Use iterators instead of indices.
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolution.cpp
1 //===- ScalarEvolution.cpp - Scalar Evolution Analysis ----------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains the implementation of the scalar evolution analysis
11 // engine, which is used primarily to analyze expressions involving induction
12 // variables in loops.
13 //
14 // There are several aspects to this library.  First is the representation of
15 // scalar expressions, which are represented as subclasses of the SCEV class.
16 // These classes are used to represent certain types of subexpressions that we
17 // can handle. We only create one SCEV of a particular shape, so
18 // pointer-comparisons for equality are legal.
19 //
20 // One important aspect of the SCEV objects is that they are never cyclic, even
21 // if there is a cycle in the dataflow for an expression (ie, a PHI node).  If
22 // the PHI node is one of the idioms that we can represent (e.g., a polynomial
23 // recurrence) then we represent it directly as a recurrence node, otherwise we
24 // represent it as a SCEVUnknown node.
25 //
26 // In addition to being able to represent expressions of various types, we also
27 // have folders that are used to build the *canonical* representation for a
28 // particular expression.  These folders are capable of using a variety of
29 // rewrite rules to simplify the expressions.
30 //
31 // Once the folders are defined, we can implement the more interesting
32 // higher-level code, such as the code that recognizes PHI nodes of various
33 // types, computes the execution count of a loop, etc.
34 //
35 // TODO: We should use these routines and value representations to implement
36 // dependence analysis!
37 //
38 //===----------------------------------------------------------------------===//
39 //
40 // There are several good references for the techniques used in this analysis.
41 //
42 //  Chains of recurrences -- a method to expedite the evaluation
43 //  of closed-form functions
44 //  Olaf Bachmann, Paul S. Wang, Eugene V. Zima
45 //
46 //  On computational properties of chains of recurrences
47 //  Eugene V. Zima
48 //
49 //  Symbolic Evaluation of Chains of Recurrences for Loop Optimization
50 //  Robert A. van Engelen
51 //
52 //  Efficient Symbolic Analysis for Optimizing Compilers
53 //  Robert A. van Engelen
54 //
55 //  Using the chains of recurrences algebra for data dependence testing and
56 //  induction variable substitution
57 //  MS Thesis, Johnie Birch
58 //
59 //===----------------------------------------------------------------------===//
60
61 #define DEBUG_TYPE "scalar-evolution"
62 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
63 #include "llvm/Constants.h"
64 #include "llvm/DerivedTypes.h"
65 #include "llvm/GlobalVariable.h"
66 #include "llvm/GlobalAlias.h"
67 #include "llvm/Instructions.h"
68 #include "llvm/LLVMContext.h"
69 #include "llvm/Operator.h"
70 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
71 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
72 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
73 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
74 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
75 #include "llvm/Target/TargetData.h"
76 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
77 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
78 #include "llvm/Support/Debug.h"
79 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
80 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
81 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
82 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
83 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
84 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
85 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
86 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
87 #include <algorithm>
88 using namespace llvm;
89
90 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
91           "Number of trip counts computed with array length");
92 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
93           "Number of loops with predictable loop counts");
94 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
95           "Number of loops without predictable loop counts");
96 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
97           "Number of loops with trip counts computed by force");
98
99 static cl::opt<unsigned>
100 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
101                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
102                                  "symbolically execute a constant "
103                                  "derived loop"),
104                         cl::init(100));
105
106 INITIALIZE_PASS(ScalarEvolution, "scalar-evolution",
107                 "Scalar Evolution Analysis", false, true);
108 char ScalarEvolution::ID = 0;
109
110 //===----------------------------------------------------------------------===//
111 //                           SCEV class definitions
112 //===----------------------------------------------------------------------===//
113
114 //===----------------------------------------------------------------------===//
115 // Implementation of the SCEV class.
116 //
117
118 SCEV::~SCEV() {}
119
120 void SCEV::dump() const {
121   print(dbgs());
122   dbgs() << '\n';
123 }
124
125 bool SCEV::isZero() const {
126   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
127     return SC->getValue()->isZero();
128   return false;
129 }
130
131 bool SCEV::isOne() const {
132   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
133     return SC->getValue()->isOne();
134   return false;
135 }
136
137 bool SCEV::isAllOnesValue() const {
138   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
139     return SC->getValue()->isAllOnesValue();
140   return false;
141 }
142
143 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() :
144   SCEV(FoldingSetNodeIDRef(), scCouldNotCompute) {}
145
146 bool SCEVCouldNotCompute::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
147   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
148   return false;
149 }
150
151 const Type *SCEVCouldNotCompute::getType() const {
152   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
153   return 0;
154 }
155
156 bool SCEVCouldNotCompute::hasComputableLoopEvolution(const Loop *L) const {
157   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
158   return false;
159 }
160
161 bool SCEVCouldNotCompute::hasOperand(const SCEV *) const {
162   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
163   return false;
164 }
165
166 void SCEVCouldNotCompute::print(raw_ostream &OS) const {
167   OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
168 }
169
170 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
171   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
172 }
173
174 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(ConstantInt *V) {
175   FoldingSetNodeID ID;
176   ID.AddInteger(scConstant);
177   ID.AddPointer(V);
178   void *IP = 0;
179   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
180   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVConstant(ID.Intern(SCEVAllocator), V);
181   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
182   return S;
183 }
184
185 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(const APInt& Val) {
186   return getConstant(ConstantInt::get(getContext(), Val));
187 }
188
189 const SCEV *
190 ScalarEvolution::getConstant(const Type *Ty, uint64_t V, bool isSigned) {
191   const IntegerType *ITy = cast<IntegerType>(getEffectiveSCEVType(Ty));
192   return getConstant(ConstantInt::get(ITy, V, isSigned));
193 }
194
195 const Type *SCEVConstant::getType() const { return V->getType(); }
196
197 void SCEVConstant::print(raw_ostream &OS) const {
198   WriteAsOperand(OS, V, false);
199 }
200
201 SCEVCastExpr::SCEVCastExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
202                            unsigned SCEVTy, const SCEV *op, const Type *ty)
203   : SCEV(ID, SCEVTy), Op(op), Ty(ty) {}
204
205 bool SCEVCastExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
206   return Op->dominates(BB, DT);
207 }
208
209 bool SCEVCastExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
210   return Op->properlyDominates(BB, DT);
211 }
212
213 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
214                                    const SCEV *op, const Type *ty)
215   : SCEVCastExpr(ID, scTruncate, op, ty) {
216   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
217          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
218          "Cannot truncate non-integer value!");
219 }
220
221 void SCEVTruncateExpr::print(raw_ostream &OS) const {
222   OS << "(trunc " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
223 }
224
225 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
226                                        const SCEV *op, const Type *ty)
227   : SCEVCastExpr(ID, scZeroExtend, op, ty) {
228   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
229          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
230          "Cannot zero extend non-integer value!");
231 }
232
233 void SCEVZeroExtendExpr::print(raw_ostream &OS) const {
234   OS << "(zext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
235 }
236
237 SCEVSignExtendExpr::SCEVSignExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
238                                        const SCEV *op, const Type *ty)
239   : SCEVCastExpr(ID, scSignExtend, op, ty) {
240   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
241          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
242          "Cannot sign extend non-integer value!");
243 }
244
245 void SCEVSignExtendExpr::print(raw_ostream &OS) const {
246   OS << "(sext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
247 }
248
249 void SCEVCommutativeExpr::print(raw_ostream &OS) const {
250   const char *OpStr = getOperationStr();
251   OS << "(";
252   for (op_iterator I = op_begin(), E = op_end(); I != E; ++I) {
253     OS << **I;
254     if (llvm::next(I) != E)
255       OS << OpStr;
256   }
257   OS << ")";
258 }
259
260 bool SCEVNAryExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
261   for (op_iterator I = op_begin(), E = op_end(); I != E; ++I)
262     if (!(*I)->dominates(BB, DT))
263       return false;
264   return true;
265 }
266
267 bool SCEVNAryExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
268   for (op_iterator I = op_begin(), E = op_end(); I != E; ++I)
269     if (!(*I)->properlyDominates(BB, DT))
270       return false;
271   return true;
272 }
273
274 bool SCEVNAryExpr::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
275   for (op_iterator I = op_begin(), E = op_end(); I != E; ++I)
276     if (!(*I)->isLoopInvariant(L))
277       return false;
278   return true;
279 }
280
281 // hasComputableLoopEvolution - N-ary expressions have computable loop
282 // evolutions iff they have at least one operand that varies with the loop,
283 // but that all varying operands are computable.
284 bool SCEVNAryExpr::hasComputableLoopEvolution(const Loop *L) const {
285   bool HasVarying = false;
286   for (op_iterator I = op_begin(), E = op_end(); I != E; ++I) {
287     const SCEV *S = *I;
288     if (!S->isLoopInvariant(L)) {
289       if (S->hasComputableLoopEvolution(L))
290         HasVarying = true;
291       else
292         return false;
293     }
294   }
295   return HasVarying;
296 }
297
298 bool SCEVNAryExpr::hasOperand(const SCEV *O) const {
299   for (op_iterator I = op_begin(), E = op_end(); I != E; ++I) {
300     const SCEV *S = *I;
301     if (O == S || S->hasOperand(O))
302       return true;
303   }
304   return false;
305 }
306
307 bool SCEVUDivExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
308   return LHS->dominates(BB, DT) && RHS->dominates(BB, DT);
309 }
310
311 bool SCEVUDivExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
312   return LHS->properlyDominates(BB, DT) && RHS->properlyDominates(BB, DT);
313 }
314
315 void SCEVUDivExpr::print(raw_ostream &OS) const {
316   OS << "(" << *LHS << " /u " << *RHS << ")";
317 }
318
319 const Type *SCEVUDivExpr::getType() const {
320   // In most cases the types of LHS and RHS will be the same, but in some
321   // crazy cases one or the other may be a pointer. ScalarEvolution doesn't
322   // depend on the type for correctness, but handling types carefully can
323   // avoid extra casts in the SCEVExpander. The LHS is more likely to be
324   // a pointer type than the RHS, so use the RHS' type here.
325   return RHS->getType();
326 }
327
328 bool SCEVAddRecExpr::isLoopInvariant(const Loop *QueryLoop) const {
329   // Add recurrences are never invariant in the function-body (null loop).
330   if (!QueryLoop)
331     return false;
332
333   // This recurrence is variant w.r.t. QueryLoop if QueryLoop contains L.
334   if (QueryLoop->contains(L))
335     return false;
336
337   // This recurrence is invariant w.r.t. QueryLoop if L contains QueryLoop.
338   if (L->contains(QueryLoop))
339     return true;
340
341   // This recurrence is variant w.r.t. QueryLoop if any of its operands
342   // are variant.
343   for (op_iterator I = op_begin(), E = op_end(); I != E; ++I)
344     if (!(*I)->isLoopInvariant(QueryLoop))
345       return false;
346
347   // Otherwise it's loop-invariant.
348   return true;
349 }
350
351 bool
352 SCEVAddRecExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
353   return DT->dominates(L->getHeader(), BB) &&
354          SCEVNAryExpr::dominates(BB, DT);
355 }
356
357 bool
358 SCEVAddRecExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
359   // This uses a "dominates" query instead of "properly dominates" query because
360   // the instruction which produces the addrec's value is a PHI, and a PHI
361   // effectively properly dominates its entire containing block.
362   return DT->dominates(L->getHeader(), BB) &&
363          SCEVNAryExpr::properlyDominates(BB, DT);
364 }
365
366 void SCEVAddRecExpr::print(raw_ostream &OS) const {
367   OS << "{" << *Operands[0];
368   for (unsigned i = 1, e = NumOperands; i != e; ++i)
369     OS << ",+," << *Operands[i];
370   OS << "}<";
371   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
372   OS << ">";
373 }
374
375 void SCEVUnknown::deleted() {
376   // Clear this SCEVUnknown from ValuesAtScopes.
377   SE->ValuesAtScopes.erase(this);
378
379   // Remove this SCEVUnknown from the uniquing map.
380   SE->UniqueSCEVs.RemoveNode(this);
381
382   // Release the value.
383   setValPtr(0);
384 }
385
386 void SCEVUnknown::allUsesReplacedWith(Value *New) {
387   // Clear this SCEVUnknown from ValuesAtScopes.
388   SE->ValuesAtScopes.erase(this);
389
390   // Remove this SCEVUnknown from the uniquing map.
391   SE->UniqueSCEVs.RemoveNode(this);
392
393   // Update this SCEVUnknown to point to the new value. This is needed
394   // because there may still be outstanding SCEVs which still point to
395   // this SCEVUnknown.
396   setValPtr(New);
397 }
398
399 bool SCEVUnknown::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
400   // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
401   // invariant if they are not contained in the specified loop.
402   // Instructions are never considered invariant in the function body
403   // (null loop) because they are defined within the "loop".
404   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValue()))
405     return L && !L->contains(I);
406   return true;
407 }
408
409 bool SCEVUnknown::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
410   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValue()))
411     return DT->dominates(I->getParent(), BB);
412   return true;
413 }
414
415 bool SCEVUnknown::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
416   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValue()))
417     return DT->properlyDominates(I->getParent(), BB);
418   return true;
419 }
420
421 const Type *SCEVUnknown::getType() const {
422   return getValue()->getType();
423 }
424
425 bool SCEVUnknown::isSizeOf(const Type *&AllocTy) const {
426   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(getValue()))
427     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
428       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
429         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
430             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
431             CE->getNumOperands() == 2)
432           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(1)))
433             if (CI->isOne()) {
434               AllocTy = cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())
435                                  ->getElementType();
436               return true;
437             }
438
439   return false;
440 }
441
442 bool SCEVUnknown::isAlignOf(const Type *&AllocTy) const {
443   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(getValue()))
444     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
445       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
446         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
447             CE->getOperand(0)->isNullValue()) {
448           const Type *Ty =
449             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
450           if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty))
451             if (!STy->isPacked() &&
452                 CE->getNumOperands() == 3 &&
453                 CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
454               if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(2)))
455                 if (CI->isOne() &&
456                     STy->getNumElements() == 2 &&
457                     STy->getElementType(0)->isIntegerTy(1)) {
458                   AllocTy = STy->getElementType(1);
459                   return true;
460                 }
461             }
462         }
463
464   return false;
465 }
466
467 bool SCEVUnknown::isOffsetOf(const Type *&CTy, Constant *&FieldNo) const {
468   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(getValue()))
469     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
470       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
471         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
472             CE->getNumOperands() == 3 &&
473             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
474             CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
475           const Type *Ty =
476             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
477           // Ignore vector types here so that ScalarEvolutionExpander doesn't
478           // emit getelementptrs that index into vectors.
479           if (Ty->isStructTy() || Ty->isArrayTy()) {
480             CTy = Ty;
481             FieldNo = CE->getOperand(2);
482             return true;
483           }
484         }
485
486   return false;
487 }
488
489 void SCEVUnknown::print(raw_ostream &OS) const {
490   const Type *AllocTy;
491   if (isSizeOf(AllocTy)) {
492     OS << "sizeof(" << *AllocTy << ")";
493     return;
494   }
495   if (isAlignOf(AllocTy)) {
496     OS << "alignof(" << *AllocTy << ")";
497     return;
498   }
499
500   const Type *CTy;
501   Constant *FieldNo;
502   if (isOffsetOf(CTy, FieldNo)) {
503     OS << "offsetof(" << *CTy << ", ";
504     WriteAsOperand(OS, FieldNo, false);
505     OS << ")";
506     return;
507   }
508
509   // Otherwise just print it normally.
510   WriteAsOperand(OS, getValue(), false);
511 }
512
513 //===----------------------------------------------------------------------===//
514 //                               SCEV Utilities
515 //===----------------------------------------------------------------------===//
516
517 namespace {
518   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
519   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
520   /// expressions.
521   class SCEVComplexityCompare {
522     const LoopInfo *const LI;
523   public:
524     explicit SCEVComplexityCompare(const LoopInfo *li) : LI(li) {}
525
526     // Return true or false if LHS is less than, or at least RHS, respectively.
527     bool operator()(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
528       return compare(LHS, RHS) < 0;
529     }
530
531     // Return negative, zero, or positive, if LHS is less than, equal to, or
532     // greater than RHS, respectively. A three-way result allows recursive
533     // comparisons to be more efficient.
534     int compare(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
535       // Fast-path: SCEVs are uniqued so we can do a quick equality check.
536       if (LHS == RHS)
537         return 0;
538
539       // Primarily, sort the SCEVs by their getSCEVType().
540       unsigned LType = LHS->getSCEVType(), RType = RHS->getSCEVType();
541       if (LType != RType)
542         return (int)LType - (int)RType;
543
544       // Aside from the getSCEVType() ordering, the particular ordering
545       // isn't very important except that it's beneficial to be consistent,
546       // so that (a + b) and (b + a) don't end up as different expressions.
547       switch (LType) {
548       case scUnknown: {
549         const SCEVUnknown *LU = cast<SCEVUnknown>(LHS);
550         const SCEVUnknown *RU = cast<SCEVUnknown>(RHS);
551
552         // Sort SCEVUnknown values with some loose heuristics. TODO: This is
553         // not as complete as it could be.
554         const Value *LV = LU->getValue(), *RV = RU->getValue();
555
556         // Order pointer values after integer values. This helps SCEVExpander
557         // form GEPs.
558         bool LIsPointer = LV->getType()->isPointerTy(),
559              RIsPointer = RV->getType()->isPointerTy();
560         if (LIsPointer != RIsPointer)
561           return (int)LIsPointer - (int)RIsPointer;
562
563         // Compare getValueID values.
564         unsigned LID = LV->getValueID(),
565                  RID = RV->getValueID();
566         if (LID != RID)
567           return (int)LID - (int)RID;
568
569         // Sort arguments by their position.
570         if (const Argument *LA = dyn_cast<Argument>(LV)) {
571           const Argument *RA = cast<Argument>(RV);
572           unsigned LArgNo = LA->getArgNo(), RArgNo = RA->getArgNo();
573           return (int)LArgNo - (int)RArgNo;
574         }
575
576         // For instructions, compare their loop depth, and their operand
577         // count.  This is pretty loose.
578         if (const Instruction *LInst = dyn_cast<Instruction>(LV)) {
579           const Instruction *RInst = cast<Instruction>(RV);
580
581           // Compare loop depths.
582           const BasicBlock *LParent = LInst->getParent(),
583                            *RParent = RInst->getParent();
584           if (LParent != RParent) {
585             unsigned LDepth = LI->getLoopDepth(LParent),
586                      RDepth = LI->getLoopDepth(RParent);
587             if (LDepth != RDepth)
588               return (int)LDepth - (int)RDepth;
589           }
590
591           // Compare the number of operands.
592           unsigned LNumOps = LInst->getNumOperands(),
593                    RNumOps = RInst->getNumOperands();
594           return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
595         }
596
597         return 0;
598       }
599
600       case scConstant: {
601         const SCEVConstant *LC = cast<SCEVConstant>(LHS);
602         const SCEVConstant *RC = cast<SCEVConstant>(RHS);
603
604         // Compare constant values.
605         const APInt &LA = LC->getValue()->getValue();
606         const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
607         unsigned LBitWidth = LA.getBitWidth(), RBitWidth = RA.getBitWidth();
608         if (LBitWidth != RBitWidth)
609           return (int)LBitWidth - (int)RBitWidth;
610         return LA.ult(RA) ? -1 : 1;
611       }
612
613       case scAddRecExpr: {
614         const SCEVAddRecExpr *LA = cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
615         const SCEVAddRecExpr *RA = cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
616
617         // Compare addrec loop depths.
618         const Loop *LLoop = LA->getLoop(), *RLoop = RA->getLoop();
619         if (LLoop != RLoop) {
620           unsigned LDepth = LLoop->getLoopDepth(),
621                    RDepth = RLoop->getLoopDepth();
622           if (LDepth != RDepth)
623             return (int)LDepth - (int)RDepth;
624         }
625
626         // Addrec complexity grows with operand count.
627         unsigned LNumOps = LA->getNumOperands(), RNumOps = RA->getNumOperands();
628         if (LNumOps != RNumOps)
629           return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
630
631         // Lexicographically compare.
632         for (unsigned i = 0; i != LNumOps; ++i) {
633           long X = compare(LA->getOperand(i), RA->getOperand(i));
634           if (X != 0)
635             return X;
636         }
637
638         return 0;
639       }
640
641       case scAddExpr:
642       case scMulExpr:
643       case scSMaxExpr:
644       case scUMaxExpr: {
645         const SCEVNAryExpr *LC = cast<SCEVNAryExpr>(LHS);
646         const SCEVNAryExpr *RC = cast<SCEVNAryExpr>(RHS);
647
648         // Lexicographically compare n-ary expressions.
649         unsigned LNumOps = LC->getNumOperands(), RNumOps = RC->getNumOperands();
650         for (unsigned i = 0; i != LNumOps; ++i) {
651           if (i >= RNumOps)
652             return 1;
653           long X = compare(LC->getOperand(i), RC->getOperand(i));
654           if (X != 0)
655             return X;
656         }
657         return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
658       }
659
660       case scUDivExpr: {
661         const SCEVUDivExpr *LC = cast<SCEVUDivExpr>(LHS);
662         const SCEVUDivExpr *RC = cast<SCEVUDivExpr>(RHS);
663
664         // Lexicographically compare udiv expressions.
665         long X = compare(LC->getLHS(), RC->getLHS());
666         if (X != 0)
667           return X;
668         return compare(LC->getRHS(), RC->getRHS());
669       }
670
671       case scTruncate:
672       case scZeroExtend:
673       case scSignExtend: {
674         const SCEVCastExpr *LC = cast<SCEVCastExpr>(LHS);
675         const SCEVCastExpr *RC = cast<SCEVCastExpr>(RHS);
676
677         // Compare cast expressions by operand.
678         return compare(LC->getOperand(), RC->getOperand());
679       }
680
681       default:
682         break;
683       }
684
685       llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
686       return 0;
687     }
688   };
689 }
690
691 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
692 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
693 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
694 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
695 ///
696 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get deterministic
697 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
698 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
699 /// land in memory.
700 ///
701 static void GroupByComplexity(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
702                               LoopInfo *LI) {
703   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
704   if (Ops.size() == 2) {
705     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
706     // Special case it.
707     if (SCEVComplexityCompare(LI)(Ops[1], Ops[0]))
708       std::swap(Ops[0], Ops[1]);
709     return;
710   }
711
712   // Do the rough sort by complexity.
713   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare(LI));
714
715   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
716   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
717   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
718   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
719   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
720     const SCEV *S = Ops[i];
721     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
722
723     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
724     // one, group them.
725     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
726       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
727         // Move it to immediately after i'th element.
728         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
729         ++i;   // no need to rescan it.
730         if (i == e-2) return;  // Done!
731       }
732     }
733   }
734 }
735
736
737
738 //===----------------------------------------------------------------------===//
739 //                      Simple SCEV method implementations
740 //===----------------------------------------------------------------------===//
741
742 /// BinomialCoefficient - Compute BC(It, K).  The result has width W.
743 /// Assume, K > 0.
744 static const SCEV *BinomialCoefficient(const SCEV *It, unsigned K,
745                                        ScalarEvolution &SE,
746                                        const Type* ResultTy) {
747   // Handle the simplest case efficiently.
748   if (K == 1)
749     return SE.getTruncateOrZeroExtend(It, ResultTy);
750
751   // We are using the following formula for BC(It, K):
752   //
753   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / K!
754   //
755   // Suppose, W is the bitwidth of the return value.  We must be prepared for
756   // overflow.  Hence, we must assure that the result of our computation is
757   // equal to the accurate one modulo 2^W.  Unfortunately, division isn't
758   // safe in modular arithmetic.
759   //
760   // However, this code doesn't use exactly that formula; the formula it uses
761   // is something like the following, where T is the number of factors of 2 in
762   // K! (i.e. trailing zeros in the binary representation of K!), and ^ is
763   // exponentiation:
764   //
765   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / 2^T / (K! / 2^T)
766   //
767   // This formula is trivially equivalent to the previous formula.  However,
768   // this formula can be implemented much more efficiently.  The trick is that
769   // K! / 2^T is odd, and exact division by an odd number *is* safe in modular
770   // arithmetic.  To do exact division in modular arithmetic, all we have
771   // to do is multiply by the inverse.  Therefore, this step can be done at
772   // width W.
773   //
774   // The next issue is how to safely do the division by 2^T.  The way this
775   // is done is by doing the multiplication step at a width of at least W + T
776   // bits.  This way, the bottom W+T bits of the product are accurate. Then,
777   // when we perform the division by 2^T (which is equivalent to a right shift
778   // by T), the bottom W bits are accurate.  Extra bits are okay; they'll get
779   // truncated out after the division by 2^T.
780   //
781   // In comparison to just directly using the first formula, this technique
782   // is much more efficient; using the first formula requires W * K bits,
783   // but this formula less than W + K bits. Also, the first formula requires
784   // a division step, whereas this formula only requires multiplies and shifts.
785   //
786   // It doesn't matter whether the subtraction step is done in the calculation
787   // width or the input iteration count's width; if the subtraction overflows,
788   // the result must be zero anyway.  We prefer here to do it in the width of
789   // the induction variable because it helps a lot for certain cases; CodeGen
790   // isn't smart enough to ignore the overflow, which leads to much less
791   // efficient code if the width of the subtraction is wider than the native
792   // register width.
793   //
794   // (It's possible to not widen at all by pulling out factors of 2 before
795   // the multiplication; for example, K=2 can be calculated as
796   // It/2*(It+(It*INT_MIN/INT_MIN)+-1). However, it requires
797   // extra arithmetic, so it's not an obvious win, and it gets
798   // much more complicated for K > 3.)
799
800   // Protection from insane SCEVs; this bound is conservative,
801   // but it probably doesn't matter.
802   if (K > 1000)
803     return SE.getCouldNotCompute();
804
805   unsigned W = SE.getTypeSizeInBits(ResultTy);
806
807   // Calculate K! / 2^T and T; we divide out the factors of two before
808   // multiplying for calculating K! / 2^T to avoid overflow.
809   // Other overflow doesn't matter because we only care about the bottom
810   // W bits of the result.
811   APInt OddFactorial(W, 1);
812   unsigned T = 1;
813   for (unsigned i = 3; i <= K; ++i) {
814     APInt Mult(W, i);
815     unsigned TwoFactors = Mult.countTrailingZeros();
816     T += TwoFactors;
817     Mult = Mult.lshr(TwoFactors);
818     OddFactorial *= Mult;
819   }
820
821   // We need at least W + T bits for the multiplication step
822   unsigned CalculationBits = W + T;
823
824   // Calculate 2^T, at width T+W.
825   APInt DivFactor = APInt(CalculationBits, 1).shl(T);
826
827   // Calculate the multiplicative inverse of K! / 2^T;
828   // this multiplication factor will perform the exact division by
829   // K! / 2^T.
830   APInt Mod = APInt::getSignedMinValue(W+1);
831   APInt MultiplyFactor = OddFactorial.zext(W+1);
832   MultiplyFactor = MultiplyFactor.multiplicativeInverse(Mod);
833   MultiplyFactor = MultiplyFactor.trunc(W);
834
835   // Calculate the product, at width T+W
836   const IntegerType *CalculationTy = IntegerType::get(SE.getContext(),
837                                                       CalculationBits);
838   const SCEV *Dividend = SE.getTruncateOrZeroExtend(It, CalculationTy);
839   for (unsigned i = 1; i != K; ++i) {
840     const SCEV *S = SE.getMinusSCEV(It, SE.getConstant(It->getType(), i));
841     Dividend = SE.getMulExpr(Dividend,
842                              SE.getTruncateOrZeroExtend(S, CalculationTy));
843   }
844
845   // Divide by 2^T
846   const SCEV *DivResult = SE.getUDivExpr(Dividend, SE.getConstant(DivFactor));
847
848   // Truncate the result, and divide by K! / 2^T.
849
850   return SE.getMulExpr(SE.getConstant(MultiplyFactor),
851                        SE.getTruncateOrZeroExtend(DivResult, ResultTy));
852 }
853
854 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
855 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
856 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
857 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
858 ///
859 ///   A*BC(It, 0) + B*BC(It, 1) + C*BC(It, 2) + D*BC(It, 3)
860 ///
861 /// where BC(It, k) stands for binomial coefficient.
862 ///
863 const SCEV *SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(const SCEV *It,
864                                                 ScalarEvolution &SE) const {
865   const SCEV *Result = getStart();
866   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
867     // The computation is correct in the face of overflow provided that the
868     // multiplication is performed _after_ the evaluation of the binomial
869     // coefficient.
870     const SCEV *Coeff = BinomialCoefficient(It, i, SE, getType());
871     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Coeff))
872       return Coeff;
873
874     Result = SE.getAddExpr(Result, SE.getMulExpr(getOperand(i), Coeff));
875   }
876   return Result;
877 }
878
879 //===----------------------------------------------------------------------===//
880 //                    SCEV Expression folder implementations
881 //===----------------------------------------------------------------------===//
882
883 const SCEV *ScalarEvolution::getTruncateExpr(const SCEV *Op,
884                                              const Type *Ty) {
885   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) > getTypeSizeInBits(Ty) &&
886          "This is not a truncating conversion!");
887   assert(isSCEVable(Ty) &&
888          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
889   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
890
891   FoldingSetNodeID ID;
892   ID.AddInteger(scTruncate);
893   ID.AddPointer(Op);
894   ID.AddPointer(Ty);
895   void *IP = 0;
896   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
897
898   // Fold if the operand is constant.
899   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
900     return getConstant(
901       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(),
902                                                getEffectiveSCEVType(Ty))));
903
904   // trunc(trunc(x)) --> trunc(x)
905   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op))
906     return getTruncateExpr(ST->getOperand(), Ty);
907
908   // trunc(sext(x)) --> sext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
909   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
910     return getTruncateOrSignExtend(SS->getOperand(), Ty);
911
912   // trunc(zext(x)) --> zext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
913   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
914     return getTruncateOrZeroExtend(SZ->getOperand(), Ty);
915
916   // If the input value is a chrec scev, truncate the chrec's operands.
917   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
918     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
919     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
920       Operands.push_back(getTruncateExpr(AddRec->getOperand(i), Ty));
921     return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop());
922   }
923
924   // As a special case, fold trunc(undef) to undef. We don't want to
925   // know too much about SCEVUnknowns, but this special case is handy
926   // and harmless.
927   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(Op))
928     if (isa<UndefValue>(U->getValue()))
929       return getSCEV(UndefValue::get(Ty));
930
931   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node. We can reuse
932   // the existing insert position since if we get here, we won't have
933   // made any changes which would invalidate it.
934   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVTruncateExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
935                                                  Op, Ty);
936   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
937   return S;
938 }
939
940 const SCEV *ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEV *Op,
941                                                const Type *Ty) {
942   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
943          "This is not an extending conversion!");
944   assert(isSCEVable(Ty) &&
945          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
946   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
947
948   // Fold if the operand is constant.
949   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
950     return getConstant(
951       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(),
952                                               getEffectiveSCEVType(Ty))));
953
954   // zext(zext(x)) --> zext(x)
955   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
956     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
957
958   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
959   // computed a SCEV for this Op and Ty.
960   FoldingSetNodeID ID;
961   ID.AddInteger(scZeroExtend);
962   ID.AddPointer(Op);
963   ID.AddPointer(Ty);
964   void *IP = 0;
965   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
966
967   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
968   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
969   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
970   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
971   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
972     if (AR->isAffine()) {
973       const SCEV *Start = AR->getStart();
974       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
975       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
976       const Loop *L = AR->getLoop();
977
978       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
979       // we don't need to do any further analysis.
980       if (AR->hasNoUnsignedWrap())
981         return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
982                              getZeroExtendExpr(Step, Ty),
983                              L);
984
985       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
986       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
987       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
988       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
989       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
990       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
991       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
992       // that value once it has finished.
993       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
994       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
995         // Manually compute the final value for AR, checking for
996         // overflow.
997
998         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
999         // the addrec's type. The count is always unsigned.
1000         const SCEV *CastedMaxBECount =
1001           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
1002         const SCEV *RecastedMaxBECount =
1003           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
1004         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
1005           const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
1006           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no unsigned overflow.
1007           const SCEV *ZMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1008           const SCEV *Add = getAddExpr(Start, ZMul);
1009           const SCEV *OperandExtendedAdd =
1010             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
1011                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1012                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
1013           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
1014             // Return the expression with the addrec on the outside.
1015             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
1016                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
1017                                  L);
1018
1019           // Similar to above, only this time treat the step value as signed.
1020           // This covers loops that count down.
1021           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1022           Add = getAddExpr(Start, SMul);
1023           OperandExtendedAdd =
1024             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
1025                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1026                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
1027           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
1028             // Return the expression with the addrec on the outside.
1029             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
1030                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1031                                  L);
1032         }
1033
1034         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
1035         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
1036         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
1037         // with the post-inc value, the addrec is safe.
1038         if (isKnownPositive(Step)) {
1039           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMinValue(BitWidth) -
1040                                       getUnsignedRange(Step).getUnsignedMax());
1041           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, AR, N) ||
1042               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, Start, N) &&
1043                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT,
1044                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
1045             // Return the expression with the addrec on the outside.
1046             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
1047                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
1048                                  L);
1049         } else if (isKnownNegative(Step)) {
1050           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth) -
1051                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
1052           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, AR, N) ||
1053               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, Start, N) &&
1054                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT,
1055                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
1056             // Return the expression with the addrec on the outside.
1057             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
1058                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1059                                  L);
1060         }
1061       }
1062     }
1063
1064   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
1065   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
1066   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1067   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVZeroExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1068                                                    Op, Ty);
1069   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1070   return S;
1071 }
1072
1073 const SCEV *ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEV *Op,
1074                                                const Type *Ty) {
1075   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1076          "This is not an extending conversion!");
1077   assert(isSCEVable(Ty) &&
1078          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1079   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1080
1081   // Fold if the operand is constant.
1082   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1083     return getConstant(
1084       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(),
1085                                               getEffectiveSCEVType(Ty))));
1086
1087   // sext(sext(x)) --> sext(x)
1088   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
1089     return getSignExtendExpr(SS->getOperand(), Ty);
1090
1091   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
1092   // computed a SCEV for this Op and Ty.
1093   FoldingSetNodeID ID;
1094   ID.AddInteger(scSignExtend);
1095   ID.AddPointer(Op);
1096   ID.AddPointer(Ty);
1097   void *IP = 0;
1098   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1099
1100   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
1101   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
1102   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
1103   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
1104   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
1105     if (AR->isAffine()) {
1106       const SCEV *Start = AR->getStart();
1107       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
1108       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
1109       const Loop *L = AR->getLoop();
1110
1111       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
1112       // we don't need to do any further analysis.
1113       if (AR->hasNoSignedWrap())
1114         return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1115                              getSignExtendExpr(Step, Ty),
1116                              L);
1117
1118       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
1119       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
1120       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
1121       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
1122       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
1123       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
1124       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
1125       // that value once it has finished.
1126       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
1127       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
1128         // Manually compute the final value for AR, checking for
1129         // overflow.
1130
1131         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
1132         // the addrec's type. The count is always unsigned.
1133         const SCEV *CastedMaxBECount =
1134           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
1135         const SCEV *RecastedMaxBECount =
1136           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
1137         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
1138           const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
1139           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no signed overflow.
1140           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1141           const SCEV *Add = getAddExpr(Start, SMul);
1142           const SCEV *OperandExtendedAdd =
1143             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
1144                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1145                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
1146           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
1147             // Return the expression with the addrec on the outside.
1148             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1149                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1150                                  L);
1151
1152           // Similar to above, only this time treat the step value as unsigned.
1153           // This covers loops that count up with an unsigned step.
1154           const SCEV *UMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1155           Add = getAddExpr(Start, UMul);
1156           OperandExtendedAdd =
1157             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
1158                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1159                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
1160           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
1161             // Return the expression with the addrec on the outside.
1162             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1163                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
1164                                  L);
1165         }
1166
1167         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
1168         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
1169         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
1170         // with the post-inc value, the addrec is safe.
1171         if (isKnownPositive(Step)) {
1172           const SCEV *N = getConstant(APInt::getSignedMinValue(BitWidth) -
1173                                       getSignedRange(Step).getSignedMax());
1174           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT, AR, N) ||
1175               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT, Start, N) &&
1176                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT,
1177                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
1178             // Return the expression with the addrec on the outside.
1179             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1180                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1181                                  L);
1182         } else if (isKnownNegative(Step)) {
1183           const SCEV *N = getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth) -
1184                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
1185           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT, AR, N) ||
1186               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT, Start, N) &&
1187                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT,
1188                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
1189             // Return the expression with the addrec on the outside.
1190             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1191                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1192                                  L);
1193         }
1194       }
1195     }
1196
1197   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
1198   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
1199   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1200   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSignExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1201                                                    Op, Ty);
1202   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1203   return S;
1204 }
1205
1206 /// getAnyExtendExpr - Return a SCEV for the given operand extended with
1207 /// unspecified bits out to the given type.
1208 ///
1209 const SCEV *ScalarEvolution::getAnyExtendExpr(const SCEV *Op,
1210                                               const Type *Ty) {
1211   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1212          "This is not an extending conversion!");
1213   assert(isSCEVable(Ty) &&
1214          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1215   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1216
1217   // Sign-extend negative constants.
1218   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1219     if (SC->getValue()->getValue().isNegative())
1220       return getSignExtendExpr(Op, Ty);
1221
1222   // Peel off a truncate cast.
1223   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1224     const SCEV *NewOp = T->getOperand();
1225     if (getTypeSizeInBits(NewOp->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty))
1226       return getAnyExtendExpr(NewOp, Ty);
1227     return getTruncateOrNoop(NewOp, Ty);
1228   }
1229
1230   // Next try a zext cast. If the cast is folded, use it.
1231   const SCEV *ZExt = getZeroExtendExpr(Op, Ty);
1232   if (!isa<SCEVZeroExtendExpr>(ZExt))
1233     return ZExt;
1234
1235   // Next try a sext cast. If the cast is folded, use it.
1236   const SCEV *SExt = getSignExtendExpr(Op, Ty);
1237   if (!isa<SCEVSignExtendExpr>(SExt))
1238     return SExt;
1239
1240   // Force the cast to be folded into the operands of an addrec.
1241   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
1242     SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
1243     for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = AR->op_begin(), E = AR->op_end();
1244          I != E; ++I)
1245       Ops.push_back(getAnyExtendExpr(*I, Ty));
1246     return getAddRecExpr(Ops, AR->getLoop());
1247   }
1248
1249   // As a special case, fold anyext(undef) to undef. We don't want to
1250   // know too much about SCEVUnknowns, but this special case is handy
1251   // and harmless.
1252   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(Op))
1253     if (isa<UndefValue>(U->getValue()))
1254       return getSCEV(UndefValue::get(Ty));
1255
1256   // If the expression is obviously signed, use the sext cast value.
1257   if (isa<SCEVSMaxExpr>(Op))
1258     return SExt;
1259
1260   // Absent any other information, use the zext cast value.
1261   return ZExt;
1262 }
1263
1264 /// CollectAddOperandsWithScales - Process the given Ops list, which is
1265 /// a list of operands to be added under the given scale, update the given
1266 /// map. This is a helper function for getAddRecExpr. As an example of
1267 /// what it does, given a sequence of operands that would form an add
1268 /// expression like this:
1269 ///
1270 ///    m + n + 13 + (A * (o + p + (B * q + m + 29))) + r + (-1 * r)
1271 ///
1272 /// where A and B are constants, update the map with these values:
1273 ///
1274 ///    (m, 1+A*B), (n, 1), (o, A), (p, A), (q, A*B), (r, 0)
1275 ///
1276 /// and add 13 + A*B*29 to AccumulatedConstant.
1277 /// This will allow getAddRecExpr to produce this:
1278 ///
1279 ///    13+A*B*29 + n + (m * (1+A*B)) + ((o + p) * A) + (q * A*B)
1280 ///
1281 /// This form often exposes folding opportunities that are hidden in
1282 /// the original operand list.
1283 ///
1284 /// Return true iff it appears that any interesting folding opportunities
1285 /// may be exposed. This helps getAddRecExpr short-circuit extra work in
1286 /// the common case where no interesting opportunities are present, and
1287 /// is also used as a check to avoid infinite recursion.
1288 ///
1289 static bool
1290 CollectAddOperandsWithScales(DenseMap<const SCEV *, APInt> &M,
1291                              SmallVector<const SCEV *, 8> &NewOps,
1292                              APInt &AccumulatedConstant,
1293                              const SCEV *const *Ops, size_t NumOperands,
1294                              const APInt &Scale,
1295                              ScalarEvolution &SE) {
1296   bool Interesting = false;
1297
1298   // Iterate over the add operands. They are sorted, with constants first.
1299   unsigned i = 0;
1300   while (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1301     ++i;
1302     // Pull a buried constant out to the outside.
1303     if (Scale != 1 || AccumulatedConstant != 0 || C->getValue()->isZero())
1304       Interesting = true;
1305     AccumulatedConstant += Scale * C->getValue()->getValue();
1306   }
1307
1308   // Next comes everything else. We're especially interested in multiplies
1309   // here, but they're in the middle, so just visit the rest with one loop.
1310   for (; i != NumOperands; ++i) {
1311     const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i]);
1312     if (Mul && isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
1313       APInt NewScale =
1314         Scale * cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))->getValue()->getValue();
1315       if (Mul->getNumOperands() == 2 && isa<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1))) {
1316         // A multiplication of a constant with another add; recurse.
1317         const SCEVAddExpr *Add = cast<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1));
1318         Interesting |=
1319           CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1320                                        Add->op_begin(), Add->getNumOperands(),
1321                                        NewScale, SE);
1322       } else {
1323         // A multiplication of a constant with some other value. Update
1324         // the map.
1325         SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
1326         const SCEV *Key = SE.getMulExpr(MulOps);
1327         std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1328           M.insert(std::make_pair(Key, NewScale));
1329         if (Pair.second) {
1330           NewOps.push_back(Pair.first->first);
1331         } else {
1332           Pair.first->second += NewScale;
1333           // The map already had an entry for this value, which may indicate
1334           // a folding opportunity.
1335           Interesting = true;
1336         }
1337       }
1338     } else {
1339       // An ordinary operand. Update the map.
1340       std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1341         M.insert(std::make_pair(Ops[i], Scale));
1342       if (Pair.second) {
1343         NewOps.push_back(Pair.first->first);
1344       } else {
1345         Pair.first->second += Scale;
1346         // The map already had an entry for this value, which may indicate
1347         // a folding opportunity.
1348         Interesting = true;
1349       }
1350     }
1351   }
1352
1353   return Interesting;
1354 }
1355
1356 namespace {
1357   struct APIntCompare {
1358     bool operator()(const APInt &LHS, const APInt &RHS) const {
1359       return LHS.ult(RHS);
1360     }
1361   };
1362 }
1363
1364 /// getAddExpr - Get a canonical add expression, or something simpler if
1365 /// possible.
1366 const SCEV *ScalarEvolution::getAddExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1367                                         bool HasNUW, bool HasNSW) {
1368   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
1369   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1370 #ifndef NDEBUG
1371   const Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
1372   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1373     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
1374            "SCEVAddExpr operand types don't match!");
1375 #endif
1376
1377   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1378   if (!HasNUW && HasNSW) {
1379     bool All = true;
1380     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = Ops.begin(),
1381          E = Ops.end(); I != E; ++I)
1382       if (!isKnownNonNegative(*I)) {
1383         All = false;
1384         break;
1385       }
1386     if (All) HasNUW = true;
1387   }
1388
1389   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1390   GroupByComplexity(Ops, LI);
1391
1392   // If there are any constants, fold them together.
1393   unsigned Idx = 0;
1394   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1395     ++Idx;
1396     assert(Idx < Ops.size());
1397     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1398       // We found two constants, fold them together!
1399       Ops[0] = getConstant(LHSC->getValue()->getValue() +
1400                            RHSC->getValue()->getValue());
1401       if (Ops.size() == 2) return Ops[0];
1402       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1403       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1404     }
1405
1406     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
1407     if (LHSC->getValue()->isZero()) {
1408       Ops.erase(Ops.begin());
1409       --Idx;
1410     }
1411
1412     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1413   }
1414
1415   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list more than
1416   // once.  If so, merge them together into an multiply expression.  Since we
1417   // sorted the list, these values are required to be adjacent.
1418   const Type *Ty = Ops[0]->getType();
1419   bool FoundMatch = false;
1420   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-1; ++i)
1421     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
1422       // Scan ahead to count how many equal operands there are.
1423       unsigned Count = 2;
1424       while (i+Count != e && Ops[i+Count] == Ops[i])
1425         ++Count;
1426       // Merge the values into a multiply.
1427       const SCEV *Scale = getConstant(Ty, Count);
1428       const SCEV *Mul = getMulExpr(Scale, Ops[i]);
1429       if (Ops.size() == Count)
1430         return Mul;
1431       Ops[i] = Mul;
1432       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+Count);
1433       --i; e -= Count - 1;
1434       FoundMatch = true;
1435     }
1436   if (FoundMatch)
1437     return getAddExpr(Ops, HasNUW, HasNSW);
1438
1439   // Check for truncates. If all the operands are truncated from the same
1440   // type, see if factoring out the truncate would permit the result to be
1441   // folded. eg., trunc(x) + m*trunc(n) --> trunc(x + trunc(m)*n)
1442   // if the contents of the resulting outer trunc fold to something simple.
1443   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1444     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]);
1445     const Type *DstType = Trunc->getType();
1446     const Type *SrcType = Trunc->getOperand()->getType();
1447     SmallVector<const SCEV *, 8> LargeOps;
1448     bool Ok = true;
1449     // Check all the operands to see if they can be represented in the
1450     // source type of the truncate.
1451     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1452       if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[i])) {
1453         if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1454           Ok = false;
1455           break;
1456         }
1457         LargeOps.push_back(T->getOperand());
1458       } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1459         LargeOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
1460       } else if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i])) {
1461         SmallVector<const SCEV *, 8> LargeMulOps;
1462         for (unsigned j = 0, f = M->getNumOperands(); j != f && Ok; ++j) {
1463           if (const SCEVTruncateExpr *T =
1464                 dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(M->getOperand(j))) {
1465             if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1466               Ok = false;
1467               break;
1468             }
1469             LargeMulOps.push_back(T->getOperand());
1470           } else if (const SCEVConstant *C =
1471                        dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(j))) {
1472             LargeMulOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
1473           } else {
1474             Ok = false;
1475             break;
1476           }
1477         }
1478         if (Ok)
1479           LargeOps.push_back(getMulExpr(LargeMulOps));
1480       } else {
1481         Ok = false;
1482         break;
1483       }
1484     }
1485     if (Ok) {
1486       // Evaluate the expression in the larger type.
1487       const SCEV *Fold = getAddExpr(LargeOps, HasNUW, HasNSW);
1488       // If it folds to something simple, use it. Otherwise, don't.
1489       if (isa<SCEVConstant>(Fold) || isa<SCEVUnknown>(Fold))
1490         return getTruncateExpr(Fold, DstType);
1491     }
1492   }
1493
1494   // Skip past any other cast SCEVs.
1495   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
1496     ++Idx;
1497
1498   // If there are add operands they would be next.
1499   if (Idx < Ops.size()) {
1500     bool DeletedAdd = false;
1501     while (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
1502       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
1503       // list.
1504       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1505       Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
1506       DeletedAdd = true;
1507     }
1508
1509     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
1510     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1511     // any operands we just acquired.
1512     if (DeletedAdd)
1513       return getAddExpr(Ops);
1514   }
1515
1516   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1517   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1518     ++Idx;
1519
1520   // Check to see if there are any folding opportunities present with
1521   // operands multiplied by constant values.
1522   if (Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1523     uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(Ty);
1524     DenseMap<const SCEV *, APInt> M;
1525     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
1526     APInt AccumulatedConstant(BitWidth, 0);
1527     if (CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1528                                      Ops.data(), Ops.size(),
1529                                      APInt(BitWidth, 1), *this)) {
1530       // Some interesting folding opportunity is present, so its worthwhile to
1531       // re-generate the operands list. Group the operands by constant scale,
1532       // to avoid multiplying by the same constant scale multiple times.
1533       std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare> MulOpLists;
1534       for (SmallVector<const SCEV *, 8>::const_iterator I = NewOps.begin(),
1535            E = NewOps.end(); I != E; ++I)
1536         MulOpLists[M.find(*I)->second].push_back(*I);
1537       // Re-generate the operands list.
1538       Ops.clear();
1539       if (AccumulatedConstant != 0)
1540         Ops.push_back(getConstant(AccumulatedConstant));
1541       for (std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare>::iterator
1542            I = MulOpLists.begin(), E = MulOpLists.end(); I != E; ++I)
1543         if (I->first != 0)
1544           Ops.push_back(getMulExpr(getConstant(I->first),
1545                                    getAddExpr(I->second)));
1546       if (Ops.empty())
1547         return getConstant(Ty, 0);
1548       if (Ops.size() == 1)
1549         return Ops[0];
1550       return getAddExpr(Ops);
1551     }
1552   }
1553
1554   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
1555   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
1556   // the multiply.
1557   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1558     const SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
1559     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
1560       const SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
1561       if (isa<SCEVConstant>(MulOpSCEV))
1562         continue;
1563       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
1564         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp]) {
1565           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
1566           const SCEV *InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1567           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1568             // If the multiply has more than two operands, we must get the
1569             // Y*Z term.
1570             SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
1571                                                 Mul->op_begin()+MulOp);
1572             MulOps.append(Mul->op_begin()+MulOp+1, Mul->op_end());
1573             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
1574           }
1575           const SCEV *One = getConstant(Ty, 1);
1576           const SCEV *AddOne = getAddExpr(One, InnerMul);
1577           const SCEV *OuterMul = getMulExpr(AddOne, MulOpSCEV);
1578           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1579           if (AddOp < Idx) {
1580             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
1581             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
1582           } else {
1583             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1584             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
1585           }
1586           Ops.push_back(OuterMul);
1587           return getAddExpr(Ops);
1588         }
1589
1590       // Check this multiply against other multiplies being added together.
1591       bool AnyFold = false;
1592       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
1593            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1594            ++OtherMulIdx) {
1595         const SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1596         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
1597         // together.
1598         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
1599              OMulOp != e; ++OMulOp)
1600           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
1601             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
1602             const SCEV *InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1603             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1604               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
1605                                                   Mul->op_begin()+MulOp);
1606               MulOps.append(Mul->op_begin()+MulOp+1, Mul->op_end());
1607               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
1608             }
1609             const SCEV *InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
1610             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
1611               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(OtherMul->op_begin(),
1612                                                   OtherMul->op_begin()+OMulOp);
1613               MulOps.append(OtherMul->op_begin()+OMulOp+1, OtherMul->op_end());
1614               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
1615             }
1616             const SCEV *InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
1617             const SCEV *OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
1618             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1619             Ops[Idx] = OuterMul;
1620             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx);
1621             OtherMulIdx = Idx;
1622             AnyFold = true;
1623           }
1624       }
1625       if (AnyFold)
1626         return getAddExpr(Ops);
1627     }
1628   }
1629
1630   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1631   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1632   // recurrence.
1633   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1634     ++Idx;
1635
1636   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1637   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1638     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
1639     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1640     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
1641     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1642     const Loop *AddRecLoop = AddRec->getLoop();
1643     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1644       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRecLoop)) {
1645         LIOps.push_back(Ops[i]);
1646         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1647         --i; --e;
1648       }
1649
1650     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1651     if (!LIOps.empty()) {
1652       //  NLI + LI + {Start,+,Step}  -->  NLI + {LI+Start,+,Step}
1653       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
1654
1655       SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
1656                                              AddRec->op_end());
1657       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
1658
1659       // Build the new addrec. Propagate the NUW and NSW flags if both the
1660       // outer add and the inner addrec are guaranteed to have no overflow.
1661       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRecLoop,
1662                                          HasNUW && AddRec->hasNoUnsignedWrap(),
1663                                          HasNSW && AddRec->hasNoSignedWrap());
1664
1665       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1666       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1667
1668       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-liv parts.
1669       for (unsigned i = 0;; ++i)
1670         if (Ops[i] == AddRec) {
1671           Ops[i] = NewRec;
1672           break;
1673         }
1674       return getAddExpr(Ops);
1675     }
1676
1677     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1678     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1679     // added together.  If so, we can fold them.
1680     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1681          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1682          ++OtherIdx)
1683       if (AddRecLoop == cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx])->getLoop()) {
1684         // Other + {A,+,B}<L> + {C,+,D}<L>  -->  Other + {A+C,+,B+D}<L>
1685         SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
1686                                                AddRec->op_end());
1687         for (; OtherIdx != Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1688              ++OtherIdx)
1689           if (const SCEVAddRecExpr *AR =
1690                 dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]))
1691             if (AR->getLoop() == AddRecLoop) {
1692               for (unsigned i = 0, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1693                 if (i >= AddRecOps.size()) {
1694                   AddRecOps.append(AR->op_begin()+i, AR->op_end());
1695                   break;
1696                 }
1697                 AddRecOps[i] = getAddExpr(AddRecOps[i], AR->getOperand(i));
1698               }
1699               Ops.erase(Ops.begin() + OtherIdx); --OtherIdx;
1700             }
1701         Ops[Idx] = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRecLoop);
1702         return getAddExpr(Ops);
1703       }
1704
1705     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1706     // next one.
1707   }
1708
1709   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
1710   // already have one, otherwise create a new one.
1711   FoldingSetNodeID ID;
1712   ID.AddInteger(scAddExpr);
1713   ID.AddInteger(Ops.size());
1714   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1715     ID.AddPointer(Ops[i]);
1716   void *IP = 0;
1717   SCEVAddExpr *S =
1718     static_cast<SCEVAddExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
1719   if (!S) {
1720     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
1721     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
1722     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1723                                         O, Ops.size());
1724     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1725   }
1726   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
1727   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
1728   return S;
1729 }
1730
1731 /// getMulExpr - Get a canonical multiply expression, or something simpler if
1732 /// possible.
1733 const SCEV *ScalarEvolution::getMulExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1734                                         bool HasNUW, bool HasNSW) {
1735   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
1736   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1737 #ifndef NDEBUG
1738   const Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
1739   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1740     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
1741            "SCEVMulExpr operand types don't match!");
1742 #endif
1743
1744   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1745   if (!HasNUW && HasNSW) {
1746     bool All = true;
1747     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = Ops.begin(),
1748          E = Ops.end(); I != E; ++I)
1749       if (!isKnownNonNegative(*I)) {
1750         All = false;
1751         break;
1752       }
1753     if (All) HasNUW = true;
1754   }
1755
1756   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1757   GroupByComplexity(Ops, LI);
1758
1759   // If there are any constants, fold them together.
1760   unsigned Idx = 0;
1761   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1762
1763     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
1764     if (Ops.size() == 2)
1765       if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
1766         if (Add->getNumOperands() == 2 &&
1767             isa<SCEVConstant>(Add->getOperand(0)))
1768           return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
1769                             getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
1770
1771     ++Idx;
1772     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1773       // We found two constants, fold them together!
1774       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
1775                                            LHSC->getValue()->getValue() *
1776                                            RHSC->getValue()->getValue());
1777       Ops[0] = getConstant(Fold);
1778       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1779       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1780       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1781     }
1782
1783     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
1784     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
1785       Ops.erase(Ops.begin());
1786       --Idx;
1787     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
1788       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
1789       return Ops[0];
1790     } else if (Ops[0]->isAllOnesValue()) {
1791       // If we have a mul by -1 of an add, try distributing the -1 among the
1792       // add operands.
1793       if (Ops.size() == 2)
1794         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1])) {
1795           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
1796           bool AnyFolded = false;
1797           for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
1798                I != E; ++I) {
1799             const SCEV *Mul = getMulExpr(Ops[0], *I);
1800             if (!isa<SCEVMulExpr>(Mul)) AnyFolded = true;
1801             NewOps.push_back(Mul);
1802           }
1803           if (AnyFolded)
1804             return getAddExpr(NewOps);
1805         }
1806     }
1807
1808     if (Ops.size() == 1)
1809       return Ops[0];
1810   }
1811
1812   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1813   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1814     ++Idx;
1815
1816   // If there are mul operands inline them all into this expression.
1817   if (Idx < Ops.size()) {
1818     bool DeletedMul = false;
1819     while (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1820       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
1821       // list.
1822       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1823       Ops.append(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1824       DeletedMul = true;
1825     }
1826
1827     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
1828     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1829     // any operands we just acquired.
1830     if (DeletedMul)
1831       return getMulExpr(Ops);
1832   }
1833
1834   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1835   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1836   // recurrence.
1837   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1838     ++Idx;
1839
1840   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1841   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1842     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
1843     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1844     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
1845     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1846     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1847       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
1848         LIOps.push_back(Ops[i]);
1849         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1850         --i; --e;
1851       }
1852
1853     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1854     if (!LIOps.empty()) {
1855       //  NLI * LI * {Start,+,Step}  -->  NLI * {LI*Start,+,LI*Step}
1856       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
1857       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
1858       const SCEV *Scale = getMulExpr(LIOps);
1859       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
1860         NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
1861
1862       // Build the new addrec. Propagate the NUW and NSW flags if both the
1863       // outer mul and the inner addrec are guaranteed to have no overflow.
1864       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop(),
1865                                          HasNUW && AddRec->hasNoUnsignedWrap(),
1866                                          HasNSW && AddRec->hasNoSignedWrap());
1867
1868       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1869       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1870
1871       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-liv parts.
1872       for (unsigned i = 0;; ++i)
1873         if (Ops[i] == AddRec) {
1874           Ops[i] = NewRec;
1875           break;
1876         }
1877       return getMulExpr(Ops);
1878     }
1879
1880     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1881     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1882     // multiplied together.  If so, we can fold them.
1883     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1884          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1885       if (OtherIdx != Idx) {
1886         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1887         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
1888           // F * G  -->  {A,+,B} * {C,+,D}  -->  {A*C,+,F*D + G*B + B*D}
1889           const SCEVAddRecExpr *F = AddRec, *G = OtherAddRec;
1890           const SCEV *NewStart = getMulExpr(F->getStart(), G->getStart());
1891           const SCEV *B = F->getStepRecurrence(*this);
1892           const SCEV *D = G->getStepRecurrence(*this);
1893           const SCEV *NewStep = getAddExpr(getMulExpr(F, D),
1894                                            getMulExpr(G, B),
1895                                            getMulExpr(B, D));
1896           const SCEV *NewAddRec = getAddRecExpr(NewStart, NewStep,
1897                                                 F->getLoop());
1898           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1899
1900           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1901           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1902           Ops.push_back(NewAddRec);
1903           return getMulExpr(Ops);
1904         }
1905       }
1906
1907     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1908     // next one.
1909   }
1910
1911   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
1912   // already have one, otherwise create a new one.
1913   FoldingSetNodeID ID;
1914   ID.AddInteger(scMulExpr);
1915   ID.AddInteger(Ops.size());
1916   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1917     ID.AddPointer(Ops[i]);
1918   void *IP = 0;
1919   SCEVMulExpr *S =
1920     static_cast<SCEVMulExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
1921   if (!S) {
1922     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
1923     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
1924     S = new (SCEVAllocator) SCEVMulExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1925                                         O, Ops.size());
1926     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1927   }
1928   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
1929   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
1930   return S;
1931 }
1932
1933 /// getUDivExpr - Get a canonical unsigned division expression, or something
1934 /// simpler if possible.
1935 const SCEV *ScalarEvolution::getUDivExpr(const SCEV *LHS,
1936                                          const SCEV *RHS) {
1937   assert(getEffectiveSCEVType(LHS->getType()) ==
1938          getEffectiveSCEVType(RHS->getType()) &&
1939          "SCEVUDivExpr operand types don't match!");
1940
1941   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
1942     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
1943       return LHS;                               // X udiv 1 --> x
1944     // If the denominator is zero, the result of the udiv is undefined. Don't
1945     // try to analyze it, because the resolution chosen here may differ from
1946     // the resolution chosen in other parts of the compiler.
1947     if (!RHSC->getValue()->isZero()) {
1948       // Determine if the division can be folded into the operands of
1949       // its operands.
1950       // TODO: Generalize this to non-constants by using known-bits information.
1951       const Type *Ty = LHS->getType();
1952       unsigned LZ = RHSC->getValue()->getValue().countLeadingZeros();
1953       unsigned MaxShiftAmt = getTypeSizeInBits(Ty) - LZ - 1;
1954       // For non-power-of-two values, effectively round the value up to the
1955       // nearest power of two.
1956       if (!RHSC->getValue()->getValue().isPowerOf2())
1957         ++MaxShiftAmt;
1958       const IntegerType *ExtTy =
1959         IntegerType::get(getContext(), getTypeSizeInBits(Ty) + MaxShiftAmt);
1960       // {X,+,N}/C --> {X/C,+,N/C} if safe and N/C can be folded.
1961       if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
1962         if (const SCEVConstant *Step =
1963               dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*this)))
1964           if (!Step->getValue()->getValue()
1965                 .urem(RHSC->getValue()->getValue()) &&
1966               getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
1967               getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
1968                             getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
1969                             AR->getLoop())) {
1970             SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1971             for (unsigned i = 0, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
1972               Operands.push_back(getUDivExpr(AR->getOperand(i), RHS));
1973             return getAddRecExpr(Operands, AR->getLoop());
1974           }
1975       // (A*B)/C --> A*(B/C) if safe and B/C can be folded.
1976       if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
1977         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1978         for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i)
1979           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(M->getOperand(i), ExtTy));
1980         if (getZeroExtendExpr(M, ExtTy) == getMulExpr(Operands))
1981           // Find an operand that's safely divisible.
1982           for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1983             const SCEV *Op = M->getOperand(i);
1984             const SCEV *Div = getUDivExpr(Op, RHSC);
1985             if (!isa<SCEVUDivExpr>(Div) && getMulExpr(Div, RHSC) == Op) {
1986               Operands = SmallVector<const SCEV *, 4>(M->op_begin(),
1987                                                       M->op_end());
1988               Operands[i] = Div;
1989               return getMulExpr(Operands);
1990             }
1991           }
1992       }
1993       // (A+B)/C --> (A/C + B/C) if safe and A/C and B/C can be folded.
1994       if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
1995         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1996         for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i)
1997           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(A->getOperand(i), ExtTy));
1998         if (getZeroExtendExpr(A, ExtTy) == getAddExpr(Operands)) {
1999           Operands.clear();
2000           for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2001             const SCEV *Op = getUDivExpr(A->getOperand(i), RHS);
2002             if (isa<SCEVUDivExpr>(Op) ||
2003                 getMulExpr(Op, RHS) != A->getOperand(i))
2004               break;
2005             Operands.push_back(Op);
2006           }
2007           if (Operands.size() == A->getNumOperands())
2008             return getAddExpr(Operands);
2009         }
2010       }
2011
2012       // Fold if both operands are constant.
2013       if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
2014         Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
2015         Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
2016         return getConstant(cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getUDiv(LHSCV,
2017                                                                    RHSCV)));
2018       }
2019     }
2020   }
2021
2022   FoldingSetNodeID ID;
2023   ID.AddInteger(scUDivExpr);
2024   ID.AddPointer(LHS);
2025   ID.AddPointer(RHS);
2026   void *IP = 0;
2027   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2028   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUDivExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2029                                              LHS, RHS);
2030   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2031   return S;
2032 }
2033
2034
2035 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
2036 /// Simplify the expression as much as possible.
2037 const SCEV *ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEV *Start,
2038                                            const SCEV *Step, const Loop *L,
2039                                            bool HasNUW, bool HasNSW) {
2040   SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2041   Operands.push_back(Start);
2042   if (const SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
2043     if (StepChrec->getLoop() == L) {
2044       Operands.append(StepChrec->op_begin(), StepChrec->op_end());
2045       return getAddRecExpr(Operands, L);
2046     }
2047
2048   Operands.push_back(Step);
2049   return getAddRecExpr(Operands, L, HasNUW, HasNSW);
2050 }
2051
2052 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
2053 /// Simplify the expression as much as possible.
2054 const SCEV *
2055 ScalarEvolution::getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
2056                                const Loop *L,
2057                                bool HasNUW, bool HasNSW) {
2058   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
2059 #ifndef NDEBUG
2060   const Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Operands[0]->getType());
2061   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2062     assert(getEffectiveSCEVType(Operands[i]->getType()) == ETy &&
2063            "SCEVAddRecExpr operand types don't match!");
2064 #endif
2065
2066   if (Operands.back()->isZero()) {
2067     Operands.pop_back();
2068     return getAddRecExpr(Operands, L, HasNUW, HasNSW); // {X,+,0}  -->  X
2069   }
2070
2071   // It's tempting to want to call getMaxBackedgeTakenCount count here and
2072   // use that information to infer NUW and NSW flags. However, computing a
2073   // BE count requires calling getAddRecExpr, so we may not yet have a
2074   // meaningful BE count at this point (and if we don't, we'd be stuck
2075   // with a SCEVCouldNotCompute as the cached BE count).
2076
2077   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
2078   if (!HasNUW && HasNSW) {
2079     bool All = true;
2080     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = Operands.begin(),
2081          E = Operands.end(); I != E; ++I)
2082       if (!isKnownNonNegative(*I)) {
2083         All = false;
2084         break;
2085       }
2086     if (All) HasNUW = true;
2087   }
2088
2089   // Canonicalize nested AddRecs in by nesting them in order of loop depth.
2090   if (const SCEVAddRecExpr *NestedAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Operands[0])) {
2091     const Loop *NestedLoop = NestedAR->getLoop();
2092     if (L->contains(NestedLoop) ?
2093         (L->getLoopDepth() < NestedLoop->getLoopDepth()) :
2094         (!NestedLoop->contains(L) &&
2095          DT->dominates(L->getHeader(), NestedLoop->getHeader()))) {
2096       SmallVector<const SCEV *, 4> NestedOperands(NestedAR->op_begin(),
2097                                                   NestedAR->op_end());
2098       Operands[0] = NestedAR->getStart();
2099       // AddRecs require their operands be loop-invariant with respect to their
2100       // loops. Don't perform this transformation if it would break this
2101       // requirement.
2102       bool AllInvariant = true;
2103       for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2104         if (!Operands[i]->isLoopInvariant(L)) {
2105           AllInvariant = false;
2106           break;
2107         }
2108       if (AllInvariant) {
2109         NestedOperands[0] = getAddRecExpr(Operands, L);
2110         AllInvariant = true;
2111         for (unsigned i = 0, e = NestedOperands.size(); i != e; ++i)
2112           if (!NestedOperands[i]->isLoopInvariant(NestedLoop)) {
2113             AllInvariant = false;
2114             break;
2115           }
2116         if (AllInvariant)
2117           // Ok, both add recurrences are valid after the transformation.
2118           return getAddRecExpr(NestedOperands, NestedLoop, HasNUW, HasNSW);
2119       }
2120       // Reset Operands to its original state.
2121       Operands[0] = NestedAR;
2122     }
2123   }
2124
2125   // Okay, it looks like we really DO need an addrec expr.  Check to see if we
2126   // already have one, otherwise create a new one.
2127   FoldingSetNodeID ID;
2128   ID.AddInteger(scAddRecExpr);
2129   ID.AddInteger(Operands.size());
2130   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2131     ID.AddPointer(Operands[i]);
2132   ID.AddPointer(L);
2133   void *IP = 0;
2134   SCEVAddRecExpr *S =
2135     static_cast<SCEVAddRecExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2136   if (!S) {
2137     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Operands.size());
2138     std::uninitialized_copy(Operands.begin(), Operands.end(), O);
2139     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddRecExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2140                                            O, Operands.size(), L);
2141     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2142   }
2143   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
2144   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
2145   return S;
2146 }
2147
2148 const SCEV *ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEV *LHS,
2149                                          const SCEV *RHS) {
2150   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2151   Ops.push_back(LHS);
2152   Ops.push_back(RHS);
2153   return getSMaxExpr(Ops);
2154 }
2155
2156 const SCEV *
2157 ScalarEvolution::getSMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2158   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
2159   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2160 #ifndef NDEBUG
2161   const Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
2162   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2163     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
2164            "SCEVSMaxExpr operand types don't match!");
2165 #endif
2166
2167   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2168   GroupByComplexity(Ops, LI);
2169
2170   // If there are any constants, fold them together.
2171   unsigned Idx = 0;
2172   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2173     ++Idx;
2174     assert(Idx < Ops.size());
2175     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2176       // We found two constants, fold them together!
2177       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2178                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
2179                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2180       Ops[0] = getConstant(Fold);
2181       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2182       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2183       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2184     }
2185
2186     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2187     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
2188       Ops.erase(Ops.begin());
2189       --Idx;
2190     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(true)) {
2191       // If we have an smax with a constant maximum-int, it will always be
2192       // maximum-int.
2193       return Ops[0];
2194     }
2195
2196     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2197   }
2198
2199   // Find the first SMax
2200   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
2201     ++Idx;
2202
2203   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
2204   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2205   if (Idx < Ops.size()) {
2206     bool DeletedSMax = false;
2207     while (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2208       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2209       Ops.append(SMax->op_begin(), SMax->op_end());
2210       DeletedSMax = true;
2211     }
2212
2213     if (DeletedSMax)
2214       return getSMaxExpr(Ops);
2215   }
2216
2217   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2218   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2219   // be adjacent.
2220   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2221     //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
2222     //  X smax Y         -->  X, if X is always greater than Y
2223     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
2224         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2225       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
2226       --i; --e;
2227     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SLE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2228       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2229       --i; --e;
2230     }
2231
2232   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2233
2234   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
2235
2236   // Okay, it looks like we really DO need an smax expr.  Check to see if we
2237   // already have one, otherwise create a new one.
2238   FoldingSetNodeID ID;
2239   ID.AddInteger(scSMaxExpr);
2240   ID.AddInteger(Ops.size());
2241   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2242     ID.AddPointer(Ops[i]);
2243   void *IP = 0;
2244   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2245   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2246   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2247   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2248                                              O, Ops.size());
2249   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2250   return S;
2251 }
2252
2253 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxExpr(const SCEV *LHS,
2254                                          const SCEV *RHS) {
2255   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2256   Ops.push_back(LHS);
2257   Ops.push_back(RHS);
2258   return getUMaxExpr(Ops);
2259 }
2260
2261 const SCEV *
2262 ScalarEvolution::getUMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2263   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty umax!");
2264   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2265 #ifndef NDEBUG
2266   const Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
2267   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2268     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
2269            "SCEVUMaxExpr operand types don't match!");
2270 #endif
2271
2272   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2273   GroupByComplexity(Ops, LI);
2274
2275   // If there are any constants, fold them together.
2276   unsigned Idx = 0;
2277   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2278     ++Idx;
2279     assert(Idx < Ops.size());
2280     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2281       // We found two constants, fold them together!
2282       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2283                               APIntOps::umax(LHSC->getValue()->getValue(),
2284                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2285       Ops[0] = getConstant(Fold);
2286       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2287       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2288       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2289     }
2290
2291     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2292     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(false)) {
2293       Ops.erase(Ops.begin());
2294       --Idx;
2295     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(false)) {
2296       // If we have an umax with a constant maximum-int, it will always be
2297       // maximum-int.
2298       return Ops[0];
2299     }
2300
2301     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2302   }
2303
2304   // Find the first UMax
2305   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scUMaxExpr)
2306     ++Idx;
2307
2308   // Check to see if one of the operands is a UMax. If so, expand its operands
2309   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2310   if (Idx < Ops.size()) {
2311     bool DeletedUMax = false;
2312     while (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2313       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2314       Ops.append(UMax->op_begin(), UMax->op_end());
2315       DeletedUMax = true;
2316     }
2317
2318     if (DeletedUMax)
2319       return getUMaxExpr(Ops);
2320   }
2321
2322   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2323   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2324   // be adjacent.
2325   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2326     //  X umax Y umax Y  -->  X umax Y
2327     //  X umax Y         -->  X, if X is always greater than Y
2328     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
2329         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_UGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2330       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
2331       --i; --e;
2332     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_ULE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2333       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2334       --i; --e;
2335     }
2336
2337   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2338
2339   assert(!Ops.empty() && "Reduced umax down to nothing!");
2340
2341   // Okay, it looks like we really DO need a umax expr.  Check to see if we
2342   // already have one, otherwise create a new one.
2343   FoldingSetNodeID ID;
2344   ID.AddInteger(scUMaxExpr);
2345   ID.AddInteger(Ops.size());
2346   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2347     ID.AddPointer(Ops[i]);
2348   void *IP = 0;
2349   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2350   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2351   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2352   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2353                                              O, Ops.size());
2354   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2355   return S;
2356 }
2357
2358 const SCEV *ScalarEvolution::getSMinExpr(const SCEV *LHS,
2359                                          const SCEV *RHS) {
2360   // ~smax(~x, ~y) == smin(x, y).
2361   return getNotSCEV(getSMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2362 }
2363
2364 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinExpr(const SCEV *LHS,
2365                                          const SCEV *RHS) {
2366   // ~umax(~x, ~y) == umin(x, y)
2367   return getNotSCEV(getUMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2368 }
2369
2370 const SCEV *ScalarEvolution::getSizeOfExpr(const Type *AllocTy) {
2371   // If we have TargetData, we can bypass creating a target-independent
2372   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
2373   // This is just a compile-time optimization.
2374   if (TD)
2375     return getConstant(TD->getIntPtrType(getContext()),
2376                        TD->getTypeAllocSize(AllocTy));
2377
2378   Constant *C = ConstantExpr::getSizeOf(AllocTy);
2379   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2380     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2381       C = Folded;
2382   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(AllocTy));
2383   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2384 }
2385
2386 const SCEV *ScalarEvolution::getAlignOfExpr(const Type *AllocTy) {
2387   Constant *C = ConstantExpr::getAlignOf(AllocTy);
2388   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2389     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2390       C = Folded;
2391   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(AllocTy));
2392   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2393 }
2394
2395 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(const StructType *STy,
2396                                              unsigned FieldNo) {
2397   // If we have TargetData, we can bypass creating a target-independent
2398   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
2399   // This is just a compile-time optimization.
2400   if (TD)
2401     return getConstant(TD->getIntPtrType(getContext()),
2402                        TD->getStructLayout(STy)->getElementOffset(FieldNo));
2403
2404   Constant *C = ConstantExpr::getOffsetOf(STy, FieldNo);
2405   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2406     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2407       C = Folded;
2408   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(STy));
2409   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2410 }
2411
2412 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(const Type *CTy,
2413                                              Constant *FieldNo) {
2414   Constant *C = ConstantExpr::getOffsetOf(CTy, FieldNo);
2415   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2416     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2417       C = Folded;
2418   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(CTy));
2419   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2420 }
2421
2422 const SCEV *ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
2423   // Don't attempt to do anything other than create a SCEVUnknown object
2424   // here.  createSCEV only calls getUnknown after checking for all other
2425   // interesting possibilities, and any other code that calls getUnknown
2426   // is doing so in order to hide a value from SCEV canonicalization.
2427
2428   FoldingSetNodeID ID;
2429   ID.AddInteger(scUnknown);
2430   ID.AddPointer(V);
2431   void *IP = 0;
2432   if (SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) {
2433     assert(cast<SCEVUnknown>(S)->getValue() == V &&
2434            "Stale SCEVUnknown in uniquing map!");
2435     return S;
2436   }
2437   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUnknown(ID.Intern(SCEVAllocator), V, this,
2438                                             FirstUnknown);
2439   FirstUnknown = cast<SCEVUnknown>(S);
2440   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2441   return S;
2442 }
2443
2444 //===----------------------------------------------------------------------===//
2445 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
2446 //
2447
2448 /// isSCEVable - Test if values of the given type are analyzable within
2449 /// the SCEV framework. This primarily includes integer types, and it
2450 /// can optionally include pointer types if the ScalarEvolution class
2451 /// has access to target-specific information.
2452 bool ScalarEvolution::isSCEVable(const Type *Ty) const {
2453   // Integers and pointers are always SCEVable.
2454   return Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy();
2455 }
2456
2457 /// getTypeSizeInBits - Return the size in bits of the specified type,
2458 /// for which isSCEVable must return true.
2459 uint64_t ScalarEvolution::getTypeSizeInBits(const Type *Ty) const {
2460   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
2461
2462   // If we have a TargetData, use it!
2463   if (TD)
2464     return TD->getTypeSizeInBits(Ty);
2465
2466   // Integer types have fixed sizes.
2467   if (Ty->isIntegerTy())
2468     return Ty->getPrimitiveSizeInBits();
2469
2470   // The only other support type is pointer. Without TargetData, conservatively
2471   // assume pointers are 64-bit.
2472   assert(Ty->isPointerTy() && "isSCEVable permitted a non-SCEVable type!");
2473   return 64;
2474 }
2475
2476 /// getEffectiveSCEVType - Return a type with the same bitwidth as
2477 /// the given type and which represents how SCEV will treat the given
2478 /// type, for which isSCEVable must return true. For pointer types,
2479 /// this is the pointer-sized integer type.
2480 const Type *ScalarEvolution::getEffectiveSCEVType(const Type *Ty) const {
2481   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
2482
2483   if (Ty->isIntegerTy())
2484     return Ty;
2485
2486   // The only other support type is pointer.
2487   assert(Ty->isPointerTy() && "Unexpected non-pointer non-integer type!");
2488   if (TD) return TD->getIntPtrType(getContext());
2489
2490   // Without TargetData, conservatively assume pointers are 64-bit.
2491   return Type::getInt64Ty(getContext());
2492 }
2493
2494 const SCEV *ScalarEvolution::getCouldNotCompute() {
2495   return &CouldNotCompute;
2496 }
2497
2498 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
2499 /// expression and create a new one.
2500 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) {
2501   assert(isSCEVable(V->getType()) && "Value is not SCEVable!");
2502
2503   ValueExprMapType::const_iterator I = ValueExprMap.find(V);
2504   if (I != ValueExprMap.end()) return I->second;
2505   const SCEV *S = createSCEV(V);
2506
2507   // The process of creating a SCEV for V may have caused other SCEVs
2508   // to have been created, so it's necessary to insert the new entry
2509   // from scratch, rather than trying to remember the insert position
2510   // above.
2511   ValueExprMap.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(V, this), S));
2512   return S;
2513 }
2514
2515 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
2516 ///
2517 const SCEV *ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEV *V) {
2518   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2519     return getConstant(
2520                cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue())));
2521
2522   const Type *Ty = V->getType();
2523   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2524   return getMulExpr(V,
2525                   getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty))));
2526 }
2527
2528 /// getNotSCEV - Return a SCEV corresponding to ~V = -1-V
2529 const SCEV *ScalarEvolution::getNotSCEV(const SCEV *V) {
2530   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2531     return getConstant(
2532                 cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(VC->getValue())));
2533
2534   const Type *Ty = V->getType();
2535   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2536   const SCEV *AllOnes =
2537                    getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty)));
2538   return getMinusSCEV(AllOnes, V);
2539 }
2540
2541 /// getMinusSCEV - Return a SCEV corresponding to LHS - RHS.
2542 ///
2543 const SCEV *ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEV *LHS,
2544                                           const SCEV *RHS) {
2545   // Fast path: X - X --> 0.
2546   if (LHS == RHS)
2547     return getConstant(LHS->getType(), 0);
2548
2549   // X - Y --> X + -Y
2550   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS));
2551 }
2552
2553 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2554 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2555 /// extended.
2556 const SCEV *
2557 ScalarEvolution::getTruncateOrZeroExtend(const SCEV *V,
2558                                          const Type *Ty) {
2559   const Type *SrcTy = V->getType();
2560   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2561          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2562          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2563   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2564     return V;  // No conversion
2565   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2566     return getTruncateExpr(V, Ty);
2567   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2568 }
2569
2570 /// getTruncateOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2571 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2572 /// extended.
2573 const SCEV *
2574 ScalarEvolution::getTruncateOrSignExtend(const SCEV *V,
2575                                          const Type *Ty) {
2576   const Type *SrcTy = V->getType();
2577   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2578          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2579          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2580   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2581     return V;  // No conversion
2582   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2583     return getTruncateExpr(V, Ty);
2584   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2585 }
2586
2587 /// getNoopOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2588 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2589 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2590 const SCEV *
2591 ScalarEvolution::getNoopOrZeroExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2592   const Type *SrcTy = V->getType();
2593   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2594          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2595          "Cannot noop or zero extend with non-integer arguments!");
2596   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2597          "getNoopOrZeroExtend cannot truncate!");
2598   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2599     return V;  // No conversion
2600   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2601 }
2602
2603 /// getNoopOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2604 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2605 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2606 const SCEV *
2607 ScalarEvolution::getNoopOrSignExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2608   const Type *SrcTy = V->getType();
2609   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2610          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2611          "Cannot noop or sign extend with non-integer arguments!");
2612   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2613          "getNoopOrSignExtend cannot truncate!");
2614   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2615     return V;  // No conversion
2616   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2617 }
2618
2619 /// getNoopOrAnyExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
2620 /// the input value to the specified type. If the type must be extended,
2621 /// it is extended with unspecified bits. The conversion must not be
2622 /// narrowing.
2623 const SCEV *
2624 ScalarEvolution::getNoopOrAnyExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2625   const Type *SrcTy = V->getType();
2626   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2627          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2628          "Cannot noop or any extend with non-integer arguments!");
2629   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2630          "getNoopOrAnyExtend cannot truncate!");
2631   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2632     return V;  // No conversion
2633   return getAnyExtendExpr(V, Ty);
2634 }
2635
2636 /// getTruncateOrNoop - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2637 /// input value to the specified type.  The conversion must not be widening.
2638 const SCEV *
2639 ScalarEvolution::getTruncateOrNoop(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2640   const Type *SrcTy = V->getType();
2641   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2642          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2643          "Cannot truncate or noop with non-integer arguments!");
2644   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) >= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2645          "getTruncateOrNoop cannot extend!");
2646   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2647     return V;  // No conversion
2648   return getTruncateExpr(V, Ty);
2649 }
2650
2651 /// getUMaxFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2652 /// the types using zero-extension, and then perform a umax operation
2653 /// with them.
2654 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2655                                                         const SCEV *RHS) {
2656   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
2657   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
2658
2659   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2660     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2661   else
2662     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2663
2664   return getUMaxExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2665 }
2666
2667 /// getUMinFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2668 /// the types using zero-extension, and then perform a umin operation
2669 /// with them.
2670 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2671                                                         const SCEV *RHS) {
2672   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
2673   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
2674
2675   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2676     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2677   else
2678     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2679
2680   return getUMinExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2681 }
2682
2683 /// PushDefUseChildren - Push users of the given Instruction
2684 /// onto the given Worklist.
2685 static void
2686 PushDefUseChildren(Instruction *I,
2687                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
2688   // Push the def-use children onto the Worklist stack.
2689   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
2690        UI != UE; ++UI)
2691     Worklist.push_back(cast<Instruction>(*UI));
2692 }
2693
2694 /// ForgetSymbolicValue - This looks up computed SCEV values for all
2695 /// instructions that depend on the given instruction and removes them from
2696 /// the ValueExprMapType map if they reference SymName. This is used during PHI
2697 /// resolution.
2698 void
2699 ScalarEvolution::ForgetSymbolicName(Instruction *PN, const SCEV *SymName) {
2700   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
2701   PushDefUseChildren(PN, Worklist);
2702
2703   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
2704   Visited.insert(PN);
2705   while (!Worklist.empty()) {
2706     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
2707     if (!Visited.insert(I)) continue;
2708
2709     ValueExprMapType::iterator It =
2710       ValueExprMap.find(static_cast<Value *>(I));
2711     if (It != ValueExprMap.end()) {
2712       // Short-circuit the def-use traversal if the symbolic name
2713       // ceases to appear in expressions.
2714       if (It->second != SymName && !It->second->hasOperand(SymName))
2715         continue;
2716
2717       // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
2718       // structure, it's a PHI that's in the progress of being computed
2719       // by createNodeForPHI, or it's a single-value PHI. In the first case,
2720       // additional loop trip count information isn't going to change anything.
2721       // In the second case, createNodeForPHI will perform the necessary
2722       // updates on its own when it gets to that point. In the third, we do
2723       // want to forget the SCEVUnknown.
2724       if (!isa<PHINode>(I) ||
2725           !isa<SCEVUnknown>(It->second) ||
2726           (I != PN && It->second == SymName)) {
2727         ValuesAtScopes.erase(It->second);
2728         ValueExprMap.erase(It);
2729       }
2730     }
2731
2732     PushDefUseChildren(I, Worklist);
2733   }
2734 }
2735
2736 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
2737 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
2738 ///
2739 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
2740   if (const Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent()))
2741     if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
2742       // The loop may have multiple entrances or multiple exits; we can analyze
2743       // this phi as an addrec if it has a unique entry value and a unique
2744       // backedge value.
2745       Value *BEValueV = 0, *StartValueV = 0;
2746       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2747         Value *V = PN->getIncomingValue(i);
2748         if (L->contains(PN->getIncomingBlock(i))) {
2749           if (!BEValueV) {
2750             BEValueV = V;
2751           } else if (BEValueV != V) {
2752             BEValueV = 0;
2753             break;
2754           }
2755         } else if (!StartValueV) {
2756           StartValueV = V;
2757         } else if (StartValueV != V) {
2758           StartValueV = 0;
2759           break;
2760         }
2761       }
2762       if (BEValueV && StartValueV) {
2763         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
2764         const SCEV *SymbolicName = getUnknown(PN);
2765         assert(ValueExprMap.find(PN) == ValueExprMap.end() &&
2766                "PHI node already processed?");
2767         ValueExprMap.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(PN, this), SymbolicName));
2768
2769         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
2770         // the back-edge.
2771         const SCEV *BEValue = getSCEV(BEValueV);
2772
2773         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
2774         // has a special value for the first iteration of the loop.
2775
2776         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
2777         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
2778         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
2779           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
2780           // with a recurrence.
2781           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
2782           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2783             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
2784               if (FoundIndex == e) {
2785                 FoundIndex = i;
2786                 break;
2787               }
2788
2789           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
2790             // Create an add with everything but the specified operand.
2791             SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
2792             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2793               if (i != FoundIndex)
2794                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
2795             const SCEV *Accum = getAddExpr(Ops);
2796
2797             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
2798             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
2799             if (Accum->isLoopInvariant(L) ||
2800                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
2801                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
2802               bool HasNUW = false;
2803               bool HasNSW = false;
2804
2805               // If the increment doesn't overflow, then neither the addrec nor
2806               // the post-increment will overflow.
2807               if (const AddOperator *OBO = dyn_cast<AddOperator>(BEValueV)) {
2808                 if (OBO->hasNoUnsignedWrap())
2809                   HasNUW = true;
2810                 if (OBO->hasNoSignedWrap())
2811                   HasNSW = true;
2812               }
2813
2814               const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
2815               const SCEV *PHISCEV =
2816                 getAddRecExpr(StartVal, Accum, L, HasNUW, HasNSW);
2817
2818               // Since the no-wrap flags are on the increment, they apply to the
2819               // post-incremented value as well.
2820               if (Accum->isLoopInvariant(L))
2821                 (void)getAddRecExpr(getAddExpr(StartVal, Accum),
2822                                     Accum, L, HasNUW, HasNSW);
2823
2824               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2825               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
2826               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
2827               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
2828               ValueExprMap[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
2829               return PHISCEV;
2830             }
2831           }
2832         } else if (const SCEVAddRecExpr *AddRec =
2833                      dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
2834           // Otherwise, this could be a loop like this:
2835           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
2836           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
2837           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
2838           // i really is an addrec evolution.
2839           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
2840             const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
2841
2842             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
2843             // initial step of the addrec evolution.
2844             if (StartVal == getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
2845                                          AddRec->getOperand(1))) {
2846               const SCEV *PHISCEV =
2847                  getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1), L);
2848
2849               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2850               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
2851               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
2852               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
2853               ValueExprMap[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
2854               return PHISCEV;
2855             }
2856           }
2857         }
2858       }
2859     }
2860
2861   // If the PHI has a single incoming value, follow that value, unless the
2862   // PHI's incoming blocks are in a different loop, in which case doing so
2863   // risks breaking LCSSA form. Instcombine would normally zap these, but
2864   // it doesn't have DominatorTree information, so it may miss cases.
2865   if (Value *V = PN->hasConstantValue(DT)) {
2866     bool AllSameLoop = true;
2867     Loop *PNLoop = LI->getLoopFor(PN->getParent());
2868     for (size_t i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
2869       if (LI->getLoopFor(PN->getIncomingBlock(i)) != PNLoop) {
2870         AllSameLoop = false;
2871         break;
2872       }
2873     if (AllSameLoop)
2874       return getSCEV(V);
2875   }
2876
2877   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
2878   return getUnknown(PN);
2879 }
2880
2881 /// createNodeForGEP - Expand GEP instructions into add and multiply
2882 /// operations. This allows them to be analyzed by regular SCEV code.
2883 ///
2884 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForGEP(GEPOperator *GEP) {
2885
2886   // Don't blindly transfer the inbounds flag from the GEP instruction to the
2887   // Add expression, because the Instruction may be guarded by control flow
2888   // and the no-overflow bits may not be valid for the expression in any
2889   // context.
2890
2891   const Type *IntPtrTy = getEffectiveSCEVType(GEP->getType());
2892   Value *Base = GEP->getOperand(0);
2893   // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
2894   if (!cast<PointerType>(Base->getType())->getElementType()->isSized())
2895     return getUnknown(GEP);
2896   const SCEV *TotalOffset = getConstant(IntPtrTy, 0);
2897   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
2898   for (GetElementPtrInst::op_iterator I = llvm::next(GEP->op_begin()),
2899                                       E = GEP->op_end();
2900        I != E; ++I) {
2901     Value *Index = *I;
2902     // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
2903     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
2904       // For a struct, add the member offset.
2905       unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
2906       const SCEV *FieldOffset = getOffsetOfExpr(STy, FieldNo);
2907
2908       // Add the field offset to the running total offset.
2909       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, FieldOffset);
2910     } else {
2911       // For an array, add the element offset, explicitly scaled.
2912       const SCEV *ElementSize = getSizeOfExpr(*GTI);
2913       const SCEV *IndexS = getSCEV(Index);
2914       // Getelementptr indices are signed.
2915       IndexS = getTruncateOrSignExtend(IndexS, IntPtrTy);
2916
2917       // Multiply the index by the element size to compute the element offset.
2918       const SCEV *LocalOffset = getMulExpr(IndexS, ElementSize);
2919
2920       // Add the element offset to the running total offset.
2921       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, LocalOffset);
2922     }
2923   }
2924
2925   // Get the SCEV for the GEP base.
2926   const SCEV *BaseS = getSCEV(Base);
2927
2928   // Add the total offset from all the GEP indices to the base.
2929   return getAddExpr(BaseS, TotalOffset);
2930 }
2931
2932 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
2933 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
2934 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
2935 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
2936 uint32_t
2937 ScalarEvolution::GetMinTrailingZeros(const SCEV *S) {
2938   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
2939     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
2940
2941   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
2942     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand()),
2943                     (uint32_t)getTypeSizeInBits(T->getType()));
2944
2945   if (const SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
2946     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
2947     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2948              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2949   }
2950
2951   if (const SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
2952     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
2953     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2954              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2955   }
2956
2957   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2958     // The result is the min of all operands results.
2959     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2960     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2961       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2962     return MinOpRes;
2963   }
2964
2965   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2966     // The result is the sum of all operands results.
2967     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2968     uint32_t BitWidth = getTypeSizeInBits(M->getType());
2969     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
2970          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
2971       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)),
2972                           BitWidth);
2973     return SumOpRes;
2974   }
2975
2976   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2977     // The result is the min of all operands results.
2978     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2979     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2980       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2981     return MinOpRes;
2982   }
2983
2984   if (const SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
2985     // The result is the min of all operands results.
2986     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2987     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2988       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2989     return MinOpRes;
2990   }
2991
2992   if (const SCEVUMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
2993     // The result is the min of all operands results.
2994     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2995     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2996       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2997     return MinOpRes;
2998   }
2999
3000   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3001     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3002     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
3003     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
3004     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
3005     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones);
3006     return Zeros.countTrailingOnes();
3007   }
3008
3009   // SCEVUDivExpr
3010   return 0;
3011 }
3012
3013 /// getUnsignedRange - Determine the unsigned range for a particular SCEV.
3014 ///
3015 ConstantRange
3016 ScalarEvolution::getUnsignedRange(const SCEV *S) {
3017
3018   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3019     return ConstantRange(C->getValue()->getValue());
3020
3021   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
3022   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
3023
3024   // If the value has known zeros, the maximum unsigned value will have those
3025   // known zeros as well.
3026   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
3027   if (TZ != 0)
3028     ConservativeResult =
3029       ConstantRange(APInt::getMinValue(BitWidth),
3030                     APInt::getMaxValue(BitWidth).lshr(TZ).shl(TZ) + 1);
3031
3032   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3033     ConstantRange X = getUnsignedRange(Add->getOperand(0));
3034     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3035       X = X.add(getUnsignedRange(Add->getOperand(i)));
3036     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3037   }
3038
3039   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3040     ConstantRange X = getUnsignedRange(Mul->getOperand(0));
3041     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
3042       X = X.multiply(getUnsignedRange(Mul->getOperand(i)));
3043     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3044   }
3045
3046   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3047     ConstantRange X = getUnsignedRange(SMax->getOperand(0));
3048     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3049       X = X.smax(getUnsignedRange(SMax->getOperand(i)));
3050     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3051   }
3052
3053   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3054     ConstantRange X = getUnsignedRange(UMax->getOperand(0));
3055     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3056       X = X.umax(getUnsignedRange(UMax->getOperand(i)));
3057     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3058   }
3059
3060   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3061     ConstantRange X = getUnsignedRange(UDiv->getLHS());
3062     ConstantRange Y = getUnsignedRange(UDiv->getRHS());
3063     return ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y));
3064   }
3065
3066   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3067     ConstantRange X = getUnsignedRange(ZExt->getOperand());
3068     return ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth));
3069   }
3070
3071   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3072     ConstantRange X = getUnsignedRange(SExt->getOperand());
3073     return ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth));
3074   }
3075
3076   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
3077     ConstantRange X = getUnsignedRange(Trunc->getOperand());
3078     return ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth));
3079   }
3080
3081   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3082     // If there's no unsigned wrap, the value will never be less than its
3083     // initial value.
3084     if (AddRec->hasNoUnsignedWrap())
3085       if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getStart()))
3086         if (!C->getValue()->isZero())
3087           ConservativeResult =
3088             ConservativeResult.intersectWith(
3089               ConstantRange(C->getValue()->getValue(), APInt(BitWidth, 0)));
3090
3091     // TODO: non-affine addrec
3092     if (AddRec->isAffine()) {
3093       const Type *Ty = AddRec->getType();
3094       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
3095       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
3096           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
3097         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
3098
3099         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
3100         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
3101
3102         ConstantRange StartRange = getUnsignedRange(Start);
3103         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
3104         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
3105         ConstantRange EndRange =
3106           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
3107
3108         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
3109         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
3110         // checking code.
3111         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3112         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3113         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
3114           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3115         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3116         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
3117             ExtEndRange)
3118           return ConservativeResult;
3119
3120         APInt Min = APIntOps::umin(StartRange.getUnsignedMin(),
3121                                    EndRange.getUnsignedMin());
3122         APInt Max = APIntOps::umax(StartRange.getUnsignedMax(),
3123                                    EndRange.getUnsignedMax());
3124         if (Min.isMinValue() && Max.isMaxValue())
3125           return ConservativeResult;
3126         return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1));
3127       }
3128     }
3129
3130     return ConservativeResult;
3131   }
3132
3133   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3134     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3135     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
3136     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
3137     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones, TD);
3138     if (Ones == ~Zeros + 1)
3139       return ConservativeResult;
3140     return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Ones, ~Zeros + 1));
3141   }
3142
3143   return ConservativeResult;
3144 }
3145
3146 /// getSignedRange - Determine the signed range for a particular SCEV.
3147 ///
3148 ConstantRange
3149 ScalarEvolution::getSignedRange(const SCEV *S) {
3150
3151   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3152     return ConstantRange(C->getValue()->getValue());
3153
3154   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
3155   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
3156
3157   // If the value has known zeros, the maximum signed value will have those
3158   // known zeros as well.
3159   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
3160   if (TZ != 0)
3161     ConservativeResult =
3162       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3163                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(TZ).shl(TZ) + 1);
3164
3165   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3166     ConstantRange X = getSignedRange(Add->getOperand(0));
3167     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3168       X = X.add(getSignedRange(Add->getOperand(i)));
3169     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3170   }
3171
3172   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3173     ConstantRange X = getSignedRange(Mul->getOperand(0));
3174     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
3175       X = X.multiply(getSignedRange(Mul->getOperand(i)));
3176     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3177   }
3178
3179   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3180     ConstantRange X = getSignedRange(SMax->getOperand(0));
3181     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3182       X = X.smax(getSignedRange(SMax->getOperand(i)));
3183     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3184   }
3185
3186   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3187     ConstantRange X = getSignedRange(UMax->getOperand(0));
3188     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3189       X = X.umax(getSignedRange(UMax->getOperand(i)));
3190     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3191   }
3192
3193   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3194     ConstantRange X = getSignedRange(UDiv->getLHS());
3195     ConstantRange Y = getSignedRange(UDiv->getRHS());
3196     return ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y));
3197   }
3198
3199   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3200     ConstantRange X = getSignedRange(ZExt->getOperand());
3201     return ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth));
3202   }
3203
3204   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3205     ConstantRange X = getSignedRange(SExt->getOperand());
3206     return ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth));
3207   }
3208
3209   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
3210     ConstantRange X = getSignedRange(Trunc->getOperand());
3211     return ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth));
3212   }
3213
3214   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3215     // If there's no signed wrap, and all the operands have the same sign or
3216     // zero, the value won't ever change sign.
3217     if (AddRec->hasNoSignedWrap()) {
3218       bool AllNonNeg = true;
3219       bool AllNonPos = true;
3220       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3221         if (!isKnownNonNegative(AddRec->getOperand(i))) AllNonNeg = false;
3222         if (!isKnownNonPositive(AddRec->getOperand(i))) AllNonPos = false;
3223       }
3224       if (AllNonNeg)
3225         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3226           ConstantRange(APInt(BitWidth, 0),
3227                         APInt::getSignedMinValue(BitWidth)));
3228       else if (AllNonPos)
3229         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3230           ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3231                         APInt(BitWidth, 1)));
3232     }
3233
3234     // TODO: non-affine addrec
3235     if (AddRec->isAffine()) {
3236       const Type *Ty = AddRec->getType();
3237       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
3238       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
3239           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
3240         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
3241
3242         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
3243         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
3244
3245         ConstantRange StartRange = getSignedRange(Start);
3246         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
3247         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
3248         ConstantRange EndRange =
3249           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
3250
3251         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
3252         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
3253         // checking code.
3254         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3255         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3256         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
3257           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3258         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3259         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
3260             ExtEndRange)
3261           return ConservativeResult;
3262
3263         APInt Min = APIntOps::smin(StartRange.getSignedMin(),
3264                                    EndRange.getSignedMin());
3265         APInt Max = APIntOps::smax(StartRange.getSignedMax(),
3266                                    EndRange.getSignedMax());
3267         if (Min.isMinSignedValue() && Max.isMaxSignedValue())
3268           return ConservativeResult;
3269         return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1));
3270       }
3271     }
3272
3273     return ConservativeResult;
3274   }
3275
3276   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3277     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3278     if (!U->getValue()->getType()->isIntegerTy() && !TD)
3279       return ConservativeResult;
3280     unsigned NS = ComputeNumSignBits(U->getValue(), TD);
3281     if (NS == 1)
3282       return ConservativeResult;
3283     return ConservativeResult.intersectWith(
3284       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth).ashr(NS - 1),
3285                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(NS - 1)+1));
3286   }
3287
3288   return ConservativeResult;
3289 }
3290
3291 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
3292 /// Analyze the expression.
3293 ///
3294 const SCEV *ScalarEvolution::createSCEV(Value *V) {
3295   if (!isSCEVable(V->getType()))
3296     return getUnknown(V);
3297
3298   unsigned Opcode = Instruction::UserOp1;
3299   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
3300     Opcode = I->getOpcode();
3301
3302     // Don't attempt to analyze instructions in blocks that aren't
3303     // reachable. Such instructions don't matter, and they aren't required
3304     // to obey basic rules for definitions dominating uses which this
3305     // analysis depends on.
3306     if (!DT->isReachableFromEntry(I->getParent()))
3307       return getUnknown(V);
3308   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
3309     Opcode = CE->getOpcode();
3310   else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
3311     return getConstant(CI);
3312   else if (isa<ConstantPointerNull>(V))
3313     return getConstant(V->getType(), 0);
3314   else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V))
3315     return GA->mayBeOverridden() ? getUnknown(V) : getSCEV(GA->getAliasee());
3316   else
3317     return getUnknown(V);
3318
3319   Operator *U = cast<Operator>(V);
3320   switch (Opcode) {
3321   case Instruction::Add: {
3322     // The simple thing to do would be to just call getSCEV on both operands
3323     // and call getAddExpr with the result. However if we're looking at a
3324     // bunch of things all added together, this can be quite inefficient,
3325     // because it leads to N-1 getAddExpr calls for N ultimate operands.
3326     // Instead, gather up all the operands and make a single getAddExpr call.
3327     // LLVM IR canonical form means we need only traverse the left operands.
3328     SmallVector<const SCEV *, 4> AddOps;
3329     AddOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
3330     for (Value *Op = U->getOperand(0);
3331          Op->getValueID() == Instruction::Add + Value::InstructionVal;
3332          Op = U->getOperand(0)) {
3333       U = cast<Operator>(Op);
3334       AddOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
3335     }
3336     AddOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(0)));
3337     return getAddExpr(AddOps);
3338   }
3339   case Instruction::Mul: {
3340     // See the Add code above.
3341     SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps;
3342     MulOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
3343     for (Value *Op = U->getOperand(0);
3344          Op->getValueID() == Instruction::Mul + Value::InstructionVal; 
3345          Op = U->getOperand(0)) {
3346       U = cast<Operator>(Op);
3347       MulOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
3348     }
3349     MulOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(0)));
3350     return getMulExpr(MulOps);
3351   }
3352   case Instruction::UDiv:
3353     return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3354                        getSCEV(U->getOperand(1)));
3355   case Instruction::Sub:
3356     return getMinusSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)),
3357                         getSCEV(U->getOperand(1)));
3358   case Instruction::And:
3359     // For an expression like x&255 that merely masks off the high bits,
3360     // use zext(trunc(x)) as the SCEV expression.
3361     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3362       if (CI->isNullValue())
3363         return getSCEV(U->getOperand(1));
3364       if (CI->isAllOnesValue())
3365         return getSCEV(U->getOperand(0));
3366       const APInt &A = CI->getValue();
3367
3368       // Instcombine's ShrinkDemandedConstant may strip bits out of
3369       // constants, obscuring what would otherwise be a low-bits mask.
3370       // Use ComputeMaskedBits to compute what ShrinkDemandedConstant
3371       // knew about to reconstruct a low-bits mask value.
3372       unsigned LZ = A.countLeadingZeros();
3373       unsigned BitWidth = A.getBitWidth();
3374       APInt AllOnes = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
3375       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
3376       ComputeMaskedBits(U->getOperand(0), AllOnes, KnownZero, KnownOne, TD);
3377
3378       APInt EffectiveMask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, BitWidth - LZ);
3379
3380       if (LZ != 0 && !((~A & ~KnownZero) & EffectiveMask))
3381         return
3382           getZeroExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3383                                 IntegerType::get(getContext(), BitWidth - LZ)),
3384                             U->getType());
3385     }
3386     break;
3387
3388   case Instruction::Or:
3389     // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
3390     // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
3391     // optimizations will transparently handle this case.
3392     //
3393     // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
3394     // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
3395     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3396       const SCEV *LHS = getSCEV(U->getOperand(0));
3397       const APInt &CIVal = CI->getValue();
3398       if (GetMinTrailingZeros(LHS) >=
3399           (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros())) {
3400         // Build a plain add SCEV.
3401         const SCEV *S = getAddExpr(LHS, getSCEV(CI));
3402         // If the LHS of the add was an addrec and it has no-wrap flags,
3403         // transfer the no-wrap flags, since an or won't introduce a wrap.
3404         if (const SCEVAddRecExpr *NewAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3405           const SCEVAddRecExpr *OldAR = cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
3406           if (OldAR->hasNoUnsignedWrap())
3407             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setHasNoUnsignedWrap(true);
3408           if (OldAR->hasNoSignedWrap())
3409             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setHasNoSignedWrap(true);
3410         }
3411         return S;
3412       }
3413     }
3414     break;
3415   case Instruction::Xor:
3416     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3417       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
3418       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
3419       if (CI->getValue().isSignBit())
3420         return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3421                           getSCEV(U->getOperand(1)));
3422
3423       // If the RHS of xor is -1, then this is a not operation.
3424       if (CI->isAllOnesValue())
3425         return getNotSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)));
3426
3427       // Model xor(and(x, C), C) as and(~x, C), if C is a low-bits mask.
3428       // This is a variant of the check for xor with -1, and it handles
3429       // the case where instcombine has trimmed non-demanded bits out
3430       // of an xor with -1.
3431       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U->getOperand(0)))
3432         if (ConstantInt *LCI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
3433           if (BO->getOpcode() == Instruction::And &&
3434               LCI->getValue() == CI->getValue())
3435             if (const SCEVZeroExtendExpr *Z =
3436                   dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(getSCEV(U->getOperand(0)))) {
3437               const Type *UTy = U->getType();
3438               const SCEV *Z0 = Z->getOperand();
3439               const Type *Z0Ty = Z0->getType();
3440               unsigned Z0TySize = getTypeSizeInBits(Z0Ty);
3441
3442               // If C is a low-bits mask, the zero extend is serving to
3443               // mask off the high bits. Complement the operand and
3444               // re-apply the zext.
3445               if (APIntOps::isMask(Z0TySize, CI->getValue()))
3446                 return getZeroExtendExpr(getNotSCEV(Z0), UTy);
3447
3448               // If C is a single bit, it may be in the sign-bit position
3449               // before the zero-extend. In this case, represent the xor
3450               // using an add, which is equivalent, and re-apply the zext.
3451               APInt Trunc = APInt(CI->getValue()).trunc(Z0TySize);
3452               if (APInt(Trunc).zext(getTypeSizeInBits(UTy)) == CI->getValue() &&
3453                   Trunc.isSignBit())
3454                 return getZeroExtendExpr(getAddExpr(Z0, getConstant(Trunc)),
3455                                          UTy);
3456             }
3457     }
3458     break;
3459
3460   case Instruction::Shl:
3461     // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
3462     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3463       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
3464
3465       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
3466       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
3467       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
3468       // other parts of the compiler.
3469       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
3470         break;
3471
3472       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
3473         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getZExtValue()));
3474       return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
3475     }
3476     break;
3477
3478   case Instruction::LShr:
3479     // Turn logical shift right of a constant into a unsigned divide.
3480     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3481       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
3482
3483       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
3484       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
3485       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
3486       // other parts of the compiler.
3487       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
3488         break;
3489
3490       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
3491         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getZExtValue()));
3492       return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
3493     }
3494     break;
3495
3496   case Instruction::AShr:
3497     // For a two-shift sext-inreg, use sext(trunc(x)) as the SCEV expression.
3498     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
3499       if (Operator *L = dyn_cast<Operator>(U->getOperand(0)))
3500         if (L->getOpcode() == Instruction::Shl &&
3501             L->getOperand(1) == U->getOperand(1)) {
3502           uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
3503
3504           // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
3505           // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
3506           // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
3507           // other parts of the compiler.
3508           if (CI->getValue().uge(BitWidth))
3509             break;
3510
3511           uint64_t Amt = BitWidth - CI->getZExtValue();
3512           if (Amt == BitWidth)
3513             return getSCEV(L->getOperand(0));       // shift by zero --> noop
3514           return
3515             getSignExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(L->getOperand(0)),
3516                                               IntegerType::get(getContext(),
3517                                                                Amt)),
3518                               U->getType());
3519         }
3520     break;
3521
3522   case Instruction::Trunc:
3523     return getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3524
3525   case Instruction::ZExt:
3526     return getZeroExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3527
3528   case Instruction::SExt:
3529     return getSignExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3530
3531   case Instruction::BitCast:
3532     // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
3533     if (isSCEVable(U->getType()) && isSCEVable(U->getOperand(0)->getType()))
3534       return getSCEV(U->getOperand(0));
3535     break;
3536
3537   // It's tempting to handle inttoptr and ptrtoint as no-ops, however this can
3538   // lead to pointer expressions which cannot safely be expanded to GEPs,
3539   // because ScalarEvolution doesn't respect the GEP aliasing rules when
3540   // simplifying integer expressions.
3541
3542   case Instruction::GetElementPtr:
3543     return createNodeForGEP(cast<GEPOperator>(U));
3544
3545   case Instruction::PHI:
3546     return createNodeForPHI(cast<PHINode>(U));
3547
3548   case Instruction::Select:
3549     // This could be a smax or umax that was lowered earlier.
3550     // Try to recover it.
3551     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U->getOperand(0))) {
3552       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
3553       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
3554       switch (ICI->getPredicate()) {
3555       case ICmpInst::ICMP_SLT:
3556       case ICmpInst::ICMP_SLE:
3557         std::swap(LHS, RHS);
3558         // fall through
3559       case ICmpInst::ICMP_SGT:
3560       case ICmpInst::ICMP_SGE:
3561         // a >s b ? a+x : b+x  ->  smax(a, b)+x
3562         // a >s b ? b+x : a+x  ->  smin(a, b)+x
3563         if (LHS->getType() == U->getType()) {
3564           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3565           const SCEV *RS = getSCEV(RHS);
3566           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3567           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3568           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
3569           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
3570           if (LDiff == RDiff)
3571             return getAddExpr(getSMaxExpr(LS, RS), LDiff);
3572           LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
3573           RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
3574           if (LDiff == RDiff)
3575             return getAddExpr(getSMinExpr(LS, RS), LDiff);
3576         }
3577         break;
3578       case ICmpInst::ICMP_ULT:
3579       case ICmpInst::ICMP_ULE:
3580         std::swap(LHS, RHS);
3581         // fall through
3582       case ICmpInst::ICMP_UGT:
3583       case ICmpInst::ICMP_UGE:
3584         // a >u b ? a+x : b+x  ->  umax(a, b)+x
3585         // a >u b ? b+x : a+x  ->  umin(a, b)+x
3586         if (LHS->getType() == U->getType()) {
3587           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3588           const SCEV *RS = getSCEV(RHS);
3589           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3590           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3591           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
3592           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
3593           if (LDiff == RDiff)
3594             return getAddExpr(getUMaxExpr(LS, RS), LDiff);
3595           LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
3596           RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
3597           if (LDiff == RDiff)
3598             return getAddExpr(getUMinExpr(LS, RS), LDiff);
3599         }
3600         break;
3601       case ICmpInst::ICMP_NE:
3602         // n != 0 ? n+x : 1+x  ->  umax(n, 1)+x
3603         if (LHS->getType() == U->getType() &&
3604             isa<ConstantInt>(RHS) &&
3605             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
3606           const SCEV *One = getConstant(LHS->getType(), 1);
3607           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3608           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3609           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3610           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
3611           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, One);
3612           if (LDiff == RDiff)
3613             return getAddExpr(getUMaxExpr(One, LS), LDiff);
3614         }
3615         break;
3616       case ICmpInst::ICMP_EQ:
3617         // n == 0 ? 1+x : n+x  ->  umax(n, 1)+x
3618         if (LHS->getType() == U->getType() &&
3619             isa<ConstantInt>(RHS) &&
3620             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
3621           const SCEV *One = getConstant(LHS->getType(), 1);
3622           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3623           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3624           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3625           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, One);
3626           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
3627           if (LDiff == RDiff)
3628             return getAddExpr(getUMaxExpr(One, LS), LDiff);
3629         }
3630         break;
3631       default:
3632         break;
3633       }
3634     }
3635
3636   default: // We cannot analyze this expression.
3637     break;
3638   }
3639
3640   return getUnknown(V);
3641 }
3642
3643
3644
3645 //===----------------------------------------------------------------------===//
3646 //                   Iteration Count Computation Code
3647 //
3648
3649 /// getBackedgeTakenCount - If the specified loop has a predictable
3650 /// backedge-taken count, return it, otherwise return a SCEVCouldNotCompute
3651 /// object. The backedge-taken count is the number of times the loop header
3652 /// will be branched to from within the loop. This is one less than the
3653 /// trip count of the loop, since it doesn't count the first iteration,
3654 /// when the header is branched to from outside the loop.
3655 ///
3656 /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
3657 /// loop-invariant backedge-taken count (see
3658 /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
3659 ///
3660 const SCEV *ScalarEvolution::getBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3661   return getBackedgeTakenInfo(L).Exact;
3662 }
3663
3664 /// getMaxBackedgeTakenCount - Similar to getBackedgeTakenCount, except
3665 /// return the least SCEV value that is known never to be less than the
3666 /// actual backedge taken count.
3667 const SCEV *ScalarEvolution::getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3668   return getBackedgeTakenInfo(L).Max;
3669 }
3670
3671 /// PushLoopPHIs - Push PHI nodes in the header of the given loop
3672 /// onto the given Worklist.
3673 static void
3674 PushLoopPHIs(const Loop *L, SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
3675   BasicBlock *Header = L->getHeader();
3676
3677   // Push all Loop-header PHIs onto the Worklist stack.
3678   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
3679        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
3680     Worklist.push_back(PN);
3681 }
3682
3683 const ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo &
3684 ScalarEvolution::getBackedgeTakenInfo(const Loop *L) {
3685   // Initially insert a CouldNotCompute for this loop. If the insertion
3686   // succeeds, proceed to actually compute a backedge-taken count and
3687   // update the value. The temporary CouldNotCompute value tells SCEV
3688   // code elsewhere that it shouldn't attempt to request a new
3689   // backedge-taken count, which could result in infinite recursion.
3690   std::pair<std::map<const Loop *, BackedgeTakenInfo>::iterator, bool> Pair =
3691     BackedgeTakenCounts.insert(std::make_pair(L, getCouldNotCompute()));
3692   if (Pair.second) {
3693     BackedgeTakenInfo BECount = ComputeBackedgeTakenCount(L);
3694     if (BECount.Exact != getCouldNotCompute()) {
3695       assert(BECount.Exact->isLoopInvariant(L) &&
3696              BECount.Max->isLoopInvariant(L) &&
3697              "Computed backedge-taken count isn't loop invariant for loop!");
3698       ++NumTripCountsComputed;
3699
3700       // Update the value in the map.
3701       Pair.first->second = BECount;
3702     } else {
3703       if (BECount.Max != getCouldNotCompute())
3704         // Update the value in the map.
3705         Pair.first->second = BECount;
3706       if (isa<PHINode>(L->getHeader()->begin()))
3707         // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
3708         ++NumTripCountsNotComputed;
3709     }
3710
3711     // Now that we know more about the trip count for this loop, forget any
3712     // existing SCEV values for PHI nodes in this loop since they are only
3713     // conservative estimates made without the benefit of trip count
3714     // information. This is similar to the code in forgetLoop, except that
3715     // it handles SCEVUnknown PHI nodes specially.
3716     if (BECount.hasAnyInfo()) {
3717       SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3718       PushLoopPHIs(L, Worklist);
3719
3720       SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3721       while (!Worklist.empty()) {
3722         Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3723         if (!Visited.insert(I)) continue;
3724
3725         ValueExprMapType::iterator It =
3726           ValueExprMap.find(static_cast<Value *>(I));
3727         if (It != ValueExprMap.end()) {
3728           // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
3729           // structure, or it's a PHI that's in the progress of being computed
3730           // by createNodeForPHI.  In the former case, additional loop trip
3731           // count information isn't going to change anything. In the later
3732           // case, createNodeForPHI will perform the necessary updates on its
3733           // own when it gets to that point.
3734           if (!isa<PHINode>(I) || !isa<SCEVUnknown>(It->second)) {
3735             ValuesAtScopes.erase(It->second);
3736             ValueExprMap.erase(It);
3737           }
3738           if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3739             ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3740         }
3741
3742         PushDefUseChildren(I, Worklist);
3743       }
3744     }
3745   }
3746   return Pair.first->second;
3747 }
3748
3749 /// forgetLoop - This method should be called by the client when it has
3750 /// changed a loop in a way that may effect ScalarEvolution's ability to
3751 /// compute a trip count, or if the loop is deleted.
3752 void ScalarEvolution::forgetLoop(const Loop *L) {
3753   // Drop any stored trip count value.
3754   BackedgeTakenCounts.erase(L);
3755
3756   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
3757   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3758   PushLoopPHIs(L, Worklist);
3759
3760   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3761   while (!Worklist.empty()) {
3762     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3763     if (!Visited.insert(I)) continue;
3764
3765     ValueExprMapType::iterator It = ValueExprMap.find(static_cast<Value *>(I));
3766     if (It != ValueExprMap.end()) {
3767       ValuesAtScopes.erase(It->second);
3768       ValueExprMap.erase(It);
3769       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3770         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3771     }
3772
3773     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3774   }
3775 }
3776
3777 /// forgetValue - This method should be called by the client when it has
3778 /// changed a value in a way that may effect its value, or which may
3779 /// disconnect it from a def-use chain linking it to a loop.
3780 void ScalarEvolution::forgetValue(Value *V) {
3781   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
3782   if (!I) return;
3783
3784   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
3785   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3786   Worklist.push_back(I);
3787
3788   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3789   while (!Worklist.empty()) {
3790     I = Worklist.pop_back_val();
3791     if (!Visited.insert(I)) continue;
3792
3793     ValueExprMapType::iterator It = ValueExprMap.find(static_cast<Value *>(I));
3794     if (It != ValueExprMap.end()) {
3795       ValuesAtScopes.erase(It->second);
3796       ValueExprMap.erase(It);
3797       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3798         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3799     }
3800
3801     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3802   }
3803 }
3804
3805 /// ComputeBackedgeTakenCount - Compute the number of times the backedge
3806 /// of the specified loop will execute.
3807 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3808 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3809   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitingBlocks;
3810   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
3811
3812   // Examine all exits and pick the most conservative values.
3813   const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3814   const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3815   bool CouldNotComputeBECount = false;
3816   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
3817     BackedgeTakenInfo NewBTI =
3818       ComputeBackedgeTakenCountFromExit(L, ExitingBlocks[i]);
3819
3820     if (NewBTI.Exact == getCouldNotCompute()) {
3821       // We couldn't compute an exact value for this exit, so
3822       // we won't be able to compute an exact value for the loop.
3823       CouldNotComputeBECount = true;
3824       BECount = getCouldNotCompute();
3825     } else if (!CouldNotComputeBECount) {
3826       if (BECount == getCouldNotCompute())
3827         BECount = NewBTI.Exact;
3828       else
3829         BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BECount, NewBTI.Exact);
3830     }
3831     if (MaxBECount == getCouldNotCompute())
3832       MaxBECount = NewBTI.Max;
3833     else if (NewBTI.Max != getCouldNotCompute())
3834       MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(MaxBECount, NewBTI.Max);
3835   }
3836
3837   return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3838 }
3839
3840 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExit - Compute the number of times the backedge
3841 /// of the specified loop will execute if it exits via the specified block.
3842 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3843 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExit(const Loop *L,
3844                                                    BasicBlock *ExitingBlock) {
3845
3846   // Okay, we've chosen an exiting block.  See what condition causes us to
3847   // exit at this block.
3848   //
3849   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
3850   BranchInst *ExitBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
3851   if (ExitBr == 0) return getCouldNotCompute();
3852   assert(ExitBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
3853
3854   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
3855   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
3856   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
3857   // not be equal to the trip count of the loop.
3858   //
3859   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
3860   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
3861   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
3862   // loop header.  This is common for un-rotated loops.
3863   //
3864   // If both of those tests fail, walk up the unique predecessor chain to the
3865   // header, stopping if there is an edge that doesn't exit the loop. If the
3866   // header is reached, the execution count of the branch will be equal to the
3867   // trip count of the loop.
3868   //
3869   //  More extensive analysis could be done to handle more cases here.
3870   //
3871   if (ExitBr->getSuccessor(0) != L->getHeader() &&
3872       ExitBr->getSuccessor(1) != L->getHeader() &&
3873       ExitBr->getParent() != L->getHeader()) {
3874     // The simple checks failed, try climbing the unique predecessor chain
3875     // up to the header.
3876     bool Ok = false;
3877     for (BasicBlock *BB = ExitBr->getParent(); BB; ) {
3878       BasicBlock *Pred = BB->getUniquePredecessor();
3879       if (!Pred)
3880         return getCouldNotCompute();
3881       TerminatorInst *PredTerm = Pred->getTerminator();
3882       for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
3883         BasicBlock *PredSucc = PredTerm->getSuccessor(i);
3884         if (PredSucc == BB)
3885           continue;
3886         // If the predecessor has a successor that isn't BB and isn't
3887         // outside the loop, assume the worst.
3888         if (L->contains(PredSucc))
3889           return getCouldNotCompute();
3890       }
3891       if (Pred == L->getHeader()) {
3892         Ok = true;
3893         break;
3894       }
3895       BB = Pred;
3896     }
3897     if (!Ok)
3898       return getCouldNotCompute();
3899   }
3900
3901   // Proceed to the next level to examine the exit condition expression.
3902   return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, ExitBr->getCondition(),
3903                                                ExitBr->getSuccessor(0),
3904                                                ExitBr->getSuccessor(1));
3905 }
3906
3907 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond - Compute the number of times the
3908 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
3909 /// were a conditional branch of ExitCond, TBB, and FBB.
3910 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3911 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(const Loop *L,
3912                                                        Value *ExitCond,
3913                                                        BasicBlock *TBB,
3914                                                        BasicBlock *FBB) {
3915   // Check if the controlling expression for this loop is an And or Or.
3916   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(ExitCond)) {
3917     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
3918       // Recurse on the operands of the and.
3919       BackedgeTakenInfo BTI0 =
3920         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
3921       BackedgeTakenInfo BTI1 =
3922         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
3923       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3924       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3925       if (L->contains(TBB)) {
3926         // Both conditions must be true for the loop to continue executing.
3927         // Choose the less conservative count.
3928         if (BTI0.Exact == getCouldNotCompute() ||
3929             BTI1.Exact == getCouldNotCompute())
3930           BECount = getCouldNotCompute();
3931         else
3932           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3933         if (BTI0.Max == getCouldNotCompute())
3934           MaxBECount = BTI1.Max;
3935         else if (BTI1.Max == getCouldNotCompute())
3936           MaxBECount = BTI0.Max;
3937         else
3938           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3939       } else {
3940         // Both conditions must be true at the same time for the loop to exit.
3941         // For now, be conservative.
3942         assert(L->contains(FBB) && "Loop block has no successor in loop!");
3943         if (BTI0.Max == BTI1.Max)
3944           MaxBECount = BTI0.Max;
3945         if (BTI0.Exact == BTI1.Exact)
3946           BECount = BTI0.Exact;
3947       }
3948
3949       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3950     }
3951     if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
3952       // Recurse on the operands of the or.
3953       BackedgeTakenInfo BTI0 =
3954         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
3955       BackedgeTakenInfo BTI1 =
3956         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
3957       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3958       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3959       if (L->contains(FBB)) {
3960         // Both conditions must be false for the loop to continue executing.
3961         // Choose the less conservative count.
3962         if (BTI0.Exact == getCouldNotCompute() ||
3963             BTI1.Exact == getCouldNotCompute())
3964           BECount = getCouldNotCompute();
3965         else
3966           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3967         if (BTI0.Max == getCouldNotCompute())
3968           MaxBECount = BTI1.Max;
3969         else if (BTI1.Max == getCouldNotCompute())
3970           MaxBECount = BTI0.Max;
3971         else
3972           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3973       } else {
3974         // Both conditions must be false at the same time for the loop to exit.
3975         // For now, be conservative.
3976         assert(L->contains(TBB) && "Loop block has no successor in loop!");
3977         if (BTI0.Max == BTI1.Max)
3978           MaxBECount = BTI0.Max;
3979         if (BTI0.Exact == BTI1.Exact)
3980           BECount = BTI0.Exact;
3981       }
3982
3983       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3984     }
3985   }
3986
3987   // With an icmp, it may be feasible to compute an exact backedge-taken count.
3988   // Proceed to the next level to examine the icmp.
3989   if (ICmpInst *ExitCondICmp = dyn_cast<ICmpInst>(ExitCond))
3990     return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(L, ExitCondICmp, TBB, FBB);
3991
3992   // Check for a constant condition. These are normally stripped out by
3993   // SimplifyCFG, but ScalarEvolution may be used by a pass which wishes to
3994   // preserve the CFG and is temporarily leaving constant conditions
3995   // in place.
3996   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(ExitCond)) {
3997     if (L->contains(FBB) == !CI->getZExtValue())
3998       // The backedge is always taken.
3999       return getCouldNotCompute();
4000     else
4001       // The backedge is never taken.
4002       return getConstant(CI->getType(), 0);
4003   }
4004
4005   // If it's not an integer or pointer comparison then compute it the hard way.
4006   return ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
4007 }
4008
4009 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp - Compute the number of times the
4010 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
4011 /// were a conditional branch of the ICmpInst ExitCond, TBB, and FBB.
4012 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4013 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(const Loop *L,
4014                                                            ICmpInst *ExitCond,
4015                                                            BasicBlock *TBB,
4016                                                            BasicBlock *FBB) {
4017
4018   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
4019   ICmpInst::Predicate Cond;
4020   if (!L->contains(FBB))
4021     Cond = ExitCond->getPredicate();
4022   else
4023     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
4024
4025   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
4026   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
4027     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
4028       BackedgeTakenInfo ItCnt =
4029         ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(LI, RHS, L, Cond);
4030       if (ItCnt.hasAnyInfo())
4031         return ItCnt;
4032     }
4033
4034   const SCEV *LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
4035   const SCEV *RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
4036
4037   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
4038   LHS = getSCEVAtScope(LHS, L);
4039   RHS = getSCEVAtScope(RHS, L);
4040
4041   // At this point, we would like to compute how many iterations of the
4042   // loop the predicate will return true for these inputs.
4043   if (LHS->isLoopInvariant(L) && !RHS->isLoopInvariant(L)) {
4044     // If there is a loop-invariant, force it into the RHS.
4045     std::swap(LHS, RHS);
4046     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
4047   }
4048
4049   // Simplify the operands before analyzing them.
4050   (void)SimplifyICmpOperands(Cond, LHS, RHS);
4051
4052   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
4053   // ranges to answer this query.
4054   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
4055     if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
4056       if (AddRec->getLoop() == L) {
4057         // Form the constant range.
4058         ConstantRange CompRange(
4059             ICmpInst::makeConstantRange(Cond, RHSC->getValue()->getValue()));
4060
4061         const SCEV *Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, *this);
4062         if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
4063       }
4064
4065   switch (Cond) {
4066   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
4067     // Convert to: while (X-Y != 0)
4068     BackedgeTakenInfo BTI = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
4069     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
4070     break;
4071   }
4072   case ICmpInst::ICMP_EQ: {                     // while (X == Y)
4073     // Convert to: while (X-Y == 0)
4074     BackedgeTakenInfo BTI = HowFarToNonZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
4075     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
4076     break;
4077   }
4078   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
4079     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, true);
4080     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
4081     break;
4082   }
4083   case ICmpInst::ICMP_SGT: {
4084     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
4085                                              getNotSCEV(RHS), L, true);
4086     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
4087     break;
4088   }
4089   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
4090     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, false);
4091     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
4092     break;
4093   }
4094   case ICmpInst::ICMP_UGT: {
4095     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
4096                                              getNotSCEV(RHS), L, false);
4097     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
4098     break;
4099   }
4100   default:
4101 #if 0
4102     dbgs() << "ComputeBackedgeTakenCount ";
4103     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
4104       dbgs() << "[unsigned] ";
4105     dbgs() << *LHS << "   "
4106          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp)
4107          << "   " << *RHS << "\n";
4108 #endif
4109     break;
4110   }
4111   return
4112     ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
4113 }
4114
4115 static ConstantInt *
4116 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
4117                                 ScalarEvolution &SE) {
4118   const SCEV *InVal = SE.getConstant(C);
4119   const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
4120   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
4121          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
4122   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
4123 }
4124
4125 /// GetAddressedElementFromGlobal - Given a global variable with an initializer
4126 /// and a GEP expression (missing the pointer index) indexing into it, return
4127 /// the addressed element of the initializer or null if the index expression is
4128 /// invalid.
4129 static Constant *
4130 GetAddressedElementFromGlobal(GlobalVariable *GV,
4131                               const std::vector<ConstantInt*> &Indices) {
4132   Constant *Init = GV->getInitializer();
4133   for (unsigned i = 0, e = Indices.size(); i != e; ++i) {
4134     uint64_t Idx = Indices[i]->getZExtValue();
4135     if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Init)) {
4136       assert(Idx < CS->getNumOperands() && "Bad struct index!");
4137       Init = cast<Constant>(CS->getOperand(Idx));
4138     } else if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Init)) {
4139       if (Idx >= CA->getNumOperands()) return 0;  // Bogus program
4140       Init = cast<Constant>(CA->getOperand(Idx));
4141     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
4142       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
4143         assert(Idx < STy->getNumElements() && "Bad struct index!");
4144         Init = Constant::getNullValue(STy->getElementType(Idx));
4145       } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Init->getType())) {
4146         if (Idx >= ATy->getNumElements()) return 0;  // Bogus program
4147         Init = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
4148       } else {
4149         llvm_unreachable("Unknown constant aggregate type!");
4150       }
4151       return 0;
4152     } else {
4153       return 0; // Unknown initializer type
4154     }
4155   }
4156   return Init;
4157 }
4158
4159 /// ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount - Given an exit condition of
4160 /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the backedge
4161 /// execution count.
4162 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4163 ScalarEvolution::ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(
4164                                                 LoadInst *LI,
4165                                                 Constant *RHS,
4166                                                 const Loop *L,
4167                                                 ICmpInst::Predicate predicate) {
4168   if (LI->isVolatile()) return getCouldNotCompute();
4169
4170   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
4171   // TODO: Use SCEV instead of manually grubbing with GEPs.
4172   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
4173   if (!GEP) return getCouldNotCompute();
4174
4175   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
4176   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
4177   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
4178   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer() ||
4179       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
4180       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
4181     return getCouldNotCompute();
4182
4183   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
4184   Value *VarIdx = 0;
4185   std::vector<ConstantInt*> Indexes;
4186   unsigned VarIdxNum = 0;
4187   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
4188     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
4189       Indexes.push_back(CI);
4190     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
4191       if (VarIdx) return getCouldNotCompute();  // Multiple non-constant idx's.
4192       VarIdx = GEP->getOperand(i);
4193       VarIdxNum = i-2;
4194       Indexes.push_back(0);
4195     }
4196
4197   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
4198   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
4199   const SCEV *Idx = getSCEV(VarIdx);
4200   Idx = getSCEVAtScope(Idx, L);
4201
4202   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
4203   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
4204   const SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
4205   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || IdxExpr->isLoopInvariant(L) ||
4206       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
4207       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
4208     return getCouldNotCompute();
4209
4210   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
4211   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
4212     ConstantInt *ItCst = ConstantInt::get(
4213                            cast<IntegerType>(IdxExpr->getType()), IterationNum);
4214     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, *this);
4215
4216     // Form the GEP offset.
4217     Indexes[VarIdxNum] = Val;
4218
4219     Constant *Result = GetAddressedElementFromGlobal(GV, Indexes);
4220     if (Result == 0) break;  // Cannot compute!
4221
4222     // Evaluate the condition for this iteration.
4223     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
4224     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
4225     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
4226 #if 0
4227       dbgs() << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
4228              << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
4229              << "***\n";
4230 #endif
4231       ++NumArrayLenItCounts;
4232       return getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
4233     }
4234   }
4235   return getCouldNotCompute();
4236 }
4237
4238
4239 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
4240 /// specified type, assuming that all operands were constants.
4241 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
4242   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
4243       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I))
4244     return true;
4245
4246   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
4247     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
4248       return canConstantFoldCallTo(F);
4249   return false;
4250 }
4251
4252 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
4253 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
4254 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
4255 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
4256 /// constraints, return null.
4257 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
4258   // If this is not an instruction, or if this is an instruction outside of the
4259   // loop, it can't be derived from a loop PHI.
4260   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
4261   if (I == 0 || !L->contains(I)) return 0;
4262
4263   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
4264     if (L->getHeader() == I->getParent())
4265       return PN;
4266     else
4267       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
4268       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
4269       return 0;
4270   }
4271
4272   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
4273   // are constants, return early.
4274   if (!CanConstantFold(I)) return 0;
4275
4276   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
4277   // constant or derived from a PHI node themselves.
4278   PHINode *PHI = 0;
4279   for (unsigned Op = 0, e = I->getNumOperands(); Op != e; ++Op)
4280     if (!isa<Constant>(I->getOperand(Op))) {
4281       PHINode *P = getConstantEvolvingPHI(I->getOperand(Op), L);
4282       if (P == 0) return 0;  // Not evolving from PHI
4283       if (PHI == 0)
4284         PHI = P;
4285       else if (PHI != P)
4286         return 0;  // Evolving from multiple different PHIs.
4287     }
4288
4289   // This is a expression evolving from a constant PHI!
4290   return PHI;
4291 }
4292
4293 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
4294 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
4295 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
4296 /// reason, return null.
4297 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, Constant *PHIVal,
4298                                     const TargetData *TD) {
4299   if (isa<PHINode>(V)) return PHIVal;
4300   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
4301   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
4302
4303   std::vector<Constant*> Operands(I->getNumOperands());
4304
4305   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4306     Operands[i] = EvaluateExpression(I->getOperand(i), PHIVal, TD);
4307     if (Operands[i] == 0) return 0;
4308   }
4309
4310   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
4311     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(), Operands[0],
4312                                            Operands[1], TD);
4313   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
4314                                   &Operands[0], Operands.size(), TD);
4315 }
4316
4317 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
4318 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
4319 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
4320 /// involving constants, fold it.
4321 Constant *
4322 ScalarEvolution::getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN,
4323                                                    const APInt &BEs,
4324                                                    const Loop *L) {
4325   std::map<PHINode*, Constant*>::const_iterator I =
4326     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
4327   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
4328     return I->second;
4329
4330   if (BEs.ugt(MaxBruteForceIterations))
4331     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = 0;  // Not going to evaluate it.
4332
4333   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
4334
4335   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
4336   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
4337   // second must be derived from the same PHI.
4338   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
4339   Constant *StartCST =
4340     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
4341   if (StartCST == 0)
4342     return RetVal = 0;  // Must be a constant.
4343
4344   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
4345   if (getConstantEvolvingPHI(BEValue, L) != PN &&
4346       !isa<Constant>(BEValue))
4347     return RetVal = 0;  // Not derived from same PHI.
4348
4349   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
4350   if (BEs.getActiveBits() >= 32)
4351     return RetVal = 0; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
4352
4353   unsigned NumIterations = BEs.getZExtValue(); // must be in range
4354   unsigned IterationNum = 0;
4355   for (Constant *PHIVal = StartCST; ; ++IterationNum) {
4356     if (IterationNum == NumIterations)
4357       return RetVal = PHIVal;  // Got exit value!
4358
4359     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
4360     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal, TD);
4361     if (NextPHI == PHIVal)
4362       return RetVal = NextPHI;  // Stopped evolving!
4363     if (NextPHI == 0)
4364       return 0;        // Couldn't evaluate!
4365     PHIVal = NextPHI;
4366   }
4367 }
4368
4369 /// ComputeBackedgeTakenCountExhaustively - If the loop is known to execute a
4370 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
4371 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
4372 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
4373 /// evaluate the trip count of the loop, return getCouldNotCompute().
4374 const SCEV *
4375 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(const Loop *L,
4376                                                        Value *Cond,
4377                                                        bool ExitWhen) {
4378   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
4379   if (PN == 0) return getCouldNotCompute();
4380
4381   // If the loop is canonicalized, the PHI will have exactly two entries.
4382   // That's the only form we support here.
4383   if (PN->getNumIncomingValues() != 2) return getCouldNotCompute();
4384
4385   // One entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
4386   // second must be derived from the same PHI.
4387   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
4388   Constant *StartCST =
4389     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
4390   if (StartCST == 0) return getCouldNotCompute();  // Must be a constant.
4391
4392   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
4393   if (getConstantEvolvingPHI(BEValue, L) != PN &&
4394       !isa<Constant>(BEValue))
4395     return getCouldNotCompute();  // Not derived from same PHI.
4396
4397   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
4398   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
4399   // "ExitWhen".
4400   unsigned IterationNum = 0;
4401   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
4402   for (Constant *PHIVal = StartCST;
4403        IterationNum != MaxIterations; ++IterationNum) {
4404     ConstantInt *CondVal =
4405       dyn_cast_or_null<ConstantInt>(EvaluateExpression(Cond, PHIVal, TD));
4406
4407     // Couldn't symbolically evaluate.
4408     if (!CondVal) return getCouldNotCompute();
4409
4410     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
4411       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
4412       return getConstant(Type::getInt32Ty(getContext()), IterationNum);
4413     }
4414
4415     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
4416     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal, TD);
4417     if (NextPHI == 0 || NextPHI == PHIVal)
4418       return getCouldNotCompute();// Couldn't evaluate or not making progress...
4419     PHIVal = NextPHI;
4420   }
4421
4422   // Too many iterations were needed to evaluate.
4423   return getCouldNotCompute();
4424 }
4425
4426 /// getSCEVAtScope - Return a SCEV expression for the specified value
4427 /// at the specified scope in the program.  The L value specifies a loop
4428 /// nest to evaluate the expression at, where null is the top-level or a
4429 /// specified loop is immediately inside of the loop.
4430 ///
4431 /// This method can be used to compute the exit value for a variable defined
4432 /// in a loop by querying what the value will hold in the parent loop.
4433 ///
4434 /// In the case that a relevant loop exit value cannot be computed, the
4435 /// original value V is returned.
4436 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
4437   // Check to see if we've folded this expression at this loop before.
4438   std::map<const Loop *, const SCEV *> &Values = ValuesAtScopes[V];
4439   std::pair<std::map<const Loop *, const SCEV *>::iterator, bool> Pair =
4440     Values.insert(std::make_pair(L, static_cast<const SCEV *>(0)));
4441   if (!Pair.second)
4442     return Pair.first->second ? Pair.first->second : V;
4443
4444   // Otherwise compute it.
4445   const SCEV *C = computeSCEVAtScope(V, L);
4446   ValuesAtScopes[V][L] = C;
4447   return C;
4448 }
4449
4450 const SCEV *ScalarEvolution::computeSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
4451   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
4452
4453   // If this instruction is evolved from a constant-evolving PHI, compute the
4454   // exit value from the loop without using SCEVs.
4455   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
4456     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
4457       const Loop *LI = (*this->LI)[I->getParent()];
4458       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
4459         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4460           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
4461             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
4462             // to see if the loop that contains it has a known backedge-taken
4463             // count.  If so, we may be able to force computation of the exit
4464             // value.
4465             const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(LI);
4466             if (const SCEVConstant *BTCC =
4467                   dyn_cast<SCEVConstant>(BackedgeTakenCount)) {
4468               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
4469               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
4470               // the specified iteration number.
4471               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
4472                                                    BTCC->getValue()->getValue(),
4473                                                                LI);
4474               if (RV) return getSCEV(RV);
4475             }
4476           }
4477
4478       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
4479       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
4480       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
4481       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
4482       if (CanConstantFold(I)) {
4483         SmallVector<Constant *, 4> Operands;
4484         bool MadeImprovement = false;
4485         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4486           Value *Op = I->getOperand(i);
4487           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
4488             Operands.push_back(C);
4489             continue;
4490           }
4491
4492           // If any of the operands is non-constant and if they are
4493           // non-integer and non-pointer, don't even try to analyze them
4494           // with scev techniques.
4495           if (!isSCEVable(Op->getType()))
4496             return V;
4497
4498           const SCEV *OrigV = getSCEV(Op);
4499           const SCEV *OpV = getSCEVAtScope(OrigV, L);
4500           MadeImprovement |= OrigV != OpV;
4501
4502           Constant *C = 0;
4503           if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OpV))
4504             C = SC->getValue();
4505           if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(OpV))
4506             C = dyn_cast<Constant>(SU->getValue());
4507           if (!C) return V;
4508           if (C->getType() != Op->getType())
4509             C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
4510                                                               Op->getType(),
4511                                                               false),
4512                                       C, Op->getType());
4513           Operands.push_back(C);
4514         }
4515
4516         // Check to see if getSCEVAtScope actually made an improvement.
4517         if (MadeImprovement) {
4518           Constant *C = 0;
4519           if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
4520             C = ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
4521                                                 Operands[0], Operands[1], TD);
4522           else
4523             C = ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
4524                                          &Operands[0], Operands.size(), TD);
4525           if (!C) return V;
4526           return getSCEV(C);
4527         }
4528       }
4529     }
4530
4531     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
4532     return V;
4533   }
4534
4535   if (const SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
4536     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
4537     // expression has no loop-variant portions.
4538     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4539       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
4540       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
4541         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
4542         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
4543         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Comm->op_begin(),
4544                                             Comm->op_begin()+i);
4545         NewOps.push_back(OpAtScope);
4546
4547         for (++i; i != e; ++i) {
4548           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
4549           NewOps.push_back(OpAtScope);
4550         }
4551         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
4552           return getAddExpr(NewOps);
4553         if (isa<SCEVMulExpr>(Comm))
4554           return getMulExpr(NewOps);
4555         if (isa<SCEVSMaxExpr>(Comm))
4556           return getSMaxExpr(NewOps);
4557         if (isa<SCEVUMaxExpr>(Comm))
4558           return getUMaxExpr(NewOps);
4559         llvm_unreachable("Unknown commutative SCEV type!");
4560       }
4561     }
4562     // If we got here, all operands are loop invariant.
4563     return Comm;
4564   }
4565
4566   if (const SCEVUDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(V)) {
4567     const SCEV *LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
4568     const SCEV *RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
4569     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
4570       return Div;   // must be loop invariant
4571     return getUDivExpr(LHS, RHS);
4572   }
4573
4574   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
4575   // are dealing with the final value computed by the loop.
4576   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
4577     // First, attempt to evaluate each operand.
4578     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
4579     // expression has no loop-variant portions.
4580     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4581       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(i), L);
4582       if (OpAtScope == AddRec->getOperand(i))
4583         continue;
4584
4585       // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
4586       // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
4587       SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AddRec->op_begin(),
4588                                           AddRec->op_begin()+i);
4589       NewOps.push_back(OpAtScope);
4590       for (++i; i != e; ++i)
4591         NewOps.push_back(getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(i), L));
4592
4593       AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop()));
4594       break;
4595     }
4596
4597     // If the scope is outside the addrec's loop, evaluate it by using the
4598     // loop exit value of the addrec.
4599     if (!AddRec->getLoop()->contains(L)) {
4600       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
4601       // loop iterates.  Compute this now.
4602       const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
4603       if (BackedgeTakenCount == getCouldNotCompute()) return AddRec;
4604
4605       // Then, evaluate the AddRec.
4606       return AddRec->evaluateAtIteration(BackedgeTakenCount, *this);
4607     }
4608
4609     return AddRec;
4610   }
4611
4612   if (const SCEVZeroExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(V)) {
4613     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4614     if (Op == Cast->getOperand())
4615       return Cast;  // must be loop invariant
4616     return getZeroExtendExpr(Op, Cast->getType());
4617   }
4618
4619   if (const SCEVSignExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(V)) {
4620     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4621     if (Op == Cast->getOperand())
4622       return Cast;  // must be loop invariant
4623     return getSignExtendExpr(Op, Cast->getType());
4624   }
4625
4626   if (const SCEVTruncateExpr *Cast = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(V)) {
4627     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4628     if (Op == Cast->getOperand())
4629       return Cast;  // must be loop invariant
4630     return getTruncateExpr(Op, Cast->getType());
4631   }
4632
4633   llvm_unreachable("Unknown SCEV type!");
4634   return 0;
4635 }
4636
4637 /// getSCEVAtScope - This is a convenience function which does
4638 /// getSCEVAtScope(getSCEV(V), L).
4639 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) {
4640   return getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
4641 }
4642
4643 /// SolveLinEquationWithOverflow - Finds the minimum unsigned root of the
4644 /// following equation:
4645 ///
4646 ///     A * X = B (mod N)
4647 ///
4648 /// where N = 2^BW and BW is the common bit width of A and B. The signedness of
4649 /// A and B isn't important.
4650 ///
4651 /// If the equation does not have a solution, SCEVCouldNotCompute is returned.
4652 static const SCEV *SolveLinEquationWithOverflow(const APInt &A, const APInt &B,
4653                                                ScalarEvolution &SE) {
4654   uint32_t BW = A.getBitWidth();
4655   assert(BW == B.getBitWidth() && "Bit widths must be the same.");
4656   assert(A != 0 && "A must be non-zero.");
4657
4658   // 1. D = gcd(A, N)
4659   //
4660   // The gcd of A and N may have only one prime factor: 2. The number of
4661   // trailing zeros in A is its multiplicity
4662   uint32_t Mult2 = A.countTrailingZeros();
4663   // D = 2^Mult2
4664
4665   // 2. Check if B is divisible by D.
4666   //
4667   // B is divisible by D if and only if the multiplicity of prime factor 2 for B
4668   // is not less than multiplicity of this prime factor for D.
4669   if (B.countTrailingZeros() < Mult2)
4670     return SE.getCouldNotCompute();
4671
4672   // 3. Compute I: the multiplicative inverse of (A / D) in arithmetic
4673   // modulo (N / D).
4674   //
4675   // (N / D) may need BW+1 bits in its representation.  Hence, we'll use this
4676   // bit width during computations.
4677   APInt AD = A.lshr(Mult2).zext(BW + 1);  // AD = A / D
4678   APInt Mod(BW + 1, 0);
4679   Mod.set(BW - Mult2);  // Mod = N / D
4680   APInt I = AD.multiplicativeInverse(Mod);
4681
4682   // 4. Compute the minimum unsigned root of the equation:
4683   // I * (B / D) mod (N / D)
4684   APInt Result = (I * B.lshr(Mult2).zext(BW + 1)).urem(Mod);
4685
4686   // The result is guaranteed to be less than 2^BW so we may truncate it to BW
4687   // bits.
4688   return SE.getConstant(Result.trunc(BW));
4689 }
4690
4691 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
4692 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
4693 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
4694 ///
4695 static std::pair<const SCEV *,const SCEV *>
4696 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ScalarEvolution &SE) {
4697   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
4698   const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
4699   const SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
4700   const SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
4701
4702   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
4703   if (!LC || !MC || !NC) {
4704     const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
4705     return std::make_pair(CNC, CNC);
4706   }
4707
4708   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
4709   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
4710   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
4711   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
4712   APInt Two(BitWidth, 2);
4713   APInt Four(BitWidth, 4);
4714
4715   {
4716     using namespace APIntOps;
4717     const APInt& C = L;
4718     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
4719     // The B coefficient is M-N/2
4720     APInt B(M);
4721     B -= sdiv(N,Two);
4722
4723     // The A coefficient is N/2
4724     APInt A(N.sdiv(Two));
4725
4726     // Compute the B^2-4ac term.
4727     APInt SqrtTerm(B);
4728     SqrtTerm *= B;
4729     SqrtTerm -= Four * (A * C);
4730
4731     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
4732     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
4733     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
4734
4735     // Compute the two solutions for the quadratic formula.
4736     // The divisions must be performed as signed divisions.
4737     APInt NegB(-B);
4738     APInt TwoA( A << 1 );
4739     if (TwoA.isMinValue()) {
4740       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
4741       return std::make_pair(CNC, CNC);
4742     }
4743
4744     LLVMContext &Context = SE.getContext();
4745
4746     ConstantInt *Solution1 =
4747       ConstantInt::get(Context, (NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
4748     ConstantInt *Solution2 =
4749       ConstantInt::get(Context, (NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
4750
4751     return std::make_pair(SE.getConstant(Solution1),
4752                           SE.getConstant(Solution2));
4753     } // end APIntOps namespace
4754 }
4755
4756 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
4757 /// value to zero will execute.  If not computable, return CouldNotCompute.
4758 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4759 ScalarEvolution::HowFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
4760   // If the value is a constant
4761   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
4762     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
4763     if (C->getValue()->isZero()) return C;
4764     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
4765   }
4766
4767   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
4768   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
4769     return getCouldNotCompute();
4770
4771   if (AddRec->isAffine()) {
4772     // If this is an affine expression, the execution count of this branch is
4773     // the minimum unsigned root of the following equation:
4774     //
4775     //     Start + Step*N = 0 (mod 2^BW)
4776     //
4777     // equivalent to:
4778     //
4779     //             Step*N = -Start (mod 2^BW)
4780     //
4781     // where BW is the common bit width of Start and Step.
4782
4783     // Get the initial value for the loop.
4784     const SCEV *Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(),
4785                                        L->getParentLoop());
4786     const SCEV *Step = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(1),
4787                                       L->getParentLoop());
4788
4789     if (const SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step)) {
4790       // For now we handle only constant steps.
4791
4792       // First, handle unitary steps.
4793       if (StepC->getValue()->equalsInt(1))      // 1*N = -Start (mod 2^BW), so:
4794         return getNegativeSCEV(Start);          //   N = -Start (as unsigned)
4795       if (StepC->getValue()->isAllOnesValue())  // -1*N = -Start (mod 2^BW), so:
4796         return Start;                           //    N = Start (as unsigned)
4797
4798       // Then, try to solve the above equation provided that Start is constant.
4799       if (const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start))
4800         return SolveLinEquationWithOverflow(StepC->getValue()->getValue(),
4801                                             -StartC->getValue()->getValue(),
4802                                             *this);
4803     }
4804   } else if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isIntegerTy()) {
4805     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
4806     // the quadratic equation to solve it.
4807     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots = SolveQuadraticEquation(AddRec,
4808                                                                     *this);
4809     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
4810     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
4811     if (R1) {
4812 #if 0
4813       dbgs() << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
4814              << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
4815 #endif
4816       // Pick the smallest positive root value.
4817       if (ConstantInt *CB =
4818           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
4819                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
4820         if (CB->getZExtValue() == false)
4821           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
4822
4823         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
4824         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
4825         // should not accept a root of 2.
4826         const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1, *this);
4827         if (Val->isZero())
4828           return R1;  // We found a quadratic root!
4829       }
4830     }
4831   }
4832
4833   return getCouldNotCompute();
4834 }
4835
4836 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
4837 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
4838 /// CouldNotCompute
4839 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4840 ScalarEvolution::HowFarToNonZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
4841   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
4842   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
4843   // future as needed.
4844
4845   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
4846   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
4847   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
4848     if (!C->getValue()->isNullValue())
4849       return getConstant(C->getType(), 0);
4850     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
4851   }
4852
4853   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
4854   // this, and if they did, they would already be constant folded.
4855   return getCouldNotCompute();
4856 }
4857
4858 /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
4859 /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
4860 /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
4861 /// found.
4862 ///
4863 std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
4864 ScalarEvolution::getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB) {
4865   // If the block has a unique predecessor, then there is no path from the
4866   // predecessor to the block that does not go through the direct edge
4867   // from the predecessor to the block.
4868   if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor())
4869     return std::make_pair(Pred, BB);
4870
4871   // A loop's header is defined to be a block that dominates the loop.
4872   // If the header has a unique predecessor outside the loop, it must be
4873   // a block that has exactly one successor that can reach the loop.
4874   if (Loop *L = LI->getLoopFor(BB))
4875     return std::make_pair(L->getLoopPredecessor(), L->getHeader());
4876
4877   return std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>();
4878 }
4879
4880 /// HasSameValue - SCEV structural equivalence is usually sufficient for
4881 /// testing whether two expressions are equal, however for the purposes of
4882 /// looking for a condition guarding a loop, it can be useful to be a little
4883 /// more general, since a front-end may have replicated the controlling
4884 /// expression.
4885 ///
4886 static bool HasSameValue(const SCEV *A, const SCEV *B) {
4887   // Quick check to see if they are the same SCEV.
4888   if (A == B) return true;
4889
4890   // Otherwise, if they're both SCEVUnknown, it's possible that they hold
4891   // two different instructions with the same value. Check for this case.
4892   if (const SCEVUnknown *AU = dyn_cast<SCEVUnknown>(A))
4893     if (const SCEVUnknown *BU = dyn_cast<SCEVUnknown>(B))
4894       if (const Instruction *AI = dyn_cast<Instruction>(AU->getValue()))
4895         if (const Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(BU->getValue()))
4896           if (AI->isIdenticalTo(BI) && !AI->mayReadFromMemory())
4897             return true;
4898
4899   // Otherwise assume they may have a different value.
4900   return false;
4901 }
4902
4903 /// SimplifyICmpOperands - Simplify LHS and RHS in a comparison with
4904 /// predicate Pred. Return true iff any changes were made.
4905 ///
4906 bool ScalarEvolution::SimplifyICmpOperands(ICmpInst::Predicate &Pred,
4907                                            const SCEV *&LHS, const SCEV *&RHS) {
4908   bool Changed = false;
4909
4910   // Canonicalize a constant to the right side.
4911   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
4912     // Check for both operands constant.
4913     if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
4914       if (ConstantExpr::getICmp(Pred,
4915                                 LHSC->getValue(),
4916                                 RHSC->getValue())->isNullValue())
4917         goto trivially_false;
4918       else
4919         goto trivially_true;
4920     }
4921     // Otherwise swap the operands to put the constant on the right.
4922     std::swap(LHS, RHS);
4923     Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4924     Changed = true;
4925   }
4926
4927   // If we're comparing an addrec with a value which is loop-invariant in the
4928   // addrec's loop, put the addrec on the left. Also make a dominance check,
4929   // as both operands could be addrecs loop-invariant in each other's loop.
4930   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS)) {
4931     const Loop *L = AR->getLoop();
4932     if (LHS->isLoopInvariant(L) && LHS->properlyDominates(L->getHeader(), DT)) {
4933       std::swap(LHS, RHS);
4934       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4935       Changed = true;
4936     }
4937   }
4938
4939   // If there's a constant operand, canonicalize comparisons with boundary
4940   // cases, and canonicalize *-or-equal comparisons to regular comparisons.
4941   if (const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
4942     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
4943     switch (Pred) {
4944     default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
4945     case ICmpInst::ICMP_EQ:
4946     case ICmpInst::ICMP_NE:
4947       break;
4948     case ICmpInst::ICMP_UGE:
4949       if ((RA - 1).isMinValue()) {
4950         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4951         RHS = getConstant(RA - 1);
4952         Changed = true;
4953         break;
4954       }
4955       if (RA.isMaxValue()) {
4956         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4957         Changed = true;
4958         break;
4959       }
4960       if (RA.isMinValue()) goto trivially_true;
4961
4962       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
4963       RHS = getConstant(RA - 1);
4964       Changed = true;
4965       break;
4966     case ICmpInst::ICMP_ULE:
4967       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
4968         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4969         RHS = getConstant(RA + 1);
4970         Changed = true;
4971         break;
4972       }
4973       if (RA.isMinValue()) {
4974         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4975         Changed = true;
4976         break;
4977       }
4978       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_true;
4979
4980       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
4981       RHS = getConstant(RA + 1);
4982       Changed = true;
4983       break;
4984     case ICmpInst::ICMP_SGE:
4985       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
4986         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4987         RHS = getConstant(RA - 1);
4988         Changed = true;
4989         break;
4990       }
4991       if (RA.isMaxSignedValue()) {
4992         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4993         Changed = true;
4994         break;
4995       }
4996       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_true;
4997
4998       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
4999       RHS = getConstant(RA - 1);
5000       Changed = true;
5001       break;
5002     case ICmpInst::ICMP_SLE:
5003       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
5004         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5005         RHS = getConstant(RA + 1);
5006         Changed = true;
5007         break;
5008       }
5009       if (RA.isMinSignedValue()) {
5010         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5011         Changed = true;
5012         break;
5013       }
5014       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_true;
5015
5016       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
5017       RHS = getConstant(RA + 1);
5018       Changed = true;
5019       break;
5020     case ICmpInst::ICMP_UGT:
5021       if (RA.isMinValue()) {
5022         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5023         Changed = true;
5024         break;
5025       }
5026       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
5027         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5028         RHS = getConstant(RA + 1);
5029         Changed = true;
5030         break;
5031       }
5032       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_false;
5033       break;
5034     case ICmpInst::ICMP_ULT:
5035       if (RA.isMaxValue()) {
5036         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5037         Changed = true;
5038         break;
5039       }
5040       if ((RA - 1).isMinValue()) {
5041         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5042         RHS = getConstant(RA - 1);
5043         Changed = true;
5044         break;
5045       }
5046       if (RA.isMinValue()) goto trivially_false;
5047       break;
5048     case ICmpInst::ICMP_SGT:
5049       if (RA.isMinSignedValue()) {
5050         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5051         Changed = true;
5052         break;
5053       }
5054       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
5055         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5056         RHS = getConstant(RA + 1);
5057         Changed = true;
5058         break;
5059       }
5060       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_false;
5061       break;
5062     case ICmpInst::ICMP_SLT:
5063       if (RA.isMaxSignedValue()) {
5064         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5065         Changed = true;
5066         break;
5067       }
5068       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
5069        Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5070        RHS = getConstant(RA - 1);
5071         Changed = true;
5072        break;
5073       }
5074       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_false;
5075       break;
5076     }
5077   }
5078
5079   // Check for obvious equality.
5080   if (HasSameValue(LHS, RHS)) {
5081     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
5082       goto trivially_true;
5083     if (ICmpInst::isFalseWhenEqual(Pred))
5084       goto trivially_false;
5085   }
5086
5087   // If possible, canonicalize GE/LE comparisons to GT/LT comparisons, by
5088   // adding or subtracting 1 from one of the operands.
5089   switch (Pred) {
5090   case ICmpInst::ICMP_SLE:
5091     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
5092       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
5093                        /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/true);
5094       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
5095       Changed = true;
5096     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
5097       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
5098                        /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/true);
5099       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
5100       Changed = true;
5101     }
5102     break;
5103   case ICmpInst::ICMP_SGE:
5104     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
5105       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
5106                        /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/true);
5107       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
5108       Changed = true;
5109     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
5110       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
5111                        /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/true);
5112       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
5113       Changed = true;
5114     }
5115     break;
5116   case ICmpInst::ICMP_ULE:
5117     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
5118       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
5119                        /*HasNUW=*/true, /*HasNSW=*/false);
5120       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
5121       Changed = true;
5122     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
5123       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
5124                        /*HasNUW=*/true, /*HasNSW=*/false);
5125       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
5126       Changed = true;
5127     }
5128     break;
5129   case ICmpInst::ICMP_UGE:
5130     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
5131       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
5132                        /*HasNUW=*/true, /*HasNSW=*/false);
5133       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
5134       Changed = true;
5135     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
5136       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
5137                        /*HasNUW=*/true, /*HasNSW=*/false);
5138       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
5139       Changed = true;
5140     }
5141     break;
5142   default:
5143     break;
5144   }
5145
5146   // TODO: More simplifications are possible here.
5147
5148   return Changed;
5149
5150 trivially_true:
5151   // Return 0 == 0.
5152   LHS = RHS = getConstant(Type::getInt1Ty(getContext()), 0);
5153   Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5154   return true;
5155
5156 trivially_false:
5157   // Return 0 != 0.
5158   LHS = RHS = getConstant(Type::getInt1Ty(getContext()), 0);
5159   Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5160   return true;
5161 }
5162
5163 bool ScalarEvolution::isKnownNegative(const SCEV *S) {
5164   return getSignedRange(S).getSignedMax().isNegative();
5165 }
5166
5167 bool ScalarEvolution::isKnownPositive(const SCEV *S) {
5168   return getSignedRange(S).getSignedMin().isStrictlyPositive();
5169 }
5170
5171 bool ScalarEvolution::isKnownNonNegative(const SCEV *S) {
5172   return !getSignedRange(S).getSignedMin().isNegative();
5173 }
5174
5175 bool ScalarEvolution::isKnownNonPositive(const SCEV *S) {
5176   return !getSignedRange(S).getSignedMax().isStrictlyPositive();
5177 }
5178
5179 bool ScalarEvolution::isKnownNonZero(const SCEV *S) {
5180   return isKnownNegative(S) || isKnownPositive(S);
5181 }
5182
5183 bool ScalarEvolution::isKnownPredicate(ICmpInst::Predicate Pred,
5184                                        const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5185   // Canonicalize the inputs first.
5186   (void)SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS);
5187
5188   // If LHS or RHS is an addrec, check to see if the condition is true in
5189   // every iteration of the loop.
5190   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
5191     if (isLoopEntryGuardedByCond(
5192           AR->getLoop(), Pred, AR->getStart(), RHS) &&
5193         isLoopBackedgeGuardedByCond(
5194           AR->getLoop(), Pred, AR->getPostIncExpr(*this), RHS))
5195       return true;
5196   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS))
5197     if (isLoopEntryGuardedByCond(
5198           AR->getLoop(), Pred, LHS, AR->getStart()) &&
5199         isLoopBackedgeGuardedByCond(
5200           AR->getLoop(), Pred, LHS, AR->getPostIncExpr(*this)))
5201       return true;
5202
5203   // Otherwise see what can be done with known constant ranges.
5204   return isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS);
5205 }
5206
5207 bool
5208 ScalarEvolution::isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
5209                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5210   if (HasSameValue(LHS, RHS))
5211     return ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
5212
5213   // This code is split out from isKnownPredicate because it is called from
5214   // within isLoopEntryGuardedByCond.
5215   switch (Pred) {
5216   default:
5217     llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
5218     break;
5219   case ICmpInst::ICMP_SGT:
5220     Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
5221     std::swap(LHS, RHS);
5222   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
5223     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
5224     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
5225     if (LHSRange.getSignedMax().slt(RHSRange.getSignedMin()))
5226       return true;
5227     if (LHSRange.getSignedMin().sge(RHSRange.getSignedMax()))
5228       return false;
5229     break;
5230   }
5231   case ICmpInst::ICMP_SGE:
5232     Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
5233     std::swap(LHS, RHS);
5234   case ICmpInst::ICMP_SLE: {
5235     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
5236     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
5237     if (LHSRange.getSignedMax().sle(RHSRange.getSignedMin()))
5238       return true;
5239     if (LHSRange.getSignedMin().sgt(RHSRange.getSignedMax()))
5240       return false;
5241     break;
5242   }
5243   case ICmpInst::ICMP_UGT:
5244     Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
5245     std::swap(LHS, RHS);
5246   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
5247     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
5248     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
5249     if (LHSRange.getUnsignedMax().ult(RHSRange.getUnsignedMin()))
5250       return true;
5251     if (LHSRange.getUnsignedMin().uge(RHSRange.getUnsignedMax()))
5252       return false;
5253     break;
5254   }
5255   case ICmpInst::ICMP_UGE:
5256     Pred = ICmpInst::ICMP_ULE;
5257     std::swap(LHS, RHS);
5258   case ICmpInst::ICMP_ULE: {
5259     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
5260     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
5261     if (LHSRange.getUnsignedMax().ule(RHSRange.getUnsignedMin()))
5262       return true;
5263     if (LHSRange.getUnsignedMin().ugt(RHSRange.getUnsignedMax()))
5264       return false;
5265     break;
5266   }
5267   case ICmpInst::ICMP_NE: {
5268     if (getUnsignedRange(LHS).intersectWith(getUnsignedRange(RHS)).isEmptySet())
5269       return true;
5270     if (getSignedRange(LHS).intersectWith(getSignedRange(RHS)).isEmptySet())
5271       return true;
5272
5273     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(LHS, RHS);
5274     if (isKnownNonZero(Diff))
5275       return true;
5276     break;
5277   }
5278   case ICmpInst::ICMP_EQ:
5279     // The check at the top of the function catches the case where
5280     // the values are known to be equal.
5281     break;
5282   }
5283   return false;
5284 }
5285
5286 /// isLoopBackedgeGuardedByCond - Test whether the backedge of the loop is
5287 /// protected by a conditional between LHS and RHS.  This is used to
5288 /// to eliminate casts.
5289 bool
5290 ScalarEvolution::isLoopBackedgeGuardedByCond(const Loop *L,
5291                                              ICmpInst::Predicate Pred,
5292                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5293   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
5294   // (interprocedural conditions notwithstanding).
5295   if (!L) return true;
5296
5297   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
5298   if (!Latch)
5299     return false;
5300
5301   BranchInst *LoopContinuePredicate =
5302     dyn_cast<BranchInst>(Latch->getTerminator());
5303   if (!LoopContinuePredicate ||
5304       LoopContinuePredicate->isUnconditional())
5305     return false;
5306
5307   return isImpliedCond(Pred, LHS, RHS,
5308                        LoopContinuePredicate->getCondition(),
5309                        LoopContinuePredicate->getSuccessor(0) != L->getHeader());
5310 }
5311
5312 /// isLoopEntryGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected
5313 /// by a conditional between LHS and RHS.  This is used to help avoid max
5314 /// expressions in loop trip counts, and to eliminate casts.
5315 bool
5316 ScalarEvolution::isLoopEntryGuardedByCond(const Loop *L,
5317                                           ICmpInst::Predicate Pred,
5318                                           const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5319   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
5320   // (interprocedural conditions notwithstanding).
5321   if (!L) return false;
5322
5323   // Starting at the loop predecessor, climb up the predecessor chain, as long
5324   // as there are predecessors that can be found that have unique successors
5325   // leading to the original header.
5326   for (std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
5327          Pair(L->getLoopPredecessor(), L->getHeader());
5328        Pair.first;
5329        Pair = getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(Pair.first)) {
5330
5331     BranchInst *LoopEntryPredicate =
5332       dyn_cast<BranchInst>(Pair.first->getTerminator());
5333     if (!LoopEntryPredicate ||
5334         LoopEntryPredicate->isUnconditional())
5335       continue;
5336
5337     if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS,
5338                       LoopEntryPredicate->getCondition(),
5339                       LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) != Pair.second))
5340       return true;
5341   }
5342
5343   return false;
5344 }
5345
5346 /// isImpliedCond - Test whether the condition described by Pred, LHS,
5347 /// and RHS is true whenever the given Cond value evaluates to true.
5348 bool ScalarEvolution::isImpliedCond(ICmpInst::Predicate Pred,
5349                                     const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5350                                     Value *FoundCondValue,
5351                                     bool Inverse) {
5352   // Recursively handle And and Or conditions.
5353   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(FoundCondValue)) {
5354     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
5355       if (!Inverse)
5356         return isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(0), Inverse) ||
5357                isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(1), Inverse);
5358     } else if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
5359       if (Inverse)
5360         return isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(0), Inverse) ||
5361                isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(1), Inverse);
5362     }
5363   }
5364
5365   ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(FoundCondValue);
5366   if (!ICI) return false;
5367
5368   // Bail if the ICmp's operands' types are wider than the needed type
5369   // before attempting to call getSCEV on them. This avoids infinite
5370   // recursion, since the analysis of widening casts can require loop
5371   // exit condition information for overflow checking, which would
5372   // lead back here.
5373   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <
5374       getTypeSizeInBits(ICI->getOperand(0)->getType()))
5375     return false;
5376
5377   // Now that we found a conditional branch that dominates the loop, check to
5378   // see if it is the comparison we are looking for.
5379   ICmpInst::Predicate FoundPred;
5380   if (Inverse)
5381     FoundPred = ICI->getInversePredicate();
5382   else
5383     FoundPred = ICI->getPredicate();
5384
5385   const SCEV *FoundLHS = getSCEV(ICI->getOperand(0));
5386   const SCEV *FoundRHS = getSCEV(ICI->getOperand(1));
5387
5388   // Balance the types. The case where FoundLHS' type is wider than
5389   // LHS' type is checked for above.
5390   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) >
5391       getTypeSizeInBits(FoundLHS->getType())) {
5392     if (CmpInst::isSigned(Pred)) {
5393       FoundLHS = getSignExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
5394       FoundRHS = getSignExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
5395     } else {
5396       FoundLHS = getZeroExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
5397       FoundRHS = getZeroExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
5398     }
5399   }
5400
5401   // Canonicalize the query to match the way instcombine will have
5402   // canonicalized the comparison.
5403   if (SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS))
5404     if (LHS == RHS)
5405       return CmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
5406   if (SimplifyICmpOperands(FoundPred, FoundLHS, FoundRHS))
5407     if (FoundLHS == FoundRHS)
5408       return CmpInst::isFalseWhenEqual(Pred);
5409
5410   // Check to see if we can make the LHS or RHS match.
5411   if (LHS == FoundRHS || RHS == FoundLHS) {
5412     if (isa<SCEVConstant>(RHS)) {
5413       std::swap(FoundLHS, FoundRHS);
5414       FoundPred = ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred);
5415     } else {
5416       std::swap(LHS, RHS);
5417       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
5418     }
5419   }
5420
5421   // Check whether the found predicate is the same as the desired predicate.
5422   if (FoundPred == Pred)
5423     return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS);
5424
5425   // Check whether swapping the found predicate makes it the same as the
5426   // desired predicate.
5427   if (ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred) == Pred) {
5428     if (isa<SCEVConstant>(RHS))
5429       return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundRHS, FoundLHS);
5430     else
5431       return isImpliedCondOperands(ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred),
5432                                    RHS, LHS, FoundLHS, FoundRHS);
5433   }
5434
5435   // Check whether the actual condition is beyond sufficient.
5436   if (FoundPred == ICmpInst::ICMP_EQ)
5437     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
5438       if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
5439         return true;
5440   if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
5441     if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(FoundPred))
5442       if (isImpliedCondOperands(FoundPred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
5443         return true;
5444
5445   // Otherwise assume the worst.
5446   return false;
5447 }
5448
5449 /// isImpliedCondOperands - Test whether the condition described by Pred,
5450 /// LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred, FoundLHS,
5451 /// and FoundRHS is true.
5452 bool ScalarEvolution::isImpliedCondOperands(ICmpInst::Predicate Pred,
5453                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5454                                             const SCEV *FoundLHS,
5455                                             const SCEV *FoundRHS) {
5456   return isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
5457                                      FoundLHS, FoundRHS) ||
5458          // ~x < ~y --> x > y
5459          isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
5460                                      getNotSCEV(FoundRHS),
5461                                      getNotSCEV(FoundLHS));
5462 }
5463
5464 /// isImpliedCondOperandsHelper - Test whether the condition described by
5465 /// Pred, LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred,
5466 /// FoundLHS, and FoundRHS is true.
5467 bool
5468 ScalarEvolution::isImpliedCondOperandsHelper(ICmpInst::Predicate Pred,
5469                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5470                                              const SCEV *FoundLHS,
5471                                              const SCEV *FoundRHS) {
5472   switch (Pred) {
5473   default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
5474   case ICmpInst::ICMP_EQ:
5475   case ICmpInst::ICMP_NE:
5476     if (HasSameValue(LHS, FoundLHS) && HasSameValue(RHS, FoundRHS))
5477       return true;
5478     break;
5479   case ICmpInst::ICMP_SLT:
5480   case ICmpInst::ICMP_SLE:
5481     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SLE, LHS, FoundLHS) &&
5482         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SGE, RHS, FoundRHS))
5483       return true;
5484     break;
5485   case ICmpInst::ICMP_SGT:
5486   case ICmpInst::ICMP_SGE:
5487     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SGE, LHS, FoundLHS) &&
5488         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SLE, RHS, FoundRHS))
5489       return true;
5490     break;
5491   case ICmpInst::ICMP_ULT:
5492   case ICmpInst::ICMP_ULE:
5493     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_ULE, LHS, FoundLHS) &&
5494         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_UGE, RHS, FoundRHS))
5495       return true;
5496     break;
5497   case ICmpInst::ICMP_UGT:
5498   case ICmpInst::ICMP_UGE:
5499     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_UGE, LHS, FoundLHS) &&
5500         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_ULE, RHS, FoundRHS))
5501       return true;
5502     break;
5503   }
5504
5505   return false;
5506 }
5507
5508 /// getBECount - Subtract the end and start values and divide by the step,
5509 /// rounding up, to get the number of times the backedge is executed. Return
5510 /// CouldNotCompute if an intermediate computation overflows.
5511 const SCEV *ScalarEvolution::getBECount(const SCEV *Start,
5512                                         const SCEV *End,
5513                                         const SCEV *Step,
5514                                         bool NoWrap) {
5515   assert(!isKnownNegative(Step) &&
5516          "This code doesn't handle negative strides yet!");
5517
5518   const Type *Ty = Start->getType();
5519   const SCEV *NegOne = getConstant(Ty, (uint64_t)-1);
5520   const SCEV *Diff = getMinusSCEV(End, Start);
5521   const SCEV *RoundUp = getAddExpr(Step, NegOne);
5522
5523   // Add an adjustment to the difference between End and Start so that
5524   // the division will effectively round up.
5525   const SCEV *Add = getAddExpr(Diff, RoundUp);
5526
5527   if (!NoWrap) {
5528     // Check Add for unsigned overflow.
5529     // TODO: More sophisticated things could be done here.
5530     const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(),
5531                                           getTypeSizeInBits(Ty) + 1);
5532     const SCEV *EDiff = getZeroExtendExpr(Diff, WideTy);
5533     const SCEV *ERoundUp = getZeroExtendExpr(RoundUp, WideTy);
5534     const SCEV *OperandExtendedAdd = getAddExpr(EDiff, ERoundUp);
5535     if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) != OperandExtendedAdd)
5536       return getCouldNotCompute();
5537   }
5538
5539   return getUDivExpr(Add, Step);
5540 }
5541
5542 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
5543 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
5544 /// CouldNotCompute.
5545 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
5546 ScalarEvolution::HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5547                                   const Loop *L, bool isSigned) {
5548   // Only handle:  "ADDREC < LoopInvariant".
5549   if (!RHS->isLoopInvariant(L)) return getCouldNotCompute();
5550
5551   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
5552   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
5553     return getCouldNotCompute();
5554
5555   // Check to see if we have a flag which makes analysis easy.
5556   bool NoWrap = isSigned ? AddRec->hasNoSignedWrap() :
5557                            AddRec->hasNoUnsignedWrap();
5558
5559   if (AddRec->isAffine()) {
5560     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AddRec->getType());
5561     const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
5562
5563     if (Step->isZero())
5564       return getCouldNotCompute();
5565     if (Step->isOne()) {
5566       // With unit stride, the iteration never steps past the limit value.
5567     } else if (isKnownPositive(Step)) {
5568       // Test whether a positive iteration can step past the limit
5569       // value and past the maximum value for its type in a single step.
5570       // Note that it's not sufficient to check NoWrap here, because even
5571       // though the value after a wrap is undefined, it's not undefined
5572       // behavior, so if wrap does occur, the loop could either terminate or
5573       // loop infinitely, but in either case, the loop is guaranteed to
5574       // iterate at least until the iteration where the wrapping occurs.
5575       const SCEV *One = getConstant(Step->getType(), 1);
5576       if (isSigned) {
5577         APInt Max = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
5578         if ((Max - getSignedRange(getMinusSCEV(Step, One)).getSignedMax())
5579               .slt(getSignedRange(RHS).getSignedMax()))
5580           return getCouldNotCompute();
5581       } else {
5582         APInt Max = APInt::getMaxValue(BitWidth);
5583         if ((Max - getUnsignedRange(getMinusSCEV(Step, One)).getUnsignedMax())
5584               .ult(getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax()))
5585           return getCouldNotCompute();
5586       }
5587     } else
5588       // TODO: Handle negative strides here and below.
5589       return getCouldNotCompute();
5590
5591     // We know the LHS is of the form {n,+,s} and the RHS is some loop-invariant
5592     // m.  So, we count the number of iterations in which {n,+,s} < m is true.
5593     // Note that we cannot simply return max(m-n,0)/s because it's not safe to
5594     // treat m-n as signed nor unsigned due to overflow possibility.
5595
5596     // First, we get the value of the LHS in the first iteration: n
5597     const SCEV *Start = AddRec->getOperand(0);
5598
5599     // Determine the minimum constant start value.
5600     const SCEV *MinStart = getConstant(isSigned ?
5601       getSignedRange(Start).getSignedMin() :
5602       getUnsignedRange(Start).getUnsignedMin());
5603
5604     // If we know that the condition is true in order to enter the loop,
5605     // then we know that it will run exactly (m-n)/s times. Otherwise, we
5606     // only know that it will execute (max(m,n)-n)/s times. In both cases,
5607     // the division must round up.
5608     const SCEV *End = RHS;
5609     if (!isLoopEntryGuardedByCond(L,
5610                                   isSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT :
5611                                              ICmpInst::ICMP_ULT,
5612                                   getMinusSCEV(Start, Step), RHS))
5613       End = isSigned ? getSMaxExpr(RHS, Start)
5614                      : getUMaxExpr(RHS, Start);
5615
5616     // Determine the maximum constant end value.
5617     const SCEV *MaxEnd = getConstant(isSigned ?
5618       getSignedRange(End).getSignedMax() :
5619       getUnsignedRange(End).getUnsignedMax());
5620
5621     // If MaxEnd is within a step of the maximum integer value in its type,
5622     // adjust it down to the minimum value which would produce the same effect.
5623     // This allows the subsequent ceiling division of (N+(step-1))/step to
5624     // compute the correct value.
5625     const SCEV *StepMinusOne = getMinusSCEV(Step,
5626                                             getConstant(Step->getType(), 1));
5627     MaxEnd = isSigned ?
5628       getSMinExpr(MaxEnd,
5629                   getMinusSCEV(getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth)),
5630                                StepMinusOne)) :
5631       getUMinExpr(MaxEnd,
5632                   getMinusSCEV(getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth)),
5633                                StepMinusOne));
5634
5635     // Finally, we subtract these two values and divide, rounding up, to get
5636     // the number of times the backedge is executed.
5637     const SCEV *BECount = getBECount(Start, End, Step, NoWrap);
5638
5639     // The maximum backedge count is similar, except using the minimum start
5640     // value and the maximum end value.
5641     const SCEV *MaxBECount = getBECount(MinStart, MaxEnd, Step, NoWrap);
5642
5643     return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
5644   }
5645
5646   return getCouldNotCompute();
5647 }
5648
5649 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
5650 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
5651 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
5652 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
5653 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
5654 const SCEV *SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
5655                                                     ScalarEvolution &SE) const {
5656   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
5657     return SE.getCouldNotCompute();
5658
5659   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
5660   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
5661     if (!SC->getValue()->isZero()) {
5662       SmallVector<const SCEV *, 4> Operands(op_begin(), op_end());
5663       Operands[0] = SE.getConstant(SC->getType(), 0);
5664       const SCEV *Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop());
5665       if (const SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec =
5666             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
5667         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
5668                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
5669       // This is strange and shouldn't happen.
5670       return SE.getCouldNotCompute();
5671     }
5672
5673   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
5674   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
5675   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
5676     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
5677       return SE.getCouldNotCompute();
5678
5679
5680   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
5681   // that the start element is zero.
5682
5683   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
5684   // iteration exits.
5685   unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(getType());
5686   if (!Range.contains(APInt(BitWidth, 0)))
5687     return SE.getConstant(getType(), 0);
5688
5689   if (isAffine()) {
5690     // If this is an affine expression then we have this situation:
5691     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
5692
5693     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
5694     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
5695     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
5696     // value.  Also note that we already checked for a full range.
5697     APInt One(BitWidth,1);
5698     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
5699     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
5700
5701     // The exit value should be (End+A)/A.
5702     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
5703     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal);
5704
5705     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
5706     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
5707     // things must have happened.
5708     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
5709     if (Range.contains(Val->getValue()))
5710       return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5711
5712     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
5713     assert(Range.contains(
5714            EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
5715            ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
5716            "Linear scev computation is off in a bad way!");
5717     return SE.getConstant(ExitValue);
5718   } else if (isQuadratic()) {
5719     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
5720     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
5721     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
5722     // Range.getUpper() is crossed.
5723     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(op_begin(), op_end());
5724     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
5725     const SCEV *NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop());
5726
5727     // Next, solve the constructed addrec
5728     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots =
5729       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
5730     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
5731     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
5732     if (R1) {
5733       // Pick the smallest positive root value.
5734       if (ConstantInt *CB =
5735           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
5736                          R1->getValue(), R2->getValue()))) {
5737         if (CB->getZExtValue() == false)
5738           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
5739
5740         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
5741         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
5742         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
5743         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
5744                                                              R1->getValue(),
5745                                                              SE);
5746         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
5747           // The next iteration must be out of the range...
5748           ConstantInt *NextVal =
5749                 ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()+1);
5750
5751           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
5752           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
5753             return SE.getConstant(NextVal);
5754           return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5755         }
5756
5757         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
5758         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
5759         ConstantInt *NextVal =
5760                ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()-1);
5761         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
5762         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
5763           return R1;
5764         return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5765       }
5766     }
5767   }
5768
5769   return SE.getCouldNotCompute();
5770 }
5771
5772
5773
5774 //===----------------------------------------------------------------------===//
5775 //                   SCEVCallbackVH Class Implementation
5776 //===----------------------------------------------------------------------===//
5777
5778 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::deleted() {
5779   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
5780   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(getValPtr()))
5781     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5782   SE->ValueExprMap.erase(getValPtr());
5783   // this now dangles!
5784 }
5785
5786 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::allUsesReplacedWith(Value *V) {
5787   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
5788
5789   // Forget all the expressions associated with users of the old value,
5790   // so that future queries will recompute the expressions using the new
5791   // value.
5792   Value *Old = getValPtr();
5793   SmallVector<User *, 16> Worklist;
5794   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
5795   for (Value::use_iterator UI = Old->use_begin(), UE = Old->use_end();
5796        UI != UE; ++UI)
5797     Worklist.push_back(*UI);
5798   while (!Worklist.empty()) {
5799     User *U = Worklist.pop_back_val();
5800     // Deleting the Old value will cause this to dangle. Postpone
5801     // that until everything else is done.
5802     if (U == Old)
5803       continue;
5804     if (!Visited.insert(U))
5805       continue;
5806     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U))
5807       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5808     SE->ValueExprMap.erase(U);
5809     for (Value::use_iterator UI = U->use_begin(), UE = U->use_end();
5810          UI != UE; ++UI)
5811       Worklist.push_back(*UI);
5812   }
5813   // Delete the Old value.
5814   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Old))
5815     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5816   SE->ValueExprMap.erase(Old);
5817   // this now dangles!
5818 }
5819
5820 ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *se)
5821   : CallbackVH(V), SE(se) {}
5822
5823 //===----------------------------------------------------------------------===//
5824 //                   ScalarEvolution Class Implementation
5825 //===----------------------------------------------------------------------===//
5826
5827 ScalarEvolution::ScalarEvolution()
5828   : FunctionPass(ID), FirstUnknown(0) {
5829 }
5830
5831 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
5832   this->F = &F;
5833   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
5834   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
5835   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
5836   return false;
5837 }
5838
5839 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
5840   // Iterate through all the SCEVUnknown instances and call their
5841   // destructors, so that they release their references to their values.
5842   for (SCEVUnknown *U = FirstUnknown; U; U = U->Next)
5843     U->~SCEVUnknown();
5844   FirstUnknown = 0;
5845
5846   ValueExprMap.clear();
5847   BackedgeTakenCounts.clear();
5848   ConstantEvolutionLoopExitValue.clear();
5849   ValuesAtScopes.clear();
5850   UniqueSCEVs.clear();
5851   SCEVAllocator.Reset();
5852 }
5853
5854 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
5855   AU.setPreservesAll();
5856   AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
5857   AU.addRequiredTransitive<DominatorTree>();
5858 }
5859
5860 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
5861   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getBackedgeTakenCount(L));
5862 }
5863
5864 static void PrintLoopInfo(raw_ostream &OS, ScalarEvolution *SE,
5865                           const Loop *L) {
5866   // Print all inner loops first
5867   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
5868     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
5869
5870   OS << "Loop ";
5871   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
5872   OS << ": ";
5873
5874   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
5875   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
5876   if (ExitBlocks.size() != 1)
5877     OS << "<multiple exits> ";
5878
5879   if (SE->hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(L)) {
5880     OS << "backedge-taken count is " << *SE->getBackedgeTakenCount(L);
5881   } else {
5882     OS << "Unpredictable backedge-taken count. ";
5883   }
5884
5885   OS << "\n"
5886         "Loop ";
5887   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
5888   OS << ": ";
5889
5890   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(SE->getMaxBackedgeTakenCount(L))) {
5891     OS << "max backedge-taken count is " << *SE->getMaxBackedgeTakenCount(L);
5892   } else {
5893     OS << "Unpredictable max backedge-taken count. ";
5894   }
5895
5896   OS << "\n";
5897 }
5898
5899 void ScalarEvolution::print(raw_ostream &OS, const Module *) const {
5900   // ScalarEvolution's implementation of the print method is to print
5901   // out SCEV values of all instructions that are interesting. Doing
5902   // this potentially causes it to create new SCEV objects though,
5903   // which technically conflicts with the const qualifier. This isn't
5904   // observable from outside the class though, so casting away the
5905   // const isn't dangerous.
5906   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
5907
5908   OS << "Classifying expressions for: ";
5909   WriteAsOperand(OS, F, /*PrintType=*/false);
5910   OS << "\n";
5911   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
5912     if (isSCEVable(I->getType()) && !isa<CmpInst>(*I)) {
5913       OS << *I << '\n';
5914       OS << "  -->  ";
5915       const SCEV *SV = SE.getSCEV(&*I);
5916       SV->print(OS);
5917
5918       const Loop *L = LI->getLoopFor((*I).getParent());
5919
5920       const SCEV *AtUse = SE.getSCEVAtScope(SV, L);
5921       if (AtUse != SV) {
5922         OS << "  -->  ";
5923         AtUse->print(OS);
5924       }
5925
5926       if (L) {
5927         OS << "\t\t" "Exits: ";
5928         const SCEV *ExitValue = SE.getSCEVAtScope(SV, L->getParentLoop());
5929         if (!ExitValue->isLoopInvariant(L)) {
5930           OS << "<<Unknown>>";
5931         } else {
5932           OS << *ExitValue;
5933         }
5934       }
5935
5936       OS << "\n";
5937     }
5938
5939   OS << "Determining loop execution counts for: ";
5940   WriteAsOperand(OS, F, /*PrintType=*/false);
5941   OS << "\n";
5942   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
5943     PrintLoopInfo(OS, &SE, *I);
5944 }
5945