps.erase(MulOps.begin()+OMulOp);
1511               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
1512             }
1513             const SCEV *InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
1514             const SCEV *OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
1515             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1516             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1517             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
1518             Ops.push_back(OuterMul);
1519             return getAddExpr(Ops);
1520           }
1521       }
1522     }
1523   }
1524
1525   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1526   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1527   // recurrence.
1528   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1529     ++Idx;
1530
1531   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1532   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1533     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
1534     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1535     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
1536     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1537     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1538       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
1539         LIOps.push_back(Ops[i]);
1540         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1541         --i; --e;
1542       }
1543
1544     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1545     if (!LIOps.empty()) {
1546       //  NLI + LI + {Start,+,Step}  -->  NLI + {LI+Start,+,Step}
1547       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
1548
1549       SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
1550                                              AddRec->op_end());
1551       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
1552
1553       // It's tempting to propagate NUW/NSW flags here, but nuw/nsw addition
1554       // is not associative so this isn't necessarily safe.
1555       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRec->getLoop());
1556
1557       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1558       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1559
1560       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-liv parts.
1561       for (unsigned i = 0;; ++i)
1562         if (Ops[i] == AddRec) {
1563           Ops[i] = NewRec;
1564           break;
1565         }
1566       return getAddExpr(Ops);
1567     }
1568
1569     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1570     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1571     // added together.  If so, we can fold them.
1572     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1573          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1574       if (OtherIdx != Idx) {
1575         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1576         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
1577           // Other + {A,+,B} + {C,+,D}  -->  Other + {A+C,+,B+D}
1578           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(AddRec->op_begin(),
1579                                               AddRec->op_end());
1580           for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1581             if (i >= NewOps.size()) {
1582               NewOps.insert(NewOps.end(), OtherAddRec->op_begin()+i,
1583                             OtherAddRec->op_end());
1584               break;
1585             }
1586             NewOps[i] = getAddExpr(NewOps[i], OtherAddRec->getOperand(i));
1587           }
1588           const SCEV *NewAddRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop());
1589
1590           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1591
1592           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1593           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1594           Ops.push_back(NewAddRec);
1595           return getAddExpr(Ops);
1596         }
1597       }
1598
1599     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1600     // next one.
1601   }
1602
1603   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
1604   // already have one, otherwise create a new one.
1605   FoldingSetNodeID ID;
1606   ID.AddInteger(scAddExpr);
1607   ID.AddInteger(Ops.size());
1608   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1609     ID.AddPointer(Ops[i]);
1610   void *IP = 0;
1611   SCEVAddExpr *S =
1612     static_cast<SCEVAddExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
1613   if (!S) {
1614     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
1615     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
1616     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1617                                         O, Ops.size());
1618     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1619   }
1620   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
1621   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
1622   return S;
1623 }
1624
1625 /// getMulExpr - Get a canonical multiply expression, or something simpler if
1626 /// possible.
1627 const SCEV *ScalarEvolution::getMulExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1628                                         bool HasNUW, bool HasNSW) {
1629   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
1630   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1631 #ifndef NDEBUG
1632   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1633     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1634            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1635            "SCEVMulExpr operand types don't match!");
1636 #endif
1637
1638   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1639   if (!HasNUW && HasNSW) {
1640     bool All = true;
1641     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1642       if (!isKnownNonNegative(Ops[i])) {
1643         All = false;
1644         break;
1645       }
1646     if (All) HasNUW = true;
1647   }
1648
1649   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1650   GroupByComplexity(Ops, LI);
1651
1652   // If there are any constants, fold them together.
1653   unsigned Idx = 0;
1654   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1655
1656     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
1657     if (Ops.size() == 2)
1658       if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
1659         if (Add->getNumOperands() == 2 &&
1660             isa<SCEVConstant>(Add->getOperand(0)))
1661           return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
1662                             getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
1663
1664     ++Idx;
1665     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1666       // We found two constants, fold them together!
1667       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
1668                                            LHSC->getValue()->getValue() *
1669                                            RHSC->getValue()->getValue());
1670       Ops[0] = getConstant(Fold);
1671       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1672       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1673       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1674     }
1675
1676     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
1677     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
1678       Ops.erase(Ops.begin());
1679       --Idx;
1680     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
1681       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
1682       return Ops[0];
1683     } else if (Ops[0]->isAllOnesValue()) {
1684       // If we have a mul by -1 of an add, try distributing the -1 among the
1685       // add operands.
1686       if (Ops.size() == 2)
1687         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1])) {
1688           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
1689           bool AnyFolded = false;
1690           for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
1691                I != E; ++I) {
1692             const SCEV *Mul = getMulExpr(Ops[0], *I);
1693             if (!isa<SCEVMulExpr>(Mul)) AnyFolded = true;
1694             NewOps.push_back(Mul);
1695           }
1696           if (AnyFolded)
1697             return getAddExpr(NewOps);
1698         }
1699     }
1700   }
1701
1702   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1703   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1704     ++Idx;
1705
1706   if (Ops.size() == 1)
1707     return Ops[0];
1708
1709   // If there are mul operands inline them all into this expression.
1710   if (Idx < Ops.size()) {
1711     bool DeletedMul = false;
1712     while (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1713       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
1714       // list.
1715       Ops.insert(Ops.end(), Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1716       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1717       DeletedMul = true;
1718     }
1719
1720     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
1721     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1722     // any operands we just acquired.
1723     if (DeletedMul)
1724       return getMulExpr(Ops);
1725   }
1726
1727   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1728   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1729   // recurrence.
1730   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1731     ++Idx;
1732
1733   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1734   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1735     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
1736     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1737     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
1738     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1739     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1740       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
1741         LIOps.push_back(Ops[i]);
1742         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1743         --i; --e;
1744       }
1745
1746     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1747     if (!LIOps.empty()) {
1748       //  NLI * LI * {Start,+,Step}  -->  NLI * {LI*Start,+,LI*Step}
1749       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
1750       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
1751       if (LIOps.size() == 1) {
1752         const SCEV *Scale = LIOps[0];
1753         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
1754           NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
1755       } else {
1756         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1757           SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(LIOps.begin(), LIOps.end());
1758           MulOps.push_back(AddRec->getOperand(i));
1759           NewOps.push_back(getMulExpr(MulOps));
1760         }
1761       }
1762
1763       // It's tempting to propagate the NSW flag here, but nsw multiplication
1764       // is not associative so this isn't necessarily safe.
1765       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop(),
1766                                          HasNUW && AddRec->hasNoUnsignedWrap(),
1767                                          /*HasNSW=*/false);
1768
1769       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1770       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1771
1772       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-liv parts.
1773       for (unsigned i = 0;; ++i)
1774         if (Ops[i] == AddRec) {
1775           Ops[i] = NewRec;
1776           break;
1777         }
1778       return getMulExpr(Ops);
1779     }
1780
1781     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1782     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1783     // multiplied together.  If so, we can fold them.
1784     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1785          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1786       if (OtherIdx != Idx) {
1787         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1788         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
1789           // F * G  -->  {A,+,B} * {C,+,D}  -->  {A*C,+,F*D + G*B + B*D}
1790           const SCEVAddRecExpr *F = AddRec, *G = OtherAddRec;
1791           const SCEV *NewStart = getMulExpr(F->getStart(),
1792                                                  G->getStart());
1793           const SCEV *B = F->getStepRecurrence(*this);
1794           const SCEV *D = G->getStepRecurrence(*this);
1795           const SCEV *NewStep = getAddExpr(getMulExpr(F, D),
1796                                           getMulExpr(G, B),
1797                                           getMulExpr(B, D));
1798           const SCEV *NewAddRec = getAddRecExpr(NewStart, NewStep,
1799                                                F->getLoop());
1800           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1801
1802           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1803           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1804           Ops.push_back(NewAddRec);
1805           return getMulExpr(Ops);
1806         }
1807       }
1808
1809     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1810     // next one.
1811   }
1812
1813   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
1814   // already have one, otherwise create a new one.
1815   FoldingSetNodeID ID;
1816   ID.AddInteger(scMulExpr);
1817   ID.AddInteger(Ops.size());
1818   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1819     ID.AddPointer(Ops[i]);
1820   void *IP = 0;
1821   SCEVMulExpr *S =
1822     static_cast<SCEVMulExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
1823   if (!S) {
1824     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
1825     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
1826     S = new (SCEVAllocator) SCEVMulExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1827                                         O, Ops.size());
1828     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1829   }
1830   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
1831   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
1832   return S;
1833 }
1834
1835 /// getUDivExpr - Get a canonical unsigned division expression, or something
1836 /// simpler if possible.
1837 const SCEV *ScalarEvolution::getUDivExpr(const SCEV *LHS,
1838                                          const SCEV *RHS) {
1839   assert(getEffectiveSCEVType(LHS->getType()) ==
1840          getEffectiveSCEVType(RHS->getType()) &&
1841          "SCEVUDivExpr operand types don't match!");
1842
1843   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
1844     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
1845       return LHS;                               // X udiv 1 --> x
1846     if (RHSC->isZero())
1847       return getIntegerSCEV(0, LHS->getType()); // value is undefined
1848
1849     // Determine if the division can be folded into the operands of
1850     // its operands.
1851     // TODO: Generalize this to non-constants by using known-bits information.
1852     const Type *Ty = LHS->getType();
1853     unsigned LZ = RHSC->getValue()->getValue().countLeadingZeros();
1854     unsigned MaxShiftAmt = getTypeSizeInBits(Ty) - LZ;
1855     // For non-power-of-two values, effectively round the value up to the
1856     // nearest power of two.
1857     if (!RHSC->getValue()->getValue().isPowerOf2())
1858       ++MaxShiftAmt;
1859     const IntegerType *ExtTy =
1860       IntegerType::get(getContext(), getTypeSizeInBits(Ty) + MaxShiftAmt);
1861     // {X,+,N}/C --> {X/C,+,N/C} if safe and N/C can be folded.
1862     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
1863       if (const SCEVConstant *Step =
1864             dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*this)))
1865         if (!Step->getValue()->getValue()
1866               .urem(RHSC->getValue()->getValue()) &&
1867             getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
1868             getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
1869                           getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
1870                           AR->getLoop())) {
1871           SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1872           for (unsigned i = 0, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
1873             Operands.push_back(getUDivExpr(AR->getOperand(i), RHS));
1874           return getAddRecExpr(Operands, AR->getLoop());
1875         }
1876     // (A*B)/C --> A*(B/C) if safe and B/C can be folded.
1877     if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
1878       SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1879       for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i)
1880         Operands.push_back(getZeroExtendExpr(M->getOperand(i), ExtTy));
1881       if (getZeroExtendExpr(M, ExtTy) == getMulExpr(Operands))
1882         // Find an operand that's safely divisible.
1883         for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1884           const SCEV *Op = M->getOperand(i);
1885           const SCEV *Div = getUDivExpr(Op, RHSC);
1886           if (!isa<SCEVUDivExpr>(Div) && getMulExpr(Div, RHSC) == Op) {
1887             Operands = SmallVector<const SCEV *, 4>(M->op_begin(), M->op_end());
1888             Operands[i] = Div;
1889             return getMulExpr(Operands);
1890           }
1891         }
1892     }
1893     // (A+B)/C --> (A/C + B/C) if safe and A/C and B/C can be folded.
1894     if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
1895       SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1896       for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i)
1897         Operands.push_back(getZeroExtendExpr(A->getOperand(i), ExtTy));
1898       if (getZeroExtendExpr(A, ExtTy) == getAddExpr(Operands)) {
1899         Operands.clear();
1900         for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1901           const SCEV *Op = getUDivExpr(A->getOperand(i), RHS);
1902           if (isa<SCEVUDivExpr>(Op) || getMulExpr(Op, RHS) != A->getOperand(i))
1903             break;
1904           Operands.push_back(Op);
1905         }
1906         if (Operands.size() == A->getNumOperands())
1907           return getAddExpr(Operands);
1908       }
1909     }
1910
1911     // Fold if both operands are constant.
1912     if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
1913       Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
1914       Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
1915       return getConstant(cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getUDiv(LHSCV,
1916                                                                  RHSCV)));
1917     }
1918   }
1919
1920   FoldingSetNodeID ID;
1921   ID.AddInteger(scUDivExpr);
1922   ID.AddPointer(LHS);
1923   ID.AddPointer(RHS);
1924   void *IP = 0;
1925   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1926   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUDivExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1927                                              LHS, RHS);
1928   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1929   return S;
1930 }
1931
1932
1933 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
1934 /// Simplify the expression as much as possible.
1935 const SCEV *ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEV *Start,
1936                                            const SCEV *Step, const Loop *L,
1937                                            bool HasNUW, bool HasNSW) {
1938   SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1939   Operands.push_back(Start);
1940   if (const SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
1941     if (StepChrec->getLoop() == L) {
1942       Operands.insert(Operands.end(), StepChrec->op_begin(),
1943                       StepChrec->op_end());
1944       return getAddRecExpr(Operands, L);
1945     }
1946
1947   Operands.push_back(Step);
1948   return getAddRecExpr(Operands, L, HasNUW, HasNSW);
1949 }
1950
1951 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
1952 /// Simplify the expression as much as possible.
1953 const SCEV *
1954 ScalarEvolution::getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
1955                                const Loop *L,
1956                                bool HasNUW, bool HasNSW) {
1957   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
1958 #ifndef NDEBUG
1959   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
1960     assert(getEffectiveSCEVType(Operands[i]->getType()) ==
1961            getEffectiveSCEVType(Operands[0]->getType()) &&
1962            "SCEVAddRecExpr operand types don't match!");
1963 #endif
1964
1965   if (Operands.back()->isZero()) {
1966     Operands.pop_back();
1967     return getAddRecExpr(Operands, L, HasNUW, HasNSW); // {X,+,0}  -->  X
1968   }
1969
1970   // It's tempting to want to call getMaxBackedgeTakenCount count here and
1971   // use that information to infer NUW and NSW flags. However, computing a
1972   // BE count requires calling getAddRecExpr, so we may not yet have a
1973   // meaningful BE count at this point (and if we don't, we'd be stuck
1974   // with a SCEVCouldNotCompute as the cached BE count).
1975
1976   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1977   if (!HasNUW && HasNSW) {
1978     bool All = true;
1979     for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
1980       if (!isKnownNonNegative(Operands[i])) {
1981         All = false;
1982         break;
1983       }
1984     if (All) HasNUW = true;
1985   }
1986
1987   // Canonicalize nested AddRecs in by nesting them in order of loop depth.
1988   if (const SCEVAddRecExpr *NestedAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Operands[0])) {
1989     const Loop *NestedLoop = NestedAR->getLoop();
1990     if (L->contains(NestedLoop->getHeader()) ?
1991         (L->getLoopDepth() < NestedLoop->getLoopDepth()) :
1992         (!NestedLoop->contains(L->getHeader()) &&
1993          DT->dominates(L->getHeader(), NestedLoop->getHeader()))) {
1994       SmallVector<const SCEV *, 4> NestedOperands(NestedAR->op_begin(),
1995                                                   NestedAR->op_end());
1996       Operands[0] = NestedAR->getStart();
1997       // AddRecs require their operands be loop-invariant with respect to their
1998       // loops. Don't perform this transformation if it would break this
1999       // requirement.
2000       bool AllInvariant = true;
2001       for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2002         if (!Operands[i]->isLoopInvariant(L)) {
2003           AllInvariant = false;
2004           break;
2005         }
2006       if (AllInvariant) {
2007         NestedOperands[0] = getAddRecExpr(Operands, L);
2008         AllInvariant = true;
2009         for (unsigned i = 0, e = NestedOperands.size(); i != e; ++i)
2010           if (!NestedOperands[i]->isLoopInvariant(NestedLoop)) {
2011             AllInvariant = false;
2012             break;
2013           }
2014         if (AllInvariant)
2015           // Ok, both add recurrences are valid after the transformation.
2016           return getAddRecExpr(NestedOperands, NestedLoop, HasNUW, HasNSW);
2017       }
2018       // Reset Operands to its original state.
2019       Operands[0] = NestedAR;
2020     }
2021   }
2022
2023   // Okay, it looks like we really DO need an addrec expr.  Check to see if we
2024   // already have one, otherwise create a new one.
2025   FoldingSetNodeID ID;
2026   ID.AddInteger(scAddRecExpr);
2027   ID.AddInteger(Operands.size());
2028   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2029     ID.AddPointer(Operands[i]);
2030   ID.AddPointer(L);
2031   void *IP = 0;
2032   SCEVAddRecExpr *S =
2033     static_cast<SCEVAddRecExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2034   if (!S) {
2035     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Operands.size());
2036     std::uninitialized_copy(Operands.begin(), Operands.end(), O);
2037     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddRecExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2038                                            O, Operands.size(), L);
2039     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2040   }
2041   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
2042   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
2043   return S;
2044 }
2045
2046 const SCEV *ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEV *LHS,
2047                                          const SCEV *RHS) {
2048   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2049   Ops.push_back(LHS);
2050   Ops.push_back(RHS);
2051   return getSMaxExpr(Ops);
2052 }
2053
2054 const SCEV *
2055 ScalarEvolution::getSMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2056   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
2057   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2058 #ifndef NDEBUG
2059   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2060     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
2061            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
2062            "SCEVSMaxExpr operand types don't match!");
2063 #endif
2064
2065   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2066   GroupByComplexity(Ops, LI);
2067
2068   // If there are any constants, fold them together.
2069   unsigned Idx = 0;
2070   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2071     ++Idx;
2072     assert(Idx < Ops.size());
2073     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2074       // We found two constants, fold them together!
2075       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2076                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
2077                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2078       Ops[0] = getConstant(Fold);
2079       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2080       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2081       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2082     }
2083
2084     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2085     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
2086       Ops.erase(Ops.begin());
2087       --Idx;
2088     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(true)) {
2089       // If we have an smax with a constant maximum-int, it will always be
2090       // maximum-int.
2091       return Ops[0];
2092     }
2093   }
2094
2095   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2096
2097   // Find the first SMax
2098   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
2099     ++Idx;
2100
2101   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
2102   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2103   if (Idx < Ops.size()) {
2104     bool DeletedSMax = false;
2105     while (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2106       Ops.insert(Ops.end(), SMax->op_begin(), SMax->op_end());
2107       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2108       DeletedSMax = true;
2109     }
2110
2111     if (DeletedSMax)
2112       return getSMaxExpr(Ops);
2113   }
2114
2115   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2116   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2117   // be adjacent.
2118   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2119     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
2120       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2121       --i; --e;
2122     }
2123
2124   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2125
2126   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
2127
2128   // Okay, it looks like we really DO need an smax expr.  Check to see if we
2129   // already have one, otherwise create a new one.
2130   FoldingSetNodeID ID;
2131   ID.AddInteger(scSMaxExpr);
2132   ID.AddInteger(Ops.size());
2133   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2134     ID.AddPointer(Ops[i]);
2135   void *IP = 0;
2136   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2137   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2138   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2139   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2140                                              O, Ops.size());
2141   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2142   return S;
2143 }
2144
2145 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxExpr(const SCEV *LHS,
2146                                          const SCEV *RHS) {
2147   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2148   Ops.push_back(LHS);
2149   Ops.push_back(RHS);
2150   return getUMaxExpr(Ops);
2151 }
2152
2153 const SCEV *
2154 ScalarEvolution::getUMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2155   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty umax!");
2156   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2157 #ifndef NDEBUG
2158   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2159     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
2160            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
2161            "SCEVUMaxExpr operand types don't match!");
2162 #endif
2163
2164   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2165   GroupByComplexity(Ops, LI);
2166
2167   // If there are any constants, fold them together.
2168   unsigned Idx = 0;
2169   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2170     ++Idx;
2171     assert(Idx < Ops.size());
2172     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2173       // We found two constants, fold them together!
2174       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2175                               APIntOps::umax(LHSC->getValue()->getValue(),
2176                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2177       Ops[0] = getConstant(Fold);
2178       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2179       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2180       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2181     }
2182
2183     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2184     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(false)) {
2185       Ops.erase(Ops.begin());
2186       --Idx;
2187     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(false)) {
2188       // If we have an umax with a constant maximum-int, it will always be
2189       // maximum-int.
2190       return Ops[0];
2191     }
2192   }
2193
2194   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2195
2196   // Find the first UMax
2197   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scUMaxExpr)
2198     ++Idx;
2199
2200   // Check to see if one of the operands is a UMax. If so, expand its operands
2201   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2202   if (Idx < Ops.size()) {
2203     bool DeletedUMax = false;
2204     while (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2205       Ops.insert(Ops.end(), UMax->op_begin(), UMax->op_end());
2206       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2207       DeletedUMax = true;
2208     }
2209
2210     if (DeletedUMax)
2211       return getUMaxExpr(Ops);
2212   }
2213
2214   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2215   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2216   // be adjacent.
2217   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2218     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X umax Y umax Y  -->  X umax Y
2219       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2220       --i; --e;
2221     }
2222
2223   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2224
2225   assert(!Ops.empty() && "Reduced umax down to nothing!");
2226
2227   // Okay, it looks like we really DO need a umax expr.  Check to see if we
2228   // already have one, otherwise create a new one.
2229   FoldingSetNodeID ID;
2230   ID.AddInteger(scUMaxExpr);
2231   ID.AddInteger(Ops.size());
2232   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2233     ID.AddPointer(Ops[i]);
2234   void *IP = 0;
2235   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2236   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2237   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2238   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2239                                              O, Ops.size());
2240   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2241   return S;
2242 }
2243
2244 const SCEV *ScalarEvolution::getSMinExpr(const SCEV *LHS,
2245                                          const SCEV *RHS) {
2246   // ~smax(~x, ~y) == smin(x, y).
2247   return getNotSCEV(getSMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2248 }
2249
2250 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinExpr(const SCEV *LHS,
2251                                          const SCEV *RHS) {
2252   // ~umax(~x, ~y) == umin(x, y)
2253   return getNotSCEV(getUMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2254 }
2255
2256 const SCEV *ScalarEvolution::getSizeOfExpr(const Type *AllocTy) {
2257   Constant *C = ConstantExpr::getSizeOf(AllocTy);
2258   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2259     C = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD);
2260   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(AllocTy));
2261   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2262 }
2263
2264 const SCEV *ScalarEvolution::getAlignOfExpr(const Type *AllocTy) {
2265   Constant *C = ConstantExpr::getAlignOf(AllocTy);
2266   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2267     C = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD);
2268   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(AllocTy));
2269   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2270 }
2271
2272 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(const StructType *STy,
2273                                              unsigned FieldNo) {
2274   Constant *C = ConstantExpr::getOffsetOf(STy, FieldNo);
2275   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2276     C = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD);
2277   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(STy));
2278   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2279 }
2280
2281 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(const Type *CTy,
2282                                              Constant *FieldNo) {
2283   Constant *C = ConstantExpr::getOffsetOf(CTy, FieldNo);
2284   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2285     C = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD);
2286   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(CTy));
2287   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2288 }
2289
2290 const SCEV *ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
2291   // Don't attempt to do anything other than create a SCEVUnknown object
2292   // here.  createSCEV only calls getUnknown after checking for all other
2293   // interesting possibilities, and any other code that calls getUnknown
2294   // is doing so in order to hide a value from SCEV canonicalization.
2295
2296   FoldingSetNodeID ID;
2297   ID.AddInteger(scUnknown);
2298   ID.AddPointer(V);
2299   void *IP = 0;
2300   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2301   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUnknown(ID.Intern(SCEVAllocator), V);
2302   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2303   return S;
2304 }
2305
2306 //===----------------------------------------------------------------------===//
2307 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
2308 //
2309
2310 /// isSCEVable - Test if values of the given type are analyzable within
2311 /// the SCEV framework. This primarily includes integer types, and it
2312 /// can optionally include pointer types if the ScalarEvolution class
2313 /// has access to target-specific information.
2314 bool ScalarEvolution::isSCEVable(const Type *Ty) const {
2315   // Integers and pointers are always SCEVable.
2316   return Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy();
2317 }
2318
2319 /// getTypeSizeInBits - Return the size in bits of the specified type,
2320 /// for which isSCEVable must return true.
2321 uint64_t ScalarEvolution::getTypeSizeInBits(const Type *Ty) const {
2322   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
2323
2324   // If we have a TargetData, use it!
2325   if (TD)
2326     return TD->getTypeSizeInBits(Ty);
2327
2328   // Integer types have fixed sizes.
2329   if (Ty->isIntegerTy())
2330     return Ty->getPrimitiveSizeInBits();
2331
2332   // The only other support type is pointer. Without TargetData, conservatively
2333   // assume pointers are 64-bit.
2334   assert(Ty->isPointerTy() && "isSCEVable permitted a non-SCEVable type!");
2335   return 64;
2336 }
2337
2338 /// getEffectiveSCEVType - Return a type with the same bitwidth as
2339 /// the given type and which represents how SCEV will treat the given
2340 /// type, for which isSCEVable must return true. For pointer types,
2341 /// this is the pointer-sized integer type.
2342 const Type *ScalarEvolution::getEffectiveSCEVType(const Type *Ty) const {
2343   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
2344
2345   if (Ty->isIntegerTy())
2346     return Ty;
2347
2348   // The only other support type is pointer.
2349   assert(Ty->isPointerTy() && "Unexpected non-pointer non-integer type!");
2350   if (TD) return TD->getIntPtrType(getContext());
2351
2352   // Without TargetData, conservatively assume pointers are 64-bit.
2353   return Type::getInt64Ty(getContext());
2354 }
2355
2356 const SCEV *ScalarEvolution::getCouldNotCompute() {
2357   return &CouldNotCompute;
2358 }
2359
2360 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
2361 /// expression and create a new one.
2362 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) {
2363   assert(isSCEVable(V->getType()) && "Value is not SCEVable!");
2364
2365   std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator I = Scalars.find(V);
2366   if (I != Scalars.end()) return I->second;
2367   const SCEV *S = createSCEV(V);
2368   Scalars.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(V, this), S));
2369   return S;
2370 }
2371
2372 /// getIntegerSCEV - Given a SCEVable type, create a constant for the
2373 /// specified signed integer value and return a SCEV for the constant.
2374 const SCEV *ScalarEvolution::getIntegerSCEV(int64_t Val, const Type *Ty) {
2375   const IntegerType *ITy = cast<IntegerType>(getEffectiveSCEVType(Ty));
2376   return getConstant(ConstantInt::get(ITy, Val));
2377 }
2378
2379 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
2380 ///
2381 const SCEV *ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEV *V) {
2382   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2383     return getConstant(
2384                cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue())));
2385
2386   const Type *Ty = V->getType();
2387   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2388   return getMulExpr(V,
2389                   getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty))));
2390 }
2391
2392 /// getNotSCEV - Return a SCEV corresponding to ~V = -1-V
2393 const SCEV *ScalarEvolution::getNotSCEV(const SCEV *V) {
2394   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2395     return getConstant(
2396                 cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(VC->getValue())));
2397
2398   const Type *Ty = V->getType();
2399   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2400   const SCEV *AllOnes =
2401                    getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty)));
2402   return getMinusSCEV(AllOnes, V);
2403 }
2404
2405 /// getMinusSCEV - Return a SCEV corresponding to LHS - RHS.
2406 ///
2407 const SCEV *ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEV *LHS,
2408                                           const SCEV *RHS) {
2409   // X - Y --> X + -Y
2410   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS));
2411 }
2412
2413 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2414 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2415 /// extended.
2416 const SCEV *
2417 ScalarEvolution::getTruncateOrZeroExtend(const SCEV *V,
2418                                          const Type *Ty) {
2419   const Type *SrcTy = V->getType();
2420   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2421          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2422          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2423   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2424     return V;  // No conversion
2425   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2426     return getTruncateExpr(V, Ty);
2427   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2428 }
2429
2430 /// getTruncateOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2431 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2432 /// extended.
2433 const SCEV *
2434 ScalarEvolution::getTruncateOrSignExtend(const SCEV *V,
2435                                          const Type *Ty) {
2436   const Type *SrcTy = V->getType();
2437   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2438          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2439          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2440   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2441     return V;  // No conversion
2442   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2443     return getTruncateExpr(V, Ty);
2444   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2445 }
2446
2447 /// getNoopOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2448 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2449 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2450 const SCEV *
2451 ScalarEvolution::getNoopOrZeroExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2452   const Type *SrcTy = V->getType();
2453   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2454          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2455          "Cannot noop or zero extend with non-integer arguments!");
2456   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2457          "getNoopOrZeroExtend cannot truncate!");
2458   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2459     return V;  // No conversion
2460   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2461 }
2462
2463 /// getNoopOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2464 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2465 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2466 const SCEV *
2467 ScalarEvolution::getNoopOrSignExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2468   const Type *SrcTy = V->getType();
2469   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2470          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2471          "Cannot noop or sign extend with non-integer arguments!");
2472   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2473          "getNoopOrSignExtend cannot truncate!");
2474   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2475     return V;  // No conversion
2476   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2477 }
2478
2479 /// getNoopOrAnyExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
2480 /// the input value to the specified type. If the type must be extended,
2481 /// it is extended with unspecified bits. The conversion must not be
2482 /// narrowing.
2483 const SCEV *
2484 ScalarEvolution::getNoopOrAnyExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2485   const Type *SrcTy = V->getType();
2486   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2487          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2488          "Cannot noop or any extend with non-integer arguments!");
2489   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2490          "getNoopOrAnyExtend cannot truncate!");
2491   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2492     return V;  // No conversion
2493   return getAnyExtendExpr(V, Ty);
2494 }
2495
2496 /// getTruncateOrNoop - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2497 /// input value to the specified type.  The conversion must not be widening.
2498 const SCEV *
2499 ScalarEvolution::getTruncateOrNoop(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2500   const Type *SrcTy = V->getType();
2501   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2502          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2503          "Cannot truncate or noop with non-integer arguments!");
2504   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) >= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2505          "getTruncateOrNoop cannot extend!");
2506   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2507     return V;  // No conversion
2508   return getTruncateExpr(V, Ty);
2509 }
2510
2511 /// getUMaxFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2512 /// the types using zero-extension, and then perform a umax operation
2513 /// with them.
2514 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2515                                                         const SCEV *RHS) {
2516   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
2517   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
2518
2519   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2520     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2521   else
2522     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2523
2524   return getUMaxExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2525 }
2526
2527 /// getUMinFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2528 /// the types using zero-extension, and then perform a umin operation
2529 /// with them.
2530 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2531                                                         const SCEV *RHS) {
2532   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
2533   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
2534
2535   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2536     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2537   else
2538     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2539
2540   return getUMinExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2541 }
2542
2543 /// PushDefUseChildren - Push users of the given Instruction
2544 /// onto the given Worklist.
2545 static void
2546 PushDefUseChildren(Instruction *I,
2547                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
2548   // Push the def-use children onto the Worklist stack.
2549   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
2550        UI != UE; ++UI)
2551     Worklist.push_back(cast<Instruction>(UI));
2552 }
2553
2554 /// ForgetSymbolicValue - This looks up computed SCEV values for all
2555 /// instructions that depend on the given instruction and removes them from
2556 /// the Scalars map if they reference SymName. This is used during PHI
2557 /// resolution.
2558 void
2559 ScalarEvolution::ForgetSymbolicName(Instruction *PN, const SCEV *SymName) {
2560   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
2561   PushDefUseChildren(PN, Worklist);
2562
2563   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
2564   Visited.insert(PN);
2565   while (!Worklist.empty()) {
2566     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
2567     if (!Visited.insert(I)) continue;
2568
2569     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
2570       Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
2571     if (It != Scalars.end()) {
2572       // Short-circuit the def-use traversal if the symbolic name
2573       // ceases to appear in expressions.
2574       if (It->second != SymName && !It->second->hasOperand(SymName))
2575         continue;
2576
2577       // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
2578       // structure, it's a PHI that's in the progress of being computed
2579       // by createNodeForPHI, or it's a single-value PHI. In the first case,
2580       // additional loop trip count information isn't going to change anything.
2581       // In the second case, createNodeForPHI will perform the necessary
2582       // updates on its own when it gets to that point. In the third, we do
2583       // want to forget the SCEVUnknown.
2584       if (!isa<PHINode>(I) ||
2585           !isa<SCEVUnknown>(It->second) ||
2586           (I != PN && It->second == SymName)) {
2587         ValuesAtScopes.erase(It->second);
2588         Scalars.erase(It);
2589       }
2590     }
2591
2592     PushDefUseChildren(I, Worklist);
2593   }
2594 }
2595
2596 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
2597 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
2598 ///
2599 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
2600   if (const Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent()))
2601     if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
2602       // The loop may have multiple entrances or multiple exits; we can analyze
2603       // this phi as an addrec if it has a unique entry value and a unique
2604       // backedge value.
2605       Value *BEValueV = 0, *StartValueV = 0;
2606       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2607         Value *V = PN->getIncomingValue(i);
2608         if (L->contains(PN->getIncomingBlock(i))) {
2609           if (!BEValueV) {
2610             BEValueV = V;
2611           } else if (BEValueV != V) {
2612             BEValueV = 0;
2613             break;
2614           }
2615         } else if (!StartValueV) {
2616           StartValueV = V;
2617         } else if (StartValueV != V) {
2618           StartValueV = 0;
2619           break;
2620         }
2621       }
2622       if (BEValueV && StartValueV) {
2623         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
2624         const SCEV *SymbolicName = getUnknown(PN);
2625         assert(Scalars.find(PN) == Scalars.end() &&
2626                "PHI node already processed?");
2627         Scalars.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(PN, this), SymbolicName));
2628
2629         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
2630         // the back-edge.
2631         const SCEV *BEValue = getSCEV(BEValueV);
2632
2633         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
2634         // has a special value for the first iteration of the loop.
2635
2636         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
2637         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
2638         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
2639           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
2640           // with a recurrence.
2641           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
2642           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2643             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
2644               if (FoundIndex == e) {
2645                 FoundIndex = i;
2646                 break;
2647               }
2648
2649           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
2650             // Create an add with everything but the specified operand.
2651             SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
2652             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2653               if (i != FoundIndex)
2654                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
2655             const SCEV *Accum = getAddExpr(Ops);
2656
2657             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
2658             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
2659             if (Accum->isLoopInvariant(L) ||
2660                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
2661                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
2662               bool HasNUW = false;
2663               bool HasNSW = false;
2664
2665               // If the increment doesn't overflow, then neither the addrec nor
2666               // the post-increment will overflow.
2667               if (const AddOperator *OBO = dyn_cast<AddOperator>(BEValueV)) {
2668                 if (OBO->hasNoUnsignedWrap())
2669                   HasNUW = true;
2670                 if (OBO->hasNoSignedWrap())
2671                   HasNSW = true;
2672               }
2673
2674               const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
2675               const SCEV *PHISCEV =
2676                 getAddRecExpr(StartVal, Accum, L, HasNUW, HasNSW);
2677
2678               // Since the no-wrap flags are on the increment, they apply to the
2679               // post-incremented value as well.
2680               if (Accum->isLoopInvariant(L))
2681                 (void)getAddRecExpr(getAddExpr(StartVal, Accum),
2682                                     Accum, L, HasNUW, HasNSW);
2683
2684               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2685               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
2686               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
2687               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
2688               Scalars[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
2689               return PHISCEV;
2690             }
2691           }
2692         } else if (const SCEVAddRecExpr *AddRec =
2693                      dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
2694           // Otherwise, this could be a loop like this:
2695           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
2696           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
2697           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
2698           // i really is an addrec evolution.
2699           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
2700             const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
2701
2702             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
2703             // initial step of the addrec evolution.
2704             if (StartVal == getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
2705                                          AddRec->getOperand(1))) {
2706               const SCEV *PHISCEV =
2707                  getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1), L);
2708
2709               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2710               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
2711               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
2712               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
2713               Scalars[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
2714               return PHISCEV;
2715             }
2716           }
2717         }
2718       }
2719     }
2720
2721   // If the PHI has a single incoming value, follow that value, unless the
2722   // PHI's incoming blocks are in a different loop, in which case doing so
2723   // risks breaking LCSSA form. Instcombine would normally zap these, but
2724   // it doesn't have DominatorTree information, so it may miss cases.
2725   if (Value *V = PN->hasConstantValue(DT)) {
2726     bool AllSameLoop = true;
2727     Loop *PNLoop = LI->getLoopFor(PN->getParent());
2728     for (size_t i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
2729       if (LI->getLoopFor(PN->getIncomingBlock(i)) != PNLoop) {
2730         AllSameLoop = false;
2731         break;
2732       }
2733     if (AllSameLoop)
2734       return getSCEV(V);
2735   }
2736
2737   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
2738   return getUnknown(PN);
2739 }
2740
2741 /// createNodeForGEP - Expand GEP instructions into add and multiply
2742 /// operations. This allows them to be analyzed by regular SCEV code.
2743 ///
2744 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForGEP(GEPOperator *GEP) {
2745
2746   bool InBounds = GEP->isInBounds();
2747   const Type *IntPtrTy = getEffectiveSCEVType(GEP->getType());
2748   Value *Base = GEP->getOperand(0);
2749   // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
2750   if (!cast<PointerType>(Base->getType())->getElementType()->isSized())
2751     return getUnknown(GEP);
2752   const SCEV *TotalOffset = getIntegerSCEV(0, IntPtrTy);
2753   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
2754   for (GetElementPtrInst::op_iterator I = next(GEP->op_begin()),
2755                                       E = GEP->op_end();
2756        I != E; ++I) {
2757     Value *Index = *I;
2758     // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
2759     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
2760       // For a struct, add the member offset.
2761       unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
2762       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset,
2763                                getOffsetOfExpr(STy, FieldNo),
2764                                /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2765     } else {
2766       // For an array, add the element offset, explicitly scaled.
2767       const SCEV *LocalOffset = getSCEV(Index);
2768       // Getelementptr indices are signed.
2769       LocalOffset = getTruncateOrSignExtend(LocalOffset, IntPtrTy);
2770       // Lower "inbounds" GEPs to NSW arithmetic.
2771       LocalOffset = getMulExpr(LocalOffset, getSizeOfExpr(*GTI),
2772                                /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2773       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, LocalOffset,
2774                                /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2775     }
2776   }
2777   return getAddExpr(getSCEV(Base), TotalOffset,
2778                     /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2779 }
2780
2781 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
2782 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
2783 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
2784 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
2785 uint32_t
2786 ScalarEvolution::GetMinTrailingZeros(const SCEV *S) {
2787   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
2788     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
2789
2790   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
2791     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand()),
2792                     (uint32_t)getTypeSizeInBits(T->getType()));
2793
2794   if (const SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
2795     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
2796     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2797              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2798   }
2799
2800   if (const SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
2801     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
2802     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2803              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2804   }
2805
2806   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2807     // The result is the min of all operands results.
2808     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2809     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2810       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2811     return MinOpRes;
2812   }
2813
2814   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2815     // The result is the sum of all operands results.
2816     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2817     uint32_t BitWidth = getTypeSizeInBits(M->getType());
2818     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
2819          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
2820       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)),
2821                           BitWidth);
2822     return SumOpRes;
2823   }
2824
2825   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2826     // The result is the min of all operands results.
2827     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2828     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2829       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2830     return MinOpRes;
2831   }
2832
2833   if (const SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
2834     // The result is the min of all operands results.
2835     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2836     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2837       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2838     return MinOpRes;
2839   }
2840
2841   if (const SCEVUMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
2842     // The result is the min of all operands results.
2843     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2844     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2845       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2846     return MinOpRes;
2847   }
2848
2849   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
2850     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
2851     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
2852     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
2853     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
2854     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones);
2855     return Zeros.countTrailingOnes();
2856   }
2857
2858   // SCEVUDivExpr
2859   return 0;
2860 }
2861
2862 /// getUnsignedRange - Determine the unsigned range for a particular SCEV.
2863 ///
2864 ConstantRange
2865 ScalarEvolution::getUnsignedRange(const SCEV *S) {
2866
2867   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
2868     return ConstantRange(C->getValue()->getValue());
2869
2870   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
2871   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
2872
2873   // If the value has known zeros, the maximum unsigned value will have those
2874   // known zeros as well.
2875   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
2876   if (TZ != 0)
2877     ConservativeResult =
2878       ConstantRange(APInt::getMinValue(BitWidth),
2879                     APInt::getMaxValue(BitWidth).lshr(TZ).shl(TZ) + 1);
2880
2881   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2882     ConstantRange X = getUnsignedRange(Add->getOperand(0));
2883     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2884       X = X.add(getUnsignedRange(Add->getOperand(i)));
2885     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2886   }
2887
2888   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2889     ConstantRange X = getUnsignedRange(Mul->getOperand(0));
2890     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
2891       X = X.multiply(getUnsignedRange(Mul->getOperand(i)));
2892     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2893   }
2894
2895   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
2896     ConstantRange X = getUnsignedRange(SMax->getOperand(0));
2897     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
2898       X = X.smax(getUnsignedRange(SMax->getOperand(i)));
2899     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2900   }
2901
2902   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
2903     ConstantRange X = getUnsignedRange(UMax->getOperand(0));
2904     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
2905       X = X.umax(getUnsignedRange(UMax->getOperand(i)));
2906     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2907   }
2908
2909   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
2910     ConstantRange X = getUnsignedRange(UDiv->getLHS());
2911     ConstantRange Y = getUnsignedRange(UDiv->getRHS());
2912     return ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y));
2913   }
2914
2915   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
2916     ConstantRange X = getUnsignedRange(ZExt->getOperand());
2917     return ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth));
2918   }
2919
2920   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
2921     ConstantRange X = getUnsignedRange(SExt->getOperand());
2922     return ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth));
2923   }
2924
2925   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
2926     ConstantRange X = getUnsignedRange(Trunc->getOperand());
2927     return ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth));
2928   }
2929
2930   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2931     // If there's no unsigned wrap, the value will never be less than its
2932     // initial value.
2933     if (AddRec->hasNoUnsignedWrap())
2934       if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getStart()))
2935         if (!C->isZero())
2936           ConservativeResult =
2937             ConstantRange(C->getValue()->getValue(), APInt(BitWidth, 0));
2938
2939     // TODO: non-affine addrec
2940     if (AddRec->isAffine()) {
2941       const Type *Ty = AddRec->getType();
2942       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
2943       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
2944           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
2945         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
2946
2947         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
2948         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
2949
2950         ConstantRange StartRange = getUnsignedRange(Start);
2951         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
2952         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
2953         ConstantRange EndRange =
2954           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
2955
2956         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
2957         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
2958         // checking code.
2959         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2960         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2961         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
2962           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2963         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2964         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
2965             ExtEndRange)
2966           return ConservativeResult;
2967
2968         APInt Min = APIntOps::umin(StartRange.getUnsignedMin(),
2969                                    EndRange.getUnsignedMin());
2970         APInt Max = APIntOps::umax(StartRange.getUnsignedMax(),
2971                                    EndRange.getUnsignedMax());
2972         if (Min.isMinValue() && Max.isMaxValue())
2973           return ConservativeResult;
2974         return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1));
2975       }
2976     }
2977
2978     return ConservativeResult;
2979   }
2980
2981   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
2982     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
2983     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
2984     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
2985     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones, TD);
2986     if (Ones == ~Zeros + 1)
2987       return ConservativeResult;
2988     return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Ones, ~Zeros + 1));
2989   }
2990
2991   return ConservativeResult;
2992 }
2993
2994 /// getSignedRange - Determine the signed range for a particular SCEV.
2995 ///
2996 ConstantRange
2997 ScalarEvolution::getSignedRange(const SCEV *S) {
2998
2999   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3000     return ConstantRange(C->getValue()->getValue());
3001
3002   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
3003   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
3004
3005   // If the value has known zeros, the maximum signed value will have those
3006   // known zeros as well.
3007   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
3008   if (TZ != 0)
3009     ConservativeResult =
3010       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3011                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(TZ).shl(TZ) + 1);
3012
3013   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3014     ConstantRange X = getSignedRange(Add->getOperand(0));
3015     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3016       X = X.add(getSignedRange(Add->getOperand(i)));
3017     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3018   }
3019
3020   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3021     ConstantRange X = getSignedRange(Mul->getOperand(0));
3022     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
3023       X = X.multiply(getSignedRange(Mul->getOperand(i)));
3024     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3025   }
3026
3027   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3028     ConstantRange X = getSignedRange(SMax->getOperand(0));
3029     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3030       X = X.smax(getSignedRange(SMax->getOperand(i)));
3031     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3032   }
3033
3034   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3035     ConstantRange X = getSignedRange(UMax->getOperand(0));
3036     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3037       X = X.umax(getSignedRange(UMax->getOperand(i)));
3038     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3039   }
3040
3041   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3042     ConstantRange X = getSignedRange(UDiv->getLHS());
3043     ConstantRange Y = getSignedRange(UDiv->getRHS());
3044     return ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y));
3045   }
3046
3047   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3048     ConstantRange X = getSignedRange(ZExt->getOperand());
3049     return ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth));
3050   }
3051
3052   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3053     ConstantRange X = getSignedRange(SExt->getOperand());
3054     return ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth));
3055   }
3056
3057   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
3058     ConstantRange X = getSignedRange(Trunc->getOperand());
3059     return ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth));
3060   }
3061
3062   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3063     // If there's no signed wrap, and all the operands have the same sign or
3064     // zero, the value won't ever change sign.
3065     if (AddRec->hasNoSignedWrap()) {
3066       bool AllNonNeg = true;
3067       bool AllNonPos = true;
3068       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3069         if (!isKnownNonNegative(AddRec->getOperand(i))) AllNonNeg = false;
3070         if (!isKnownNonPositive(AddRec->getOperand(i))) AllNonPos = false;
3071       }
3072       if (AllNonNeg)
3073         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3074           ConstantRange(APInt(BitWidth, 0),
3075                         APInt::getSignedMinValue(BitWidth)));
3076       else if (AllNonPos)
3077         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3078           ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3079                         APInt(BitWidth, 1)));
3080     }
3081
3082     // TODO: non-affine addrec
3083     if (AddRec->isAffine()) {
3084       const Type *Ty = AddRec->getType();
3085       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
3086       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
3087           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
3088         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
3089
3090         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
3091         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
3092
3093         ConstantRange StartRange = getSignedRange(Start);
3094         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
3095         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
3096         ConstantRange EndRange =
3097           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
3098
3099         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
3100         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
3101         // checking code.
3102         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3103         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3104         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
3105           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3106         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3107         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
3108             ExtEndRange)
3109           return ConservativeResult;
3110
3111         APInt Min = APIntOps::smin(StartRange.getSignedMin(),
3112                                    EndRange.getSignedMin());
3113         APInt Max = APIntOps::smax(StartRange.getSignedMax(),
3114                                    EndRange.getSignedMax());
3115         if (Min.isMinSignedValue() && Max.isMaxSignedValue())
3116           return ConservativeResult;
3117         return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1));
3118       }
3119     }
3120
3121     return ConservativeResult;
3122   }
3123
3124   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3125     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3126     if (!U->getValue()->getType()->isIntegerTy() && !TD)
3127       return ConservativeResult;
3128     unsigned NS = ComputeNumSignBits(U->getValue(), TD);
3129     if (NS == 1)
3130       return ConservativeResult;
3131     return ConservativeResult.intersectWith(
3132       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth).ashr(NS - 1),
3133                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(NS - 1)+1));
3134   }
3135
3136   return ConservativeResult;
3137 }
3138
3139 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
3140 /// Analyze the expression.
3141 ///
3142 const SCEV *ScalarEvolution::createSCEV(Value *V) {
3143   if (!isSCEVable(V->getType()))
3144     return getUnknown(V);
3145
3146   unsigned Opcode = Instruction::UserOp1;
3147   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
3148     Opcode = I->getOpcode();
3149
3150     // Don't attempt to analyze instructions in blocks that aren't
3151     // reachable. Such instructions don't matter, and they aren't required
3152     // to obey basic rules for definitions dominating uses which this
3153     // analysis depends on.
3154     if (!DT->isReachableFromEntry(I->getParent()))
3155       return getUnknown(V);
3156   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
3157     Opcode = CE->getOpcode();
3158   else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
3159     return getConstant(CI);
3160   else if (isa<ConstantPointerNull>(V))
3161     return getIntegerSCEV(0, V->getType());
3162   else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V))
3163     return GA->mayBeOverridden() ? getUnknown(V) : getSCEV(GA->getAliasee());
3164   else
3165     return getUnknown(V);
3166
3167   Operator *U = cast<Operator>(V);
3168   switch (Opcode) {
3169   case Instruction::Add:
3170     // Don't transfer the NSW and NUW bits from the Add instruction to the
3171     // Add expression, because the Instruction may be guarded by control
3172     // flow and the no-overflow bits may not be valid for the expression in
3173     // any context.
3174     return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3175                       getSCEV(U->getOperand(1)));
3176   case Instruction::Mul:
3177     // Don't transfer the NSW and NUW bits from the Mul instruction to the
3178     // Mul expression, as with Add.
3179     return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3180                       getSCEV(U->getOperand(1)));
3181   case Instruction::UDiv:
3182     return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3183                        getSCEV(U->getOperand(1)));
3184   case Instruction::Sub:
3185     return getMinusSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)),
3186                         getSCEV(U->getOperand(1)));
3187   case Instruction::And:
3188     // For an expression like x&255 that merely masks off the high bits,
3189     // use zext(trunc(x)) as the SCEV expression.
3190     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3191       if (CI->isNullValue())
3192         return getSCEV(U->getOperand(1));
3193       if (CI->isAllOnesValue())
3194         return getSCEV(U->getOperand(0));
3195       const APInt &A = CI->getValue();
3196
3197       // Instcombine's ShrinkDemandedConstant may strip bits out of
3198       // constants, obscuring what would otherwise be a low-bits mask.
3199       // Use ComputeMaskedBits to compute what ShrinkDemandedConstant
3200       // knew about to reconstruct a low-bits mask value.
3201       unsigned LZ = A.countLeadingZeros();
3202       unsigned BitWidth = A.getBitWidth();
3203       APInt AllOnes = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
3204       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
3205       ComputeMaskedBits(U->getOperand(0), AllOnes, KnownZero, KnownOne, TD);
3206
3207       APInt EffectiveMask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, BitWidth - LZ);
3208
3209       if (LZ != 0 && !((~A & ~KnownZero) & EffectiveMask))
3210         return
3211           getZeroExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3212                                 IntegerType::get(getContext(), BitWidth - LZ)),
3213                             U->getType());
3214     }
3215     break;
3216
3217   case Instruction::Or:
3218     // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
3219     // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
3220     // optimizations will transparently handle this case.
3221     //
3222     // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
3223     // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
3224     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3225       const SCEV *LHS = getSCEV(U->getOperand(0));
3226       const APInt &CIVal = CI->getValue();
3227       if (GetMinTrailingZeros(LHS) >=
3228           (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros())) {
3229         // Build a plain add SCEV.
3230         const SCEV *S = getAddExpr(LHS, getSCEV(CI));
3231         // If the LHS of the add was an addrec and it has no-wrap flags,
3232         // transfer the no-wrap flags, since an or won't introduce a wrap.
3233         if (const SCEVAddRecExpr *NewAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3234           const SCEVAddRecExpr *OldAR = cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
3235           if (OldAR->hasNoUnsignedWrap())
3236             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setHasNoUnsignedWrap(true);
3237           if (OldAR->hasNoSignedWrap())
3238             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setHasNoSignedWrap(true);
3239         }
3240         return S;
3241       }
3242     }
3243     break;
3244   case Instruction::Xor:
3245     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3246       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
3247       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
3248       if (CI->getValue().isSignBit())
3249         return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3250                           getSCEV(U->getOperand(1)));
3251
3252       // If the RHS of xor is -1, then this is a not operation.
3253       if (CI->isAllOnesValue())
3254         return getNotSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)));
3255
3256       // Model xor(and(x, C), C) as and(~x, C), if C is a low-bits mask.
3257       // This is a variant of the check for xor with -1, and it handles
3258       // the case where instcombine has trimmed non-demanded bits out
3259       // of an xor with -1.
3260       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U->getOperand(0)))
3261         if (ConstantInt *LCI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
3262           if (BO->getOpcode() == Instruction::And &&
3263               LCI->getValue() == CI->getValue())
3264             if (const SCEVZeroExtendExpr *Z =
3265                   dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(getSCEV(U->getOperand(0)))) {
3266               const Type *UTy = U->getType();
3267               const SCEV *Z0 = Z->getOperand();
3268               const Type *Z0Ty = Z0->getType();
3269               unsigned Z0TySize = getTypeSizeInBits(Z0Ty);
3270
3271               // If C is a low-bits mask, the zero extend is serving to
3272               // mask off the high bits. Complement the operand and
3273               // re-apply the zext.
3274               if (APIntOps::isMask(Z0TySize, CI->getValue()))
3275                 return getZeroExtendExpr(getNotSCEV(Z0), UTy);
3276
3277               // If C is a single bit, it may be in the sign-bit position
3278               // before the zero-extend. In this case, represent the xor
3279               // using an add, which is equivalent, and re-apply the zext.
3280               APInt Trunc = APInt(CI->getValue()).trunc(Z0TySize);
3281               if (APInt(Trunc).zext(getTypeSizeInBits(UTy)) == CI->getValue() &&
3282                   Trunc.isSignBit())
3283                 return getZeroExtendExpr(getAddExpr(Z0, getConstant(Trunc)),
3284                                          UTy);
3285             }
3286     }
3287     break;
3288
3289   case Instruction::Shl:
3290     // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
3291     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3292       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
3293       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
3294         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getLimitedValue(BitWidth)));
3295       return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
3296     }
3297     break;
3298
3299   case Instruction::LShr:
3300     // Turn logical shift right of a constant into a unsigned divide.
3301     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3302       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
3303       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
3304         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getLimitedValue(BitWidth)));
3305       return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
3306     }
3307     break;
3308
3309   case Instruction::AShr:
3310     // For a two-shift sext-inreg, use sext(trunc(x)) as the SCEV expression.
3311     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
3312       if (Instruction *L = dyn_cast<Instruction>(U->getOperand(0)))
3313         if (L->getOpcode() == Instruction::Shl &&
3314             L->getOperand(1) == U->getOperand(1)) {
3315           unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
3316           uint64_t Amt = BitWidth - CI->getZExtValue();
3317           if (Amt == BitWidth)
3318             return getSCEV(L->getOperand(0));       // shift by zero --> noop
3319           if (Amt > BitWidth)
3320             return getIntegerSCEV(0, U->getType()); // value is undefined
3321           return
3322             getSignExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(L->getOperand(0)),
3323                                            IntegerType::get(getContext(), Amt)),
3324                                  U->getType());
3325         }
3326     break;
3327
3328   case Instruction::Trunc:
3329     return getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3330
3331   case Instruction::ZExt:
3332     return getZeroExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3333
3334   case Instruction::SExt:
3335     return getSignExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3336
3337   case Instruction::BitCast:
3338     // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
3339     if (isSCEVable(U->getType()) && isSCEVable(U->getOperand(0)->getType()))
3340       return getSCEV(U->getOperand(0));
3341     break;
3342
3343   // It's tempting to handle inttoptr and ptrtoint as no-ops, however this can
3344   // lead to pointer expressions which cannot safely be expanded to GEPs,
3345   // because ScalarEvolution doesn't respect the GEP aliasing rules when
3346   // simplifying integer expressions.
3347
3348   case Instruction::GetElementPtr:
3349     return createNodeForGEP(cast<GEPOperator>(U));
3350
3351   case Instruction::PHI:
3352     return createNodeForPHI(cast<PHINode>(U));
3353
3354   case Instruction::Select:
3355     // This could be a smax or umax that was lowered earlier.
3356     // Try to recover it.
3357     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U->getOperand(0))) {
3358       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
3359       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
3360       switch (ICI->getPredicate()) {
3361       case ICmpInst::ICMP_SLT:
3362       case ICmpInst::ICMP_SLE:
3363         std::swap(LHS, RHS);
3364         // fall through
3365       case ICmpInst::ICMP_SGT:
3366       case ICmpInst::ICMP_SGE:
3367         if (LHS == U->getOperand(1) && RHS == U->getOperand(2))
3368           return getSMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
3369         else if (LHS == U->getOperand(2) && RHS == U->getOperand(1))
3370           return getSMinExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
3371         break;
3372       case ICmpInst::ICMP_ULT:
3373       case ICmpInst::ICMP_ULE:
3374         std::swap(LHS, RHS);
3375         // fall through
3376       case ICmpInst::ICMP_UGT:
3377       case ICmpInst::ICMP_UGE:
3378         if (LHS == U->getOperand(1) && RHS == U->getOperand(2))
3379           return getUMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
3380         else if (LHS == U->getOperand(2) && RHS == U->getOperand(1))
3381           return getUMinExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
3382         break;
3383       case ICmpInst::ICMP_NE:
3384         // n != 0 ? n : 1  ->  umax(n, 1)
3385         if (LHS == U->getOperand(1) &&
3386             isa<ConstantInt>(U->getOperand(2)) &&
3387             cast<ConstantInt>(U->getOperand(2))->isOne() &&
3388             isa<ConstantInt>(RHS) &&
3389             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero())
3390           return getUMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(U->getOperand(2)));
3391         break;
3392       case ICmpInst::ICMP_EQ:
3393         // n == 0 ? 1 : n  ->  umax(n, 1)
3394         if (LHS == U->getOperand(2) &&
3395             isa<ConstantInt>(U->getOperand(1)) &&
3396             cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))->isOne() &&
3397             isa<ConstantInt>(RHS) &&
3398             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero())
3399           return getUMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(U->getOperand(1)));
3400         break;
3401       default:
3402         break;
3403       }
3404     }
3405
3406   default: // We cannot analyze this expression.
3407     break;
3408   }
3409
3410   return getUnknown(V);
3411 }
3412
3413
3414
3415 //===----------------------------------------------------------------------===//
3416 //                   Iteration Count Computation Code
3417 //
3418
3419 /// getBackedgeTakenCount - If the specified loop has a predictable
3420 /// backedge-taken count, return it, otherwise return a SCEVCouldNotCompute
3421 /// object. The backedge-taken count is the number of times the loop header
3422 /// will be branched to from within the loop. This is one less than the
3423 /// trip count of the loop, since it doesn't count the first iteration,
3424 /// when the header is branched to from outside the loop.
3425 ///
3426 /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
3427 /// loop-invariant backedge-taken count (see
3428 /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
3429 ///
3430 const SCEV *ScalarEvolution::getBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3431   return getBackedgeTakenInfo(L).Exact;
3432 }
3433
3434 /// getMaxBackedgeTakenCount - Similar to getBackedgeTakenCount, except
3435 /// return the least SCEV value that is known never to be less than the
3436 /// actual backedge taken count.
3437 const SCEV *ScalarEvolution::getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3438   return getBackedgeTakenInfo(L).Max;
3439 }
3440
3441 /// PushLoopPHIs - Push PHI nodes in the header of the given loop
3442 /// onto the given Worklist.
3443 static void
3444 PushLoopPHIs(const Loop *L, SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
3445   BasicBlock *Header = L->getHeader();
3446
3447   // Push all Loop-header PHIs onto the Worklist stack.
3448   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
3449        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
3450     Worklist.push_back(PN);
3451 }
3452
3453 const ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo &
3454 ScalarEvolution::getBackedgeTakenInfo(const Loop *L) {
3455   // Initially insert a CouldNotCompute for this loop. If the insertion
3456   // succeeds, proceed to actually compute a backedge-taken count and
3457   // update the value. The temporary CouldNotCompute value tells SCEV
3458   // code elsewhere that it shouldn't attempt to request a new
3459   // backedge-taken count, which could result in infinite recursion.
3460   std::pair<std::map<const Loop *, BackedgeTakenInfo>::iterator, bool> Pair =
3461     BackedgeTakenCounts.insert(std::make_pair(L, getCouldNotCompute()));
3462   if (Pair.second) {
3463     BackedgeTakenInfo BECount = ComputeBackedgeTakenCount(L);
3464     if (BECount.Exact != getCouldNotCompute()) {
3465       assert(BECount.Exact->isLoopInvariant(L) &&
3466              BECount.Max->isLoopInvariant(L) &&
3467              "Computed backedge-taken count isn't loop invariant for loop!");
3468       ++NumTripCountsComputed;
3469
3470       // Update the value in the map.
3471       Pair.first->second = BECount;
3472     } else {
3473       if (BECount.Max != getCouldNotCompute())
3474         // Update the value in the map.
3475         Pair.first->second = BECount;
3476       if (isa<PHINode>(L->getHeader()->begin()))
3477         // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
3478         ++NumTripCountsNotComputed;
3479     }
3480
3481     // Now that we know more about the trip count for this loop, forget any
3482     // existing SCEV values for PHI nodes in this loop since they are only
3483     // conservative estimates made without the benefit of trip count
3484     // information. This is similar to the code in forgetLoop, except that
3485     // it handles SCEVUnknown PHI nodes specially.
3486     if (BECount.hasAnyInfo()) {
3487       SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3488       PushLoopPHIs(L, Worklist);
3489
3490       SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3491       while (!Worklist.empty()) {
3492         Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3493         if (!Visited.insert(I)) continue;
3494
3495         std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
3496           Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
3497         if (It != Scalars.end()) {
3498           // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
3499           // structure, or it's a PHI that's in the progress of being computed
3500           // by createNodeForPHI.  In the former case, additional loop trip
3501           // count information isn't going to change anything. In the later
3502           // case, createNodeForPHI will perform the necessary updates on its
3503           // own when it gets to that point.
3504           if (!isa<PHINode>(I) || !isa<SCEVUnknown>(It->second)) {
3505             ValuesAtScopes.erase(It->second);
3506             Scalars.erase(It);
3507           }
3508           if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3509             ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3510         }
3511
3512         PushDefUseChildren(I, Worklist);
3513       }
3514     }
3515   }
3516   return Pair.first->second;
3517 }
3518
3519 /// forgetLoop - This method should be called by the client when it has
3520 /// changed a loop in a way that may effect ScalarEvolution's ability to
3521 /// compute a trip count, or if the loop is deleted.
3522 void ScalarEvolution::forgetLoop(const Loop *L) {
3523   // Drop any stored trip count value.
3524   BackedgeTakenCounts.erase(L);
3525
3526   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
3527   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3528   PushLoopPHIs(L, Worklist);
3529
3530   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3531   while (!Worklist.empty()) {
3532     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3533     if (!Visited.insert(I)) continue;
3534
3535     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
3536       Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
3537     if (It != Scalars.end()) {
3538       ValuesAtScopes.erase(It->second);
3539       Scalars.erase(It);
3540       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3541         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3542     }
3543
3544     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3545   }
3546 }
3547
3548 /// forgetValue - This method should be called by the client when it has
3549 /// changed a value in a way that may effect its value, or which may
3550 /// disconnect it from a def-use chain linking it to a loop.
3551 void ScalarEvolution::forgetValue(Value *V) {
3552   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
3553   if (!I) return;
3554
3555   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
3556   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3557   Worklist.push_back(I);
3558
3559   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3560   while (!Worklist.empty()) {
3561     I = Worklist.pop_back_val();
3562     if (!Visited.insert(I)) continue;
3563
3564     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
3565       Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
3566     if (It != Scalars.end()) {
3567       ValuesAtScopes.erase(It->second);
3568       Scalars.erase(It);
3569       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3570         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3571     }
3572
3573     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3574   }
3575 }
3576
3577 /// ComputeBackedgeTakenCount - Compute the number of times the backedge
3578 /// of the specified loop will execute.
3579 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3580 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3581   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitingBlocks;
3582   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
3583
3584   // Examine all exits and pick the most conservative values.
3585   const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3586   const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3587   bool CouldNotComputeBECount = false;
3588   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
3589     BackedgeTakenInfo NewBTI =
3590       ComputeBackedgeTakenCountFromExit(L, ExitingBlocks[i]);
3591
3592     if (NewBTI.Exact == getCouldNotCompute()) {
3593       // We couldn't compute an exact value for this exit, so
3594       // we won't be able to compute an exact value for the loop.
3595       CouldNotComputeBECount = true;
3596       BECount = getCouldNotCompute();
3597     } else if (!CouldNotComputeBECount) {
3598       if (BECount == getCouldNotCompute())
3599         BECount = NewBTI.Exact;
3600       else
3601         BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BECount, NewBTI.Exact);
3602     }
3603     if (MaxBECount == getCouldNotCompute())
3604       MaxBECount = NewBTI.Max;
3605     else if (NewBTI.Max != getCouldNotCompute())
3606       MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(MaxBECount, NewBTI.Max);
3607   }
3608
3609   return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3610 }
3611
3612 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExit - Compute the number of times the backedge
3613 /// of the specified loop will execute if it exits via the specified block.
3614 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3615 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExit(const Loop *L,
3616                                                    BasicBlock *ExitingBlock) {
3617
3618   // Okay, we've chosen an exiting block.  See what condition causes us to
3619   // exit at this block.
3620   //
3621   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
3622   BranchInst *ExitBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
3623   if (ExitBr == 0) return getCouldNotCompute();
3624   assert(ExitBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
3625
3626   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
3627   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
3628   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
3629   // not be equal to the trip count of the loop.
3630   //
3631   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
3632   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
3633   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
3634   // loop header.  This is common for un-rotated loops.
3635   //
3636   // If both of those tests fail, walk up the unique predecessor chain to the
3637   // header, stopping if there is an edge that doesn't exit the loop. If the
3638   // header is reached, the execution count of the branch will be equal to the
3639   // trip count of the loop.
3640   //
3641   //  More extensive analysis could be done to handle more cases here.
3642   //
3643   if (ExitBr->getSuccessor(0) != L->getHeader() &&
3644       ExitBr->getSuccessor(1) != L->getHeader() &&
3645       ExitBr->getParent() != L->getHeader()) {
3646     // The simple checks failed, try climbing the unique predecessor chain
3647     // up to the header.
3648     bool Ok = false;
3649     for (BasicBlock *BB = ExitBr->getParent(); BB; ) {
3650       BasicBlock *Pred = BB->getUniquePredecessor();
3651       if (!Pred)
3652         return getCouldNotCompute();
3653       TerminatorInst *PredTerm = Pred->getTerminator();
3654       for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
3655         BasicBlock *PredSucc = PredTerm->getSuccessor(i);
3656         if (PredSucc == BB)
3657           continue;
3658         // If the predecessor has a successor that isn't BB and isn't
3659         // outside the loop, assume the worst.
3660         if (L->contains(PredSucc))
3661           return getCouldNotCompute();
3662       }
3663       if (Pred == L->getHeader()) {
3664         Ok = true;
3665         break;
3666       }
3667       BB = Pred;
3668     }
3669     if (!Ok)
3670       return getCouldNotCompute();
3671   }
3672
3673   // Proceed to the next level to examine the exit condition expression.
3674   return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, ExitBr->getCondition(),
3675                                                ExitBr->getSuccessor(0),
3676                                                ExitBr->getSuccessor(1));
3677 }
3678
3679 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond - Compute the number of times the
3680 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
3681 /// were a conditional branch of ExitCond, TBB, and FBB.
3682 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3683 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(const Loop *L,
3684                                                        Value *ExitCond,
3685                                                        BasicBlock *TBB,
3686                                                        BasicBlock *FBB) {
3687   // Check if the controlling expression for this loop is an And or Or.
3688   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(ExitCond)) {
3689     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
3690       // Recurse on the operands of the and.
3691       BackedgeTakenInfo BTI0 =
3692         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
3693       BackedgeTakenInfo BTI1 =
3694         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
3695       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3696       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3697       if (L->contains(TBB)) {
3698         // Both conditions must be true for the loop to continue executing.
3699         // Choose the less conservative count.
3700         if (BTI0.Exact == getCouldNotCompute() ||
3701             BTI1.Exact == getCouldNotCompute())
3702           BECount = getCouldNotCompute();
3703         else
3704           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3705         if (BTI0.Max == getCouldNotCompute())
3706           MaxBECount = BTI1.Max;
3707         else if (BTI1.Max == getCouldNotCompute())
3708           MaxBECount = BTI0.Max;
3709         else
3710           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3711       } else {
3712         // Both conditions must be true for the loop to exit.
3713         assert(L->contains(FBB) && "Loop block has no successor in loop!");
3714         if (BTI0.Exact != getCouldNotCompute() &&
3715             BTI1.Exact != getCouldNotCompute())
3716           BECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3717         if (BTI0.Max != getCouldNotCompute() &&
3718             BTI1.Max != getCouldNotCompute())
3719           MaxBECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3720       }
3721
3722       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3723     }
3724     if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
3725       // Recurse on the operands of the or.
3726       BackedgeTakenInfo BTI0 =
3727         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
3728       BackedgeTakenInfo BTI1 =
3729         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
3730       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3731       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3732       if (L->contains(FBB)) {
3733         // Both conditions must be false for the loop to continue executing.
3734         // Choose the less conservative count.
3735         if (BTI0.Exact == getCouldNotCompute() ||
3736             BTI1.Exact == getCouldNotCompute())
3737           BECount = getCouldNotCompute();
3738         else
3739           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3740         if (BTI0.Max == getCouldNotCompute())
3741           MaxBECount = BTI1.Max;
3742         else if (BTI1.Max == getCouldNotCompute())
3743           MaxBECount = BTI0.Max;
3744         else
3745           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3746       } else {
3747         // Both conditions must be false for the loop to exit.
3748         assert(L->contains(TBB) && "Loop block has no successor in loop!");
3749         if (BTI0.Exact != getCouldNotCompute() &&
3750             BTI1.Exact != getCouldNotCompute())
3751           BECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3752         if (BTI0.Max != getCouldNotCompute() &&
3753             BTI1.Max != getCouldNotCompute())
3754           MaxBECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3755       }
3756
3757       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3758     }
3759   }
3760
3761   // With an icmp, it may be feasible to compute an exact backedge-taken count.
3762   // Proceed to the next level to examine the icmp.
3763   if (ICmpInst *ExitCondICmp = dyn_cast<ICmpInst>(ExitCond))
3764     return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(L, ExitCondICmp, TBB, FBB);
3765
3766   // Check for a constant condition. These are normally stripped out by
3767   // SimplifyCFG, but ScalarEvolution may be used by a pass which wishes to
3768   // preserve the CFG and is temporarily leaving constant conditions
3769   // in place.
3770   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(ExitCond)) {
3771     if (L->contains(FBB) == !CI->getZExtValue())
3772       // The backedge is always taken.
3773       return getCouldNotCompute();
3774     else
3775       // The backedge is never taken.
3776       return getIntegerSCEV(0, CI->getType());
3777   }
3778
3779   // If it's not an integer or pointer comparison then compute it the hard way.
3780   return ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
3781 }
3782
3783 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp - Compute the number of times the
3784 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
3785 /// were a conditional branch of the ICmpInst ExitCond, TBB, and FBB.
3786 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3787 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(const Loop *L,
3788                                                            ICmpInst *ExitCond,
3789                                                            BasicBlock *TBB,
3790                                                            BasicBlock *FBB) {
3791
3792   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
3793   ICmpInst::Predicate Cond;
3794   if (!L->contains(FBB))
3795     Cond = ExitCond->getPredicate();
3796   else
3797     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
3798
3799   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
3800   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
3801     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
3802       BackedgeTakenInfo ItCnt =
3803         ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(LI, RHS, L, Cond);
3804       if (ItCnt.hasAnyInfo())
3805         return ItCnt;
3806     }
3807
3808   const SCEV *LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
3809   const SCEV *RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
3810
3811   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
3812   LHS = getSCEVAtScope(LHS, L);
3813   RHS = getSCEVAtScope(RHS, L);
3814
3815   // At this point, we would like to compute how many iterations of the
3816   // loop the predicate will return true for these inputs.
3817   if (LHS->isLoopInvariant(L) && !RHS->isLoopInvariant(L)) {
3818     // If there is a loop-invariant, force it into the RHS.
3819     std::swap(LHS, RHS);
3820     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
3821   }
3822
3823   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
3824   // ranges to answer this query.
3825   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
3826     if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
3827       if (AddRec->getLoop() == L) {
3828         // Form the constant range.
3829         ConstantRange CompRange(
3830             ICmpInst::makeConstantRange(Cond, RHSC->getValue()->getValue()));
3831
3832         const SCEV *Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, *this);
3833         if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
3834       }
3835
3836   switch (Cond) {
3837   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
3838     // Convert to: while (X-Y != 0)
3839     BackedgeTakenInfo BTI = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
3840     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3841     break;
3842   }
3843   case ICmpInst::ICMP_EQ: {                     // while (X == Y)
3844     // Convert to: while (X-Y == 0)
3845     BackedgeTakenInfo BTI = HowFarToNonZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
3846     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3847     break;
3848   }
3849   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
3850     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, true);
3851     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3852     break;
3853   }
3854   case ICmpInst::ICMP_SGT: {
3855     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
3856                                              getNotSCEV(RHS), L, true);
3857     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3858     break;
3859   }
3860   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
3861     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, false);
3862     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3863     break;
3864   }
3865   case ICmpInst::ICMP_UGT: {
3866     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
3867                                              getNotSCEV(RHS), L, false);
3868     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3869     break;
3870   }
3871   default:
3872 #if 0
3873     dbgs() << "ComputeBackedgeTakenCount ";
3874     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
3875       dbgs() << "[unsigned] ";
3876     dbgs() << *LHS << "   "
3877          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp)
3878          << "   " << *RHS << "\n";
3879 #endif
3880     break;
3881   }
3882   return
3883     ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
3884 }
3885
3886 static ConstantInt *
3887 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
3888                                 ScalarEvolution &SE) {
3889   const SCEV *InVal = SE.getConstant(C);
3890   const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
3891   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
3892          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
3893   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
3894 }
3895
3896 /// GetAddressedElementFromGlobal - Given a global variable with an initializer
3897 /// and a GEP expression (missing the pointer index) indexing into it, return
3898 /// the addressed element of the initializer or null if the index expression is
3899 /// invalid.
3900 static Constant *
3901 GetAddressedElementFromGlobal(GlobalVariable *GV,
3902                               const std::vector<ConstantInt*> &Indices) {
3903   Constant *Init = GV->getInitializer();
3904   for (unsigned i = 0, e = Indices.size(); i != e; ++i) {
3905     uint64_t Idx = Indices[i]->getZExtValue();
3906     if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Init)) {
3907       assert(Idx < CS->getNumOperands() && "Bad struct index!");
3908       Init = cast<Constant>(CS->getOperand(Idx));
3909     } else if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Init)) {
3910       if (Idx >= CA->getNumOperands()) return 0;  // Bogus program
3911       Init = cast<Constant>(CA->getOperand(Idx));
3912     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
3913       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
3914         assert(Idx < STy->getNumElements() && "Bad struct index!");
3915         Init = Constant::getNullValue(STy->getElementType(Idx));
3916       } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Init->getType())) {
3917         if (Idx >= ATy->getNumElements()) return 0;  // Bogus program
3918         Init = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
3919       } else {
3920         llvm_unreachable("Unknown constant aggregate type!");
3921       }
3922       return 0;
3923     } else {
3924       return 0; // Unknown initializer type
3925     }
3926   }
3927   return Init;
3928 }
3929
3930 /// ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount - Given an exit condition of
3931 /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the backedge
3932 /// execution count.
3933 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3934 ScalarEvolution::ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(
3935                                                 LoadInst *LI,
3936                                                 Constant *RHS,
3937                                                 const Loop *L,
3938                                                 ICmpInst::Predicate predicate) {
3939   if (LI->isVolatile()) return getCouldNotCompute();
3940
3941   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
3942   // TODO: Use SCEV instead of manually grubbing with GEPs.
3943   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
3944   if (!GEP) return getCouldNotCompute();
3945
3946   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
3947   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
3948   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
3949   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer() ||
3950       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
3951       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
3952     return getCouldNotCompute();
3953
3954   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
3955   Value *VarIdx = 0;
3956   std::vector<ConstantInt*> Indexes;
3957   unsigned VarIdxNum = 0;
3958   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
3959     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
3960       Indexes.push_back(CI);
3961     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
3962       if (VarIdx) return getCouldNotCompute();  // Multiple non-constant idx's.
3963       VarIdx = GEP->getOperand(i);
3964       VarIdxNum = i-2;
3965       Indexes.push_back(0);
3966     }
3967
3968   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
3969   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
3970   const SCEV *Idx = getSCEV(VarIdx);
3971   Idx = getSCEVAtScope(Idx, L);
3972
3973   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
3974   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
3975   const SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
3976   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || IdxExpr->isLoopInvariant(L) ||
3977       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
3978       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
3979     return getCouldNotCompute();
3980
3981   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
3982   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
3983     ConstantInt *ItCst = ConstantInt::get(
3984                            cast<IntegerType>(IdxExpr->getType()), IterationNum);
3985     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, *this);
3986
3987     // Form the GEP offset.
3988     Indexes[VarIdxNum] = Val;
3989
3990     Constant *Result = GetAddressedElementFromGlobal(GV, Indexes);
3991     if (Result == 0) break;  // Cannot compute!
3992
3993     // Evaluate the condition for this iteration.
3994     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
3995     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
3996     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
3997 #if 0
3998       dbgs() << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
3999              << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
4000              << "***\n";
4001 #endif
4002       ++NumArrayLenItCounts;
4003       return getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
4004     }
4005   }
4006   return getCouldNotCompute();
4007 }
4008
4009
4010 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
4011 /// specified type, assuming that all operands were constants.
4012 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
4013   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
4014       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I))
4015     return true;
4016
4017   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
4018     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
4019       return canConstantFoldCallTo(F);
4020   return false;
4021 }
4022
4023 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
4024 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
4025 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
4026 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
4027 /// constraints, return null.
4028 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
4029   // If this is not an instruction, or if this is an instruction outside of the
4030   // loop, it can't be derived from a loop PHI.
4031   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
4032   if (I == 0 || !L->contains(I)) return 0;
4033
4034   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
4035     if (L->getHeader() == I->getParent())
4036       return PN;
4037     else
4038       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
4039       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
4040       return 0;
4041   }
4042
4043   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
4044   // are constants, return early.
4045   if (!CanConstantFold(I)) return 0;
4046
4047   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
4048   // constant or derived from a PHI node themselves.
4049   PHINode *PHI = 0;
4050   for (unsigned Op = 0, e = I->getNumOperands(); Op != e; ++Op)
4051     if (!(isa<Constant>(I->getOperand(Op)) ||
4052           isa<GlobalValue>(I->getOperand(Op)))) {
4053       PHINode *P = getConstantEvolvingPHI(I->getOperand(Op), L);
4054       if (P == 0) return 0;  // Not evolving from PHI
4055       if (PHI == 0)
4056         PHI = P;
4057       else if (PHI != P)
4058         return 0;  // Evolving from multiple different PHIs.
4059     }
4060
4061   // This is a expression evolving from a constant PHI!
4062   return PHI;
4063 }
4064
4065 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
4066 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
4067 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
4068 /// reason, return null.
4069 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, Constant *PHIVal,
4070                                     const TargetData *TD) {
4071   if (isa<PHINode>(V)) return PHIVal;
4072   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
4073   if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V)) return GV;
4074   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
4075
4076   std::vector<Constant*> Operands;
4077   Operands.resize(I->getNumOperands());
4078
4079   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4080     Operands[i] = EvaluateExpression(I->getOperand(i), PHIVal, TD);
4081     if (Operands[i] == 0) return 0;
4082   }
4083
4084   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
4085     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(), Operands[0],
4086                                            Operands[1], TD);
4087   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
4088                                   &Operands[0], Operands.size(), TD);
4089 }
4090
4091 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
4092 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
4093 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
4094 /// involving constants, fold it.
4095 Constant *
4096 ScalarEvolution::getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN,
4097                                                    const APInt &BEs,
4098                                                    const Loop *L) {
4099   std::map<PHINode*, Constant*>::iterator I =
4100     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
4101   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
4102     return I->second;
4103
4104   if (BEs.ugt(MaxBruteForceIterations))
4105     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = 0;  // Not going to evaluate it.
4106
4107   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
4108
4109   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
4110   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
4111   // second must be derived from the same PHI.
4112   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
4113   Constant *StartCST =
4114     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
4115   if (StartCST == 0)
4116     return RetVal = 0;  // Must be a constant.
4117
4118   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
4119   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
4120   if (PN2 != PN)
4121     return RetVal = 0;  // Not derived from same PHI.
4122
4123   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
4124   if (BEs.getActiveBits() >= 32)
4125     return RetVal = 0; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
4126
4127   unsigned NumIterations = BEs.getZExtValue(); // must be in range
4128   unsigned IterationNum = 0;
4129   for (Constant *PHIVal = StartCST; ; ++IterationNum) {
4130     if (IterationNum == NumIterations)
4131       return RetVal = PHIVal;  // Got exit value!
4132
4133     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
4134     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal, TD);
4135     if (NextPHI == PHIVal)
4136       return RetVal = NextPHI;  // Stopped evolving!
4137     if (NextPHI == 0)
4138       return 0;        // Couldn't evaluate!
4139     PHIVal = NextPHI;
4140   }
4141 }
4142
4143 /// ComputeBackedgeTakenCountExhaustively - If the loop is known to execute a
4144 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
4145 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
4146 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
4147 /// evaluate the trip count of the loop, return getCouldNotCompute().
4148 const SCEV *
4149 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(const Loop *L,
4150                                                        Value *Cond,
4151                                                        bool ExitWhen) {
4152   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
4153   if (PN == 0) return getCouldNotCompute();
4154
4155   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
4156   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
4157   // second must be derived from the same PHI.
4158   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
4159   Constant *StartCST =
4160     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
4161   if (StartCST == 0) return getCouldNotCompute();  // Must be a constant.
4162
4163   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
4164   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
4165   if (PN2 != PN) return getCouldNotCompute();  // Not derived from same PHI.
4166
4167   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
4168   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
4169   // "ExitWhen".
4170   unsigned IterationNum = 0;
4171   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
4172   for (Constant *PHIVal = StartCST;
4173        IterationNum != MaxIterations; ++IterationNum) {
4174     ConstantInt *CondVal =
4175       dyn_cast_or_null<ConstantInt>(EvaluateExpression(Cond, PHIVal, TD));
4176
4177     // Couldn't symbolically evaluate.
4178     if (!CondVal) return getCouldNotCompute();
4179
4180     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
4181       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
4182       return getConstant(Type::getInt32Ty(getContext()), IterationNum);
4183     }
4184
4185     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
4186     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal, TD);
4187     if (NextPHI == 0 || NextPHI == PHIVal)
4188       return getCouldNotCompute();// Couldn't evaluate or not making progress...
4189     PHIVal = NextPHI;
4190   }
4191
4192   // Too many iterations were needed to evaluate.
4193   return getCouldNotCompute();
4194 }
4195
4196 /// getSCEVAtScope - Return a SCEV expression for the specified value
4197 /// at the specified scope in the program.  The L value specifies a loop
4198 /// nest to evaluate the expression at, where null is the top-level or a
4199 /// specified loop is immediately inside of the loop.
4200 ///
4201 /// This method can be used to compute the exit value for a variable defined
4202 /// in a loop by querying what the value will hold in the parent loop.
4203 ///
4204 /// In the case that a relevant loop exit value cannot be computed, the
4205 /// original value V is returned.
4206 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
4207   // Check to see if we've folded this expression at this loop before.
4208   std::map<const Loop *, const SCEV *> &Values = ValuesAtScopes[V];
4209   std::pair<std::map<const Loop *, const SCEV *>::iterator, bool> Pair =
4210     Values.insert(std::make_pair(L, static_cast<const SCEV *>(0)));
4211   if (!Pair.second)
4212     return Pair.first->second ? Pair.first->second : V;
4213
4214   // Otherwise compute it.
4215   const SCEV *C = computeSCEVAtScope(V, L);
4216   ValuesAtScopes[V][L] = C;
4217   return C;
4218 }
4219
4220 const SCEV *ScalarEvolution::computeSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
4221   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
4222
4223   // If this instruction is evolved from a constant-evolving PHI, compute the
4224   // exit value from the loop without using SCEVs.
4225   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
4226     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
4227       const Loop *LI = (*this->LI)[I->getParent()];
4228       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
4229         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4230           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
4231             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
4232             // to see if the loop that contains it has a known backedge-taken
4233             // count.  If so, we may be able to force computation of the exit
4234             // value.
4235             const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(LI);
4236             if (const SCEVConstant *BTCC =
4237                   dyn_cast<SCEVConstant>(BackedgeTakenCount)) {
4238               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
4239               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
4240               // the specified iteration number.
4241               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
4242                                                    BTCC->getValue()->getValue(),
4243                                                                LI);
4244               if (RV) return getSCEV(RV);
4245             }
4246           }
4247
4248       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
4249       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
4250       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
4251       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
4252       if (CanConstantFold(I)) {
4253         std::vector<Constant*> Operands;
4254         Operands.reserve(I->getNumOperands());
4255         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4256           Value *Op = I->getOperand(i);
4257           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
4258             Operands.push_back(C);
4259           } else {
4260             // If any of the operands is non-constant and if they are
4261             // non-integer and non-pointer, don't even try to analyze them
4262             // with scev techniques.
4263             if (!isSCEVable(Op->getType()))
4264               return V;
4265
4266             const SCEV *OpV = getSCEVAtScope(Op, L);
4267             if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OpV)) {
4268               Constant *C = SC->getValue();
4269               if (C->getType() != Op->getType())
4270                 C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
4271                                                                   Op->getType(),
4272                                                                   false),
4273                                           C, Op->getType());
4274               Operands.push_back(C);
4275             } else if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(OpV)) {
4276               if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(SU->getValue())) {
4277                 if (C->getType() != Op->getType())
4278                   C =
4279                     ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
4280                                                                   Op->getType(),
4281                                                                   false),
4282                                           C, Op->getType());
4283                 Operands.push_back(C);
4284               } else
4285                 return V;
4286             } else {
4287               return V;
4288             }
4289           }
4290         }
4291
4292         Constant *C = 0;
4293         if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
4294           C = ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
4295                                               Operands[0], Operands[1], TD);
4296         else
4297           C = ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
4298                                        &Operands[0], Operands.size(), TD);
4299         if (C)
4300           return getSCEV(C);
4301       }
4302     }
4303
4304     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
4305     return V;
4306   }
4307
4308   if (const SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
4309     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
4310     // expression has no loop-variant portions.
4311     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4312       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
4313       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
4314         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
4315         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
4316         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Comm->op_begin(),
4317                                             Comm->op_begin()+i);
4318         NewOps.push_back(OpAtScope);
4319
4320         for (++i; i != e; ++i) {
4321           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
4322           NewOps.push_back(OpAtScope);
4323         }
4324         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
4325           return getAddExpr(NewOps);
4326         if (isa<SCEVMulExpr>(Comm))
4327           return getMulExpr(NewOps);
4328         if (isa<SCEVSMaxExpr>(Comm))
4329           return getSMaxExpr(NewOps);
4330         if (isa<SCEVUMaxExpr>(Comm))
4331           return getUMaxExpr(NewOps);
4332         llvm_unreachable("Unknown commutative SCEV type!");
4333       }
4334     }
4335     // If we got here, all operands are loop invariant.
4336     return Comm;
4337   }
4338
4339   if (const SCEVUDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(V)) {
4340     const SCEV *LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
4341     const SCEV *RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
4342     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
4343       return Div;   // must be loop invariant
4344     return getUDivExpr(LHS, RHS);
4345   }
4346
4347   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
4348   // are dealing with the final value computed by the loop.
4349   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
4350     if (!L || !AddRec->getLoop()->contains(L)) {
4351       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
4352       // loop iterates.  Compute this now.
4353       const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
4354       if (BackedgeTakenCount == getCouldNotCompute()) return AddRec;
4355
4356       // Then, evaluate the AddRec.
4357       return AddRec->evaluateAtIteration(BackedgeTakenCount, *this);
4358     }
4359     return AddRec;
4360   }
4361
4362   if (const SCEVZeroExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(V)) {
4363     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4364     if (Op == Cast->getOperand())
4365       return Cast;  // must be loop invariant
4366     return getZeroExtendExpr(Op, Cast->getType());
4367   }
4368
4369   if (const SCEVSignExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(V)) {
4370     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4371     if (Op == Cast->getOperand())
4372       return Cast;  // must be loop invariant
4373     return getSignExtendExpr(Op, Cast->getType());
4374   }
4375
4376   if (const SCEVTruncateExpr *Cast = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(V)) {
4377     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4378     if (Op == Cast->getOperand())
4379       return Cast;  // must be loop invariant
4380     return getTruncateExpr(Op, Cast->getType());
4381   }
4382
4383   llvm_unreachable("Unknown SCEV type!");
4384   return 0;
4385 }
4386
4387 /// getSCEVAtScope - This is a convenience function which does
4388 /// getSCEVAtScope(getSCEV(V), L).
4389 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) {
4390   return getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
4391 }
4392
4393 /// SolveLinEquationWithOverflow - Finds the minimum unsigned root of the
4394 /// following equation:
4395 ///
4396 ///     A * X = B (mod N)
4397 ///
4398 /// where N = 2^BW and BW is the common bit width of A and B. The signedness of
4399 /// A and B isn't important.
4400 ///
4401 /// If the equation does not have a solution, SCEVCouldNotCompute is returned.
4402 static const SCEV *SolveLinEquationWithOverflow(const APInt &A, const APInt &B,
4403                                                ScalarEvolution &SE) {
4404   uint32_t BW = A.getBitWidth();
4405   assert(BW == B.getBitWidth() && "Bit widths must be the same.");
4406   assert(A != 0 && "A must be non-zero.");
4407
4408   // 1. D = gcd(A, N)
4409   //
4410   // The gcd of A and N may have only one prime factor: 2. The number of
4411   // trailing zeros in A is its multiplicity
4412   uint32_t Mult2 = A.countTrailingZeros();
4413   // D = 2^Mult2
4414
4415   // 2. Check if B is divisible by D.
4416   //
4417   // B is divisible by D if and only if the multiplicity of prime factor 2 for B
4418   // is not less than multiplicity of this prime factor for D.
4419   if (B.countTrailingZeros() < Mult2)
4420     return SE.getCouldNotCompute();
4421
4422   // 3. Compute I: the multiplicative inverse of (A / D) in arithmetic
4423   // modulo (N / D).
4424   //
4425   // (N / D) may need BW+1 bits in its representation.  Hence, we'll use this
4426   // bit width during computations.
4427   APInt AD = A.lshr(Mult2).zext(BW + 1);  // AD = A / D
4428   APInt Mod(BW + 1, 0);
4429   Mod.set(BW - Mult2);  // Mod = N / D
4430   APInt I = AD.multiplicativeInverse(Mod);
4431
4432   // 4. Compute the minimum unsigned root of the equation:
4433   // I * (B / D) mod (N / D)
4434   APInt Result = (I * B.lshr(Mult2).zext(BW + 1)).urem(Mod);
4435
4436   // The result is guaranteed to be less than 2^BW so we may truncate it to BW
4437   // bits.
4438   return SE.getConstant(Result.trunc(BW));
4439 }
4440
4441 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
4442 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
4443 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
4444 ///
4445 static std::pair<const SCEV *,const SCEV *>
4446 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ScalarEvolution &SE) {
4447   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
4448   const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
4449   const SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
4450   const SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
4451
4452   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
4453   if (!LC || !MC || !NC) {
4454     const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
4455     return std::make_pair(CNC, CNC);
4456   }
4457
4458   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
4459   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
4460   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
4461   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
4462   APInt Two(BitWidth, 2);
4463   APInt Four(BitWidth, 4);
4464
4465   {
4466     using namespace APIntOps;
4467     const APInt& C = L;
4468     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
4469     // The B coefficient is M-N/2
4470     APInt B(M);
4471     B -= sdiv(N,Two);
4472
4473     // The A coefficient is N/2
4474     APInt A(N.sdiv(Two));
4475
4476     // Compute the B^2-4ac term.
4477     APInt SqrtTerm(B);
4478     SqrtTerm *= B;
4479     SqrtTerm -= Four * (A * C);
4480
4481     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
4482     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
4483     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
4484
4485     // Compute the two solutions for the quadratic formula.
4486     // The divisions must be performed as signed divisions.
4487     APInt NegB(-B);
4488     APInt TwoA( A << 1 );
4489     if (TwoA.isMinValue()) {
4490       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
4491       return std::make_pair(CNC, CNC);
4492     }
4493
4494     LLVMContext &Context = SE.getContext();
4495
4496     ConstantInt *Solution1 =
4497       ConstantInt::get(Context, (NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
4498     ConstantInt *Solution2 =
4499       ConstantInt::get(Context, (NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
4500
4501     return std::make_pair(SE.getConstant(Solution1),
4502                           SE.getConstant(Solution2));
4503     } // end APIntOps namespace
4504 }
4505
4506 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
4507 /// value to zero will execute.  If not computable, return CouldNotCompute.
4508 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4509 ScalarEvolution::HowFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
4510   // If the value is a constant
4511   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
4512     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
4513     if (C->getValue()->isZero()) return C;
4514     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
4515   }
4516
4517   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
4518   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
4519     return getCouldNotCompute();
4520
4521   if (AddRec->isAffine()) {
4522     // If this is an affine expression, the execution count of this branch is
4523     // the minimum unsigned root of the following equation:
4524     //
4525     //     Start + Step*N = 0 (mod 2^BW)
4526     //
4527     // equivalent to:
4528     //
4529     //             Step*N = -Start (mod 2^BW)
4530     //
4531     // where BW is the common bit width of Start and Step.
4532
4533     // Get the initial value for the loop.
4534     const SCEV *Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(),
4535                                        L->getParentLoop());
4536     const SCEV *Step = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(1),
4537                                       L->getParentLoop());
4538
4539     if (const SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step)) {
4540       // For now we handle only constant steps.
4541
4542       // First, handle unitary steps.
4543       if (StepC->getValue()->equalsInt(1))      // 1*N = -Start (mod 2^BW), so:
4544         return getNegativeSCEV(Start);          //   N = -Start (as unsigned)
4545       if (StepC->getValue()->isAllOnesValue())  // -1*N = -Start (mod 2^BW), so:
4546         return Start;                           //    N = Start (as unsigned)
4547
4548       // Then, try to solve the above equation provided that Start is constant.
4549       if (const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start))
4550         return SolveLinEquationWithOverflow(StepC->getValue()->getValue(),
4551                                             -StartC->getValue()->getValue(),
4552                                             *this);
4553     }
4554   } else if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isIntegerTy()) {
4555     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
4556     // the quadratic equation to solve it.
4557     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots = SolveQuadraticEquation(AddRec,
4558                                                                     *this);
4559     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
4560     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
4561     if (R1) {
4562 #if 0
4563       dbgs() << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
4564              << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
4565 #endif
4566       // Pick the smallest positive root value.
4567       if (ConstantInt *CB =
4568           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
4569                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
4570         if (CB->getZExtValue() == false)
4571           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
4572
4573         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
4574         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
4575         // should not accept a root of 2.
4576         const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1, *this);
4577         if (Val->isZero())
4578           return R1;  // We found a quadratic root!
4579       }
4580     }
4581   }
4582
4583   return getCouldNotCompute();
4584 }
4585
4586 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
4587 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
4588 /// CouldNotCompute
4589 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4590 ScalarEvolution::HowFarToNonZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
4591   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
4592   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
4593   // future as needed.
4594
4595   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
4596   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
4597   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
4598     if (!C->getValue()->isNullValue())
4599       return getIntegerSCEV(0, C->getType());
4600     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
4601   }
4602
4603   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
4604   // this, and if they did, they would already be constant folded.
4605   return getCouldNotCompute();
4606 }
4607
4608 /// getLoopPredecessor - If the given loop's header has exactly one unique
4609 /// predecessor outside the loop, return it. Otherwise return null.
4610 ///
4611 BasicBlock *ScalarEvolution::getLoopPredecessor(const Loop *L) {
4612   BasicBlock *Header = L->getHeader();
4613   BasicBlock *Pred = 0;
4614   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), E = pred_end(Header);
4615        PI != E; ++PI)
4616     if (!L->contains(*PI)) {
4617       if (Pred && Pred != *PI) return 0; // Multiple predecessors.
4618       Pred = *PI;
4619     }
4620   return Pred;
4621 }
4622
4623 /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
4624 /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
4625 /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
4626 /// found.
4627 ///
4628 BasicBlock *
4629 ScalarEvolution::getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB) {
4630   // If the block has a unique predecessor, then there is no path from the
4631   // predecessor to the block that does not go through the direct edge
4632   // from the predecessor to the block.
4633   if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor())
4634     return Pred;
4635
4636   // A loop's header is defined to be a block that dominates the loop.
4637   // If the header has a unique predecessor outside the loop, it must be
4638   // a block that has exactly one successor that can reach the loop.
4639   if (Loop *L = LI->getLoopFor(BB))
4640     return getLoopPredecessor(L);
4641
4642   return 0;
4643 }
4644
4645 /// HasSameValue - SCEV structural equivalence is usually sufficient for
4646 /// testing whether two expressions are equal, however for the purposes of
4647 /// looking for a condition guarding a loop, it can be useful to be a little
4648 /// more general, since a front-end may have replicated the controlling
4649 /// expression.
4650 ///
4651 static bool HasSameValue(const SCEV *A, const SCEV *B) {
4652   // Quick check to see if they are the same SCEV.
4653   if (A == B) return true;
4654
4655   // Otherwise, if they're both SCEVUnknown, it's possible that they hold
4656   // two different instructions with the same value. Check for this case.
4657   if (const SCEVUnknown *AU = dyn_cast<SCEVUnknown>(A))
4658     if (const SCEVUnknown *BU = dyn_cast<SCEVUnknown>(B))
4659       if (const Instruction *AI = dyn_cast<Instruction>(AU->getValue()))
4660         if (const Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(BU->getValue()))
4661           if (AI->isIdenticalTo(BI) && !AI->mayReadFromMemory())
4662             return true;
4663
4664   // Otherwise assume they may have a different value.
4665   return false;
4666 }
4667
4668 bool ScalarEvolution::isKnownNegative(const SCEV *S) {
4669   return getSignedRange(S).getSignedMax().isNegative();
4670 }
4671
4672 bool ScalarEvolution::isKnownPositive(const SCEV *S) {
4673   return getSignedRange(S).getSignedMin().isStrictlyPositive();
4674 }
4675
4676 bool ScalarEvolution::isKnownNonNegative(const SCEV *S) {
4677   return !getSignedRange(S).getSignedMin().isNegative();
4678 }
4679
4680 bool ScalarEvolution::isKnownNonPositive(const SCEV *S) {
4681   return !getSignedRange(S).getSignedMax().isStrictlyPositive();
4682 }
4683
4684 bool ScalarEvolution::isKnownNonZero(const SCEV *S) {
4685   return isKnownNegative(S) || isKnownPositive(S);
4686 }
4687
4688 bool ScalarEvolution::isKnownPredicate(ICmpInst::Predicate Pred,
4689                                        const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
4690   // If LHS or RHS is an addrec, check to see if the condition is true in
4691   // every iteration of the loop.
4692   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
4693     if (isLoopEntryGuardedByCond(
4694           AR->getLoop(), Pred, AR->getStart(), RHS) &&
4695         isLoopBackedgeGuardedByCond(
4696           AR->getLoop(), Pred,
4697           getAddExpr(AR, AR->getStepRecurrence(*this)), RHS))
4698       return true;
4699   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS))
4700     if (isLoopEntryGuardedByCond(
4701           AR->getLoop(), Pred, LHS, AR->getStart()) &&
4702         isLoopBackedgeGuardedByCond(
4703           AR->getLoop(), Pred,
4704           LHS, getAddExpr(AR, AR->getStepRecurrence(*this))))
4705       return true;
4706
4707   // Otherwise see what can be done with known constant ranges.
4708   return isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS);
4709 }
4710
4711 bool
4712 ScalarEvolution::isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
4713                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
4714   if (HasSameValue(LHS, RHS))
4715     return ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
4716
4717   // This code is split out from isKnownPredicate because it is called from
4718   // within isLoopEntryGuardedByCond.
4719   switch (Pred) {
4720   default:
4721     llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
4722     break;
4723   case ICmpInst::ICMP_SGT:
4724     Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
4725     std::swap(LHS, RHS);
4726   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
4727     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
4728     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
4729     if (LHSRange.getSignedMax().slt(RHSRange.getSignedMin()))
4730       return true;
4731     if (LHSRange.getSignedMin().sge(RHSRange.getSignedMax()))
4732       return false;
4733     break;
4734   }
4735   case ICmpInst::ICMP_SGE:
4736     Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
4737     std::swap(LHS, RHS);
4738   case ICmpInst::ICMP_SLE: {
4739     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
4740     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
4741     if (LHSRange.getSignedMax().sle(RHSRange.getSignedMin()))
4742       return true;
4743     if (LHSRange.getSignedMin().sgt(RHSRange.getSignedMax()))
4744       return false;
4745     break;
4746   }
4747   case ICmpInst::ICMP_UGT:
4748     Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
4749     std::swap(LHS, RHS);
4750   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
4751     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
4752     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
4753     if (LHSRange.getUnsignedMax().ult(RHSRange.getUnsignedMin()))
4754       return true;
4755     if (LHSRange.getUnsignedMin().uge(RHSRange.getUnsignedMax()))
4756       return false;
4757     break;
4758   }
4759   case ICmpInst::ICMP_UGE:
4760     Pred = ICmpInst::ICMP_ULE;
4761     std::swap(LHS, RHS);
4762   case ICmpInst::ICMP_ULE: {
4763     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
4764     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
4765     if (LHSRange.getUnsignedMax().ule(RHSRange.getUnsignedMin()))
4766       return true;
4767     if (LHSRange.getUnsignedMin().ugt(RHSRange.getUnsignedMax()))
4768       return false;
4769     break;
4770   }
4771   case ICmpInst::ICMP_NE: {
4772     if (getUnsignedRange(LHS).intersectWith(getUnsignedRange(RHS)).isEmptySet())
4773       return true;
4774     if (getSignedRange(LHS).intersectWith(getSignedRange(RHS)).isEmptySet())
4775       return true;
4776
4777     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(LHS, RHS);
4778     if (isKnownNonZero(Diff))
4779       return true;
4780     break;
4781   }
4782   case ICmpInst::ICMP_EQ:
4783     // The check at the top of the function catches the case where
4784     // the values are known to be equal.
4785     break;
4786   }
4787   return false;
4788 }
4789
4790 /// isLoopBackedgeGuardedByCond - Test whether the backedge of the loop is
4791 /// protected by a conditional between LHS and RHS.  This is used to
4792 /// to eliminate casts.
4793 bool
4794 ScalarEvolution::isLoopBackedgeGuardedByCond(const Loop *L,
4795                                              ICmpInst::Predicate Pred,
4796                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
4797   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
4798   // (interprocedural conditions notwithstanding).
4799   if (!L) return true;
4800
4801   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
4802   if (!Latch)
4803     return false;
4804
4805   BranchInst *LoopContinuePredicate =
4806     dyn_cast<BranchInst>(Latch->getTerminator());
4807   if (!LoopContinuePredicate ||
4808       LoopContinuePredicate->isUnconditional())
4809     return false;
4810
4811   return isImpliedCond(LoopContinuePredicate->getCondition(), Pred, LHS, RHS,
4812                        LoopContinuePredicate->getSuccessor(0) != L->getHeader());
4813 }
4814
4815 /// isLoopEntryGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected
4816 /// by a conditional between LHS and RHS.  This is used to help avoid max
4817 /// expressions in loop trip counts, and to eliminate casts.
4818 bool
4819 ScalarEvolution::isLoopEntryGuardedByCond(const Loop *L,
4820                                           ICmpInst::Predicate Pred,
4821                                           const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
4822   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
4823   // (interprocedural conditions notwithstanding).
4824   if (!L) return false;
4825
4826   BasicBlock *Predecessor = getLoopPredecessor(L);
4827   BasicBlock *PredecessorDest = L->getHeader();
4828
4829   // Starting at the loop predecessor, climb up the predecessor chain, as long
4830   // as there are predecessors that can be found that have unique successors
4831   // leading to the original header.
4832   for (; Predecessor;
4833        PredecessorDest = Predecessor,
4834        Predecessor = getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(Predecessor)) {
4835
4836     BranchInst *LoopEntryPredicate =
4837       dyn_cast<BranchInst>(Predecessor->getTerminator());
4838     if (!LoopEntryPredicate ||
4839         LoopEntryPredicate->isUnconditional())
4840       continue;
4841
4842     if (isImpliedCond(LoopEntryPredicate->getCondition(), Pred, LHS, RHS,
4843                       LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) != PredecessorDest))
4844       return true;
4845   }
4846
4847   return false;
4848 }
4849
4850 /// isImpliedCond - Test whether the condition described by Pred, LHS,
4851 /// and RHS is true whenever the given Cond value evaluates to true.
4852 bool ScalarEvolution::isImpliedCond(Value *CondValue,
4853                                     ICmpInst::Predicate Pred,
4854                                     const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
4855                                     bool Inverse) {
4856   // Recursively handle And and Or conditions.
4857   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(CondValue)) {
4858     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
4859       if (!Inverse)
4860         return isImpliedCond(BO->getOperand(0), Pred, LHS, RHS, Inverse) ||
4861                isImpliedCond(BO->getOperand(1), Pred, LHS, RHS, Inverse);
4862     } else if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
4863       if (Inverse)
4864         return isImpliedCond(BO->getOperand(0), Pred, LHS, RHS, Inverse) ||
4865                isImpliedCond(BO->getOperand(1), Pred, LHS, RHS, Inverse);
4866     }
4867   }
4868
4869   ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(CondValue);
4870   if (!ICI) return false;
4871
4872   // Bail if the ICmp's operands' types are wider than the needed type
4873   // before attempting to call getSCEV on them. This avoids infinite
4874   // recursion, since the analysis of widening casts can require loop
4875   // exit condition information for overflow checking, which would
4876   // lead back here.
4877   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <
4878       getTypeSizeInBits(ICI->getOperand(0)->getType()))
4879     return false;
4880
4881   // Now that we found a conditional branch that dominates the loop, check to
4882   // see if it is the comparison we are looking for.
4883   ICmpInst::Predicate FoundPred;
4884   if (Inverse)
4885     FoundPred = ICI->getInversePredicate();
4886   else
4887     FoundPred = ICI->getPredicate();
4888
4889   const SCEV *FoundLHS = getSCEV(ICI->getOperand(0));
4890   const SCEV *FoundRHS = getSCEV(ICI->getOperand(1));
4891
4892   // Balance the types. The case where FoundLHS' type is wider than
4893   // LHS' type is checked for above.
4894   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) >
4895       getTypeSizeInBits(FoundLHS->getType())) {
4896     if (CmpInst::isSigned(Pred)) {
4897       FoundLHS = getSignExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
4898       FoundRHS = getSignExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
4899     } else {
4900       FoundLHS = getZeroExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
4901       FoundRHS = getZeroExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
4902     }
4903   }
4904
4905   // Canonicalize the query to match the way instcombine will have
4906   // canonicalized the comparison.
4907   // First, put a constant operand on the right.
4908   if (isa<SCEVConstant>(LHS)) {
4909     std::swap(LHS, RHS);
4910     Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4911   }
4912   // Then, canonicalize comparisons with boundary cases.
4913   if (const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
4914     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
4915     switch (Pred) {
4916     default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
4917     case ICmpInst::ICMP_EQ:
4918     case ICmpInst::ICMP_NE:
4919       break;
4920     case ICmpInst::ICMP_UGE:
4921       if ((RA - 1).isMinValue()) {
4922         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4923         RHS = getConstant(RA - 1);
4924         break;
4925       }
4926       if (RA.isMaxValue()) {
4927         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4928         break;
4929       }
4930       if (RA.isMinValue()) return true;
4931       break;
4932     case ICmpInst::ICMP_ULE:
4933       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
4934         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4935         RHS = getConstant(RA + 1);
4936         break;
4937       }
4938       if (RA.isMinValue()) {
4939         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4940         break;
4941       }
4942       if (RA.isMaxValue()) return true;
4943       break;
4944     case ICmpInst::ICMP_SGE:
4945       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
4946         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4947         RHS = getConstant(RA - 1);
4948         break;
4949       }
4950       if (RA.isMaxSignedValue()) {
4951         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4952         break;
4953       }
4954       if (RA.isMinSignedValue()) return true;
4955       break;
4956     case ICmpInst::ICMP_SLE:
4957       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
4958         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4959         RHS = getConstant(RA + 1);
4960         break;
4961       }
4962       if (RA.isMinSignedValue()) {
4963         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4964         break;
4965       }
4966       if (RA.isMaxSignedValue()) return true;
4967       break;
4968     case ICmpInst::ICMP_UGT:
4969       if (RA.isMinValue()) {
4970         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4971         break;
4972       }
4973       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
4974         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4975         RHS = getConstant(RA + 1);
4976         break;
4977       }
4978       if (RA.isMaxValue()) return false;
4979       break;
4980     case ICmpInst::ICMP_ULT:
4981       if (RA.isMaxValue()) {
4982         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4983         break;
4984       }
4985       if ((RA - 1).isMinValue()) {
4986         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4987         RHS = getConstant(RA - 1);
4988         break;
4989       }
4990       if (RA.isMinValue()) return false;
4991       break;
4992     case ICmpInst::ICMP_SGT:
4993       if (RA.isMinSignedValue()) {
4994         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4995         break;
4996       }
4997       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
4998         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4999         RHS = getConstant(RA + 1);
5000         break;
5001       }
5002       if (RA.isMaxSignedValue()) return false;
5003       break;
5004     case ICmpInst::ICMP_SLT:
5005       if (RA.isMaxSignedValue()) {
5006         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5007         break;
5008       }
5009       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
5010        Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5011        RHS = getConstant(RA - 1);
5012        break;
5013       }
5014       if (RA.isMinSignedValue()) return false;
5015       break;
5016     }
5017   }
5018
5019   // Check to see if we can make the LHS or RHS match.
5020   if (LHS == FoundRHS || RHS == FoundLHS) {
5021     if (isa<SCEVConstant>(RHS)) {
5022       std::swap(FoundLHS, FoundRHS);
5023       FoundPred = ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred);
5024     } else {
5025       std::swap(LHS, RHS);
5026       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
5027     }
5028   }
5029
5030   // Check whether the found predicate is the same as the desired predicate.
5031   if (FoundPred == Pred)
5032     return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS);
5033
5034   // Check whether swapping the found predicate makes it the same as the
5035   // desired predicate.
5036   if (ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred) == Pred) {
5037     if (isa<SCEVConstant>(RHS))
5038       return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundRHS, FoundLHS);
5039     else
5040       return isImpliedCondOperands(ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred),
5041                                    RHS, LHS, FoundLHS, FoundRHS);
5042   }
5043
5044   // Check whether the actual condition is beyond sufficient.
5045   if (FoundPred == ICmpInst::ICMP_EQ)
5046     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
5047       if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
5048         return true;
5049   if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
5050     if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(FoundPred))
5051       if (isImpliedCondOperands(FoundPred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
5052         return true;
5053
5054   // Otherwise assume the worst.
5055   return false;
5056 }
5057
5058 /// isImpliedCondOperands - Test whether the condition described by Pred,
5059 /// LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred, FoundLHS,
5060 /// and FoundRHS is true.
5061 bool ScalarEvolution::isImpliedCondOperands(ICmpInst::Predicate Pred,
5062                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5063                                             const SCEV *FoundLHS,
5064                                             const SCEV *FoundRHS) {
5065   return isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
5066                                      FoundLHS, FoundRHS) ||
5067          // ~x < ~y --> x > y
5068          isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
5069                                      getNotSCEV(FoundRHS),
5070                                      getNotSCEV(FoundLHS));
5071 }
5072
5073 /// isImpliedCondOperandsHelper - Test whether the condition described by
5074 /// Pred, LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred,
5075 /// FoundLHS, and FoundRHS is true.
5076 bool
5077 ScalarEvolution::isImpliedCondOperandsHelper(ICmpInst::Predicate Pred,
5078                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5079                                              const SCEV *FoundLHS,
5080                                              const SCEV *FoundRHS) {
5081   switch (Pred) {
5082   default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
5083   case ICmpInst::ICMP_EQ:
5084   case ICmpInst::ICMP_NE:
5085     if (HasSameValue(LHS, FoundLHS) && HasSameValue(RHS, FoundRHS))
5086       return true;
5087     break;
5088   case ICmpInst::ICMP_SLT:
5089   case ICmpInst::ICMP_SLE:
5090     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SLE, LHS, FoundLHS) &&
5091         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SGE, RHS, FoundRHS))
5092       return true;
5093     break;
5094   case ICmpInst::ICMP_SGT:
5095   case ICmpInst::ICMP_SGE:
5096     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SGE, LHS, FoundLHS) &&
5097         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SLE, RHS, FoundRHS))
5098       return true;
5099     break;
5100   case ICmpInst::ICMP_ULT:
5101   case ICmpInst::ICMP_ULE:
5102     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_ULE, LHS, FoundLHS) &&
5103         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_UGE, RHS, FoundRHS))
5104       return true;
5105     break;
5106   case ICmpInst::ICMP_UGT:
5107   case ICmpInst::ICMP_UGE:
5108     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_UGE, LHS, FoundLHS) &&
5109         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_ULE, RHS, FoundRHS))
5110       return true;
5111     break;
5112   }
5113
5114   return false;
5115 }
5116
5117 /// getBECount - Subtract the end and start values and divide by the step,
5118 /// rounding up, to get the number of times the backedge is executed. Return
5119 /// CouldNotCompute if an intermediate computation overflows.
5120 const SCEV *ScalarEvolution::getBECount(const SCEV *Start,
5121                                         const SCEV *End,
5122                                         const SCEV *Step,
5123                                         bool NoWrap) {
5124   assert(!isKnownNegative(Step) &&
5125          "This code doesn't handle negative strides yet!");
5126
5127   const Type *Ty = Start->getType();
5128   const SCEV *NegOne = getIntegerSCEV(-1, Ty);
5129   const SCEV *Diff = getMinusSCEV(End, Start);
5130   const SCEV *RoundUp = getAddExpr(Step, NegOne);
5131
5132   // Add an adjustment to the difference between End and Start so that
5133   // the division will effectively round up.
5134   const SCEV *Add = getAddExpr(Diff, RoundUp);
5135
5136   if (!NoWrap) {
5137     // Check Add for unsigned overflow.
5138     // TODO: More sophisticated things could be done here.
5139     const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(),
5140                                           getTypeSizeInBits(Ty) + 1);
5141     const SCEV *EDiff = getZeroExtendExpr(Diff, WideTy);
5142     const SCEV *ERoundUp = getZeroExtendExpr(RoundUp, WideTy);
5143     const SCEV *OperandExtendedAdd = getAddExpr(EDiff, ERoundUp);
5144     if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) != OperandExtendedAdd)
5145       return getCouldNotCompute();
5146   }
5147
5148   return getUDivExpr(Add, Step);
5149 }
5150
5151 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
5152 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
5153 /// CouldNotCompute.
5154 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
5155 ScalarEvolution::HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5156                                   const Loop *L, bool isSigned) {
5157   // Only handle:  "ADDREC < LoopInvariant".
5158   if (!RHS->isLoopInvariant(L)) return getCouldNotCompute();
5159
5160   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
5161   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
5162     return getCouldNotCompute();
5163
5164   // Check to see if we have a flag which makes analysis easy.
5165   bool NoWrap = isSigned ? AddRec->hasNoSignedWrap() :
5166                            AddRec->hasNoUnsignedWrap();
5167
5168   if (AddRec->isAffine()) {
5169     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AddRec->getType());
5170     const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
5171
5172     if (Step->isZero())
5173       return getCouldNotCompute();
5174     if (Step->isOne()) {
5175       // With unit stride, the iteration never steps past the limit value.
5176     } else if (isKnownPositive(Step)) {
5177       // Test whether a positive iteration can step past the limit
5178       // value and past the maximum value for its type in a single step.
5179       // Note that it's not sufficient to check NoWrap here, because even
5180       // though the value after a wrap is undefined, it's not undefined
5181       // behavior, so if wrap does occur, the loop could either terminate or
5182       // loop infinitely, but in either case, the loop is guaranteed to
5183       // iterate at least until the iteration where the wrapping occurs.
5184       const SCEV *One = getIntegerSCEV(1, Step->getType());
5185       if (isSigned) {
5186         APInt Max = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
5187         if ((Max - getSignedRange(getMinusSCEV(Step, One)).getSignedMax())
5188               .slt(getSignedRange(RHS).getSignedMax()))
5189           return getCouldNotCompute();
5190       } else {
5191         APInt Max = APInt::getMaxValue(BitWidth);
5192         if ((Max - getUnsignedRange(getMinusSCEV(Step, One)).getUnsignedMax())
5193               .ult(getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax()))
5194           return getCouldNotCompute();
5195       }
5196     } else
5197       // TODO: Handle negative strides here and below.
5198       return getCouldNotCompute();
5199
5200     // We know the LHS is of the form {n,+,s} and the RHS is some loop-invariant
5201     // m.  So, we count the number of iterations in which {n,+,s} < m is true.
5202     // Note that we cannot simply return max(m-n,0)/s because it's not safe to
5203     // treat m-n as signed nor unsigned due to overflow possibility.
5204
5205     // First, we get the value of the LHS in the first iteration: n
5206     const SCEV *Start = AddRec->getOperand(0);
5207
5208     // Determine the minimum constant start value.
5209     const SCEV *MinStart = getConstant(isSigned ?
5210       getSignedRange(Start).getSignedMin() :
5211       getUnsignedRange(Start).getUnsignedMin());
5212
5213     // If we know that the condition is true in order to enter the loop,
5214     // then we know that it will run exactly (m-n)/s times. Otherwise, we
5215     // only know that it will execute (max(m,n)-n)/s times. In both cases,
5216     // the division must round up.
5217     const SCEV *End = RHS;
5218     if (!isLoopEntryGuardedByCond(L,
5219                                   isSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT :
5220                                              ICmpInst::ICMP_ULT,
5221                                   getMinusSCEV(Start, Step), RHS))
5222       End = isSigned ? getSMaxExpr(RHS, Start)
5223                      : getUMaxExpr(RHS, Start);
5224
5225     // Determine the maximum constant end value.
5226     const SCEV *MaxEnd = getConstant(isSigned ?
5227       getSignedRange(End).getSignedMax() :
5228       getUnsignedRange(End).getUnsignedMax());
5229
5230     // If MaxEnd is within a step of the maximum integer value in its type,
5231     // adjust it down to the minimum value which would produce the same effect.
5232     // This allows the subsequent ceiling division of (N+(step-1))/step to
5233     // compute the correct value.
5234     const SCEV *StepMinusOne = getMinusSCEV(Step,
5235                                             getIntegerSCEV(1, Step->getType()));
5236     MaxEnd = isSigned ?
5237       getSMinExpr(MaxEnd,
5238                   getMinusSCEV(getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth)),
5239                                StepMinusOne)) :
5240       getUMinExpr(MaxEnd,
5241                   getMinusSCEV(getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth)),
5242                                StepMinusOne));
5243
5244     // Finally, we subtract these two values and divide, rounding up, to get
5245     // the number of times the backedge is executed.
5246     const SCEV *BECount = getBECount(Start, End, Step, NoWrap);
5247
5248     // The maximum backedge count is similar, except using the minimum start
5249     // value and the maximum end value.
5250     const SCEV *MaxBECount = getBECount(MinStart, MaxEnd, Step, NoWrap);
5251
5252     return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
5253   }
5254
5255   return getCouldNotCompute();
5256 }
5257
5258 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
5259 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
5260 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
5261 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
5262 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
5263 const SCEV *SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
5264                                                     ScalarEvolution &SE) const {
5265   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
5266     return SE.getCouldNotCompute();
5267
5268   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
5269   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
5270     if (!SC->getValue()->isZero()) {
5271       SmallVector<const SCEV *, 4> Operands(op_begin(), op_end());
5272       Operands[0] = SE.getIntegerSCEV(0, SC->getType());
5273       const SCEV *Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop());
5274       if (const SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec =
5275             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
5276         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
5277                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
5278       // This is strange and shouldn't happen.
5279       return SE.getCouldNotCompute();
5280     }
5281
5282   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
5283   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
5284   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
5285     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
5286       return SE.getCouldNotCompute();
5287
5288
5289   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
5290   // that the start element is zero.
5291
5292   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
5293   // iteration exits.
5294   unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(getType());
5295   if (!Range.contains(APInt(BitWidth, 0)))
5296     return SE.getIntegerSCEV(0, getType());
5297
5298   if (isAffine()) {
5299     // If this is an affine expression then we have this situation:
5300     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
5301
5302     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
5303     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
5304     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
5305     // value.  Also note that we already checked for a full range.
5306     APInt One(BitWidth,1);
5307     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
5308     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
5309
5310     // The exit value should be (End+A)/A.
5311     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
5312     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal);
5313
5314     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
5315     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
5316     // things must have happened.
5317     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
5318     if (Range.contains(Val->getValue()))
5319       return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5320
5321     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
5322     assert(Range.contains(
5323            EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
5324            ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
5325            "Linear scev computation is off in a bad way!");
5326     return SE.getConstant(ExitValue);
5327   } else if (isQuadratic()) {
5328     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
5329     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
5330     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
5331     // Range.getUpper() is crossed.
5332     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(op_begin(), op_end());
5333     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
5334     const SCEV *NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop());
5335
5336     // Next, solve the constructed addrec
5337     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots =
5338       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
5339     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
5340     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
5341     if (R1) {
5342       // Pick the smallest positive root value.
5343       if (ConstantInt *CB =
5344           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
5345                          R1->getValue(), R2->getValue()))) {
5346         if (CB->getZExtValue() == false)
5347           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
5348
5349         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
5350         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
5351         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
5352         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
5353                                                              R1->getValue(),
5354                                                              SE);
5355         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
5356           // The next iteration must be out of the range...
5357           ConstantInt *NextVal =
5358                 ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()+1);
5359
5360           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
5361           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
5362             return SE.getConstant(NextVal);
5363           return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5364         }
5365
5366         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
5367         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
5368         ConstantInt *NextVal =
5369                ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()-1);
5370         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
5371         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
5372           return R1;
5373         return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5374       }
5375     }
5376   }
5377
5378   return SE.getCouldNotCompute();
5379 }
5380
5381
5382
5383 //===----------------------------------------------------------------------===//
5384 //                   SCEVCallbackVH Class Implementation
5385 //===----------------------------------------------------------------------===//
5386
5387 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::deleted() {
5388   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
5389   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(getValPtr()))
5390     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5391   SE->Scalars.erase(getValPtr());
5392   // this now dangles!
5393 }
5394
5395 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::allUsesReplacedWith(Value *) {
5396   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
5397
5398   // Forget all the expressions associated with users of the old value,
5399   // so that future queries will recompute the expressions using the new
5400   // value.
5401   SmallVector<User *, 16> Worklist;
5402   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
5403   Value *Old = getValPtr();
5404   bool DeleteOld = false;
5405   for (Value::use_iterator UI = Old->use_begin(), UE = Old->use_end();
5406        UI != UE; ++UI)
5407     Worklist.push_back(*UI);
5408   while (!Worklist.empty()) {
5409     User *U = Worklist.pop_back_val();
5410     // Deleting the Old value will cause this to dangle. Postpone
5411     // that until everything else is done.
5412     if (U == Old) {
5413       DeleteOld = true;
5414       continue;
5415     }
5416     if (!Visited.insert(U))
5417       continue;
5418     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U))
5419       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5420     SE->Scalars.erase(U);
5421     for (Value::use_iterator UI = U->use_begin(), UE = U->use_end();
5422          UI != UE; ++UI)
5423       Worklist.push_back(*UI);
5424   }
5425   // Delete the Old value if it (indirectly) references itself.
5426   if (DeleteOld) {
5427     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Old))
5428       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5429     SE->Scalars.erase(Old);
5430     // this now dangles!
5431   }
5432   // this may dangle!
5433 }
5434
5435 ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *se)
5436   : CallbackVH(V), SE(se) {}
5437
5438 //===----------------------------------------------------------------------===//
5439 //                   ScalarEvolution Class Implementation
5440 //===----------------------------------------------------------------------===//
5441
5442 ScalarEvolution::ScalarEvolution()
5443   : FunctionPass(&ID) {
5444 }
5445
5446 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
5447   this->F = &F;
5448   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
5449   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
5450   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
5451   return false;
5452 }
5453
5454 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
5455   Scalars.clear();
5456   BackedgeTakenCounts.clear();
5457   ConstantEvolutionLoopExitValue.clear();
5458   ValuesAtScopes.clear();
5459   UniqueSCEVs.clear();
5460   SCEVAllocator.Reset();
5461 }
5462
5463 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
5464   AU.setPreservesAll();
5465   AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
5466   AU.addRequiredTransitive<DominatorTree>();
5467 }
5468
5469 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
5470   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getBackedgeTakenCount(L));
5471 }
5472
5473 static void PrintLoopInfo(raw_ostream &OS, ScalarEvolution *SE,
5474                           const Loop *L) {
5475   // Print all inner loops first
5476   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
5477     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
5478
5479   OS << "Loop ";
5480   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
5481   OS << ": ";
5482
5483   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
5484   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
5485   if (ExitBlocks.size() != 1)
5486     OS << "<multiple exits> ";
5487
5488   if (SE->hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(L)) {
5489     OS << "backedge-taken count is " << *SE->getBackedgeTakenCount(L);
5490   } else {
5491     OS << "Unpredictable backedge-taken count. ";
5492   }
5493
5494   OS << "\n"
5495         "Loop ";
5496   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
5497   OS << ": ";
5498
5499   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(SE->getMaxBackedgeTakenCount(L))) {
5500     OS << "max backedge-taken count is " << *SE->getMaxBackedgeTakenCount(L);
5501   } else {
5502     OS << "Unpredictable max backedge-taken count. ";
5503   }
5504
5505   OS << "\n";
5506 }
5507
5508 void ScalarEvolution::print(raw_ostream &OS, const Module *) const {
5509   // ScalarEvolution's implementation of the print method is to print
5510   // out SCEV values of all instructions that are interesting. Doing
5511   // this potentially causes it to create new SCEV objects though,
5512   // which technically conflicts with the const qualifier. This isn't
5513   // observable from outside the class though, so casting away the
5514   // const isn't dangerous.
5515   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
5516
5517   OS << "Classifying expressions for: ";
5518   WriteAsOperand(OS, F, /*PrintType=*/false);
5519   OS << "\n";
5520   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
5521     if (isSCEVable(I->getType())) {
5522       OS << *I << '\n';
5523       OS << "  -->  ";
5524       const SCEV *SV = SE.getSCEV(&*I);
5525       SV->print(OS);
5526
5527       const Loop *L = LI->getLoopFor((*I).getParent());
5528
5529       const SCEV *AtUse = SE.getSCEVAtScope(SV, L);
5530       if (AtUse != SV) {
5531         OS << "  -->  ";
5532         AtUse->print(OS);
5533       }
5534
5535       if (L) {
5536         OS << "\t\t" "Exits: ";
5537         const SCEV *ExitValue = SE.getSCEVAtScope(SV, L->getParentLoop());
5538         if (!ExitValue->isLoopInvariant(L)) {
5539           OS << "<<Unknown>>";
5540         } else {
5541           OS << *ExitValue;
5542         }
5543       }
5544
5545       OS << "\n";
5546     }
5547
5548   OS << "Determining loop execution counts for: ";
5549   WriteAsOperand(OS, F, /*PrintType=*/false);
5550   OS << "\n";
5551   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
5552     PrintLoopInfo(OS, &SE, *I);
5553 }
5554