Fix ScalarEvolution's Xor handling to not assume that an And
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolution.cpp
1 //===- ScalarEvolution.cpp - Scalar Evolution Analysis ----------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains the implementation of the scalar evolution analysis
11 // engine, which is used primarily to analyze expressions involving induction
12 // variables in loops.
13 //
14 // There are several aspects to this library.  First is the representation of
15 // scalar expressions, which are represented as subclasses of the SCEV class.
16 // These classes are used to represent certain types of subexpressions that we
17 // can handle.  These classes are reference counted, managed by the SCEVHandle
18 // class.  We only create one SCEV of a particular shape, so pointer-comparisons
19 // for equality are legal.
20 //
21 // One important aspect of the SCEV objects is that they are never cyclic, even
22 // if there is a cycle in the dataflow for an expression (ie, a PHI node).  If
23 // the PHI node is one of the idioms that we can represent (e.g., a polynomial
24 // recurrence) then we represent it directly as a recurrence node, otherwise we
25 // represent it as a SCEVUnknown node.
26 //
27 // In addition to being able to represent expressions of various types, we also
28 // have folders that are used to build the *canonical* representation for a
29 // particular expression.  These folders are capable of using a variety of
30 // rewrite rules to simplify the expressions.
31 //
32 // Once the folders are defined, we can implement the more interesting
33 // higher-level code, such as the code that recognizes PHI nodes of various
34 // types, computes the execution count of a loop, etc.
35 //
36 // TODO: We should use these routines and value representations to implement
37 // dependence analysis!
38 //
39 //===----------------------------------------------------------------------===//
40 //
41 // There are several good references for the techniques used in this analysis.
42 //
43 //  Chains of recurrences -- a method to expedite the evaluation
44 //  of closed-form functions
45 //  Olaf Bachmann, Paul S. Wang, Eugene V. Zima
46 //
47 //  On computational properties of chains of recurrences
48 //  Eugene V. Zima
49 //
50 //  Symbolic Evaluation of Chains of Recurrences for Loop Optimization
51 //  Robert A. van Engelen
52 //
53 //  Efficient Symbolic Analysis for Optimizing Compilers
54 //  Robert A. van Engelen
55 //
56 //  Using the chains of recurrences algebra for data dependence testing and
57 //  induction variable substitution
58 //  MS Thesis, Johnie Birch
59 //
60 //===----------------------------------------------------------------------===//
61
62 #define DEBUG_TYPE "scalar-evolution"
63 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
64 #include "llvm/Constants.h"
65 #include "llvm/DerivedTypes.h"
66 #include "llvm/GlobalVariable.h"
67 #include "llvm/Instructions.h"
68 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
69 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
70 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
71 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
72 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
73 #include "llvm/Target/TargetData.h"
74 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
75 #include "llvm/Support/Compiler.h"
76 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
77 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
78 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
79 #include "llvm/Support/ManagedStatic.h"
80 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
81 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
82 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
83 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
84 #include <algorithm>
85 using namespace llvm;
86
87 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
88           "Number of trip counts computed with array length");
89 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
90           "Number of loops with predictable loop counts");
91 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
92           "Number of loops without predictable loop counts");
93 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
94           "Number of loops with trip counts computed by force");
95
96 static cl::opt<unsigned>
97 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
98                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
99                                  "symbolically execute a constant derived loop"),
100                         cl::init(100));
101
102 static RegisterPass<ScalarEvolution>
103 R("scalar-evolution", "Scalar Evolution Analysis", false, true);
104 char ScalarEvolution::ID = 0;
105
106 //===----------------------------------------------------------------------===//
107 //                           SCEV class definitions
108 //===----------------------------------------------------------------------===//
109
110 //===----------------------------------------------------------------------===//
111 // Implementation of the SCEV class.
112 //
113 SCEV::~SCEV() {}
114 void SCEV::dump() const {
115   print(errs());
116   errs() << '\n';
117 }
118
119 void SCEV::print(std::ostream &o) const {
120   raw_os_ostream OS(o);
121   print(OS);
122 }
123
124 bool SCEV::isZero() const {
125   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
126     return SC->getValue()->isZero();
127   return false;
128 }
129
130 bool SCEV::isOne() const {
131   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
132     return SC->getValue()->isOne();
133   return false;
134 }
135
136 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() : SCEV(scCouldNotCompute) {}
137 SCEVCouldNotCompute::~SCEVCouldNotCompute() {}
138
139 bool SCEVCouldNotCompute::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
140   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
141   return false;
142 }
143
144 const Type *SCEVCouldNotCompute::getType() const {
145   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
146   return 0;
147 }
148
149 bool SCEVCouldNotCompute::hasComputableLoopEvolution(const Loop *L) const {
150   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
151   return false;
152 }
153
154 SCEVHandle SCEVCouldNotCompute::
155 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
156                                   const SCEVHandle &Conc,
157                                   ScalarEvolution &SE) const {
158   return this;
159 }
160
161 void SCEVCouldNotCompute::print(raw_ostream &OS) const {
162   OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
163 }
164
165 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
166   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
167 }
168
169
170 // SCEVConstants - Only allow the creation of one SCEVConstant for any
171 // particular value.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will
172 // never be deleted!
173 static ManagedStatic<std::map<ConstantInt*, SCEVConstant*> > SCEVConstants;
174
175
176 SCEVConstant::~SCEVConstant() {
177   SCEVConstants->erase(V);
178 }
179
180 SCEVHandle ScalarEvolution::getConstant(ConstantInt *V) {
181   SCEVConstant *&R = (*SCEVConstants)[V];
182   if (R == 0) R = new SCEVConstant(V);
183   return R;
184 }
185
186 SCEVHandle ScalarEvolution::getConstant(const APInt& Val) {
187   return getConstant(ConstantInt::get(Val));
188 }
189
190 SCEVHandle
191 ScalarEvolution::getConstant(const Type *Ty, uint64_t V, bool isSigned) {
192   return getConstant(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(unsigned SCEVTy,
202                            const SCEVHandle &op, const Type *ty)
203   : SCEV(SCEVTy), Op(op), Ty(ty) {}
204
205 SCEVCastExpr::~SCEVCastExpr() {}
206
207 bool SCEVCastExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
208   return Op->dominates(BB, DT);
209 }
210
211 // SCEVTruncates - Only allow the creation of one SCEVTruncateExpr for any
212 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will
213 // never be deleted!
214 static ManagedStatic<std::map<std::pair<const SCEV*, const Type*>, 
215                      SCEVTruncateExpr*> > SCEVTruncates;
216
217 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
218   : SCEVCastExpr(scTruncate, op, ty) {
219   assert((Op->getType()->isInteger() || isa<PointerType>(Op->getType())) &&
220          (Ty->isInteger() || isa<PointerType>(Ty)) &&
221          "Cannot truncate non-integer value!");
222 }
223
224 SCEVTruncateExpr::~SCEVTruncateExpr() {
225   SCEVTruncates->erase(std::make_pair(Op, Ty));
226 }
227
228 void SCEVTruncateExpr::print(raw_ostream &OS) const {
229   OS << "(trunc " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
230 }
231
232 // SCEVZeroExtends - Only allow the creation of one SCEVZeroExtendExpr for any
233 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
234 // be deleted!
235 static ManagedStatic<std::map<std::pair<const SCEV*, const Type*>,
236                      SCEVZeroExtendExpr*> > SCEVZeroExtends;
237
238 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
239   : SCEVCastExpr(scZeroExtend, op, ty) {
240   assert((Op->getType()->isInteger() || isa<PointerType>(Op->getType())) &&
241          (Ty->isInteger() || isa<PointerType>(Ty)) &&
242          "Cannot zero extend non-integer value!");
243 }
244
245 SCEVZeroExtendExpr::~SCEVZeroExtendExpr() {
246   SCEVZeroExtends->erase(std::make_pair(Op, Ty));
247 }
248
249 void SCEVZeroExtendExpr::print(raw_ostream &OS) const {
250   OS << "(zext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
251 }
252
253 // SCEVSignExtends - Only allow the creation of one SCEVSignExtendExpr for any
254 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
255 // be deleted!
256 static ManagedStatic<std::map<std::pair<const SCEV*, const Type*>,
257                      SCEVSignExtendExpr*> > SCEVSignExtends;
258
259 SCEVSignExtendExpr::SCEVSignExtendExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
260   : SCEVCastExpr(scSignExtend, op, ty) {
261   assert((Op->getType()->isInteger() || isa<PointerType>(Op->getType())) &&
262          (Ty->isInteger() || isa<PointerType>(Ty)) &&
263          "Cannot sign extend non-integer value!");
264 }
265
266 SCEVSignExtendExpr::~SCEVSignExtendExpr() {
267   SCEVSignExtends->erase(std::make_pair(Op, Ty));
268 }
269
270 void SCEVSignExtendExpr::print(raw_ostream &OS) const {
271   OS << "(sext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
272 }
273
274 // SCEVCommExprs - Only allow the creation of one SCEVCommutativeExpr for any
275 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
276 // be deleted!
277 static ManagedStatic<std::map<std::pair<unsigned, std::vector<const SCEV*> >,
278                      SCEVCommutativeExpr*> > SCEVCommExprs;
279
280 SCEVCommutativeExpr::~SCEVCommutativeExpr() {
281   std::vector<const SCEV*> SCEVOps(Operands.begin(), Operands.end());
282   SCEVCommExprs->erase(std::make_pair(getSCEVType(), SCEVOps));
283 }
284
285 void SCEVCommutativeExpr::print(raw_ostream &OS) const {
286   assert(Operands.size() > 1 && "This plus expr shouldn't exist!");
287   const char *OpStr = getOperationStr();
288   OS << "(" << *Operands[0];
289   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
290     OS << OpStr << *Operands[i];
291   OS << ")";
292 }
293
294 SCEVHandle SCEVCommutativeExpr::
295 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
296                                   const SCEVHandle &Conc,
297                                   ScalarEvolution &SE) const {
298   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
299     SCEVHandle H =
300       getOperand(i)->replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE);
301     if (H != getOperand(i)) {
302       SmallVector<SCEVHandle, 8> NewOps;
303       NewOps.reserve(getNumOperands());
304       for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
305         NewOps.push_back(getOperand(j));
306       NewOps.push_back(H);
307       for (++i; i != e; ++i)
308         NewOps.push_back(getOperand(i)->
309                          replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE));
310
311       if (isa<SCEVAddExpr>(this))
312         return SE.getAddExpr(NewOps);
313       else if (isa<SCEVMulExpr>(this))
314         return SE.getMulExpr(NewOps);
315       else if (isa<SCEVSMaxExpr>(this))
316         return SE.getSMaxExpr(NewOps);
317       else if (isa<SCEVUMaxExpr>(this))
318         return SE.getUMaxExpr(NewOps);
319       else
320         assert(0 && "Unknown commutative expr!");
321     }
322   }
323   return this;
324 }
325
326 bool SCEVNAryExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
327   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
328     if (!getOperand(i)->dominates(BB, DT))
329       return false;
330   }
331   return true;
332 }
333
334
335 // SCEVUDivs - Only allow the creation of one SCEVUDivExpr for any particular
336 // input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never be
337 // deleted!
338 static ManagedStatic<std::map<std::pair<const SCEV*, const SCEV*>,
339                      SCEVUDivExpr*> > SCEVUDivs;
340
341 SCEVUDivExpr::~SCEVUDivExpr() {
342   SCEVUDivs->erase(std::make_pair(LHS, RHS));
343 }
344
345 bool SCEVUDivExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
346   return LHS->dominates(BB, DT) && RHS->dominates(BB, DT);
347 }
348
349 void SCEVUDivExpr::print(raw_ostream &OS) const {
350   OS << "(" << *LHS << " /u " << *RHS << ")";
351 }
352
353 const Type *SCEVUDivExpr::getType() const {
354   // In most cases the types of LHS and RHS will be the same, but in some
355   // crazy cases one or the other may be a pointer. ScalarEvolution doesn't
356   // depend on the type for correctness, but handling types carefully can
357   // avoid extra casts in the SCEVExpander. The LHS is more likely to be
358   // a pointer type than the RHS, so use the RHS' type here.
359   return RHS->getType();
360 }
361
362 // SCEVAddRecExprs - Only allow the creation of one SCEVAddRecExpr for any
363 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
364 // be deleted!
365 static ManagedStatic<std::map<std::pair<const Loop *,
366                                         std::vector<const SCEV*> >,
367                      SCEVAddRecExpr*> > SCEVAddRecExprs;
368
369 SCEVAddRecExpr::~SCEVAddRecExpr() {
370   std::vector<const SCEV*> SCEVOps(Operands.begin(), Operands.end());
371   SCEVAddRecExprs->erase(std::make_pair(L, SCEVOps));
372 }
373
374 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::
375 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
376                                   const SCEVHandle &Conc,
377                                   ScalarEvolution &SE) const {
378   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
379     SCEVHandle H =
380       getOperand(i)->replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE);
381     if (H != getOperand(i)) {
382       SmallVector<SCEVHandle, 8> NewOps;
383       NewOps.reserve(getNumOperands());
384       for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
385         NewOps.push_back(getOperand(j));
386       NewOps.push_back(H);
387       for (++i; i != e; ++i)
388         NewOps.push_back(getOperand(i)->
389                          replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE));
390
391       return SE.getAddRecExpr(NewOps, L);
392     }
393   }
394   return this;
395 }
396
397
398 bool SCEVAddRecExpr::isLoopInvariant(const Loop *QueryLoop) const {
399   // This recurrence is invariant w.r.t to QueryLoop iff QueryLoop doesn't
400   // contain L and if the start is invariant.
401   // Add recurrences are never invariant in the function-body (null loop).
402   return QueryLoop &&
403          !QueryLoop->contains(L->getHeader()) &&
404          getOperand(0)->isLoopInvariant(QueryLoop);
405 }
406
407
408 void SCEVAddRecExpr::print(raw_ostream &OS) const {
409   OS << "{" << *Operands[0];
410   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
411     OS << ",+," << *Operands[i];
412   OS << "}<" << L->getHeader()->getName() + ">";
413 }
414
415 // SCEVUnknowns - Only allow the creation of one SCEVUnknown for any particular
416 // value.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never be
417 // deleted!
418 static ManagedStatic<std::map<Value*, SCEVUnknown*> > SCEVUnknowns;
419
420 SCEVUnknown::~SCEVUnknown() { SCEVUnknowns->erase(V); }
421
422 bool SCEVUnknown::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
423   // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
424   // invariant if they are not contained in the specified loop.
425   // Instructions are never considered invariant in the function body
426   // (null loop) because they are defined within the "loop".
427   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
428     return L && !L->contains(I->getParent());
429   return true;
430 }
431
432 bool SCEVUnknown::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
433   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValue()))
434     return DT->dominates(I->getParent(), BB);
435   return true;
436 }
437
438 const Type *SCEVUnknown::getType() const {
439   return V->getType();
440 }
441
442 void SCEVUnknown::print(raw_ostream &OS) const {
443   WriteAsOperand(OS, V, false);
444 }
445
446 //===----------------------------------------------------------------------===//
447 //                               SCEV Utilities
448 //===----------------------------------------------------------------------===//
449
450 namespace {
451   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
452   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
453   /// expressions.
454   class VISIBILITY_HIDDEN SCEVComplexityCompare {
455     LoopInfo *LI;
456   public:
457     explicit SCEVComplexityCompare(LoopInfo *li) : LI(li) {}
458
459     bool operator()(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
460       // Primarily, sort the SCEVs by their getSCEVType().
461       if (LHS->getSCEVType() != RHS->getSCEVType())
462         return LHS->getSCEVType() < RHS->getSCEVType();
463
464       // Aside from the getSCEVType() ordering, the particular ordering
465       // isn't very important except that it's beneficial to be consistent,
466       // so that (a + b) and (b + a) don't end up as different expressions.
467
468       // Sort SCEVUnknown values with some loose heuristics. TODO: This is
469       // not as complete as it could be.
470       if (const SCEVUnknown *LU = dyn_cast<SCEVUnknown>(LHS)) {
471         const SCEVUnknown *RU = cast<SCEVUnknown>(RHS);
472
473         // Order pointer values after integer values. This helps SCEVExpander
474         // form GEPs.
475         if (isa<PointerType>(LU->getType()) && !isa<PointerType>(RU->getType()))
476           return false;
477         if (isa<PointerType>(RU->getType()) && !isa<PointerType>(LU->getType()))
478           return true;
479
480         // Compare getValueID values.
481         if (LU->getValue()->getValueID() != RU->getValue()->getValueID())
482           return LU->getValue()->getValueID() < RU->getValue()->getValueID();
483
484         // Sort arguments by their position.
485         if (const Argument *LA = dyn_cast<Argument>(LU->getValue())) {
486           const Argument *RA = cast<Argument>(RU->getValue());
487           return LA->getArgNo() < RA->getArgNo();
488         }
489
490         // For instructions, compare their loop depth, and their opcode.
491         // This is pretty loose.
492         if (Instruction *LV = dyn_cast<Instruction>(LU->getValue())) {
493           Instruction *RV = cast<Instruction>(RU->getValue());
494
495           // Compare loop depths.
496           if (LI->getLoopDepth(LV->getParent()) !=
497               LI->getLoopDepth(RV->getParent()))
498             return LI->getLoopDepth(LV->getParent()) <
499                    LI->getLoopDepth(RV->getParent());
500
501           // Compare opcodes.
502           if (LV->getOpcode() != RV->getOpcode())
503             return LV->getOpcode() < RV->getOpcode();
504
505           // Compare the number of operands.
506           if (LV->getNumOperands() != RV->getNumOperands())
507             return LV->getNumOperands() < RV->getNumOperands();
508         }
509
510         return false;
511       }
512
513       // Compare constant values.
514       if (const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
515         const SCEVConstant *RC = cast<SCEVConstant>(RHS);
516         return LC->getValue()->getValue().ult(RC->getValue()->getValue());
517       }
518
519       // Compare addrec loop depths.
520       if (const SCEVAddRecExpr *LA = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
521         const SCEVAddRecExpr *RA = cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
522         if (LA->getLoop()->getLoopDepth() != RA->getLoop()->getLoopDepth())
523           return LA->getLoop()->getLoopDepth() < RA->getLoop()->getLoopDepth();
524       }
525
526       // Lexicographically compare n-ary expressions.
527       if (const SCEVNAryExpr *LC = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(LHS)) {
528         const SCEVNAryExpr *RC = cast<SCEVNAryExpr>(RHS);
529         for (unsigned i = 0, e = LC->getNumOperands(); i != e; ++i) {
530           if (i >= RC->getNumOperands())
531             return false;
532           if (operator()(LC->getOperand(i), RC->getOperand(i)))
533             return true;
534           if (operator()(RC->getOperand(i), LC->getOperand(i)))
535             return false;
536         }
537         return LC->getNumOperands() < RC->getNumOperands();
538       }
539
540       // Lexicographically compare udiv expressions.
541       if (const SCEVUDivExpr *LC = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(LHS)) {
542         const SCEVUDivExpr *RC = cast<SCEVUDivExpr>(RHS);
543         if (operator()(LC->getLHS(), RC->getLHS()))
544           return true;
545         if (operator()(RC->getLHS(), LC->getLHS()))
546           return false;
547         if (operator()(LC->getRHS(), RC->getRHS()))
548           return true;
549         if (operator()(RC->getRHS(), LC->getRHS()))
550           return false;
551         return false;
552       }
553
554       // Compare cast expressions by operand.
555       if (const SCEVCastExpr *LC = dyn_cast<SCEVCastExpr>(LHS)) {
556         const SCEVCastExpr *RC = cast<SCEVCastExpr>(RHS);
557         return operator()(LC->getOperand(), RC->getOperand());
558       }
559
560       assert(0 && "Unknown SCEV kind!");
561       return false;
562     }
563   };
564 }
565
566 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
567 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
568 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
569 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
570 ///
571 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get determinstic
572 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
573 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
574 /// land in memory.
575 ///
576 static void GroupByComplexity(SmallVectorImpl<SCEVHandle> &Ops,
577                               LoopInfo *LI) {
578   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
579   if (Ops.size() == 2) {
580     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
581     // Special case it.
582     if (SCEVComplexityCompare(LI)(Ops[1], Ops[0]))
583       std::swap(Ops[0], Ops[1]);
584     return;
585   }
586
587   // Do the rough sort by complexity.
588   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare(LI));
589
590   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
591   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
592   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
593   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
594   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
595     const SCEV *S = Ops[i];
596     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
597
598     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
599     // one, group them.
600     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
601       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
602         // Move it to immediately after i'th element.
603         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
604         ++i;   // no need to rescan it.
605         if (i == e-2) return;  // Done!
606       }
607     }
608   }
609 }
610
611
612
613 //===----------------------------------------------------------------------===//
614 //                      Simple SCEV method implementations
615 //===----------------------------------------------------------------------===//
616
617 /// BinomialCoefficient - Compute BC(It, K).  The result has width W.
618 /// Assume, K > 0.
619 static SCEVHandle BinomialCoefficient(SCEVHandle It, unsigned K,
620                                       ScalarEvolution &SE,
621                                       const Type* ResultTy) {
622   // Handle the simplest case efficiently.
623   if (K == 1)
624     return SE.getTruncateOrZeroExtend(It, ResultTy);
625
626   // We are using the following formula for BC(It, K):
627   //
628   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / K!
629   //
630   // Suppose, W is the bitwidth of the return value.  We must be prepared for
631   // overflow.  Hence, we must assure that the result of our computation is
632   // equal to the accurate one modulo 2^W.  Unfortunately, division isn't
633   // safe in modular arithmetic.
634   //
635   // However, this code doesn't use exactly that formula; the formula it uses
636   // is something like the following, where T is the number of factors of 2 in 
637   // K! (i.e. trailing zeros in the binary representation of K!), and ^ is
638   // exponentiation:
639   //
640   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / 2^T / (K! / 2^T)
641   //
642   // This formula is trivially equivalent to the previous formula.  However,
643   // this formula can be implemented much more efficiently.  The trick is that
644   // K! / 2^T is odd, and exact division by an odd number *is* safe in modular
645   // arithmetic.  To do exact division in modular arithmetic, all we have
646   // to do is multiply by the inverse.  Therefore, this step can be done at
647   // width W.
648   // 
649   // The next issue is how to safely do the division by 2^T.  The way this
650   // is done is by doing the multiplication step at a width of at least W + T
651   // bits.  This way, the bottom W+T bits of the product are accurate. Then,
652   // when we perform the division by 2^T (which is equivalent to a right shift
653   // by T), the bottom W bits are accurate.  Extra bits are okay; they'll get
654   // truncated out after the division by 2^T.
655   //
656   // In comparison to just directly using the first formula, this technique
657   // is much more efficient; using the first formula requires W * K bits,
658   // but this formula less than W + K bits. Also, the first formula requires
659   // a division step, whereas this formula only requires multiplies and shifts.
660   //
661   // It doesn't matter whether the subtraction step is done in the calculation
662   // width or the input iteration count's width; if the subtraction overflows,
663   // the result must be zero anyway.  We prefer here to do it in the width of
664   // the induction variable because it helps a lot for certain cases; CodeGen
665   // isn't smart enough to ignore the overflow, which leads to much less
666   // efficient code if the width of the subtraction is wider than the native
667   // register width.
668   //
669   // (It's possible to not widen at all by pulling out factors of 2 before
670   // the multiplication; for example, K=2 can be calculated as
671   // It/2*(It+(It*INT_MIN/INT_MIN)+-1). However, it requires
672   // extra arithmetic, so it's not an obvious win, and it gets
673   // much more complicated for K > 3.)
674
675   // Protection from insane SCEVs; this bound is conservative,
676   // but it probably doesn't matter.
677   if (K > 1000)
678     return SE.getCouldNotCompute();
679
680   unsigned W = SE.getTypeSizeInBits(ResultTy);
681
682   // Calculate K! / 2^T and T; we divide out the factors of two before
683   // multiplying for calculating K! / 2^T to avoid overflow.
684   // Other overflow doesn't matter because we only care about the bottom
685   // W bits of the result.
686   APInt OddFactorial(W, 1);
687   unsigned T = 1;
688   for (unsigned i = 3; i <= K; ++i) {
689     APInt Mult(W, i);
690     unsigned TwoFactors = Mult.countTrailingZeros();
691     T += TwoFactors;
692     Mult = Mult.lshr(TwoFactors);
693     OddFactorial *= Mult;
694   }
695
696   // We need at least W + T bits for the multiplication step
697   unsigned CalculationBits = W + T;
698
699   // Calcuate 2^T, at width T+W.
700   APInt DivFactor = APInt(CalculationBits, 1).shl(T);
701
702   // Calculate the multiplicative inverse of K! / 2^T;
703   // this multiplication factor will perform the exact division by
704   // K! / 2^T.
705   APInt Mod = APInt::getSignedMinValue(W+1);
706   APInt MultiplyFactor = OddFactorial.zext(W+1);
707   MultiplyFactor = MultiplyFactor.multiplicativeInverse(Mod);
708   MultiplyFactor = MultiplyFactor.trunc(W);
709
710   // Calculate the product, at width T+W
711   const IntegerType *CalculationTy = IntegerType::get(CalculationBits);
712   SCEVHandle Dividend = SE.getTruncateOrZeroExtend(It, CalculationTy);
713   for (unsigned i = 1; i != K; ++i) {
714     SCEVHandle S = SE.getMinusSCEV(It, SE.getIntegerSCEV(i, It->getType()));
715     Dividend = SE.getMulExpr(Dividend,
716                              SE.getTruncateOrZeroExtend(S, CalculationTy));
717   }
718
719   // Divide by 2^T
720   SCEVHandle DivResult = SE.getUDivExpr(Dividend, SE.getConstant(DivFactor));
721
722   // Truncate the result, and divide by K! / 2^T.
723
724   return SE.getMulExpr(SE.getConstant(MultiplyFactor),
725                        SE.getTruncateOrZeroExtend(DivResult, ResultTy));
726 }
727
728 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
729 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
730 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
731 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
732 ///
733 ///   A*BC(It, 0) + B*BC(It, 1) + C*BC(It, 2) + D*BC(It, 3)
734 ///
735 /// where BC(It, k) stands for binomial coefficient.
736 ///
737 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(SCEVHandle It,
738                                                ScalarEvolution &SE) const {
739   SCEVHandle Result = getStart();
740   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
741     // The computation is correct in the face of overflow provided that the
742     // multiplication is performed _after_ the evaluation of the binomial
743     // coefficient.
744     SCEVHandle Coeff = BinomialCoefficient(It, i, SE, getType());
745     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Coeff))
746       return Coeff;
747
748     Result = SE.getAddExpr(Result, SE.getMulExpr(getOperand(i), Coeff));
749   }
750   return Result;
751 }
752
753 //===----------------------------------------------------------------------===//
754 //                    SCEV Expression folder implementations
755 //===----------------------------------------------------------------------===//
756
757 SCEVHandle ScalarEvolution::getTruncateExpr(const SCEVHandle &Op,
758                                             const Type *Ty) {
759   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) > getTypeSizeInBits(Ty) &&
760          "This is not a truncating conversion!");
761   assert(isSCEVable(Ty) &&
762          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
763   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
764
765   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
766     return getUnknown(
767         ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(), Ty));
768
769   // trunc(trunc(x)) --> trunc(x)
770   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op))
771     return getTruncateExpr(ST->getOperand(), Ty);
772
773   // trunc(sext(x)) --> sext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
774   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
775     return getTruncateOrSignExtend(SS->getOperand(), Ty);
776
777   // trunc(zext(x)) --> zext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
778   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
779     return getTruncateOrZeroExtend(SZ->getOperand(), Ty);
780
781   // If the input value is a chrec scev made out of constants, truncate
782   // all of the constants.
783   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
784     SmallVector<SCEVHandle, 4> Operands;
785     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
786       Operands.push_back(getTruncateExpr(AddRec->getOperand(i), Ty));
787     return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop());
788   }
789
790   SCEVTruncateExpr *&Result = (*SCEVTruncates)[std::make_pair(Op, Ty)];
791   if (Result == 0) Result = new SCEVTruncateExpr(Op, Ty);
792   return Result;
793 }
794
795 SCEVHandle ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEVHandle &Op,
796                                               const Type *Ty) {
797   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
798          "This is not an extending conversion!");
799   assert(isSCEVable(Ty) &&
800          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
801   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
802
803   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op)) {
804     const Type *IntTy = getEffectiveSCEVType(Ty);
805     Constant *C = ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(), IntTy);
806     if (IntTy != Ty) C = ConstantExpr::getIntToPtr(C, Ty);
807     return getUnknown(C);
808   }
809
810   // zext(zext(x)) --> zext(x)
811   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
812     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
813
814   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
815   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
816   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
817   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
818   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
819     if (AR->isAffine()) {
820       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
821       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
822       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
823       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
824       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
825       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
826       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
827       // that value once it has finished.
828       SCEVHandle MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AR->getLoop());
829       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
830         // Manually compute the final value for AR, checking for
831         // overflow.
832         SCEVHandle Start = AR->getStart();
833         SCEVHandle Step = AR->getStepRecurrence(*this);
834
835         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
836         // the addrec's type. The count is always unsigned.
837         SCEVHandle CastedMaxBECount =
838           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
839         SCEVHandle RecastedMaxBECount =
840           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
841         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
842           const Type *WideTy =
843             IntegerType::get(getTypeSizeInBits(Start->getType()) * 2);
844           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no unsigned overflow.
845           SCEVHandle ZMul =
846             getMulExpr(CastedMaxBECount,
847                        getTruncateOrZeroExtend(Step, Start->getType()));
848           SCEVHandle Add = getAddExpr(Start, ZMul);
849           SCEVHandle OperandExtendedAdd =
850             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
851                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
852                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
853           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
854             // Return the expression with the addrec on the outside.
855             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
856                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
857                                  AR->getLoop());
858
859           // Similar to above, only this time treat the step value as signed.
860           // This covers loops that count down.
861           SCEVHandle SMul =
862             getMulExpr(CastedMaxBECount,
863                        getTruncateOrSignExtend(Step, Start->getType()));
864           Add = getAddExpr(Start, SMul);
865           OperandExtendedAdd =
866             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
867                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
868                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
869           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
870             // Return the expression with the addrec on the outside.
871             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
872                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
873                                  AR->getLoop());
874         }
875       }
876     }
877
878   SCEVZeroExtendExpr *&Result = (*SCEVZeroExtends)[std::make_pair(Op, Ty)];
879   if (Result == 0) Result = new SCEVZeroExtendExpr(Op, Ty);
880   return Result;
881 }
882
883 SCEVHandle ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEVHandle &Op,
884                                               const Type *Ty) {
885   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
886          "This is not an extending conversion!");
887   assert(isSCEVable(Ty) &&
888          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
889   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
890
891   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op)) {
892     const Type *IntTy = getEffectiveSCEVType(Ty);
893     Constant *C = ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(), IntTy);
894     if (IntTy != Ty) C = ConstantExpr::getIntToPtr(C, Ty);
895     return getUnknown(C);
896   }
897
898   // sext(sext(x)) --> sext(x)
899   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
900     return getSignExtendExpr(SS->getOperand(), Ty);
901
902   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
903   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
904   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
905   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
906   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
907     if (AR->isAffine()) {
908       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
909       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
910       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
911       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
912       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
913       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
914       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
915       // that value once it has finished.
916       SCEVHandle MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AR->getLoop());
917       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
918         // Manually compute the final value for AR, checking for
919         // overflow.
920         SCEVHandle Start = AR->getStart();
921         SCEVHandle Step = AR->getStepRecurrence(*this);
922
923         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
924         // the addrec's type. The count is always unsigned.
925         SCEVHandle CastedMaxBECount =
926           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
927         SCEVHandle RecastedMaxBECount =
928           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
929         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
930           const Type *WideTy =
931             IntegerType::get(getTypeSizeInBits(Start->getType()) * 2);
932           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no signed overflow.
933           SCEVHandle SMul =
934             getMulExpr(CastedMaxBECount,
935                        getTruncateOrSignExtend(Step, Start->getType()));
936           SCEVHandle Add = getAddExpr(Start, SMul);
937           SCEVHandle OperandExtendedAdd =
938             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
939                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
940                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
941           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
942             // Return the expression with the addrec on the outside.
943             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
944                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
945                                  AR->getLoop());
946         }
947       }
948     }
949
950   SCEVSignExtendExpr *&Result = (*SCEVSignExtends)[std::make_pair(Op, Ty)];
951   if (Result == 0) Result = new SCEVSignExtendExpr(Op, Ty);
952   return Result;
953 }
954
955 /// getAnyExtendExpr - Return a SCEV for the given operand extended with
956 /// unspecified bits out to the given type.
957 ///
958 SCEVHandle ScalarEvolution::getAnyExtendExpr(const SCEVHandle &Op,
959                                              const Type *Ty) {
960   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
961          "This is not an extending conversion!");
962   assert(isSCEVable(Ty) &&
963          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
964   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
965
966   // Sign-extend negative constants.
967   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
968     if (SC->getValue()->getValue().isNegative())
969       return getSignExtendExpr(Op, Ty);
970
971   // Peel off a truncate cast.
972   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
973     SCEVHandle NewOp = T->getOperand();
974     if (getTypeSizeInBits(NewOp->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty))
975       return getAnyExtendExpr(NewOp, Ty);
976     return getTruncateOrNoop(NewOp, Ty);
977   }
978
979   // Next try a zext cast. If the cast is folded, use it.
980   SCEVHandle ZExt = getZeroExtendExpr(Op, Ty);
981   if (!isa<SCEVZeroExtendExpr>(ZExt))
982     return ZExt;
983
984   // Next try a sext cast. If the cast is folded, use it.
985   SCEVHandle SExt = getSignExtendExpr(Op, Ty);
986   if (!isa<SCEVSignExtendExpr>(SExt))
987     return SExt;
988
989   // If the expression is obviously signed, use the sext cast value.
990   if (isa<SCEVSMaxExpr>(Op))
991     return SExt;
992
993   // Absent any other information, use the zext cast value.
994   return ZExt;
995 }
996
997 /// CollectAddOperandsWithScales - Process the given Ops list, which is
998 /// a list of operands to be added under the given scale, update the given
999 /// map. This is a helper function for getAddRecExpr. As an example of
1000 /// what it does, given a sequence of operands that would form an add
1001 /// expression like this:
1002 ///
1003 ///    m + n + 13 + (A * (o + p + (B * q + m + 29))) + r + (-1 * r)
1004 ///
1005 /// where A and B are constants, update the map with these values:
1006 ///
1007 ///    (m, 1+A*B), (n, 1), (o, A), (p, A), (q, A*B), (r, 0)
1008 ///
1009 /// and add 13 + A*B*29 to AccumulatedConstant.
1010 /// This will allow getAddRecExpr to produce this:
1011 ///
1012 ///    13+A*B*29 + n + (m * (1+A*B)) + ((o + p) * A) + (q * A*B)
1013 ///
1014 /// This form often exposes folding opportunities that are hidden in
1015 /// the original operand list.
1016 ///
1017 /// Return true iff it appears that any interesting folding opportunities
1018 /// may be exposed. This helps getAddRecExpr short-circuit extra work in
1019 /// the common case where no interesting opportunities are present, and
1020 /// is also used as a check to avoid infinite recursion.
1021 ///
1022 static bool
1023 CollectAddOperandsWithScales(DenseMap<SCEVHandle, APInt> &M,
1024                              SmallVector<SCEVHandle, 8> &NewOps,
1025                              APInt &AccumulatedConstant,
1026                              const SmallVectorImpl<SCEVHandle> &Ops,
1027                              const APInt &Scale,
1028                              ScalarEvolution &SE) {
1029   bool Interesting = false;
1030
1031   // Iterate over the add operands.
1032   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1033     const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i]);
1034     if (Mul && isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
1035       APInt NewScale =
1036         Scale * cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))->getValue()->getValue();
1037       if (Mul->getNumOperands() == 2 && isa<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1))) {
1038         // A multiplication of a constant with another add; recurse.
1039         Interesting |=
1040           CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1041                                        cast<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1))
1042                                          ->getOperands(),
1043                                        NewScale, SE);
1044       } else {
1045         // A multiplication of a constant with some other value. Update
1046         // the map.
1047         SmallVector<SCEVHandle, 4> MulOps(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
1048         SCEVHandle Key = SE.getMulExpr(MulOps);
1049         std::pair<DenseMap<SCEVHandle, APInt>::iterator, bool> Pair =
1050           M.insert(std::make_pair(Key, APInt()));
1051         if (Pair.second) {
1052           Pair.first->second = NewScale;
1053           NewOps.push_back(Pair.first->first);
1054         } else {
1055           Pair.first->second += NewScale;
1056           // The map already had an entry for this value, which may indicate
1057           // a folding opportunity.
1058           Interesting = true;
1059         }
1060       }
1061     } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1062       // Pull a buried constant out to the outside.
1063       if (Scale != 1 || AccumulatedConstant != 0 || C->isZero())
1064         Interesting = true;
1065       AccumulatedConstant += Scale * C->getValue()->getValue();
1066     } else {
1067       // An ordinary operand. Update the map.
1068       std::pair<DenseMap<SCEVHandle, APInt>::iterator, bool> Pair =
1069         M.insert(std::make_pair(Ops[i], APInt()));
1070       if (Pair.second) {
1071         Pair.first->second = Scale;
1072         NewOps.push_back(Pair.first->first);
1073       } else {
1074         Pair.first->second += Scale;
1075         // The map already had an entry for this value, which may indicate
1076         // a folding opportunity.
1077         Interesting = true;
1078       }
1079     }
1080   }
1081
1082   return Interesting;
1083 }
1084
1085 namespace {
1086   struct APIntCompare {
1087     bool operator()(const APInt &LHS, const APInt &RHS) const {
1088       return LHS.ult(RHS);
1089     }
1090   };
1091 }
1092
1093 /// getAddExpr - Get a canonical add expression, or something simpler if
1094 /// possible.
1095 SCEVHandle ScalarEvolution::getAddExpr(SmallVectorImpl<SCEVHandle> &Ops) {
1096   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
1097   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1098 #ifndef NDEBUG
1099   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1100     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1101            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1102            "SCEVAddExpr operand types don't match!");
1103 #endif
1104
1105   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1106   GroupByComplexity(Ops, LI);
1107
1108   // If there are any constants, fold them together.
1109   unsigned Idx = 0;
1110   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1111     ++Idx;
1112     assert(Idx < Ops.size());
1113     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1114       // We found two constants, fold them together!
1115       Ops[0] = getConstant(LHSC->getValue()->getValue() +
1116                            RHSC->getValue()->getValue());
1117       if (Ops.size() == 2) return Ops[0];
1118       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1119       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1120     }
1121
1122     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
1123     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
1124       Ops.erase(Ops.begin());
1125       --Idx;
1126     }
1127   }
1128
1129   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1130
1131   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1132   // so, merge them together into an multiply expression.  Since we sorted the
1133   // list, these values are required to be adjacent.
1134   const Type *Ty = Ops[0]->getType();
1135   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1136     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
1137       // Found a match, merge the two values into a multiply, and add any
1138       // remaining values to the result.
1139       SCEVHandle Two = getIntegerSCEV(2, Ty);
1140       SCEVHandle Mul = getMulExpr(Ops[i], Two);
1141       if (Ops.size() == 2)
1142         return Mul;
1143       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
1144       Ops.push_back(Mul);
1145       return getAddExpr(Ops);
1146     }
1147
1148   // Check for truncates. If all the operands are truncated from the same
1149   // type, see if factoring out the truncate would permit the result to be
1150   // folded. eg., trunc(x) + m*trunc(n) --> trunc(x + trunc(m)*n)
1151   // if the contents of the resulting outer trunc fold to something simple.
1152   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1153     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]);
1154     const Type *DstType = Trunc->getType();
1155     const Type *SrcType = Trunc->getOperand()->getType();
1156     SmallVector<SCEVHandle, 8> LargeOps;
1157     bool Ok = true;
1158     // Check all the operands to see if they can be represented in the
1159     // source type of the truncate.
1160     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1161       if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[i])) {
1162         if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1163           Ok = false;
1164           break;
1165         }
1166         LargeOps.push_back(T->getOperand());
1167       } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1168         // This could be either sign or zero extension, but sign extension
1169         // is much more likely to be foldable here.
1170         LargeOps.push_back(getSignExtendExpr(C, SrcType));
1171       } else if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i])) {
1172         SmallVector<SCEVHandle, 8> LargeMulOps;
1173         for (unsigned j = 0, f = M->getNumOperands(); j != f && Ok; ++j) {
1174           if (const SCEVTruncateExpr *T =
1175                 dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(M->getOperand(j))) {
1176             if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1177               Ok = false;
1178               break;
1179             }
1180             LargeMulOps.push_back(T->getOperand());
1181           } else if (const SCEVConstant *C =
1182                        dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(j))) {
1183             // This could be either sign or zero extension, but sign extension
1184             // is much more likely to be foldable here.
1185             LargeMulOps.push_back(getSignExtendExpr(C, SrcType));
1186           } else {
1187             Ok = false;
1188             break;
1189           }
1190         }
1191         if (Ok)
1192           LargeOps.push_back(getMulExpr(LargeMulOps));
1193       } else {
1194         Ok = false;
1195         break;
1196       }
1197     }
1198     if (Ok) {
1199       // Evaluate the expression in the larger type.
1200       SCEVHandle Fold = getAddExpr(LargeOps);
1201       // If it folds to something simple, use it. Otherwise, don't.
1202       if (isa<SCEVConstant>(Fold) || isa<SCEVUnknown>(Fold))
1203         return getTruncateExpr(Fold, DstType);
1204     }
1205   }
1206
1207   // Skip past any other cast SCEVs.
1208   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
1209     ++Idx;
1210
1211   // If there are add operands they would be next.
1212   if (Idx < Ops.size()) {
1213     bool DeletedAdd = false;
1214     while (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
1215       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
1216       // list.
1217       Ops.insert(Ops.end(), Add->op_begin(), Add->op_end());
1218       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1219       DeletedAdd = true;
1220     }
1221
1222     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
1223     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1224     // any operands we just aquired.
1225     if (DeletedAdd)
1226       return getAddExpr(Ops);
1227   }
1228
1229   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1230   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1231     ++Idx;
1232
1233   // Check to see if there are any folding opportunities present with
1234   // operands multiplied by constant values.
1235   if (Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1236     uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(Ty);
1237     DenseMap<SCEVHandle, APInt> M;
1238     SmallVector<SCEVHandle, 8> NewOps;
1239     APInt AccumulatedConstant(BitWidth, 0);
1240     if (CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1241                                      Ops, APInt(BitWidth, 1), *this)) {
1242       // Some interesting folding opportunity is present, so its worthwhile to
1243       // re-generate the operands list. Group the operands by constant scale,
1244       // to avoid multiplying by the same constant scale multiple times.
1245       std::map<APInt, SmallVector<SCEVHandle, 4>, APIntCompare> MulOpLists;
1246       for (SmallVector<SCEVHandle, 8>::iterator I = NewOps.begin(),
1247            E = NewOps.end(); I != E; ++I)
1248         MulOpLists[M.find(*I)->second].push_back(*I);
1249       // Re-generate the operands list.
1250       Ops.clear();
1251       if (AccumulatedConstant != 0)
1252         Ops.push_back(getConstant(AccumulatedConstant));
1253       for (std::map<APInt, SmallVector<SCEVHandle, 4>, APIntCompare>::iterator I =
1254            MulOpLists.begin(), E = MulOpLists.end(); I != E; ++I)
1255         if (I->first != 0)
1256           Ops.push_back(getMulExpr(getConstant(I->first), getAddExpr(I->second)));
1257       if (Ops.empty())
1258         return getIntegerSCEV(0, Ty);
1259       if (Ops.size() == 1)
1260         return Ops[0];
1261       return getAddExpr(Ops);
1262     }
1263   }
1264
1265   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
1266   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
1267   // the multiply.
1268   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1269     const SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
1270     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
1271       const SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
1272       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
1273         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp] && !isa<SCEVConstant>(Ops[AddOp])) {
1274           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
1275           SCEVHandle InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1276           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1277             // If the multiply has more than two operands, we must get the
1278             // Y*Z term.
1279             SmallVector<SCEVHandle, 4> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1280             MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
1281             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
1282           }
1283           SCEVHandle One = getIntegerSCEV(1, Ty);
1284           SCEVHandle AddOne = getAddExpr(InnerMul, One);
1285           SCEVHandle OuterMul = getMulExpr(AddOne, Ops[AddOp]);
1286           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1287           if (AddOp < Idx) {
1288             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
1289             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
1290           } else {
1291             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1292             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
1293           }
1294           Ops.push_back(OuterMul);
1295           return getAddExpr(Ops);
1296         }
1297
1298       // Check this multiply against other multiplies being added together.
1299       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
1300            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1301            ++OtherMulIdx) {
1302         const SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1303         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
1304         // together.
1305         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
1306              OMulOp != e; ++OMulOp)
1307           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
1308             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
1309             SCEVHandle InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1310             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1311               SmallVector<SCEVHandle, 4> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1312               MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
1313               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
1314             }
1315             SCEVHandle InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
1316             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
1317               SmallVector<SCEVHandle, 4> MulOps(OtherMul->op_begin(),
1318                                              OtherMul->op_end());
1319               MulOps.erase(MulOps.begin()+OMulOp);
1320               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
1321             }
1322             SCEVHandle InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
1323             SCEVHandle OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
1324             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1325             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1326             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
1327             Ops.push_back(OuterMul);
1328             return getAddExpr(Ops);
1329           }
1330       }
1331     }
1332   }
1333
1334   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1335   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1336   // recurrence.
1337   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1338     ++Idx;
1339
1340   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1341   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1342     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
1343     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1344     SmallVector<SCEVHandle, 8> LIOps;
1345     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1346     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1347       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
1348         LIOps.push_back(Ops[i]);
1349         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1350         --i; --e;
1351       }
1352
1353     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1354     if (!LIOps.empty()) {
1355       //  NLI + LI + {Start,+,Step}  -->  NLI + {LI+Start,+,Step}
1356       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
1357
1358       SmallVector<SCEVHandle, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
1359                                            AddRec->op_end());
1360       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
1361
1362       SCEVHandle NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRec->getLoop());
1363       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1364       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1365
1366       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-liv parts.
1367       for (unsigned i = 0;; ++i)
1368         if (Ops[i] == AddRec) {
1369           Ops[i] = NewRec;
1370           break;
1371         }
1372       return getAddExpr(Ops);
1373     }
1374
1375     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1376     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1377     // added together.  If so, we can fold them.
1378     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1379          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1380       if (OtherIdx != Idx) {
1381         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1382         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
1383           // Other + {A,+,B} + {C,+,D}  -->  Other + {A+C,+,B+D}
1384           SmallVector<SCEVHandle, 4> NewOps(AddRec->op_begin(), AddRec->op_end());
1385           for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1386             if (i >= NewOps.size()) {
1387               NewOps.insert(NewOps.end(), OtherAddRec->op_begin()+i,
1388                             OtherAddRec->op_end());
1389               break;
1390             }
1391             NewOps[i] = getAddExpr(NewOps[i], OtherAddRec->getOperand(i));
1392           }
1393           SCEVHandle NewAddRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop());
1394
1395           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1396
1397           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1398           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1399           Ops.push_back(NewAddRec);
1400           return getAddExpr(Ops);
1401         }
1402       }
1403
1404     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1405     // next one.
1406   }
1407
1408   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
1409   // already have one, otherwise create a new one.
1410   std::vector<const SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1411   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scAddExpr,
1412                                                                  SCEVOps)];
1413   if (Result == 0) Result = new SCEVAddExpr(Ops);
1414   return Result;
1415 }
1416
1417
1418 /// getMulExpr - Get a canonical multiply expression, or something simpler if
1419 /// possible.
1420 SCEVHandle ScalarEvolution::getMulExpr(SmallVectorImpl<SCEVHandle> &Ops) {
1421   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
1422 #ifndef NDEBUG
1423   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1424     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1425            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1426            "SCEVMulExpr operand types don't match!");
1427 #endif
1428
1429   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1430   GroupByComplexity(Ops, LI);
1431
1432   // If there are any constants, fold them together.
1433   unsigned Idx = 0;
1434   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1435
1436     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
1437     if (Ops.size() == 2)
1438       if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
1439         if (Add->getNumOperands() == 2 &&
1440             isa<SCEVConstant>(Add->getOperand(0)))
1441           return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
1442                             getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
1443
1444
1445     ++Idx;
1446     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1447       // We found two constants, fold them together!
1448       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(LHSC->getValue()->getValue() * 
1449                                            RHSC->getValue()->getValue());
1450       Ops[0] = getConstant(Fold);
1451       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1452       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1453       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1454     }
1455
1456     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
1457     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
1458       Ops.erase(Ops.begin());
1459       --Idx;
1460     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
1461       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
1462       return Ops[0];
1463     }
1464   }
1465
1466   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1467   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1468     ++Idx;
1469
1470   if (Ops.size() == 1)
1471     return Ops[0];
1472
1473   // If there are mul operands inline them all into this expression.
1474   if (Idx < Ops.size()) {
1475     bool DeletedMul = false;
1476     while (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1477       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
1478       // list.
1479       Ops.insert(Ops.end(), Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1480       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1481       DeletedMul = true;
1482     }
1483
1484     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
1485     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1486     // any operands we just aquired.
1487     if (DeletedMul)
1488       return getMulExpr(Ops);
1489   }
1490
1491   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1492   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1493   // recurrence.
1494   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1495     ++Idx;
1496
1497   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1498   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1499     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
1500     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1501     SmallVector<SCEVHandle, 8> LIOps;
1502     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1503     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1504       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
1505         LIOps.push_back(Ops[i]);
1506         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1507         --i; --e;
1508       }
1509
1510     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1511     if (!LIOps.empty()) {
1512       //  NLI * LI * {Start,+,Step}  -->  NLI * {LI*Start,+,LI*Step}
1513       SmallVector<SCEVHandle, 4> NewOps;
1514       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
1515       if (LIOps.size() == 1) {
1516         const SCEV *Scale = LIOps[0];
1517         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
1518           NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
1519       } else {
1520         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1521           SmallVector<SCEVHandle, 4> MulOps(LIOps.begin(), LIOps.end());
1522           MulOps.push_back(AddRec->getOperand(i));
1523           NewOps.push_back(getMulExpr(MulOps));
1524         }
1525       }
1526
1527       SCEVHandle NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop());
1528
1529       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1530       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1531
1532       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-liv parts.
1533       for (unsigned i = 0;; ++i)
1534         if (Ops[i] == AddRec) {
1535           Ops[i] = NewRec;
1536           break;
1537         }
1538       return getMulExpr(Ops);
1539     }
1540
1541     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1542     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1543     // multiplied together.  If so, we can fold them.
1544     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1545          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1546       if (OtherIdx != Idx) {
1547         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1548         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
1549           // F * G  -->  {A,+,B} * {C,+,D}  -->  {A*C,+,F*D + G*B + B*D}
1550           const SCEVAddRecExpr *F = AddRec, *G = OtherAddRec;
1551           SCEVHandle NewStart = getMulExpr(F->getStart(),
1552                                                  G->getStart());
1553           SCEVHandle B = F->getStepRecurrence(*this);
1554           SCEVHandle D = G->getStepRecurrence(*this);
1555           SCEVHandle NewStep = getAddExpr(getMulExpr(F, D),
1556                                           getMulExpr(G, B),
1557                                           getMulExpr(B, D));
1558           SCEVHandle NewAddRec = getAddRecExpr(NewStart, NewStep,
1559                                                F->getLoop());
1560           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1561
1562           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1563           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1564           Ops.push_back(NewAddRec);
1565           return getMulExpr(Ops);
1566         }
1567       }
1568
1569     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1570     // next one.
1571   }
1572
1573   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
1574   // already have one, otherwise create a new one.
1575   std::vector<const SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1576   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scMulExpr,
1577                                                                  SCEVOps)];
1578   if (Result == 0)
1579     Result = new SCEVMulExpr(Ops);
1580   return Result;
1581 }
1582
1583 /// getUDivExpr - Get a canonical multiply expression, or something simpler if
1584 /// possible.
1585 SCEVHandle ScalarEvolution::getUDivExpr(const SCEVHandle &LHS,
1586                                         const SCEVHandle &RHS) {
1587   assert(getEffectiveSCEVType(LHS->getType()) ==
1588          getEffectiveSCEVType(RHS->getType()) &&
1589          "SCEVUDivExpr operand types don't match!");
1590
1591   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
1592     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
1593       return LHS;                            // X udiv 1 --> x
1594     if (RHSC->isZero())
1595       return getIntegerSCEV(0, LHS->getType()); // value is undefined
1596
1597     // Determine if the division can be folded into the operands of
1598     // its operands.
1599     // TODO: Generalize this to non-constants by using known-bits information.
1600     const Type *Ty = LHS->getType();
1601     unsigned LZ = RHSC->getValue()->getValue().countLeadingZeros();
1602     unsigned MaxShiftAmt = getTypeSizeInBits(Ty) - LZ;
1603     // For non-power-of-two values, effectively round the value up to the
1604     // nearest power of two.
1605     if (!RHSC->getValue()->getValue().isPowerOf2())
1606       ++MaxShiftAmt;
1607     const IntegerType *ExtTy =
1608       IntegerType::get(getTypeSizeInBits(Ty) + MaxShiftAmt);
1609     // {X,+,N}/C --> {X/C,+,N/C} if safe and N/C can be folded.
1610     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
1611       if (const SCEVConstant *Step =
1612             dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*this)))
1613         if (!Step->getValue()->getValue()
1614               .urem(RHSC->getValue()->getValue()) &&
1615             getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
1616             getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
1617                           getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
1618                           AR->getLoop())) {
1619           SmallVector<SCEVHandle, 4> Operands;
1620           for (unsigned i = 0, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
1621             Operands.push_back(getUDivExpr(AR->getOperand(i), RHS));
1622           return getAddRecExpr(Operands, AR->getLoop());
1623         }
1624     // (A*B)/C --> A*(B/C) if safe and B/C can be folded.
1625     if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
1626       SmallVector<SCEVHandle, 4> Operands;
1627       for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i)
1628         Operands.push_back(getZeroExtendExpr(M->getOperand(i), ExtTy));
1629       if (getZeroExtendExpr(M, ExtTy) == getMulExpr(Operands))
1630         // Find an operand that's safely divisible.
1631         for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1632           SCEVHandle Op = M->getOperand(i);
1633           SCEVHandle Div = getUDivExpr(Op, RHSC);
1634           if (!isa<SCEVUDivExpr>(Div) && getMulExpr(Div, RHSC) == Op) {
1635             const SmallVectorImpl<SCEVHandle> &MOperands = M->getOperands();
1636             Operands = SmallVector<SCEVHandle, 4>(MOperands.begin(),
1637                                                   MOperands.end());
1638             Operands[i] = Div;
1639             return getMulExpr(Operands);
1640           }
1641         }
1642     }
1643     // (A+B)/C --> (A/C + B/C) if safe and A/C and B/C can be folded.
1644     if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
1645       SmallVector<SCEVHandle, 4> Operands;
1646       for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i)
1647         Operands.push_back(getZeroExtendExpr(A->getOperand(i), ExtTy));
1648       if (getZeroExtendExpr(A, ExtTy) == getAddExpr(Operands)) {
1649         Operands.clear();
1650         for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1651           SCEVHandle Op = getUDivExpr(A->getOperand(i), RHS);
1652           if (isa<SCEVUDivExpr>(Op) || getMulExpr(Op, RHS) != A->getOperand(i))
1653             break;
1654           Operands.push_back(Op);
1655         }
1656         if (Operands.size() == A->getNumOperands())
1657           return getAddExpr(Operands);
1658       }
1659     }
1660
1661     // Fold if both operands are constant.
1662     if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
1663       Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
1664       Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
1665       return getUnknown(ConstantExpr::getUDiv(LHSCV, RHSCV));
1666     }
1667   }
1668
1669   SCEVUDivExpr *&Result = (*SCEVUDivs)[std::make_pair(LHS, RHS)];
1670   if (Result == 0) Result = new SCEVUDivExpr(LHS, RHS);
1671   return Result;
1672 }
1673
1674
1675 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
1676 /// Simplify the expression as much as possible.
1677 SCEVHandle ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEVHandle &Start,
1678                                const SCEVHandle &Step, const Loop *L) {
1679   SmallVector<SCEVHandle, 4> Operands;
1680   Operands.push_back(Start);
1681   if (const SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
1682     if (StepChrec->getLoop() == L) {
1683       Operands.insert(Operands.end(), StepChrec->op_begin(),
1684                       StepChrec->op_end());
1685       return getAddRecExpr(Operands, L);
1686     }
1687
1688   Operands.push_back(Step);
1689   return getAddRecExpr(Operands, L);
1690 }
1691
1692 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
1693 /// Simplify the expression as much as possible.
1694 SCEVHandle ScalarEvolution::getAddRecExpr(SmallVectorImpl<SCEVHandle> &Operands,
1695                                           const Loop *L) {
1696   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
1697 #ifndef NDEBUG
1698   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
1699     assert(getEffectiveSCEVType(Operands[i]->getType()) ==
1700            getEffectiveSCEVType(Operands[0]->getType()) &&
1701            "SCEVAddRecExpr operand types don't match!");
1702 #endif
1703
1704   if (Operands.back()->isZero()) {
1705     Operands.pop_back();
1706     return getAddRecExpr(Operands, L);             // {X,+,0}  -->  X
1707   }
1708
1709   // Canonicalize nested AddRecs in by nesting them in order of loop depth.
1710   if (const SCEVAddRecExpr *NestedAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Operands[0])) {
1711     const Loop* NestedLoop = NestedAR->getLoop();
1712     if (L->getLoopDepth() < NestedLoop->getLoopDepth()) {
1713       SmallVector<SCEVHandle, 4> NestedOperands(NestedAR->op_begin(),
1714                                                 NestedAR->op_end());
1715       SCEVHandle NestedARHandle(NestedAR);
1716       Operands[0] = NestedAR->getStart();
1717       NestedOperands[0] = getAddRecExpr(Operands, L);
1718       return getAddRecExpr(NestedOperands, NestedLoop);
1719     }
1720   }
1721
1722   std::vector<const SCEV*> SCEVOps(Operands.begin(), Operands.end());
1723   SCEVAddRecExpr *&Result = (*SCEVAddRecExprs)[std::make_pair(L, SCEVOps)];
1724   if (Result == 0) Result = new SCEVAddRecExpr(Operands, L);
1725   return Result;
1726 }
1727
1728 SCEVHandle ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEVHandle &LHS,
1729                                         const SCEVHandle &RHS) {
1730   SmallVector<SCEVHandle, 2> Ops;
1731   Ops.push_back(LHS);
1732   Ops.push_back(RHS);
1733   return getSMaxExpr(Ops);
1734 }
1735
1736 SCEVHandle
1737 ScalarEvolution::getSMaxExpr(SmallVectorImpl<SCEVHandle> &Ops) {
1738   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
1739   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1740 #ifndef NDEBUG
1741   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1742     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1743            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1744            "SCEVSMaxExpr operand types don't match!");
1745 #endif
1746
1747   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1748   GroupByComplexity(Ops, LI);
1749
1750   // If there are any constants, fold them together.
1751   unsigned Idx = 0;
1752   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1753     ++Idx;
1754     assert(Idx < Ops.size());
1755     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1756       // We found two constants, fold them together!
1757       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(
1758                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
1759                                              RHSC->getValue()->getValue()));
1760       Ops[0] = getConstant(Fold);
1761       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1762       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1763       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1764     }
1765
1766     // If we are left with a constant -inf, strip it off.
1767     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
1768       Ops.erase(Ops.begin());
1769       --Idx;
1770     }
1771   }
1772
1773   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1774
1775   // Find the first SMax
1776   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
1777     ++Idx;
1778
1779   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
1780   // onto our operand list, and recurse to simplify.
1781   if (Idx < Ops.size()) {
1782     bool DeletedSMax = false;
1783     while (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
1784       Ops.insert(Ops.end(), SMax->op_begin(), SMax->op_end());
1785       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1786       DeletedSMax = true;
1787     }
1788
1789     if (DeletedSMax)
1790       return getSMaxExpr(Ops);
1791   }
1792
1793   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1794   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
1795   // be adjacent.
1796   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1797     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
1798       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
1799       --i; --e;
1800     }
1801
1802   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1803
1804   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
1805
1806   // Okay, it looks like we really DO need an smax expr.  Check to see if we
1807   // already have one, otherwise create a new one.
1808   std::vector<const SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1809   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scSMaxExpr,
1810                                                                  SCEVOps)];
1811   if (Result == 0) Result = new SCEVSMaxExpr(Ops);
1812   return Result;
1813 }
1814
1815 SCEVHandle ScalarEvolution::getUMaxExpr(const SCEVHandle &LHS,
1816                                         const SCEVHandle &RHS) {
1817   SmallVector<SCEVHandle, 2> Ops;
1818   Ops.push_back(LHS);
1819   Ops.push_back(RHS);
1820   return getUMaxExpr(Ops);
1821 }
1822
1823 SCEVHandle
1824 ScalarEvolution::getUMaxExpr(SmallVectorImpl<SCEVHandle> &Ops) {
1825   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty umax!");
1826   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1827 #ifndef NDEBUG
1828   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1829     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1830            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1831            "SCEVUMaxExpr operand types don't match!");
1832 #endif
1833
1834   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1835   GroupByComplexity(Ops, LI);
1836
1837   // If there are any constants, fold them together.
1838   unsigned Idx = 0;
1839   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1840     ++Idx;
1841     assert(Idx < Ops.size());
1842     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1843       // We found two constants, fold them together!
1844       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(
1845                               APIntOps::umax(LHSC->getValue()->getValue(),
1846                                              RHSC->getValue()->getValue()));
1847       Ops[0] = getConstant(Fold);
1848       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1849       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1850       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1851     }
1852
1853     // If we are left with a constant zero, strip it off.
1854     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(false)) {
1855       Ops.erase(Ops.begin());
1856       --Idx;
1857     }
1858   }
1859
1860   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1861
1862   // Find the first UMax
1863   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scUMaxExpr)
1864     ++Idx;
1865
1866   // Check to see if one of the operands is a UMax. If so, expand its operands
1867   // onto our operand list, and recurse to simplify.
1868   if (Idx < Ops.size()) {
1869     bool DeletedUMax = false;
1870     while (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(Ops[Idx])) {
1871       Ops.insert(Ops.end(), UMax->op_begin(), UMax->op_end());
1872       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1873       DeletedUMax = true;
1874     }
1875
1876     if (DeletedUMax)
1877       return getUMaxExpr(Ops);
1878   }
1879
1880   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1881   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
1882   // be adjacent.
1883   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1884     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X umax Y umax Y  -->  X umax Y
1885       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
1886       --i; --e;
1887     }
1888
1889   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1890
1891   assert(!Ops.empty() && "Reduced umax down to nothing!");
1892
1893   // Okay, it looks like we really DO need a umax expr.  Check to see if we
1894   // already have one, otherwise create a new one.
1895   std::vector<const SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1896   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scUMaxExpr,
1897                                                                  SCEVOps)];
1898   if (Result == 0) Result = new SCEVUMaxExpr(Ops);
1899   return Result;
1900 }
1901
1902 SCEVHandle ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
1903   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
1904     return getConstant(CI);
1905   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
1906     return getIntegerSCEV(0, V->getType());
1907   SCEVUnknown *&Result = (*SCEVUnknowns)[V];
1908   if (Result == 0) Result = new SCEVUnknown(V);
1909   return Result;
1910 }
1911
1912 //===----------------------------------------------------------------------===//
1913 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
1914 //
1915
1916 /// isSCEVable - Test if values of the given type are analyzable within
1917 /// the SCEV framework. This primarily includes integer types, and it
1918 /// can optionally include pointer types if the ScalarEvolution class
1919 /// has access to target-specific information.
1920 bool ScalarEvolution::isSCEVable(const Type *Ty) const {
1921   // Integers are always SCEVable.
1922   if (Ty->isInteger())
1923     return true;
1924
1925   // Pointers are SCEVable if TargetData information is available
1926   // to provide pointer size information.
1927   if (isa<PointerType>(Ty))
1928     return TD != NULL;
1929
1930   // Otherwise it's not SCEVable.
1931   return false;
1932 }
1933
1934 /// getTypeSizeInBits - Return the size in bits of the specified type,
1935 /// for which isSCEVable must return true.
1936 uint64_t ScalarEvolution::getTypeSizeInBits(const Type *Ty) const {
1937   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
1938
1939   // If we have a TargetData, use it!
1940   if (TD)
1941     return TD->getTypeSizeInBits(Ty);
1942
1943   // Otherwise, we support only integer types.
1944   assert(Ty->isInteger() && "isSCEVable permitted a non-SCEVable type!");
1945   return Ty->getPrimitiveSizeInBits();
1946 }
1947
1948 /// getEffectiveSCEVType - Return a type with the same bitwidth as
1949 /// the given type and which represents how SCEV will treat the given
1950 /// type, for which isSCEVable must return true. For pointer types,
1951 /// this is the pointer-sized integer type.
1952 const Type *ScalarEvolution::getEffectiveSCEVType(const Type *Ty) const {
1953   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
1954
1955   if (Ty->isInteger())
1956     return Ty;
1957
1958   assert(isa<PointerType>(Ty) && "Unexpected non-pointer non-integer type!");
1959   return TD->getIntPtrType();
1960 }
1961
1962 SCEVHandle ScalarEvolution::getCouldNotCompute() {
1963   return CouldNotCompute;
1964 }
1965
1966 /// hasSCEV - Return true if the SCEV for this value has already been
1967 /// computed.
1968 bool ScalarEvolution::hasSCEV(Value *V) const {
1969   return Scalars.count(V);
1970 }
1971
1972 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
1973 /// expression and create a new one.
1974 SCEVHandle ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) {
1975   assert(isSCEVable(V->getType()) && "Value is not SCEVable!");
1976
1977   std::map<SCEVCallbackVH, SCEVHandle>::iterator I = Scalars.find(V);
1978   if (I != Scalars.end()) return I->second;
1979   SCEVHandle S = createSCEV(V);
1980   Scalars.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(V, this), S));
1981   return S;
1982 }
1983
1984 /// getIntegerSCEV - Given an integer or FP type, create a constant for the
1985 /// specified signed integer value and return a SCEV for the constant.
1986 SCEVHandle ScalarEvolution::getIntegerSCEV(int Val, const Type *Ty) {
1987   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1988   Constant *C;
1989   if (Val == 0)
1990     C = Constant::getNullValue(Ty);
1991   else if (Ty->isFloatingPoint())
1992     C = ConstantFP::get(APFloat(Ty==Type::FloatTy ? APFloat::IEEEsingle :
1993                                 APFloat::IEEEdouble, Val));
1994   else
1995     C = ConstantInt::get(Ty, Val);
1996   return getUnknown(C);
1997 }
1998
1999 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
2000 ///
2001 SCEVHandle ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEVHandle &V) {
2002   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2003     return getUnknown(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue()));
2004
2005   const Type *Ty = V->getType();
2006   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2007   return getMulExpr(V, getConstant(ConstantInt::getAllOnesValue(Ty)));
2008 }
2009
2010 /// getNotSCEV - Return a SCEV corresponding to ~V = -1-V
2011 SCEVHandle ScalarEvolution::getNotSCEV(const SCEVHandle &V) {
2012   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2013     return getUnknown(ConstantExpr::getNot(VC->getValue()));
2014
2015   const Type *Ty = V->getType();
2016   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2017   SCEVHandle AllOnes = getConstant(ConstantInt::getAllOnesValue(Ty));
2018   return getMinusSCEV(AllOnes, V);
2019 }
2020
2021 /// getMinusSCEV - Return a SCEV corresponding to LHS - RHS.
2022 ///
2023 SCEVHandle ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEVHandle &LHS,
2024                                          const SCEVHandle &RHS) {
2025   // X - Y --> X + -Y
2026   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS));
2027 }
2028
2029 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2030 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2031 /// extended.
2032 SCEVHandle
2033 ScalarEvolution::getTruncateOrZeroExtend(const SCEVHandle &V,
2034                                          const Type *Ty) {
2035   const Type *SrcTy = V->getType();
2036   assert((SrcTy->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(SrcTy))) &&
2037          (Ty->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(Ty))) &&
2038          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2039   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2040     return V;  // No conversion
2041   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2042     return getTruncateExpr(V, Ty);
2043   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2044 }
2045
2046 /// getTruncateOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2047 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2048 /// extended.
2049 SCEVHandle
2050 ScalarEvolution::getTruncateOrSignExtend(const SCEVHandle &V,
2051                                          const Type *Ty) {
2052   const Type *SrcTy = V->getType();
2053   assert((SrcTy->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(SrcTy))) &&
2054          (Ty->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(Ty))) &&
2055          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2056   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2057     return V;  // No conversion
2058   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2059     return getTruncateExpr(V, Ty);
2060   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2061 }
2062
2063 /// getNoopOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2064 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2065 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2066 SCEVHandle
2067 ScalarEvolution::getNoopOrZeroExtend(const SCEVHandle &V, const Type *Ty) {
2068   const Type *SrcTy = V->getType();
2069   assert((SrcTy->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(SrcTy))) &&
2070          (Ty->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(Ty))) &&
2071          "Cannot noop or zero extend with non-integer arguments!");
2072   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2073          "getNoopOrZeroExtend cannot truncate!");
2074   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2075     return V;  // No conversion
2076   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2077 }
2078
2079 /// getNoopOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2080 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2081 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2082 SCEVHandle
2083 ScalarEvolution::getNoopOrSignExtend(const SCEVHandle &V, const Type *Ty) {
2084   const Type *SrcTy = V->getType();
2085   assert((SrcTy->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(SrcTy))) &&
2086          (Ty->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(Ty))) &&
2087          "Cannot noop or sign extend with non-integer arguments!");
2088   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2089          "getNoopOrSignExtend cannot truncate!");
2090   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2091     return V;  // No conversion
2092   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2093 }
2094
2095 /// getNoopOrAnyExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
2096 /// the input value to the specified type. If the type must be extended,
2097 /// it is extended with unspecified bits. The conversion must not be
2098 /// narrowing.
2099 SCEVHandle
2100 ScalarEvolution::getNoopOrAnyExtend(const SCEVHandle &V, const Type *Ty) {
2101   const Type *SrcTy = V->getType();
2102   assert((SrcTy->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(SrcTy))) &&
2103          (Ty->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(Ty))) &&
2104          "Cannot noop or any extend with non-integer arguments!");
2105   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2106          "getNoopOrAnyExtend cannot truncate!");
2107   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2108     return V;  // No conversion
2109   return getAnyExtendExpr(V, Ty);
2110 }
2111
2112 /// getTruncateOrNoop - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2113 /// input value to the specified type.  The conversion must not be widening.
2114 SCEVHandle
2115 ScalarEvolution::getTruncateOrNoop(const SCEVHandle &V, const Type *Ty) {
2116   const Type *SrcTy = V->getType();
2117   assert((SrcTy->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(SrcTy))) &&
2118          (Ty->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(Ty))) &&
2119          "Cannot truncate or noop with non-integer arguments!");
2120   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) >= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2121          "getTruncateOrNoop cannot extend!");
2122   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2123     return V;  // No conversion
2124   return getTruncateExpr(V, Ty);
2125 }
2126
2127 /// ReplaceSymbolicValueWithConcrete - This looks up the computed SCEV value for
2128 /// the specified instruction and replaces any references to the symbolic value
2129 /// SymName with the specified value.  This is used during PHI resolution.
2130 void ScalarEvolution::
2131 ReplaceSymbolicValueWithConcrete(Instruction *I, const SCEVHandle &SymName,
2132                                  const SCEVHandle &NewVal) {
2133   std::map<SCEVCallbackVH, SCEVHandle>::iterator SI =
2134     Scalars.find(SCEVCallbackVH(I, this));
2135   if (SI == Scalars.end()) return;
2136
2137   SCEVHandle NV =
2138     SI->second->replaceSymbolicValuesWithConcrete(SymName, NewVal, *this);
2139   if (NV == SI->second) return;  // No change.
2140
2141   SI->second = NV;       // Update the scalars map!
2142
2143   // Any instruction values that use this instruction might also need to be
2144   // updated!
2145   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
2146        UI != E; ++UI)
2147     ReplaceSymbolicValueWithConcrete(cast<Instruction>(*UI), SymName, NewVal);
2148 }
2149
2150 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
2151 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
2152 ///
2153 SCEVHandle ScalarEvolution::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
2154   if (PN->getNumIncomingValues() == 2)  // The loops have been canonicalized.
2155     if (const Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent()))
2156       if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
2157         // If it lives in the loop header, it has two incoming values, one
2158         // from outside the loop, and one from inside.
2159         unsigned IncomingEdge = L->contains(PN->getIncomingBlock(0));
2160         unsigned BackEdge     = IncomingEdge^1;
2161
2162         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
2163         SCEVHandle SymbolicName = getUnknown(PN);
2164         assert(Scalars.find(PN) == Scalars.end() &&
2165                "PHI node already processed?");
2166         Scalars.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(PN, this), SymbolicName));
2167
2168         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
2169         // the back-edge.
2170         SCEVHandle BEValue = getSCEV(PN->getIncomingValue(BackEdge));
2171
2172         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
2173         // has a special value for the first iteration of the loop.
2174
2175         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
2176         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
2177         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
2178           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
2179           // with a recurrence.
2180           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
2181           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2182             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
2183               if (FoundIndex == e) {
2184                 FoundIndex = i;
2185                 break;
2186               }
2187
2188           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
2189             // Create an add with everything but the specified operand.
2190             SmallVector<SCEVHandle, 8> Ops;
2191             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2192               if (i != FoundIndex)
2193                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
2194             SCEVHandle Accum = getAddExpr(Ops);
2195
2196             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
2197             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
2198             if (Accum->isLoopInvariant(L) ||
2199                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
2200                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
2201               SCEVHandle StartVal = getSCEV(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
2202               SCEVHandle PHISCEV  = getAddRecExpr(StartVal, Accum, L);
2203
2204               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2205               // to be symbolic.  We now need to go back and update all of the
2206               // entries for the scalars that use the PHI (except for the PHI
2207               // itself) to use the new analyzed value instead of the "symbolic"
2208               // value.
2209               ReplaceSymbolicValueWithConcrete(PN, SymbolicName, PHISCEV);
2210               return PHISCEV;
2211             }
2212           }
2213         } else if (const SCEVAddRecExpr *AddRec =
2214                      dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
2215           // Otherwise, this could be a loop like this:
2216           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
2217           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
2218           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
2219           // i really is an addrec evolution.
2220           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
2221             SCEVHandle StartVal = getSCEV(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
2222
2223             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
2224             // initial step of the addrec evolution.
2225             if (StartVal == getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
2226                                             AddRec->getOperand(1))) {
2227               SCEVHandle PHISCEV = 
2228                  getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1), L);
2229
2230               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2231               // to be symbolic.  We now need to go back and update all of the
2232               // entries for the scalars that use the PHI (except for the PHI
2233               // itself) to use the new analyzed value instead of the "symbolic"
2234               // value.
2235               ReplaceSymbolicValueWithConcrete(PN, SymbolicName, PHISCEV);
2236               return PHISCEV;
2237             }
2238           }
2239         }
2240
2241         return SymbolicName;
2242       }
2243
2244   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
2245   return getUnknown(PN);
2246 }
2247
2248 /// createNodeForGEP - Expand GEP instructions into add and multiply
2249 /// operations. This allows them to be analyzed by regular SCEV code.
2250 ///
2251 SCEVHandle ScalarEvolution::createNodeForGEP(User *GEP) {
2252
2253   const Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType();
2254   Value *Base = GEP->getOperand(0);
2255   // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
2256   if (!cast<PointerType>(Base->getType())->getElementType()->isSized())
2257     return getUnknown(GEP);
2258   SCEVHandle TotalOffset = getIntegerSCEV(0, IntPtrTy);
2259   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
2260   for (GetElementPtrInst::op_iterator I = next(GEP->op_begin()),
2261                                       E = GEP->op_end();
2262        I != E; ++I) {
2263     Value *Index = *I;
2264     // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
2265     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
2266       // For a struct, add the member offset.
2267       const StructLayout &SL = *TD->getStructLayout(STy);
2268       unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
2269       uint64_t Offset = SL.getElementOffset(FieldNo);
2270       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset,
2271                                   getIntegerSCEV(Offset, IntPtrTy));
2272     } else {
2273       // For an array, add the element offset, explicitly scaled.
2274       SCEVHandle LocalOffset = getSCEV(Index);
2275       if (!isa<PointerType>(LocalOffset->getType()))
2276         // Getelementptr indicies are signed.
2277         LocalOffset = getTruncateOrSignExtend(LocalOffset,
2278                                               IntPtrTy);
2279       LocalOffset =
2280         getMulExpr(LocalOffset,
2281                    getIntegerSCEV(TD->getTypeAllocSize(*GTI),
2282                                   IntPtrTy));
2283       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, LocalOffset);
2284     }
2285   }
2286   return getAddExpr(getSCEV(Base), TotalOffset);
2287 }
2288
2289 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
2290 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
2291 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
2292 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
2293 static uint32_t GetMinTrailingZeros(SCEVHandle S, const ScalarEvolution &SE) {
2294   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
2295     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
2296
2297   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
2298     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand(), SE),
2299                     (uint32_t)SE.getTypeSizeInBits(T->getType()));
2300
2301   if (const SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
2302     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand(), SE);
2303     return OpRes == SE.getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2304              SE.getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2305   }
2306
2307   if (const SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
2308     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand(), SE);
2309     return OpRes == SE.getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2310              SE.getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2311   }
2312
2313   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2314     // The result is the min of all operands results.
2315     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0), SE);
2316     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2317       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i), SE));
2318     return MinOpRes;
2319   }
2320
2321   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2322     // The result is the sum of all operands results.
2323     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0), SE);
2324     uint32_t BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(M->getType());
2325     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
2326          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
2327       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i), SE),
2328                           BitWidth);
2329     return SumOpRes;
2330   }
2331
2332   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2333     // The result is the min of all operands results.
2334     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0), SE);
2335     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2336       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i), SE));
2337     return MinOpRes;
2338   }
2339
2340   if (const SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
2341     // The result is the min of all operands results.
2342     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0), SE);
2343     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2344       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i), SE));
2345     return MinOpRes;
2346   }
2347
2348   if (const SCEVUMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
2349     // The result is the min of all operands results.
2350     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0), SE);
2351     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2352       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i), SE));
2353     return MinOpRes;
2354   }
2355
2356   // SCEVUDivExpr, SCEVUnknown
2357   return 0;
2358 }
2359
2360 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
2361 /// Analyze the expression.
2362 ///
2363 SCEVHandle ScalarEvolution::createSCEV(Value *V) {
2364   if (!isSCEVable(V->getType()))
2365     return getUnknown(V);
2366
2367   unsigned Opcode = Instruction::UserOp1;
2368   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
2369     Opcode = I->getOpcode();
2370   else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
2371     Opcode = CE->getOpcode();
2372   else
2373     return getUnknown(V);
2374
2375   User *U = cast<User>(V);
2376   switch (Opcode) {
2377   case Instruction::Add:
2378     return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
2379                       getSCEV(U->getOperand(1)));
2380   case Instruction::Mul:
2381     return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
2382                       getSCEV(U->getOperand(1)));
2383   case Instruction::UDiv:
2384     return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
2385                        getSCEV(U->getOperand(1)));
2386   case Instruction::Sub:
2387     return getMinusSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)),
2388                         getSCEV(U->getOperand(1)));
2389   case Instruction::And:
2390     // For an expression like x&255 that merely masks off the high bits,
2391     // use zext(trunc(x)) as the SCEV expression.
2392     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
2393       if (CI->isNullValue())
2394         return getSCEV(U->getOperand(1));
2395       if (CI->isAllOnesValue())
2396         return getSCEV(U->getOperand(0));
2397       const APInt &A = CI->getValue();
2398
2399       // Instcombine's ShrinkDemandedConstant may strip bits out of
2400       // constants, obscuring what would otherwise be a low-bits mask.
2401       // Use ComputeMaskedBits to compute what ShrinkDemandedConstant
2402       // knew about to reconstruct a low-bits mask value.
2403       unsigned LZ = A.countLeadingZeros();
2404       unsigned BitWidth = A.getBitWidth();
2405       APInt AllOnes = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
2406       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
2407       ComputeMaskedBits(U->getOperand(0), AllOnes, KnownZero, KnownOne, TD);
2408
2409       APInt EffectiveMask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, BitWidth - LZ);
2410
2411       if (LZ != 0 && !((~A & ~KnownZero) & EffectiveMask)) {
2412         return
2413           getZeroExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
2414                                             IntegerType::get(BitWidth - LZ)),
2415                             U->getType());
2416       }
2417     }
2418     break;
2419
2420   case Instruction::Or:
2421     // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
2422     // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
2423     // optimizations will transparently handle this case.
2424     //
2425     // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
2426     // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
2427     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
2428       SCEVHandle LHS = getSCEV(U->getOperand(0));
2429       const APInt &CIVal = CI->getValue();
2430       if (GetMinTrailingZeros(LHS, *this) >=
2431           (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros()))
2432         return getAddExpr(LHS, getSCEV(U->getOperand(1)));
2433     }
2434     break;
2435   case Instruction::Xor:
2436     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
2437       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
2438       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
2439       if (CI->getValue().isSignBit())
2440         return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
2441                           getSCEV(U->getOperand(1)));
2442
2443       // If the RHS of xor is -1, then this is a not operation.
2444       if (CI->isAllOnesValue())
2445         return getNotSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)));
2446
2447       // Model xor(and(x, C), C) as and(~x, C), if C is a low-bits mask.
2448       // This is a variant of the check for xor with -1, and it handles
2449       // the case where instcombine has trimmed non-demanded bits out
2450       // of an xor with -1.
2451       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U->getOperand(0)))
2452         if (ConstantInt *LCI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
2453           if (BO->getOpcode() == Instruction::And &&
2454               LCI->getValue() == CI->getValue())
2455             if (const SCEVZeroExtendExpr *Z =
2456                   dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(getSCEV(U->getOperand(0)))) {
2457               SCEVHandle ZO = Z->getOperand();
2458               if (APIntOps::isMask(getTypeSizeInBits(ZO->getType()),
2459                                    CI->getValue()))
2460                 return getZeroExtendExpr(getNotSCEV(ZO), U->getType());
2461             }
2462     }
2463     break;
2464
2465   case Instruction::Shl:
2466     // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
2467     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
2468       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth();
2469       Constant *X = ConstantInt::get(
2470         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getLimitedValue(BitWidth)));
2471       return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
2472     }
2473     break;
2474
2475   case Instruction::LShr:
2476     // Turn logical shift right of a constant into a unsigned divide.
2477     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
2478       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth();
2479       Constant *X = ConstantInt::get(
2480         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getLimitedValue(BitWidth)));
2481       return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
2482     }
2483     break;
2484
2485   case Instruction::AShr:
2486     // For a two-shift sext-inreg, use sext(trunc(x)) as the SCEV expression.
2487     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
2488       if (Instruction *L = dyn_cast<Instruction>(U->getOperand(0)))
2489         if (L->getOpcode() == Instruction::Shl &&
2490             L->getOperand(1) == U->getOperand(1)) {
2491           unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
2492           uint64_t Amt = BitWidth - CI->getZExtValue();
2493           if (Amt == BitWidth)
2494             return getSCEV(L->getOperand(0));       // shift by zero --> noop
2495           if (Amt > BitWidth)
2496             return getIntegerSCEV(0, U->getType()); // value is undefined
2497           return
2498             getSignExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(L->getOperand(0)),
2499                                                       IntegerType::get(Amt)),
2500                                  U->getType());
2501         }
2502     break;
2503
2504   case Instruction::Trunc:
2505     return getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
2506
2507   case Instruction::ZExt:
2508     return getZeroExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
2509
2510   case Instruction::SExt:
2511     return getSignExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
2512
2513   case Instruction::BitCast:
2514     // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
2515     if (isSCEVable(U->getType()) && isSCEVable(U->getOperand(0)->getType()))
2516       return getSCEV(U->getOperand(0));
2517     break;
2518
2519   case Instruction::IntToPtr:
2520     if (!TD) break; // Without TD we can't analyze pointers.
2521     return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(U->getOperand(0)),
2522                                    TD->getIntPtrType());
2523
2524   case Instruction::PtrToInt:
2525     if (!TD) break; // Without TD we can't analyze pointers.
2526     return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(U->getOperand(0)),
2527                                    U->getType());
2528
2529   case Instruction::GetElementPtr:
2530     if (!TD) break; // Without TD we can't analyze pointers.
2531     return createNodeForGEP(U);
2532
2533   case Instruction::PHI:
2534     return createNodeForPHI(cast<PHINode>(U));
2535
2536   case Instruction::Select:
2537     // This could be a smax or umax that was lowered earlier.
2538     // Try to recover it.
2539     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U->getOperand(0))) {
2540       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
2541       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
2542       switch (ICI->getPredicate()) {
2543       case ICmpInst::ICMP_SLT:
2544       case ICmpInst::ICMP_SLE:
2545         std::swap(LHS, RHS);
2546         // fall through
2547       case ICmpInst::ICMP_SGT:
2548       case ICmpInst::ICMP_SGE:
2549         if (LHS == U->getOperand(1) && RHS == U->getOperand(2))
2550           return getSMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
2551         else if (LHS == U->getOperand(2) && RHS == U->getOperand(1))
2552           // ~smax(~x, ~y) == smin(x, y).
2553           return getNotSCEV(getSMaxExpr(
2554                                    getNotSCEV(getSCEV(LHS)),
2555                                    getNotSCEV(getSCEV(RHS))));
2556         break;
2557       case ICmpInst::ICMP_ULT:
2558       case ICmpInst::ICMP_ULE:
2559         std::swap(LHS, RHS);
2560         // fall through
2561       case ICmpInst::ICMP_UGT:
2562       case ICmpInst::ICMP_UGE:
2563         if (LHS == U->getOperand(1) && RHS == U->getOperand(2))
2564           return getUMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
2565         else if (LHS == U->getOperand(2) && RHS == U->getOperand(1))
2566           // ~umax(~x, ~y) == umin(x, y)
2567           return getNotSCEV(getUMaxExpr(getNotSCEV(getSCEV(LHS)),
2568                                         getNotSCEV(getSCEV(RHS))));
2569         break;
2570       default:
2571         break;
2572       }
2573     }
2574
2575   default: // We cannot analyze this expression.
2576     break;
2577   }
2578
2579   return getUnknown(V);
2580 }
2581
2582
2583
2584 //===----------------------------------------------------------------------===//
2585 //                   Iteration Count Computation Code
2586 //
2587
2588 /// getBackedgeTakenCount - If the specified loop has a predictable
2589 /// backedge-taken count, return it, otherwise return a SCEVCouldNotCompute
2590 /// object. The backedge-taken count is the number of times the loop header
2591 /// will be branched to from within the loop. This is one less than the
2592 /// trip count of the loop, since it doesn't count the first iteration,
2593 /// when the header is branched to from outside the loop.
2594 ///
2595 /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
2596 /// loop-invariant backedge-taken count (see
2597 /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
2598 ///
2599 SCEVHandle ScalarEvolution::getBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
2600   return getBackedgeTakenInfo(L).Exact;
2601 }
2602
2603 /// getMaxBackedgeTakenCount - Similar to getBackedgeTakenCount, except
2604 /// return the least SCEV value that is known never to be less than the
2605 /// actual backedge taken count.
2606 SCEVHandle ScalarEvolution::getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
2607   return getBackedgeTakenInfo(L).Max;
2608 }
2609
2610 const ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo &
2611 ScalarEvolution::getBackedgeTakenInfo(const Loop *L) {
2612   // Initially insert a CouldNotCompute for this loop. If the insertion
2613   // succeeds, procede to actually compute a backedge-taken count and
2614   // update the value. The temporary CouldNotCompute value tells SCEV
2615   // code elsewhere that it shouldn't attempt to request a new
2616   // backedge-taken count, which could result in infinite recursion.
2617   std::pair<std::map<const Loop*, BackedgeTakenInfo>::iterator, bool> Pair =
2618     BackedgeTakenCounts.insert(std::make_pair(L, getCouldNotCompute()));
2619   if (Pair.second) {
2620     BackedgeTakenInfo ItCount = ComputeBackedgeTakenCount(L);
2621     if (ItCount.Exact != CouldNotCompute) {
2622       assert(ItCount.Exact->isLoopInvariant(L) &&
2623              ItCount.Max->isLoopInvariant(L) &&
2624              "Computed trip count isn't loop invariant for loop!");
2625       ++NumTripCountsComputed;
2626
2627       // Update the value in the map.
2628       Pair.first->second = ItCount;
2629     } else if (isa<PHINode>(L->getHeader()->begin())) {
2630       // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
2631       ++NumTripCountsNotComputed;
2632     }
2633
2634     // Now that we know more about the trip count for this loop, forget any
2635     // existing SCEV values for PHI nodes in this loop since they are only
2636     // conservative estimates made without the benefit
2637     // of trip count information.
2638     if (ItCount.hasAnyInfo())
2639       forgetLoopPHIs(L);
2640   }
2641   return Pair.first->second;
2642 }
2643
2644 /// forgetLoopBackedgeTakenCount - This method should be called by the
2645 /// client when it has changed a loop in a way that may effect
2646 /// ScalarEvolution's ability to compute a trip count, or if the loop
2647 /// is deleted.
2648 void ScalarEvolution::forgetLoopBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
2649   BackedgeTakenCounts.erase(L);
2650   forgetLoopPHIs(L);
2651 }
2652
2653 /// forgetLoopPHIs - Delete the memoized SCEVs associated with the
2654 /// PHI nodes in the given loop. This is used when the trip count of
2655 /// the loop may have changed.
2656 void ScalarEvolution::forgetLoopPHIs(const Loop *L) {
2657   BasicBlock *Header = L->getHeader();
2658
2659   // Push all Loop-header PHIs onto the Worklist stack, except those
2660   // that are presently represented via a SCEVUnknown. SCEVUnknown for
2661   // a PHI either means that it has an unrecognized structure, or it's
2662   // a PHI that's in the progress of being computed by createNodeForPHI.
2663   // In the former case, additional loop trip count information isn't
2664   // going to change anything. In the later case, createNodeForPHI will
2665   // perform the necessary updates on its own when it gets to that point.
2666   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
2667   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
2668        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
2669     std::map<SCEVCallbackVH, SCEVHandle>::iterator It = Scalars.find((Value*)I);
2670     if (It != Scalars.end() && !isa<SCEVUnknown>(It->second))
2671       Worklist.push_back(PN);
2672   }
2673
2674   while (!Worklist.empty()) {
2675     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
2676     if (Scalars.erase(I))
2677       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
2678            UI != UE; ++UI)
2679         Worklist.push_back(cast<Instruction>(UI));
2680   }
2681 }
2682
2683 /// ComputeBackedgeTakenCount - Compute the number of times the backedge
2684 /// of the specified loop will execute.
2685 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
2686 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
2687   // If the loop has a non-one exit block count, we can't analyze it.
2688   BasicBlock *ExitBlock = L->getExitBlock();
2689   if (!ExitBlock)
2690     return CouldNotCompute;
2691
2692   // Okay, there is one exit block.  Try to find the condition that causes the
2693   // loop to be exited.
2694   BasicBlock *ExitingBlock = L->getExitingBlock();
2695   if (!ExitingBlock)
2696     return CouldNotCompute;   // More than one block exiting!
2697
2698   // Okay, we've computed the exiting block.  See what condition causes us to
2699   // exit.
2700   //
2701   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
2702   BranchInst *ExitBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
2703   if (ExitBr == 0) return CouldNotCompute;
2704   assert(ExitBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
2705   
2706   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
2707   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
2708   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
2709   // not be equal to the trip count of the loop.
2710   //
2711   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
2712   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
2713   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
2714   // loop header.  This is common for un-rotated loops.  More extensive analysis
2715   // could be done to handle more cases here.
2716   if (ExitBr->getSuccessor(0) != L->getHeader() &&
2717       ExitBr->getSuccessor(1) != L->getHeader() &&
2718       ExitBr->getParent() != L->getHeader())
2719     return CouldNotCompute;
2720   
2721   ICmpInst *ExitCond = dyn_cast<ICmpInst>(ExitBr->getCondition());
2722
2723   // If it's not an integer or pointer comparison then compute it the hard way.
2724   if (ExitCond == 0)
2725     return ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitBr->getCondition(),
2726                                           ExitBr->getSuccessor(0) == ExitBlock);
2727
2728   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
2729   ICmpInst::Predicate Cond;
2730   if (ExitBr->getSuccessor(1) == ExitBlock)
2731     Cond = ExitCond->getPredicate();
2732   else
2733     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
2734
2735   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
2736   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
2737     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
2738       SCEVHandle ItCnt =
2739         ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(LI, RHS, L, Cond);
2740       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(ItCnt)) return ItCnt;
2741     }
2742
2743   SCEVHandle LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
2744   SCEVHandle RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
2745
2746   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
2747   LHS = getSCEVAtScope(LHS, L);
2748   RHS = getSCEVAtScope(RHS, L);
2749
2750   // At this point, we would like to compute how many iterations of the 
2751   // loop the predicate will return true for these inputs.
2752   if (LHS->isLoopInvariant(L) && !RHS->isLoopInvariant(L)) {
2753     // If there is a loop-invariant, force it into the RHS.
2754     std::swap(LHS, RHS);
2755     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
2756   }
2757
2758   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
2759   // ranges to answer this query.
2760   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
2761     if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
2762       if (AddRec->getLoop() == L) {
2763         // Form the constant range.
2764         ConstantRange CompRange(
2765             ICmpInst::makeConstantRange(Cond, RHSC->getValue()->getValue()));
2766
2767         SCEVHandle Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, *this);
2768         if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
2769       }
2770
2771   switch (Cond) {
2772   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
2773     // Convert to: while (X-Y != 0)
2774     SCEVHandle TC = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
2775     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
2776     break;
2777   }
2778   case ICmpInst::ICMP_EQ: {
2779     // Convert to: while (X-Y == 0)           // while (X == Y)
2780     SCEVHandle TC = HowFarToNonZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
2781     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
2782     break;
2783   }
2784   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
2785     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, true);
2786     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
2787     break;
2788   }
2789   case ICmpInst::ICMP_SGT: {
2790     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
2791                                              getNotSCEV(RHS), L, true);
2792     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
2793     break;
2794   }
2795   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
2796     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, false);
2797     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
2798     break;
2799   }
2800   case ICmpInst::ICMP_UGT: {
2801     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
2802                                              getNotSCEV(RHS), L, false);
2803     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
2804     break;
2805   }
2806   default:
2807 #if 0
2808     errs() << "ComputeBackedgeTakenCount ";
2809     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
2810       errs() << "[unsigned] ";
2811     errs() << *LHS << "   "
2812          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp) 
2813          << "   " << *RHS << "\n";
2814 #endif
2815     break;
2816   }
2817   return
2818     ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond,
2819                                           ExitBr->getSuccessor(0) == ExitBlock);
2820 }
2821
2822 static ConstantInt *
2823 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
2824                                 ScalarEvolution &SE) {
2825   SCEVHandle InVal = SE.getConstant(C);
2826   SCEVHandle Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
2827   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
2828          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
2829   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
2830 }
2831
2832 /// GetAddressedElementFromGlobal - Given a global variable with an initializer
2833 /// and a GEP expression (missing the pointer index) indexing into it, return
2834 /// the addressed element of the initializer or null if the index expression is
2835 /// invalid.
2836 static Constant *
2837 GetAddressedElementFromGlobal(GlobalVariable *GV,
2838                               const std::vector<ConstantInt*> &Indices) {
2839   Constant *Init = GV->getInitializer();
2840   for (unsigned i = 0, e = Indices.size(); i != e; ++i) {
2841     uint64_t Idx = Indices[i]->getZExtValue();
2842     if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Init)) {
2843       assert(Idx < CS->getNumOperands() && "Bad struct index!");
2844       Init = cast<Constant>(CS->getOperand(Idx));
2845     } else if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Init)) {
2846       if (Idx >= CA->getNumOperands()) return 0;  // Bogus program
2847       Init = cast<Constant>(CA->getOperand(Idx));
2848     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
2849       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
2850         assert(Idx < STy->getNumElements() && "Bad struct index!");
2851         Init = Constant::getNullValue(STy->getElementType(Idx));
2852       } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Init->getType())) {
2853         if (Idx >= ATy->getNumElements()) return 0;  // Bogus program
2854         Init = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
2855       } else {
2856         assert(0 && "Unknown constant aggregate type!");
2857       }
2858       return 0;
2859     } else {
2860       return 0; // Unknown initializer type
2861     }
2862   }
2863   return Init;
2864 }
2865
2866 /// ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount - Given an exit condition of
2867 /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the backedge
2868 /// execution count.
2869 SCEVHandle ScalarEvolution::
2870 ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(LoadInst *LI, Constant *RHS,
2871                                              const Loop *L,
2872                                              ICmpInst::Predicate predicate) {
2873   if (LI->isVolatile()) return CouldNotCompute;
2874
2875   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
2876   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
2877   if (!GEP) return CouldNotCompute;
2878
2879   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
2880   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
2881   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
2882   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer() ||
2883       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
2884       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
2885     return CouldNotCompute;
2886
2887   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
2888   Value *VarIdx = 0;
2889   std::vector<ConstantInt*> Indexes;
2890   unsigned VarIdxNum = 0;
2891   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
2892     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
2893       Indexes.push_back(CI);
2894     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
2895       if (VarIdx) return CouldNotCompute;  // Multiple non-constant idx's.
2896       VarIdx = GEP->getOperand(i);
2897       VarIdxNum = i-2;
2898       Indexes.push_back(0);
2899     }
2900
2901   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
2902   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
2903   SCEVHandle Idx = getSCEV(VarIdx);
2904   Idx = getSCEVAtScope(Idx, L);
2905
2906   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
2907   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
2908   const SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
2909   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || IdxExpr->isLoopInvariant(L) ||
2910       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
2911       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
2912     return CouldNotCompute;
2913
2914   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
2915   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
2916     ConstantInt *ItCst =
2917       ConstantInt::get(cast<IntegerType>(IdxExpr->getType()), IterationNum);
2918     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, *this);
2919
2920     // Form the GEP offset.
2921     Indexes[VarIdxNum] = Val;
2922
2923     Constant *Result = GetAddressedElementFromGlobal(GV, Indexes);
2924     if (Result == 0) break;  // Cannot compute!
2925
2926     // Evaluate the condition for this iteration.
2927     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
2928     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
2929     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
2930 #if 0
2931       errs() << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
2932              << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
2933              << "***\n";
2934 #endif
2935       ++NumArrayLenItCounts;
2936       return getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
2937     }
2938   }
2939   return CouldNotCompute;
2940 }
2941
2942
2943 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
2944 /// specified type, assuming that all operands were constants.
2945 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
2946   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
2947       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I))
2948     return true;
2949
2950   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
2951     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
2952       return canConstantFoldCallTo(F);
2953   return false;
2954 }
2955
2956 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
2957 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
2958 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
2959 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
2960 /// constraints, return null.
2961 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
2962   // If this is not an instruction, or if this is an instruction outside of the
2963   // loop, it can't be derived from a loop PHI.
2964   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
2965   if (I == 0 || !L->contains(I->getParent())) return 0;
2966
2967   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
2968     if (L->getHeader() == I->getParent())
2969       return PN;
2970     else
2971       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
2972       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
2973       return 0;
2974   }
2975
2976   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
2977   // are constants, return early.
2978   if (!CanConstantFold(I)) return 0;
2979
2980   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
2981   // constant or derived from a PHI node themselves.
2982   PHINode *PHI = 0;
2983   for (unsigned Op = 0, e = I->getNumOperands(); Op != e; ++Op)
2984     if (!(isa<Constant>(I->getOperand(Op)) ||
2985           isa<GlobalValue>(I->getOperand(Op)))) {
2986       PHINode *P = getConstantEvolvingPHI(I->getOperand(Op), L);
2987       if (P == 0) return 0;  // Not evolving from PHI
2988       if (PHI == 0)
2989         PHI = P;
2990       else if (PHI != P)
2991         return 0;  // Evolving from multiple different PHIs.
2992     }
2993
2994   // This is a expression evolving from a constant PHI!
2995   return PHI;
2996 }
2997
2998 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
2999 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
3000 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
3001 /// reason, return null.
3002 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, Constant *PHIVal) {
3003   if (isa<PHINode>(V)) return PHIVal;
3004   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
3005   if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V)) return GV;
3006   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
3007
3008   std::vector<Constant*> Operands;
3009   Operands.resize(I->getNumOperands());
3010
3011   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3012     Operands[i] = EvaluateExpression(I->getOperand(i), PHIVal);
3013     if (Operands[i] == 0) return 0;
3014   }
3015
3016   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
3017     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
3018                                            &Operands[0], Operands.size());
3019   else
3020     return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
3021                                     &Operands[0], Operands.size());
3022 }
3023
3024 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
3025 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
3026 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
3027 /// involving constants, fold it.
3028 Constant *ScalarEvolution::
3029 getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN, const APInt& BEs, const Loop *L){
3030   std::map<PHINode*, Constant*>::iterator I =
3031     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
3032   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
3033     return I->second;
3034
3035   if (BEs.ugt(APInt(BEs.getBitWidth(),MaxBruteForceIterations)))
3036     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = 0;  // Not going to evaluate it.
3037
3038   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
3039
3040   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
3041   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
3042   // second must be derived from the same PHI.
3043   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
3044   Constant *StartCST =
3045     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
3046   if (StartCST == 0)
3047     return RetVal = 0;  // Must be a constant.
3048
3049   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
3050   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
3051   if (PN2 != PN)
3052     return RetVal = 0;  // Not derived from same PHI.
3053
3054   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
3055   if (BEs.getActiveBits() >= 32)
3056     return RetVal = 0; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
3057
3058   unsigned NumIterations = BEs.getZExtValue(); // must be in range
3059   unsigned IterationNum = 0;
3060   for (Constant *PHIVal = StartCST; ; ++IterationNum) {
3061     if (IterationNum == NumIterations)
3062       return RetVal = PHIVal;  // Got exit value!
3063
3064     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
3065     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
3066     if (NextPHI == PHIVal)
3067       return RetVal = NextPHI;  // Stopped evolving!
3068     if (NextPHI == 0)
3069       return 0;        // Couldn't evaluate!
3070     PHIVal = NextPHI;
3071   }
3072 }
3073
3074 /// ComputeBackedgeTakenCountExhaustively - If the trip is known to execute a
3075 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
3076 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
3077 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
3078 /// evaluate the trip count of the loop, return CouldNotCompute.
3079 SCEVHandle ScalarEvolution::
3080 ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(const Loop *L, Value *Cond, bool ExitWhen) {
3081   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
3082   if (PN == 0) return CouldNotCompute;
3083
3084   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
3085   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
3086   // second must be derived from the same PHI.
3087   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
3088   Constant *StartCST =
3089     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
3090   if (StartCST == 0) return CouldNotCompute;  // Must be a constant.
3091
3092   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
3093   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
3094   if (PN2 != PN) return CouldNotCompute;  // Not derived from same PHI.
3095
3096   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
3097   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
3098   // "ExitWhen".
3099   unsigned IterationNum = 0;
3100   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
3101   for (Constant *PHIVal = StartCST;
3102        IterationNum != MaxIterations; ++IterationNum) {
3103     ConstantInt *CondVal =
3104       dyn_cast_or_null<ConstantInt>(EvaluateExpression(Cond, PHIVal));
3105
3106     // Couldn't symbolically evaluate.
3107     if (!CondVal) return CouldNotCompute;
3108
3109     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
3110       ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = PHIVal;
3111       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
3112       return getConstant(Type::Int32Ty, IterationNum);
3113     }
3114
3115     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
3116     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
3117     if (NextPHI == 0 || NextPHI == PHIVal)
3118       return CouldNotCompute;   // Couldn't evaluate or not making progress...
3119     PHIVal = NextPHI;
3120   }
3121
3122   // Too many iterations were needed to evaluate.
3123   return CouldNotCompute;
3124 }
3125
3126 /// getSCEVAtScope - Return a SCEV expression handle for the specified value
3127 /// at the specified scope in the program.  The L value specifies a loop
3128 /// nest to evaluate the expression at, where null is the top-level or a
3129 /// specified loop is immediately inside of the loop.
3130 ///
3131 /// This method can be used to compute the exit value for a variable defined
3132 /// in a loop by querying what the value will hold in the parent loop.
3133 ///
3134 /// In the case that a relevant loop exit value cannot be computed, the
3135 /// original value V is returned.
3136 SCEVHandle ScalarEvolution::getSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
3137   // FIXME: this should be turned into a virtual method on SCEV!
3138
3139   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
3140
3141   // If this instruction is evolved from a constant-evolving PHI, compute the
3142   // exit value from the loop without using SCEVs.
3143   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
3144     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
3145       const Loop *LI = (*this->LI)[I->getParent()];
3146       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
3147         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3148           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
3149             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
3150             // to see if the loop that contains it has a known backedge-taken
3151             // count.  If so, we may be able to force computation of the exit
3152             // value.
3153             SCEVHandle BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(LI);
3154             if (const SCEVConstant *BTCC =
3155                   dyn_cast<SCEVConstant>(BackedgeTakenCount)) {
3156               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
3157               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
3158               // the specified iteration number.
3159               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
3160                                                    BTCC->getValue()->getValue(),
3161                                                                LI);
3162               if (RV) return getUnknown(RV);
3163             }
3164           }
3165
3166       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
3167       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
3168       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
3169       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
3170       if (CanConstantFold(I)) {
3171         // Check to see if we've folded this instruction at this loop before.
3172         std::map<const Loop *, Constant *> &Values = ValuesAtScopes[I];
3173         std::pair<std::map<const Loop *, Constant *>::iterator, bool> Pair =
3174           Values.insert(std::make_pair(L, static_cast<Constant *>(0)));
3175         if (!Pair.second)
3176           return Pair.first->second ? &*getUnknown(Pair.first->second) : V;
3177
3178         std::vector<Constant*> Operands;
3179         Operands.reserve(I->getNumOperands());
3180         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3181           Value *Op = I->getOperand(i);
3182           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
3183             Operands.push_back(C);
3184           } else {
3185             // If any of the operands is non-constant and if they are
3186             // non-integer and non-pointer, don't even try to analyze them
3187             // with scev techniques.
3188             if (!isSCEVable(Op->getType()))
3189               return V;
3190
3191             SCEVHandle OpV = getSCEVAtScope(getSCEV(Op), L);
3192             if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OpV)) {
3193               Constant *C = SC->getValue();
3194               if (C->getType() != Op->getType())
3195                 C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
3196                                                                   Op->getType(),
3197                                                                   false),
3198                                           C, Op->getType());
3199               Operands.push_back(C);
3200             } else if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(OpV)) {
3201               if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(SU->getValue())) {
3202                 if (C->getType() != Op->getType())
3203                   C =
3204                     ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
3205                                                                   Op->getType(),
3206                                                                   false),
3207                                           C, Op->getType());
3208                 Operands.push_back(C);
3209               } else
3210                 return V;
3211             } else {
3212               return V;
3213             }
3214           }
3215         }
3216         
3217         Constant *C;
3218         if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
3219           C = ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
3220                                               &Operands[0], Operands.size());
3221         else
3222           C = ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
3223                                        &Operands[0], Operands.size());
3224         Pair.first->second = C;
3225         return getUnknown(C);
3226       }
3227     }
3228
3229     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
3230     return V;
3231   }
3232
3233   if (const SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
3234     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
3235     // expression has no loop-variant portions.
3236     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3237       SCEVHandle OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
3238       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
3239         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
3240         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
3241         SmallVector<SCEVHandle, 8> NewOps(Comm->op_begin(), Comm->op_begin()+i);
3242         NewOps.push_back(OpAtScope);
3243
3244         for (++i; i != e; ++i) {
3245           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
3246           NewOps.push_back(OpAtScope);
3247         }
3248         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
3249           return getAddExpr(NewOps);
3250         if (isa<SCEVMulExpr>(Comm))
3251           return getMulExpr(NewOps);
3252         if (isa<SCEVSMaxExpr>(Comm))
3253           return getSMaxExpr(NewOps);
3254         if (isa<SCEVUMaxExpr>(Comm))
3255           return getUMaxExpr(NewOps);
3256         assert(0 && "Unknown commutative SCEV type!");
3257       }
3258     }
3259     // If we got here, all operands are loop invariant.
3260     return Comm;
3261   }
3262
3263   if (const SCEVUDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(V)) {
3264     SCEVHandle LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
3265     SCEVHandle RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
3266     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
3267       return Div;   // must be loop invariant
3268     return getUDivExpr(LHS, RHS);
3269   }
3270
3271   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
3272   // are dealing with the final value computed by the loop.
3273   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
3274     if (!L || !AddRec->getLoop()->contains(L->getHeader())) {
3275       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
3276       // loop iterates.  Compute this now.
3277       SCEVHandle BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
3278       if (BackedgeTakenCount == CouldNotCompute) return AddRec;
3279
3280       // Then, evaluate the AddRec.
3281       return AddRec->evaluateAtIteration(BackedgeTakenCount, *this);
3282     }
3283     return AddRec;
3284   }
3285
3286   if (const SCEVZeroExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(V)) {
3287     SCEVHandle Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
3288     if (Op == Cast->getOperand())
3289       return Cast;  // must be loop invariant
3290     return getZeroExtendExpr(Op, Cast->getType());
3291   }
3292
3293   if (const SCEVSignExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(V)) {
3294     SCEVHandle Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
3295     if (Op == Cast->getOperand())
3296       return Cast;  // must be loop invariant
3297     return getSignExtendExpr(Op, Cast->getType());
3298   }
3299
3300   if (const SCEVTruncateExpr *Cast = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(V)) {
3301     SCEVHandle Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
3302     if (Op == Cast->getOperand())
3303       return Cast;  // must be loop invariant
3304     return getTruncateExpr(Op, Cast->getType());
3305   }
3306
3307   assert(0 && "Unknown SCEV type!");
3308   return 0;
3309 }
3310
3311 /// getSCEVAtScope - This is a convenience function which does
3312 /// getSCEVAtScope(getSCEV(V), L).
3313 SCEVHandle ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) {
3314   return getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
3315 }
3316
3317 /// SolveLinEquationWithOverflow - Finds the minimum unsigned root of the
3318 /// following equation:
3319 ///
3320 ///     A * X = B (mod N)
3321 ///
3322 /// where N = 2^BW and BW is the common bit width of A and B. The signedness of
3323 /// A and B isn't important.
3324 ///
3325 /// If the equation does not have a solution, SCEVCouldNotCompute is returned.
3326 static SCEVHandle SolveLinEquationWithOverflow(const APInt &A, const APInt &B,
3327                                                ScalarEvolution &SE) {
3328   uint32_t BW = A.getBitWidth();
3329   assert(BW == B.getBitWidth() && "Bit widths must be the same.");
3330   assert(A != 0 && "A must be non-zero.");
3331
3332   // 1. D = gcd(A, N)
3333   //
3334   // The gcd of A and N may have only one prime factor: 2. The number of
3335   // trailing zeros in A is its multiplicity
3336   uint32_t Mult2 = A.countTrailingZeros();
3337   // D = 2^Mult2
3338
3339   // 2. Check if B is divisible by D.
3340   //
3341   // B is divisible by D if and only if the multiplicity of prime factor 2 for B
3342   // is not less than multiplicity of this prime factor for D.
3343   if (B.countTrailingZeros() < Mult2)
3344     return SE.getCouldNotCompute();
3345
3346   // 3. Compute I: the multiplicative inverse of (A / D) in arithmetic
3347   // modulo (N / D).
3348   //
3349   // (N / D) may need BW+1 bits in its representation.  Hence, we'll use this
3350   // bit width during computations.
3351   APInt AD = A.lshr(Mult2).zext(BW + 1);  // AD = A / D
3352   APInt Mod(BW + 1, 0);
3353   Mod.set(BW - Mult2);  // Mod = N / D
3354   APInt I = AD.multiplicativeInverse(Mod);
3355
3356   // 4. Compute the minimum unsigned root of the equation:
3357   // I * (B / D) mod (N / D)
3358   APInt Result = (I * B.lshr(Mult2).zext(BW + 1)).urem(Mod);
3359
3360   // The result is guaranteed to be less than 2^BW so we may truncate it to BW
3361   // bits.
3362   return SE.getConstant(Result.trunc(BW));
3363 }
3364
3365 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
3366 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
3367 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
3368 ///
3369 static std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle>
3370 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ScalarEvolution &SE) {
3371   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
3372   const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
3373   const SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
3374   const SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
3375
3376   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
3377   if (!LC || !MC || !NC) {
3378     const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
3379     return std::make_pair(CNC, CNC);
3380   }
3381
3382   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
3383   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
3384   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
3385   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
3386   APInt Two(BitWidth, 2);
3387   APInt Four(BitWidth, 4);
3388
3389   { 
3390     using namespace APIntOps;
3391     const APInt& C = L;
3392     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
3393     // The B coefficient is M-N/2
3394     APInt B(M);
3395     B -= sdiv(N,Two);
3396
3397     // The A coefficient is N/2
3398     APInt A(N.sdiv(Two));
3399
3400     // Compute the B^2-4ac term.
3401     APInt SqrtTerm(B);
3402     SqrtTerm *= B;
3403     SqrtTerm -= Four * (A * C);
3404
3405     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
3406     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
3407     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
3408
3409     // Compute the two solutions for the quadratic formula. 
3410     // The divisions must be performed as signed divisions.
3411     APInt NegB(-B);
3412     APInt TwoA( A << 1 );
3413     if (TwoA.isMinValue()) {
3414       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
3415       return std::make_pair(CNC, CNC);
3416     }
3417
3418     ConstantInt *Solution1 = ConstantInt::get((NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
3419     ConstantInt *Solution2 = ConstantInt::get((NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
3420
3421     return std::make_pair(SE.getConstant(Solution1), 
3422                           SE.getConstant(Solution2));
3423     } // end APIntOps namespace
3424 }
3425
3426 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
3427 /// value to zero will execute.  If not computable, return CouldNotCompute.
3428 SCEVHandle ScalarEvolution::HowFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
3429   // If the value is a constant
3430   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
3431     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
3432     if (C->getValue()->isZero()) return C;
3433     return CouldNotCompute;  // Otherwise it will loop infinitely.
3434   }
3435
3436   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
3437   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
3438     return CouldNotCompute;
3439
3440   if (AddRec->isAffine()) {
3441     // If this is an affine expression, the execution count of this branch is
3442     // the minimum unsigned root of the following equation:
3443     //
3444     //     Start + Step*N = 0 (mod 2^BW)
3445     //
3446     // equivalent to:
3447     //
3448     //             Step*N = -Start (mod 2^BW)
3449     //
3450     // where BW is the common bit width of Start and Step.
3451
3452     // Get the initial value for the loop.
3453     SCEVHandle Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(), L->getParentLoop());
3454     SCEVHandle Step = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(1), L->getParentLoop());
3455
3456     if (const SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step)) {
3457       // For now we handle only constant steps.
3458
3459       // First, handle unitary steps.
3460       if (StepC->getValue()->equalsInt(1))      // 1*N = -Start (mod 2^BW), so:
3461         return getNegativeSCEV(Start);       //   N = -Start (as unsigned)
3462       if (StepC->getValue()->isAllOnesValue())  // -1*N = -Start (mod 2^BW), so:
3463         return Start;                           //    N = Start (as unsigned)
3464
3465       // Then, try to solve the above equation provided that Start is constant.
3466       if (const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start))
3467         return SolveLinEquationWithOverflow(StepC->getValue()->getValue(),
3468                                             -StartC->getValue()->getValue(),
3469                                             *this);
3470     }
3471   } else if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isInteger()) {
3472     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
3473     // the quadratic equation to solve it.
3474     std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle> Roots = SolveQuadraticEquation(AddRec,
3475                                                                     *this);
3476     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
3477     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
3478     if (R1) {
3479 #if 0
3480       errs() << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
3481              << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
3482 #endif
3483       // Pick the smallest positive root value.
3484       if (ConstantInt *CB =
3485           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT, 
3486                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
3487         if (CB->getZExtValue() == false)
3488           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
3489
3490         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
3491         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
3492         // should not accept a root of 2.
3493         SCEVHandle Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1, *this);
3494         if (Val->isZero())
3495           return R1;  // We found a quadratic root!
3496       }
3497     }
3498   }
3499
3500   return CouldNotCompute;
3501 }
3502
3503 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
3504 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
3505 /// CouldNotCompute
3506 SCEVHandle ScalarEvolution::HowFarToNonZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
3507   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
3508   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
3509   // future as needed.
3510
3511   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
3512   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
3513   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
3514     if (!C->getValue()->isNullValue())
3515       return getIntegerSCEV(0, C->getType());
3516     return CouldNotCompute;  // Otherwise it will loop infinitely.
3517   }
3518
3519   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
3520   // this, and if they did, they would already be constant folded.
3521   return CouldNotCompute;
3522 }
3523
3524 /// getLoopPredecessor - If the given loop's header has exactly one unique
3525 /// predecessor outside the loop, return it. Otherwise return null.
3526 ///
3527 BasicBlock *ScalarEvolution::getLoopPredecessor(const Loop *L) {
3528   BasicBlock *Header = L->getHeader();
3529   BasicBlock *Pred = 0;
3530   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), E = pred_end(Header);
3531        PI != E; ++PI)
3532     if (!L->contains(*PI)) {
3533       if (Pred && Pred != *PI) return 0; // Multiple predecessors.
3534       Pred = *PI;
3535     }
3536   return Pred;
3537 }
3538
3539 /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
3540 /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
3541 /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
3542 /// found.
3543 ///
3544 BasicBlock *
3545 ScalarEvolution::getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB) {
3546   // If the block has a unique predecessor, then there is no path from the
3547   // predecessor to the block that does not go through the direct edge
3548   // from the predecessor to the block.
3549   if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor())
3550     return Pred;
3551
3552   // A loop's header is defined to be a block that dominates the loop.
3553   // If the header has a unique predecessor outside the loop, it must be
3554   // a block that has exactly one successor that can reach the loop.
3555   if (Loop *L = LI->getLoopFor(BB))
3556     return getLoopPredecessor(L);
3557
3558   return 0;
3559 }
3560
3561 /// isLoopGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected by
3562 /// a conditional between LHS and RHS.  This is used to help avoid max
3563 /// expressions in loop trip counts.
3564 bool ScalarEvolution::isLoopGuardedByCond(const Loop *L,
3565                                           ICmpInst::Predicate Pred,
3566                                           const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
3567   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
3568   // (interprocedural conditions notwithstanding).
3569   if (!L) return false;
3570
3571   BasicBlock *Predecessor = getLoopPredecessor(L);
3572   BasicBlock *PredecessorDest = L->getHeader();
3573
3574   // Starting at the loop predecessor, climb up the predecessor chain, as long
3575   // as there are predecessors that can be found that have unique successors
3576   // leading to the original header.
3577   for (; Predecessor;
3578        PredecessorDest = Predecessor,
3579        Predecessor = getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(Predecessor)) {
3580
3581     BranchInst *LoopEntryPredicate =
3582       dyn_cast<BranchInst>(Predecessor->getTerminator());
3583     if (!LoopEntryPredicate ||
3584         LoopEntryPredicate->isUnconditional())
3585       continue;
3586
3587     ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(LoopEntryPredicate->getCondition());
3588     if (!ICI) continue;
3589
3590     // Now that we found a conditional branch that dominates the loop, check to
3591     // see if it is the comparison we are looking for.
3592     Value *PreCondLHS = ICI->getOperand(0);
3593     Value *PreCondRHS = ICI->getOperand(1);
3594     ICmpInst::Predicate Cond;
3595     if (LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) == PredecessorDest)
3596       Cond = ICI->getPredicate();
3597     else
3598       Cond = ICI->getInversePredicate();
3599
3600     if (Cond == Pred)
3601       ; // An exact match.
3602     else if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(Cond) && Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
3603       ; // The actual condition is beyond sufficient.
3604     else
3605       // Check a few special cases.
3606       switch (Cond) {
3607       case ICmpInst::ICMP_UGT:
3608         if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT) {
3609           std::swap(PreCondLHS, PreCondRHS);
3610           Cond = ICmpInst::ICMP_ULT;
3611           break;
3612         }
3613         continue;
3614       case ICmpInst::ICMP_SGT:
3615         if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT) {
3616           std::swap(PreCondLHS, PreCondRHS);
3617           Cond = ICmpInst::ICMP_SLT;
3618           break;
3619         }
3620         continue;
3621       case ICmpInst::ICMP_NE:
3622         // Expressions like (x >u 0) are often canonicalized to (x != 0),
3623         // so check for this case by checking if the NE is comparing against
3624         // a minimum or maximum constant.
3625         if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
3626           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(PreCondRHS)) {
3627             const APInt &A = CI->getValue();
3628             switch (Pred) {
3629             case ICmpInst::ICMP_SLT:
3630               if (A.isMaxSignedValue()) break;
3631               continue;
3632             case ICmpInst::ICMP_SGT:
3633               if (A.isMinSignedValue()) break;
3634               continue;
3635             case ICmpInst::ICMP_ULT:
3636               if (A.isMaxValue()) break;
3637               continue;
3638             case ICmpInst::ICMP_UGT:
3639               if (A.isMinValue()) break;
3640               continue;
3641             default:
3642               continue;
3643             }
3644             Cond = ICmpInst::ICMP_NE;
3645             // NE is symmetric but the original comparison may not be. Swap
3646             // the operands if necessary so that they match below.
3647             if (isa<SCEVConstant>(LHS))
3648               std::swap(PreCondLHS, PreCondRHS);
3649             break;
3650           }
3651         continue;
3652       default:
3653         // We weren't able to reconcile the condition.
3654         continue;
3655       }
3656
3657     if (!PreCondLHS->getType()->isInteger()) continue;
3658
3659     SCEVHandle PreCondLHSSCEV = getSCEV(PreCondLHS);
3660     SCEVHandle PreCondRHSSCEV = getSCEV(PreCondRHS);
3661     if ((LHS == PreCondLHSSCEV && RHS == PreCondRHSSCEV) ||
3662         (LHS == getNotSCEV(PreCondRHSSCEV) &&
3663          RHS == getNotSCEV(PreCondLHSSCEV)))
3664       return true;
3665   }
3666
3667   return false;
3668 }
3669
3670 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
3671 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
3672 /// CouldNotCompute.
3673 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo ScalarEvolution::
3674 HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
3675                  const Loop *L, bool isSigned) {
3676   // Only handle:  "ADDREC < LoopInvariant".
3677   if (!RHS->isLoopInvariant(L)) return CouldNotCompute;
3678
3679   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
3680   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
3681     return CouldNotCompute;
3682
3683   if (AddRec->isAffine()) {
3684     // FORNOW: We only support unit strides.
3685     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AddRec->getType());
3686     SCEVHandle Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
3687     SCEVHandle NegOne = getIntegerSCEV(-1, AddRec->getType());
3688
3689     // TODO: handle non-constant strides.
3690     const SCEVConstant *CStep = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
3691     if (!CStep || CStep->isZero())
3692       return CouldNotCompute;
3693     if (CStep->isOne()) {
3694       // With unit stride, the iteration never steps past the limit value.
3695     } else if (CStep->getValue()->getValue().isStrictlyPositive()) {
3696       if (const SCEVConstant *CLimit = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
3697         // Test whether a positive iteration iteration can step past the limit
3698         // value and past the maximum value for its type in a single step.
3699         if (isSigned) {
3700           APInt Max = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
3701           if ((Max - CStep->getValue()->getValue())
3702                 .slt(CLimit->getValue()->getValue()))
3703             return CouldNotCompute;
3704         } else {
3705           APInt Max = APInt::getMaxValue(BitWidth);
3706           if ((Max - CStep->getValue()->getValue())
3707                 .ult(CLimit->getValue()->getValue()))
3708             return CouldNotCompute;
3709         }
3710       } else
3711         // TODO: handle non-constant limit values below.
3712         return CouldNotCompute;
3713     } else
3714       // TODO: handle negative strides below.
3715       return CouldNotCompute;
3716
3717     // We know the LHS is of the form {n,+,s} and the RHS is some loop-invariant
3718     // m.  So, we count the number of iterations in which {n,+,s} < m is true.
3719     // Note that we cannot simply return max(m-n,0)/s because it's not safe to
3720     // treat m-n as signed nor unsigned due to overflow possibility.
3721
3722     // First, we get the value of the LHS in the first iteration: n
3723     SCEVHandle Start = AddRec->getOperand(0);
3724
3725     // Determine the minimum constant start value.
3726     SCEVHandle MinStart = isa<SCEVConstant>(Start) ? Start :
3727       getConstant(isSigned ? APInt::getSignedMinValue(BitWidth) :
3728                              APInt::getMinValue(BitWidth));
3729
3730     // If we know that the condition is true in order to enter the loop,
3731     // then we know that it will run exactly (m-n)/s times. Otherwise, we
3732     // only know that it will execute (max(m,n)-n)/s times. In both cases,
3733     // the division must round up.
3734     SCEVHandle End = RHS;
3735     if (!isLoopGuardedByCond(L,
3736                              isSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_ULT,
3737                              getMinusSCEV(Start, Step), RHS))
3738       End = isSigned ? getSMaxExpr(RHS, Start)
3739                      : getUMaxExpr(RHS, Start);
3740
3741     // Determine the maximum constant end value.
3742     SCEVHandle MaxEnd = isa<SCEVConstant>(End) ? End :
3743       getConstant(isSigned ? APInt::getSignedMaxValue(BitWidth) :
3744                              APInt::getMaxValue(BitWidth));
3745
3746     // Finally, we subtract these two values and divide, rounding up, to get
3747     // the number of times the backedge is executed.
3748     SCEVHandle BECount = getUDivExpr(getAddExpr(getMinusSCEV(End, Start),
3749                                                 getAddExpr(Step, NegOne)),
3750                                      Step);
3751
3752     // The maximum backedge count is similar, except using the minimum start
3753     // value and the maximum end value.
3754     SCEVHandle MaxBECount = getUDivExpr(getAddExpr(getMinusSCEV(MaxEnd,
3755                                                                 MinStart),
3756                                                    getAddExpr(Step, NegOne)),
3757                                         Step);
3758
3759     return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3760   }
3761
3762   return CouldNotCompute;
3763 }
3764
3765 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
3766 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
3767 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
3768 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
3769 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
3770 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
3771                                                    ScalarEvolution &SE) const {
3772   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
3773     return SE.getCouldNotCompute();
3774
3775   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
3776   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
3777     if (!SC->getValue()->isZero()) {
3778       SmallVector<SCEVHandle, 4> Operands(op_begin(), op_end());
3779       Operands[0] = SE.getIntegerSCEV(0, SC->getType());
3780       SCEVHandle Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop());
3781       if (const SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec =
3782             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
3783         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
3784                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
3785       // This is strange and shouldn't happen.
3786       return SE.getCouldNotCompute();
3787     }
3788
3789   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
3790   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
3791   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
3792     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
3793       return SE.getCouldNotCompute();
3794
3795
3796   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
3797   // that the start element is zero.
3798
3799   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
3800   // iteration exits.
3801   unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(getType());
3802   if (!Range.contains(APInt(BitWidth, 0)))
3803     return SE.getIntegerSCEV(0, getType());
3804
3805   if (isAffine()) {
3806     // If this is an affine expression then we have this situation:
3807     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
3808
3809     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
3810     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
3811     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
3812     // value.  Also note that we already checked for a full range.
3813     APInt One(BitWidth,1);
3814     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
3815     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
3816
3817     // The exit value should be (End+A)/A.
3818     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
3819     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(ExitVal);
3820
3821     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
3822     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
3823     // things must have happened.
3824     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
3825     if (Range.contains(Val->getValue()))
3826       return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
3827
3828     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
3829     assert(Range.contains(
3830            EvaluateConstantChrecAtConstant(this, 
3831            ConstantInt::get(ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
3832            "Linear scev computation is off in a bad way!");
3833     return SE.getConstant(ExitValue);
3834   } else if (isQuadratic()) {
3835     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
3836     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
3837     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
3838     // Range.getUpper() is crossed.
3839     SmallVector<SCEVHandle, 4> NewOps(op_begin(), op_end());
3840     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
3841     SCEVHandle NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop());
3842
3843     // Next, solve the constructed addrec
3844     std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle> Roots =
3845       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
3846     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
3847     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
3848     if (R1) {
3849       // Pick the smallest positive root value.
3850       if (ConstantInt *CB =
3851           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT, 
3852                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
3853         if (CB->getZExtValue() == false)
3854           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
3855
3856         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
3857         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
3858         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
3859         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
3860                                                              R1->getValue(),
3861                                                              SE);
3862         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
3863           // The next iteration must be out of the range...
3864           ConstantInt *NextVal = ConstantInt::get(R1->getValue()->getValue()+1);
3865
3866           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
3867           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
3868             return SE.getConstant(NextVal);
3869           return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
3870         }
3871
3872         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
3873         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
3874         ConstantInt *NextVal = ConstantInt::get(R1->getValue()->getValue()-1);
3875         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
3876         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
3877           return R1;
3878         return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
3879       }
3880     }
3881   }
3882
3883   return SE.getCouldNotCompute();
3884 }
3885
3886
3887
3888 //===----------------------------------------------------------------------===//
3889 //                   SCEVCallbackVH Class Implementation
3890 //===----------------------------------------------------------------------===//
3891
3892 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::deleted() {
3893   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a non-null ScalarEvolution!");
3894   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(getValPtr()))
3895     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3896   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValPtr()))
3897     SE->ValuesAtScopes.erase(I);
3898   SE->Scalars.erase(getValPtr());
3899   // this now dangles!
3900 }
3901
3902 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::allUsesReplacedWith(Value *) {
3903   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a non-null ScalarEvolution!");
3904
3905   // Forget all the expressions associated with users of the old value,
3906   // so that future queries will recompute the expressions using the new
3907   // value.
3908   SmallVector<User *, 16> Worklist;
3909   Value *Old = getValPtr();
3910   bool DeleteOld = false;
3911   for (Value::use_iterator UI = Old->use_begin(), UE = Old->use_end();
3912        UI != UE; ++UI)
3913     Worklist.push_back(*UI);
3914   while (!Worklist.empty()) {
3915     User *U = Worklist.pop_back_val();
3916     // Deleting the Old value will cause this to dangle. Postpone
3917     // that until everything else is done.
3918     if (U == Old) {
3919       DeleteOld = true;
3920       continue;
3921     }
3922     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U))
3923       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3924     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U))
3925       SE->ValuesAtScopes.erase(I);
3926     if (SE->Scalars.erase(U))
3927       for (Value::use_iterator UI = U->use_begin(), UE = U->use_end();
3928            UI != UE; ++UI)
3929         Worklist.push_back(*UI);
3930   }
3931   if (DeleteOld) {
3932     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Old))
3933       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3934     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Old))
3935       SE->ValuesAtScopes.erase(I);
3936     SE->Scalars.erase(Old);
3937     // this now dangles!
3938   }
3939   // this may dangle!
3940 }
3941
3942 ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *se)
3943   : CallbackVH(V), SE(se) {}
3944
3945 //===----------------------------------------------------------------------===//
3946 //                   ScalarEvolution Class Implementation
3947 //===----------------------------------------------------------------------===//
3948
3949 ScalarEvolution::ScalarEvolution()
3950   : FunctionPass(&ID), CouldNotCompute(new SCEVCouldNotCompute()) {
3951 }
3952
3953 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
3954   this->F = &F;
3955   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
3956   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
3957   return false;
3958 }
3959
3960 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
3961   Scalars.clear();
3962   BackedgeTakenCounts.clear();
3963   ConstantEvolutionLoopExitValue.clear();
3964   ValuesAtScopes.clear();
3965 }
3966
3967 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3968   AU.setPreservesAll();
3969   AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
3970 }
3971
3972 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3973   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getBackedgeTakenCount(L));
3974 }
3975
3976 static void PrintLoopInfo(raw_ostream &OS, ScalarEvolution *SE,
3977                           const Loop *L) {
3978   // Print all inner loops first
3979   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
3980     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
3981
3982   OS << "Loop " << L->getHeader()->getName() << ": ";
3983
3984   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
3985   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
3986   if (ExitBlocks.size() != 1)
3987     OS << "<multiple exits> ";
3988
3989   if (SE->hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(L)) {
3990     OS << "backedge-taken count is " << *SE->getBackedgeTakenCount(L);
3991   } else {
3992     OS << "Unpredictable backedge-taken count. ";
3993   }
3994
3995   OS << "\n";
3996 }
3997
3998 void ScalarEvolution::print(raw_ostream &OS, const Module* ) const {
3999   // ScalarEvolution's implementaiton of the print method is to print
4000   // out SCEV values of all instructions that are interesting. Doing
4001   // this potentially causes it to create new SCEV objects though,
4002   // which technically conflicts with the const qualifier. This isn't
4003   // observable from outside the class though (the hasSCEV function
4004   // notwithstanding), so casting away the const isn't dangerous.
4005   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution*>(this);
4006
4007   OS << "Classifying expressions for: " << F->getName() << "\n";
4008   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
4009     if (isSCEVable(I->getType())) {
4010       OS << *I;
4011       OS << "  -->  ";
4012       SCEVHandle SV = SE.getSCEV(&*I);
4013       SV->print(OS);
4014       OS << "\t\t";
4015
4016       if (const Loop *L = LI->getLoopFor((*I).getParent())) {
4017         OS << "Exits: ";
4018         SCEVHandle ExitValue = SE.getSCEVAtScope(&*I, L->getParentLoop());
4019         if (!ExitValue->isLoopInvariant(L)) {
4020           OS << "<<Unknown>>";
4021         } else {
4022           OS << *ExitValue;
4023         }
4024       }
4025
4026       OS << "\n";
4027     }
4028
4029   OS << "Determining loop execution counts for: " << F->getName() << "\n";
4030   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
4031     PrintLoopInfo(OS, &SE, *I);
4032 }
4033
4034 void ScalarEvolution::print(std::ostream &o, const Module *M) const {
4035   raw_os_ostream OS(o);
4036   print(OS, M);
4037 }