Fix SCEVCommutativeExpr::print to be robust in the case of improper
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolution.cpp
1 //===- ScalarEvolution.cpp - Scalar Evolution Analysis ----------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains the implementation of the scalar evolution analysis
11 // engine, which is used primarily to analyze expressions involving induction
12 // variables in loops.
13 //
14 // There are several aspects to this library.  First is the representation of
15 // scalar expressions, which are represented as subclasses of the SCEV class.
16 // These classes are used to represent certain types of subexpressions that we
17 // can handle. We only create one SCEV of a particular shape, so
18 // pointer-comparisons for equality are legal.
19 //
20 // One important aspect of the SCEV objects is that they are never cyclic, even
21 // if there is a cycle in the dataflow for an expression (ie, a PHI node).  If
22 // the PHI node is one of the idioms that we can represent (e.g., a polynomial
23 // recurrence) then we represent it directly as a recurrence node, otherwise we
24 // represent it as a SCEVUnknown node.
25 //
26 // In addition to being able to represent expressions of various types, we also
27 // have folders that are used to build the *canonical* representation for a
28 // particular expression.  These folders are capable of using a variety of
29 // rewrite rules to simplify the expressions.
30 //
31 // Once the folders are defined, we can implement the more interesting
32 // higher-level code, such as the code that recognizes PHI nodes of various
33 // types, computes the execution count of a loop, etc.
34 //
35 // TODO: We should use these routines and value representations to implement
36 // dependence analysis!
37 //
38 //===----------------------------------------------------------------------===//
39 //
40 // There are several good references for the techniques used in this analysis.
41 //
42 //  Chains of recurrences -- a method to expedite the evaluation
43 //  of closed-form functions
44 //  Olaf Bachmann, Paul S. Wang, Eugene V. Zima
45 //
46 //  On computational properties of chains of recurrences
47 //  Eugene V. Zima
48 //
49 //  Symbolic Evaluation of Chains of Recurrences for Loop Optimization
50 //  Robert A. van Engelen
51 //
52 //  Efficient Symbolic Analysis for Optimizing Compilers
53 //  Robert A. van Engelen
54 //
55 //  Using the chains of recurrences algebra for data dependence testing and
56 //  induction variable substitution
57 //  MS Thesis, Johnie Birch
58 //
59 //===----------------------------------------------------------------------===//
60
61 #define DEBUG_TYPE "scalar-evolution"
62 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
63 #include "llvm/Constants.h"
64 #include "llvm/DerivedTypes.h"
65 #include "llvm/GlobalVariable.h"
66 #include "llvm/GlobalAlias.h"
67 #include "llvm/Instructions.h"
68 #include "llvm/LLVMContext.h"
69 #include "llvm/Operator.h"
70 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
71 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
72 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
73 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
74 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
75 #include "llvm/Target/TargetData.h"
76 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
77 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
78 #include "llvm/Support/Debug.h"
79 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
80 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
81 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
82 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
83 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
84 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
85 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
86 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
87 #include <algorithm>
88 using namespace llvm;
89
90 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
91           "Number of trip counts computed with array length");
92 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
93           "Number of loops with predictable loop counts");
94 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
95           "Number of loops without predictable loop counts");
96 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
97           "Number of loops with trip counts computed by force");
98
99 static cl::opt<unsigned>
100 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
101                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
102                                  "symbolically execute a constant "
103                                  "derived loop"),
104                         cl::init(100));
105
106 static RegisterPass<ScalarEvolution>
107 R("scalar-evolution", "Scalar Evolution Analysis", false, true);
108 char ScalarEvolution::ID = 0;
109
110 //===----------------------------------------------------------------------===//
111 //                           SCEV class definitions
112 //===----------------------------------------------------------------------===//
113
114 //===----------------------------------------------------------------------===//
115 // Implementation of the SCEV class.
116 //
117
118 SCEV::~SCEV() {}
119
120 void SCEV::dump() const {
121   print(dbgs());
122   dbgs() << '\n';
123 }
124
125 bool SCEV::isZero() const {
126   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
127     return SC->getValue()->isZero();
128   return false;
129 }
130
131 bool SCEV::isOne() const {
132   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
133     return SC->getValue()->isOne();
134   return false;
135 }
136
137 bool SCEV::isAllOnesValue() const {
138   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
139     return SC->getValue()->isAllOnesValue();
140   return false;
141 }
142
143 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() :
144   SCEV(FoldingSetNodeIDRef(), scCouldNotCompute) {}
145
146 bool SCEVCouldNotCompute::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
147   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
148   return false;
149 }
150
151 const Type *SCEVCouldNotCompute::getType() const {
152   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
153   return 0;
154 }
155
156 bool SCEVCouldNotCompute::hasComputableLoopEvolution(const Loop *L) const {
157   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
158   return false;
159 }
160
161 bool SCEVCouldNotCompute::hasOperand(const SCEV *) const {
162   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
163   return false;
164 }
165
166 void SCEVCouldNotCompute::print(raw_ostream &OS) const {
167   OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
168 }
169
170 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
171   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
172 }
173
174 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(ConstantInt *V) {
175   FoldingSetNodeID ID;
176   ID.AddInteger(scConstant);
177   ID.AddPointer(V);
178   void *IP = 0;
179   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
180   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVConstant(ID.Intern(SCEVAllocator), V);
181   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
182   return S;
183 }
184
185 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(const APInt& Val) {
186   return getConstant(ConstantInt::get(getContext(), Val));
187 }
188
189 const SCEV *
190 ScalarEvolution::getConstant(const Type *Ty, uint64_t V, bool isSigned) {
191   return getConstant(
192     ConstantInt::get(cast<IntegerType>(Ty), V, isSigned));
193 }
194
195 const Type *SCEVConstant::getType() const { return V->getType(); }
196
197 void SCEVConstant::print(raw_ostream &OS) const {
198   WriteAsOperand(OS, V, false);
199 }
200
201 SCEVCastExpr::SCEVCastExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
202                            unsigned SCEVTy, const SCEV *op, const Type *ty)
203   : SCEV(ID, SCEVTy), Op(op), Ty(ty) {}
204
205 bool SCEVCastExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
206   return Op->dominates(BB, DT);
207 }
208
209 bool SCEVCastExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
210   return Op->properlyDominates(BB, DT);
211 }
212
213 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
214                                    const SCEV *op, const Type *ty)
215   : SCEVCastExpr(ID, scTruncate, op, ty) {
216   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
217          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
218          "Cannot truncate non-integer value!");
219 }
220
221 void SCEVTruncateExpr::print(raw_ostream &OS) const {
222   OS << "(trunc " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
223 }
224
225 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
226                                        const SCEV *op, const Type *ty)
227   : SCEVCastExpr(ID, scZeroExtend, op, ty) {
228   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
229          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
230          "Cannot zero extend non-integer value!");
231 }
232
233 void SCEVZeroExtendExpr::print(raw_ostream &OS) const {
234   OS << "(zext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
235 }
236
237 SCEVSignExtendExpr::SCEVSignExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
238                                        const SCEV *op, const Type *ty)
239   : SCEVCastExpr(ID, scSignExtend, op, ty) {
240   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
241          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
242          "Cannot sign extend non-integer value!");
243 }
244
245 void SCEVSignExtendExpr::print(raw_ostream &OS) const {
246   OS << "(sext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
247 }
248
249 void SCEVCommutativeExpr::print(raw_ostream &OS) const {
250   const char *OpStr = getOperationStr();
251   OS << "(";
252   for (op_iterator I = op_begin(), E = op_end(); I != E; ++I) {
253     OS << **I;
254     if (next(I) != E)
255       OS << OpStr;
256   }
257   OS << ")";
258 }
259
260 bool SCEVNAryExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
261   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
262     if (!getOperand(i)->dominates(BB, DT))
263       return false;
264   }
265   return true;
266 }
267
268 bool SCEVNAryExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
269   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
270     if (!getOperand(i)->properlyDominates(BB, DT))
271       return false;
272   }
273   return true;
274 }
275
276 bool SCEVUDivExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
277   return LHS->dominates(BB, DT) && RHS->dominates(BB, DT);
278 }
279
280 bool SCEVUDivExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
281   return LHS->properlyDominates(BB, DT) && RHS->properlyDominates(BB, DT);
282 }
283
284 void SCEVUDivExpr::print(raw_ostream &OS) const {
285   OS << "(" << *LHS << " /u " << *RHS << ")";
286 }
287
288 const Type *SCEVUDivExpr::getType() const {
289   // In most cases the types of LHS and RHS will be the same, but in some
290   // crazy cases one or the other may be a pointer. ScalarEvolution doesn't
291   // depend on the type for correctness, but handling types carefully can
292   // avoid extra casts in the SCEVExpander. The LHS is more likely to be
293   // a pointer type than the RHS, so use the RHS' type here.
294   return RHS->getType();
295 }
296
297 bool SCEVAddRecExpr::isLoopInvariant(const Loop *QueryLoop) const {
298   // Add recurrences are never invariant in the function-body (null loop).
299   if (!QueryLoop)
300     return false;
301
302   // This recurrence is variant w.r.t. QueryLoop if QueryLoop contains L.
303   if (QueryLoop->contains(L))
304     return false;
305
306   // This recurrence is variant w.r.t. QueryLoop if any of its operands
307   // are variant.
308   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
309     if (!getOperand(i)->isLoopInvariant(QueryLoop))
310       return false;
311
312   // Otherwise it's loop-invariant.
313   return true;
314 }
315
316 bool
317 SCEVAddRecExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
318   return DT->dominates(L->getHeader(), BB) &&
319          SCEVNAryExpr::dominates(BB, DT);
320 }
321
322 bool
323 SCEVAddRecExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
324   // This uses a "dominates" query instead of "properly dominates" query because
325   // the instruction which produces the addrec's value is a PHI, and a PHI
326   // effectively properly dominates its entire containing block.
327   return DT->dominates(L->getHeader(), BB) &&
328          SCEVNAryExpr::properlyDominates(BB, DT);
329 }
330
331 void SCEVAddRecExpr::print(raw_ostream &OS) const {
332   OS << "{" << *Operands[0];
333   for (unsigned i = 1, e = NumOperands; i != e; ++i)
334     OS << ",+," << *Operands[i];
335   OS << "}<";
336   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
337   OS << ">";
338 }
339
340 bool SCEVUnknown::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
341   // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
342   // invariant if they are not contained in the specified loop.
343   // Instructions are never considered invariant in the function body
344   // (null loop) because they are defined within the "loop".
345   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
346     return L && !L->contains(I);
347   return true;
348 }
349
350 bool SCEVUnknown::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
351   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValue()))
352     return DT->dominates(I->getParent(), BB);
353   return true;
354 }
355
356 bool SCEVUnknown::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
357   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValue()))
358     return DT->properlyDominates(I->getParent(), BB);
359   return true;
360 }
361
362 const Type *SCEVUnknown::getType() const {
363   return V->getType();
364 }
365
366 bool SCEVUnknown::isSizeOf(const Type *&AllocTy) const {
367   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
368     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
369       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
370         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
371             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
372             CE->getNumOperands() == 2)
373           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(1)))
374             if (CI->isOne()) {
375               AllocTy = cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())
376                                  ->getElementType();
377               return true;
378             }
379
380   return false;
381 }
382
383 bool SCEVUnknown::isAlignOf(const Type *&AllocTy) const {
384   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
385     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
386       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
387         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
388             CE->getOperand(0)->isNullValue()) {
389           const Type *Ty =
390             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
391           if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty))
392             if (!STy->isPacked() &&
393                 CE->getNumOperands() == 3 &&
394                 CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
395               if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(2)))
396                 if (CI->isOne() &&
397                     STy->getNumElements() == 2 &&
398                     STy->getElementType(0)->isIntegerTy(1)) {
399                   AllocTy = STy->getElementType(1);
400                   return true;
401                 }
402             }
403         }
404
405   return false;
406 }
407
408 bool SCEVUnknown::isOffsetOf(const Type *&CTy, Constant *&FieldNo) const {
409   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
410     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
411       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
412         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
413             CE->getNumOperands() == 3 &&
414             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
415             CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
416           const Type *Ty =
417             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
418           // Ignore vector types here so that ScalarEvolutionExpander doesn't
419           // emit getelementptrs that index into vectors.
420           if (Ty->isStructTy() || Ty->isArrayTy()) {
421             CTy = Ty;
422             FieldNo = CE->getOperand(2);
423             return true;
424           }
425         }
426
427   return false;
428 }
429
430 void SCEVUnknown::print(raw_ostream &OS) const {
431   const Type *AllocTy;
432   if (isSizeOf(AllocTy)) {
433     OS << "sizeof(" << *AllocTy << ")";
434     return;
435   }
436   if (isAlignOf(AllocTy)) {
437     OS << "alignof(" << *AllocTy << ")";
438     return;
439   }
440
441   const Type *CTy;
442   Constant *FieldNo;
443   if (isOffsetOf(CTy, FieldNo)) {
444     OS << "offsetof(" << *CTy << ", ";
445     WriteAsOperand(OS, FieldNo, false);
446     OS << ")";
447     return;
448   }
449
450   // Otherwise just print it normally.
451   WriteAsOperand(OS, V, false);
452 }
453
454 //===----------------------------------------------------------------------===//
455 //                               SCEV Utilities
456 //===----------------------------------------------------------------------===//
457
458 static bool CompareTypes(const Type *A, const Type *B) {
459   if (A->getTypeID() != B->getTypeID())
460     return A->getTypeID() < B->getTypeID();
461   if (const IntegerType *AI = dyn_cast<IntegerType>(A)) {
462     const IntegerType *BI = cast<IntegerType>(B);
463     return AI->getBitWidth() < BI->getBitWidth();
464   }
465   if (const PointerType *AI = dyn_cast<PointerType>(A)) {
466     const PointerType *BI = cast<PointerType>(B);
467     return CompareTypes(AI->getElementType(), BI->getElementType());
468   }
469   if (const ArrayType *AI = dyn_cast<ArrayType>(A)) {
470     const ArrayType *BI = cast<ArrayType>(B);
471     if (AI->getNumElements() != BI->getNumElements())
472       return AI->getNumElements() < BI->getNumElements();
473     return CompareTypes(AI->getElementType(), BI->getElementType());
474   }
475   if (const VectorType *AI = dyn_cast<VectorType>(A)) {
476     const VectorType *BI = cast<VectorType>(B);
477     if (AI->getNumElements() != BI->getNumElements())
478       return AI->getNumElements() < BI->getNumElements();
479     return CompareTypes(AI->getElementType(), BI->getElementType());
480   }
481   if (const StructType *AI = dyn_cast<StructType>(A)) {
482     const StructType *BI = cast<StructType>(B);
483     if (AI->getNumElements() != BI->getNumElements())
484       return AI->getNumElements() < BI->getNumElements();
485     for (unsigned i = 0, e = AI->getNumElements(); i != e; ++i)
486       if (CompareTypes(AI->getElementType(i), BI->getElementType(i)) ||
487           CompareTypes(BI->getElementType(i), AI->getElementType(i)))
488         return CompareTypes(AI->getElementType(i), BI->getElementType(i));
489   }
490   return false;
491 }
492
493 namespace {
494   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
495   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
496   /// expressions.
497   class SCEVComplexityCompare {
498     LoopInfo *LI;
499   public:
500     explicit SCEVComplexityCompare(LoopInfo *li) : LI(li) {}
501
502     bool operator()(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
503       // Fast-path: SCEVs are uniqued so we can do a quick equality check.
504       if (LHS == RHS)
505         return false;
506
507       // Primarily, sort the SCEVs by their getSCEVType().
508       if (LHS->getSCEVType() != RHS->getSCEVType())
509         return LHS->getSCEVType() < RHS->getSCEVType();
510
511       // Aside from the getSCEVType() ordering, the particular ordering
512       // isn't very important except that it's beneficial to be consistent,
513       // so that (a + b) and (b + a) don't end up as different expressions.
514
515       // Sort SCEVUnknown values with some loose heuristics. TODO: This is
516       // not as complete as it could be.
517       if (const SCEVUnknown *LU = dyn_cast<SCEVUnknown>(LHS)) {
518         const SCEVUnknown *RU = cast<SCEVUnknown>(RHS);
519
520         // Order pointer values after integer values. This helps SCEVExpander
521         // form GEPs.
522         if (LU->getType()->isPointerTy() && !RU->getType()->isPointerTy())
523           return false;
524         if (RU->getType()->isPointerTy() && !LU->getType()->isPointerTy())
525           return true;
526
527         // Compare getValueID values.
528         if (LU->getValue()->getValueID() != RU->getValue()->getValueID())
529           return LU->getValue()->getValueID() < RU->getValue()->getValueID();
530
531         // Sort arguments by their position.
532         if (const Argument *LA = dyn_cast<Argument>(LU->getValue())) {
533           const Argument *RA = cast<Argument>(RU->getValue());
534           return LA->getArgNo() < RA->getArgNo();
535         }
536
537         // For instructions, compare their loop depth, and their opcode.
538         // This is pretty loose.
539         if (Instruction *LV = dyn_cast<Instruction>(LU->getValue())) {
540           Instruction *RV = cast<Instruction>(RU->getValue());
541
542           // Compare loop depths.
543           if (LI->getLoopDepth(LV->getParent()) !=
544               LI->getLoopDepth(RV->getParent()))
545             return LI->getLoopDepth(LV->getParent()) <
546                    LI->getLoopDepth(RV->getParent());
547
548           // Compare opcodes.
549           if (LV->getOpcode() != RV->getOpcode())
550             return LV->getOpcode() < RV->getOpcode();
551
552           // Compare the number of operands.
553           if (LV->getNumOperands() != RV->getNumOperands())
554             return LV->getNumOperands() < RV->getNumOperands();
555         }
556
557         return false;
558       }
559
560       // Compare constant values.
561       if (const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
562         const SCEVConstant *RC = cast<SCEVConstant>(RHS);
563         if (LC->getValue()->getBitWidth() != RC->getValue()->getBitWidth())
564           return LC->getValue()->getBitWidth() < RC->getValue()->getBitWidth();
565         return LC->getValue()->getValue().ult(RC->getValue()->getValue());
566       }
567
568       // Compare addrec loop depths.
569       if (const SCEVAddRecExpr *LA = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
570         const SCEVAddRecExpr *RA = cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
571         if (LA->getLoop()->getLoopDepth() != RA->getLoop()->getLoopDepth())
572           return LA->getLoop()->getLoopDepth() < RA->getLoop()->getLoopDepth();
573       }
574
575       // Lexicographically compare n-ary expressions.
576       if (const SCEVNAryExpr *LC = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(LHS)) {
577         const SCEVNAryExpr *RC = cast<SCEVNAryExpr>(RHS);
578         for (unsigned i = 0, e = LC->getNumOperands(); i != e; ++i) {
579           if (i >= RC->getNumOperands())
580             return false;
581           if (operator()(LC->getOperand(i), RC->getOperand(i)))
582             return true;
583           if (operator()(RC->getOperand(i), LC->getOperand(i)))
584             return false;
585         }
586         return LC->getNumOperands() < RC->getNumOperands();
587       }
588
589       // Lexicographically compare udiv expressions.
590       if (const SCEVUDivExpr *LC = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(LHS)) {
591         const SCEVUDivExpr *RC = cast<SCEVUDivExpr>(RHS);
592         if (operator()(LC->getLHS(), RC->getLHS()))
593           return true;
594         if (operator()(RC->getLHS(), LC->getLHS()))
595           return false;
596         if (operator()(LC->getRHS(), RC->getRHS()))
597           return true;
598         if (operator()(RC->getRHS(), LC->getRHS()))
599           return false;
600         return false;
601       }
602
603       // Compare cast expressions by operand.
604       if (const SCEVCastExpr *LC = dyn_cast<SCEVCastExpr>(LHS)) {
605         const SCEVCastExpr *RC = cast<SCEVCastExpr>(RHS);
606         return operator()(LC->getOperand(), RC->getOperand());
607       }
608
609       llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
610       return false;
611     }
612   };
613 }
614
615 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
616 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
617 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
618 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
619 ///
620 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get deterministic
621 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
622 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
623 /// land in memory.
624 ///
625 static void GroupByComplexity(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
626                               LoopInfo *LI) {
627   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
628   if (Ops.size() == 2) {
629     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
630     // Special case it.
631     if (SCEVComplexityCompare(LI)(Ops[1], Ops[0]))
632       std::swap(Ops[0], Ops[1]);
633     return;
634   }
635
636   // Do the rough sort by complexity.
637   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare(LI));
638
639   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
640   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
641   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
642   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
643   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
644     const SCEV *S = Ops[i];
645     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
646
647     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
648     // one, group them.
649     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
650       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
651         // Move it to immediately after i'th element.
652         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
653         ++i;   // no need to rescan it.
654         if (i == e-2) return;  // Done!
655       }
656     }
657   }
658 }
659
660
661
662 //===----------------------------------------------------------------------===//
663 //                      Simple SCEV method implementations
664 //===----------------------------------------------------------------------===//
665
666 /// BinomialCoefficient - Compute BC(It, K).  The result has width W.
667 /// Assume, K > 0.
668 static const SCEV *BinomialCoefficient(const SCEV *It, unsigned K,
669                                        ScalarEvolution &SE,
670                                        const Type* ResultTy) {
671   // Handle the simplest case efficiently.
672   if (K == 1)
673     return SE.getTruncateOrZeroExtend(It, ResultTy);
674
675   // We are using the following formula for BC(It, K):
676   //
677   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / K!
678   //
679   // Suppose, W is the bitwidth of the return value.  We must be prepared for
680   // overflow.  Hence, we must assure that the result of our computation is
681   // equal to the accurate one modulo 2^W.  Unfortunately, division isn't
682   // safe in modular arithmetic.
683   //
684   // However, this code doesn't use exactly that formula; the formula it uses
685   // is something like the following, where T is the number of factors of 2 in
686   // K! (i.e. trailing zeros in the binary representation of K!), and ^ is
687   // exponentiation:
688   //
689   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / 2^T / (K! / 2^T)
690   //
691   // This formula is trivially equivalent to the previous formula.  However,
692   // this formula can be implemented much more efficiently.  The trick is that
693   // K! / 2^T is odd, and exact division by an odd number *is* safe in modular
694   // arithmetic.  To do exact division in modular arithmetic, all we have
695   // to do is multiply by the inverse.  Therefore, this step can be done at
696   // width W.
697   //
698   // The next issue is how to safely do the division by 2^T.  The way this
699   // is done is by doing the multiplication step at a width of at least W + T
700   // bits.  This way, the bottom W+T bits of the product are accurate. Then,
701   // when we perform the division by 2^T (which is equivalent to a right shift
702   // by T), the bottom W bits are accurate.  Extra bits are okay; they'll get
703   // truncated out after the division by 2^T.
704   //
705   // In comparison to just directly using the first formula, this technique
706   // is much more efficient; using the first formula requires W * K bits,
707   // but this formula less than W + K bits. Also, the first formula requires
708   // a division step, whereas this formula only requires multiplies and shifts.
709   //
710   // It doesn't matter whether the subtraction step is done in the calculation
711   // width or the input iteration count's width; if the subtraction overflows,
712   // the result must be zero anyway.  We prefer here to do it in the width of
713   // the induction variable because it helps a lot for certain cases; CodeGen
714   // isn't smart enough to ignore the overflow, which leads to much less
715   // efficient code if the width of the subtraction is wider than the native
716   // register width.
717   //
718   // (It's possible to not widen at all by pulling out factors of 2 before
719   // the multiplication; for example, K=2 can be calculated as
720   // It/2*(It+(It*INT_MIN/INT_MIN)+-1). However, it requires
721   // extra arithmetic, so it's not an obvious win, and it gets
722   // much more complicated for K > 3.)
723
724   // Protection from insane SCEVs; this bound is conservative,
725   // but it probably doesn't matter.
726   if (K > 1000)
727     return SE.getCouldNotCompute();
728
729   unsigned W = SE.getTypeSizeInBits(ResultTy);
730
731   // Calculate K! / 2^T and T; we divide out the factors of two before
732   // multiplying for calculating K! / 2^T to avoid overflow.
733   // Other overflow doesn't matter because we only care about the bottom
734   // W bits of the result.
735   APInt OddFactorial(W, 1);
736   unsigned T = 1;
737   for (unsigned i = 3; i <= K; ++i) {
738     APInt Mult(W, i);
739     unsigned TwoFactors = Mult.countTrailingZeros();
740     T += TwoFactors;
741     Mult = Mult.lshr(TwoFactors);
742     OddFactorial *= Mult;
743   }
744
745   // We need at least W + T bits for the multiplication step
746   unsigned CalculationBits = W + T;
747
748   // Calculate 2^T, at width T+W.
749   APInt DivFactor = APInt(CalculationBits, 1).shl(T);
750
751   // Calculate the multiplicative inverse of K! / 2^T;
752   // this multiplication factor will perform the exact division by
753   // K! / 2^T.
754   APInt Mod = APInt::getSignedMinValue(W+1);
755   APInt MultiplyFactor = OddFactorial.zext(W+1);
756   MultiplyFactor = MultiplyFactor.multiplicativeInverse(Mod);
757   MultiplyFactor = MultiplyFactor.trunc(W);
758
759   // Calculate the product, at width T+W
760   const IntegerType *CalculationTy = IntegerType::get(SE.getContext(),
761                                                       CalculationBits);
762   const SCEV *Dividend = SE.getTruncateOrZeroExtend(It, CalculationTy);
763   for (unsigned i = 1; i != K; ++i) {
764     const SCEV *S = SE.getMinusSCEV(It, SE.getIntegerSCEV(i, It->getType()));
765     Dividend = SE.getMulExpr(Dividend,
766                              SE.getTruncateOrZeroExtend(S, CalculationTy));
767   }
768
769   // Divide by 2^T
770   const SCEV *DivResult = SE.getUDivExpr(Dividend, SE.getConstant(DivFactor));
771
772   // Truncate the result, and divide by K! / 2^T.
773
774   return SE.getMulExpr(SE.getConstant(MultiplyFactor),
775                        SE.getTruncateOrZeroExtend(DivResult, ResultTy));
776 }
777
778 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
779 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
780 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
781 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
782 ///
783 ///   A*BC(It, 0) + B*BC(It, 1) + C*BC(It, 2) + D*BC(It, 3)
784 ///
785 /// where BC(It, k) stands for binomial coefficient.
786 ///
787 const SCEV *SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(const SCEV *It,
788                                                 ScalarEvolution &SE) const {
789   const SCEV *Result = getStart();
790   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
791     // The computation is correct in the face of overflow provided that the
792     // multiplication is performed _after_ the evaluation of the binomial
793     // coefficient.
794     const SCEV *Coeff = BinomialCoefficient(It, i, SE, getType());
795     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Coeff))
796       return Coeff;
797
798     Result = SE.getAddExpr(Result, SE.getMulExpr(getOperand(i), Coeff));
799   }
800   return Result;
801 }
802
803 //===----------------------------------------------------------------------===//
804 //                    SCEV Expression folder implementations
805 //===----------------------------------------------------------------------===//
806
807 const SCEV *ScalarEvolution::getTruncateExpr(const SCEV *Op,
808                                              const Type *Ty) {
809   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) > getTypeSizeInBits(Ty) &&
810          "This is not a truncating conversion!");
811   assert(isSCEVable(Ty) &&
812          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
813   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
814
815   FoldingSetNodeID ID;
816   ID.AddInteger(scTruncate);
817   ID.AddPointer(Op);
818   ID.AddPointer(Ty);
819   void *IP = 0;
820   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
821
822   // Fold if the operand is constant.
823   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
824     return getConstant(
825       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(), Ty)));
826
827   // trunc(trunc(x)) --> trunc(x)
828   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op))
829     return getTruncateExpr(ST->getOperand(), Ty);
830
831   // trunc(sext(x)) --> sext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
832   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
833     return getTruncateOrSignExtend(SS->getOperand(), Ty);
834
835   // trunc(zext(x)) --> zext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
836   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
837     return getTruncateOrZeroExtend(SZ->getOperand(), Ty);
838
839   // If the input value is a chrec scev, truncate the chrec's operands.
840   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
841     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
842     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
843       Operands.push_back(getTruncateExpr(AddRec->getOperand(i), Ty));
844     return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop());
845   }
846
847   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
848   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
849   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
850   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVTruncateExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
851                                                  Op, Ty);
852   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
853   return S;
854 }
855
856 const SCEV *ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEV *Op,
857                                                const Type *Ty) {
858   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
859          "This is not an extending conversion!");
860   assert(isSCEVable(Ty) &&
861          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
862   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
863
864   // Fold if the operand is constant.
865   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op)) {
866     const Type *IntTy = getEffectiveSCEVType(Ty);
867     Constant *C = ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(), IntTy);
868     if (IntTy != Ty) C = ConstantExpr::getIntToPtr(C, Ty);
869     return getConstant(cast<ConstantInt>(C));
870   }
871
872   // zext(zext(x)) --> zext(x)
873   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
874     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
875
876   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
877   // computed a SCEV for this Op and Ty.
878   FoldingSetNodeID ID;
879   ID.AddInteger(scZeroExtend);
880   ID.AddPointer(Op);
881   ID.AddPointer(Ty);
882   void *IP = 0;
883   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
884
885   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
886   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
887   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
888   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
889   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
890     if (AR->isAffine()) {
891       const SCEV *Start = AR->getStart();
892       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
893       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
894       const Loop *L = AR->getLoop();
895
896       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
897       // we don't need to do any further analysis.
898       if (AR->hasNoUnsignedWrap())
899         return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
900                              getZeroExtendExpr(Step, Ty),
901                              L);
902
903       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
904       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
905       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
906       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
907       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
908       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
909       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
910       // that value once it has finished.
911       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
912       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
913         // Manually compute the final value for AR, checking for
914         // overflow.
915
916         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
917         // the addrec's type. The count is always unsigned.
918         const SCEV *CastedMaxBECount =
919           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
920         const SCEV *RecastedMaxBECount =
921           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
922         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
923           const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
924           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no unsigned overflow.
925           const SCEV *ZMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
926           const SCEV *Add = getAddExpr(Start, ZMul);
927           const SCEV *OperandExtendedAdd =
928             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
929                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
930                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
931           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
932             // Return the expression with the addrec on the outside.
933             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
934                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
935                                  L);
936
937           // Similar to above, only this time treat the step value as signed.
938           // This covers loops that count down.
939           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
940           Add = getAddExpr(Start, SMul);
941           OperandExtendedAdd =
942             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
943                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
944                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
945           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
946             // Return the expression with the addrec on the outside.
947             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
948                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
949                                  L);
950         }
951
952         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
953         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
954         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
955         // with the post-inc value, the addrec is safe.
956         if (isKnownPositive(Step)) {
957           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMinValue(BitWidth) -
958                                       getUnsignedRange(Step).getUnsignedMax());
959           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, AR, N) ||
960               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, Start, N) &&
961                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT,
962                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
963             // Return the expression with the addrec on the outside.
964             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
965                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
966                                  L);
967         } else if (isKnownNegative(Step)) {
968           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth) -
969                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
970           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, AR, N) &&
971               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, Start, N) ||
972                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT,
973                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
974             // Return the expression with the addrec on the outside.
975             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
976                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
977                                  L);
978         }
979       }
980     }
981
982   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
983   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
984   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
985   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVZeroExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
986                                                    Op, Ty);
987   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
988   return S;
989 }
990
991 const SCEV *ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEV *Op,
992                                                const Type *Ty) {
993   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
994          "This is not an extending conversion!");
995   assert(isSCEVable(Ty) &&
996          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
997   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
998
999   // Fold if the operand is constant.
1000   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op)) {
1001     const Type *IntTy = getEffectiveSCEVType(Ty);
1002     Constant *C = ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(), IntTy);
1003     if (IntTy != Ty) C = ConstantExpr::getIntToPtr(C, Ty);
1004     return getConstant(cast<ConstantInt>(C));
1005   }
1006
1007   // sext(sext(x)) --> sext(x)
1008   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
1009     return getSignExtendExpr(SS->getOperand(), Ty);
1010
1011   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
1012   // computed a SCEV for this Op and Ty.
1013   FoldingSetNodeID ID;
1014   ID.AddInteger(scSignExtend);
1015   ID.AddPointer(Op);
1016   ID.AddPointer(Ty);
1017   void *IP = 0;
1018   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1019
1020   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
1021   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
1022   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
1023   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
1024   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
1025     if (AR->isAffine()) {
1026       const SCEV *Start = AR->getStart();
1027       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
1028       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
1029       const Loop *L = AR->getLoop();
1030
1031       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
1032       // we don't need to do any further analysis.
1033       if (AR->hasNoSignedWrap())
1034         return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1035                              getSignExtendExpr(Step, Ty),
1036                              L);
1037
1038       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
1039       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
1040       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
1041       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
1042       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
1043       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
1044       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
1045       // that value once it has finished.
1046       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
1047       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
1048         // Manually compute the final value for AR, checking for
1049         // overflow.
1050
1051         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
1052         // the addrec's type. The count is always unsigned.
1053         const SCEV *CastedMaxBECount =
1054           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
1055         const SCEV *RecastedMaxBECount =
1056           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
1057         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
1058           const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
1059           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no signed overflow.
1060           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1061           const SCEV *Add = getAddExpr(Start, SMul);
1062           const SCEV *OperandExtendedAdd =
1063             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
1064                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1065                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
1066           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
1067             // Return the expression with the addrec on the outside.
1068             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1069                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1070                                  L);
1071
1072           // Similar to above, only this time treat the step value as unsigned.
1073           // This covers loops that count up with an unsigned step.
1074           const SCEV *UMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1075           Add = getAddExpr(Start, UMul);
1076           OperandExtendedAdd =
1077             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
1078                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1079                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
1080           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
1081             // Return the expression with the addrec on the outside.
1082             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1083                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
1084                                  L);
1085         }
1086
1087         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
1088         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
1089         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
1090         // with the post-inc value, the addrec is safe.
1091         if (isKnownPositive(Step)) {
1092           const SCEV *N = getConstant(APInt::getSignedMinValue(BitWidth) -
1093                                       getSignedRange(Step).getSignedMax());
1094           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT, AR, N) ||
1095               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT, Start, N) &&
1096                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT,
1097                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
1098             // Return the expression with the addrec on the outside.
1099             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1100                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1101                                  L);
1102         } else if (isKnownNegative(Step)) {
1103           const SCEV *N = getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth) -
1104                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
1105           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT, AR, N) ||
1106               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT, Start, N) &&
1107                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT,
1108                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
1109             // Return the expression with the addrec on the outside.
1110             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1111                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1112                                  L);
1113         }
1114       }
1115     }
1116
1117   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
1118   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
1119   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1120   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSignExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1121                                                    Op, Ty);
1122   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1123   return S;
1124 }
1125
1126 /// getAnyExtendExpr - Return a SCEV for the given operand extended with
1127 /// unspecified bits out to the given type.
1128 ///
1129 const SCEV *ScalarEvolution::getAnyExtendExpr(const SCEV *Op,
1130                                               const Type *Ty) {
1131   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1132          "This is not an extending conversion!");
1133   assert(isSCEVable(Ty) &&
1134          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1135   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1136
1137   // Sign-extend negative constants.
1138   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1139     if (SC->getValue()->getValue().isNegative())
1140       return getSignExtendExpr(Op, Ty);
1141
1142   // Peel off a truncate cast.
1143   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1144     const SCEV *NewOp = T->getOperand();
1145     if (getTypeSizeInBits(NewOp->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty))
1146       return getAnyExtendExpr(NewOp, Ty);
1147     return getTruncateOrNoop(NewOp, Ty);
1148   }
1149
1150   // Next try a zext cast. If the cast is folded, use it.
1151   const SCEV *ZExt = getZeroExtendExpr(Op, Ty);
1152   if (!isa<SCEVZeroExtendExpr>(ZExt))
1153     return ZExt;
1154
1155   // Next try a sext cast. If the cast is folded, use it.
1156   const SCEV *SExt = getSignExtendExpr(Op, Ty);
1157   if (!isa<SCEVSignExtendExpr>(SExt))
1158     return SExt;
1159
1160   // Force the cast to be folded into the operands of an addrec.
1161   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
1162     SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
1163     for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = AR->op_begin(), E = AR->op_end();
1164          I != E; ++I)
1165       Ops.push_back(getAnyExtendExpr(*I, Ty));
1166     return getAddRecExpr(Ops, AR->getLoop());
1167   }
1168
1169   // If the expression is obviously signed, use the sext cast value.
1170   if (isa<SCEVSMaxExpr>(Op))
1171     return SExt;
1172
1173   // Absent any other information, use the zext cast value.
1174   return ZExt;
1175 }
1176
1177 /// CollectAddOperandsWithScales - Process the given Ops list, which is
1178 /// a list of operands to be added under the given scale, update the given
1179 /// map. This is a helper function for getAddRecExpr. As an example of
1180 /// what it does, given a sequence of operands that would form an add
1181 /// expression like this:
1182 ///
1183 ///    m + n + 13 + (A * (o + p + (B * q + m + 29))) + r + (-1 * r)
1184 ///
1185 /// where A and B are constants, update the map with these values:
1186 ///
1187 ///    (m, 1+A*B), (n, 1), (o, A), (p, A), (q, A*B), (r, 0)
1188 ///
1189 /// and add 13 + A*B*29 to AccumulatedConstant.
1190 /// This will allow getAddRecExpr to produce this:
1191 ///
1192 ///    13+A*B*29 + n + (m * (1+A*B)) + ((o + p) * A) + (q * A*B)
1193 ///
1194 /// This form often exposes folding opportunities that are hidden in
1195 /// the original operand list.
1196 ///
1197 /// Return true iff it appears that any interesting folding opportunities
1198 /// may be exposed. This helps getAddRecExpr short-circuit extra work in
1199 /// the common case where no interesting opportunities are present, and
1200 /// is also used as a check to avoid infinite recursion.
1201 ///
1202 static bool
1203 CollectAddOperandsWithScales(DenseMap<const SCEV *, APInt> &M,
1204                              SmallVector<const SCEV *, 8> &NewOps,
1205                              APInt &AccumulatedConstant,
1206                              const SCEV *const *Ops, size_t NumOperands,
1207                              const APInt &Scale,
1208                              ScalarEvolution &SE) {
1209   bool Interesting = false;
1210
1211   // Iterate over the add operands.
1212   for (unsigned i = 0, e = NumOperands; i != e; ++i) {
1213     const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i]);
1214     if (Mul && isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
1215       APInt NewScale =
1216         Scale * cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))->getValue()->getValue();
1217       if (Mul->getNumOperands() == 2 && isa<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1))) {
1218         // A multiplication of a constant with another add; recurse.
1219         const SCEVAddExpr *Add = cast<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1));
1220         Interesting |=
1221           CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1222                                        Add->op_begin(), Add->getNumOperands(),
1223                                        NewScale, SE);
1224       } else {
1225         // A multiplication of a constant with some other value. Update
1226         // the map.
1227         SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
1228         const SCEV *Key = SE.getMulExpr(MulOps);
1229         std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1230           M.insert(std::make_pair(Key, NewScale));
1231         if (Pair.second) {
1232           NewOps.push_back(Pair.first->first);
1233         } else {
1234           Pair.first->second += NewScale;
1235           // The map already had an entry for this value, which may indicate
1236           // a folding opportunity.
1237           Interesting = true;
1238         }
1239       }
1240     } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1241       // Pull a buried constant out to the outside.
1242       if (Scale != 1 || AccumulatedConstant != 0 || C->getValue()->isZero())
1243         Interesting = true;
1244       AccumulatedConstant += Scale * C->getValue()->getValue();
1245     } else {
1246       // An ordinary operand. Update the map.
1247       std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1248         M.insert(std::make_pair(Ops[i], Scale));
1249       if (Pair.second) {
1250         NewOps.push_back(Pair.first->first);
1251       } else {
1252         Pair.first->second += Scale;
1253         // The map already had an entry for this value, which may indicate
1254         // a folding opportunity.
1255         Interesting = true;
1256       }
1257     }
1258   }
1259
1260   return Interesting;
1261 }
1262
1263 namespace {
1264   struct APIntCompare {
1265     bool operator()(const APInt &LHS, const APInt &RHS) const {
1266       return LHS.ult(RHS);
1267     }
1268   };
1269 }
1270
1271 /// getAddExpr - Get a canonical add expression, or something simpler if
1272 /// possible.
1273 const SCEV *ScalarEvolution::getAddExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1274                                         bool HasNUW, bool HasNSW) {
1275   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
1276   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1277 #ifndef NDEBUG
1278   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1279     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1280            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1281            "SCEVAddExpr operand types don't match!");
1282 #endif
1283
1284   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1285   if (!HasNUW && HasNSW) {
1286     bool All = true;
1287     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1288       if (!isKnownNonNegative(Ops[i])) {
1289         All = false;
1290         break;
1291       }
1292     if (All) HasNUW = true;
1293   }
1294
1295   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1296   GroupByComplexity(Ops, LI);
1297
1298   // If there are any constants, fold them together.
1299   unsigned Idx = 0;
1300   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1301     ++Idx;
1302     assert(Idx < Ops.size());
1303     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1304       // We found two constants, fold them together!
1305       Ops[0] = getConstant(LHSC->getValue()->getValue() +
1306                            RHSC->getValue()->getValue());
1307       if (Ops.size() == 2) return Ops[0];
1308       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1309       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1310     }
1311
1312     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
1313     if (LHSC->getValue()->isZero()) {
1314       Ops.erase(Ops.begin());
1315       --Idx;
1316     }
1317
1318     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1319   }
1320
1321   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1322   // so, merge them together into an multiply expression.  Since we sorted the
1323   // list, these values are required to be adjacent.
1324   const Type *Ty = Ops[0]->getType();
1325   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1326     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
1327       // Found a match, merge the two values into a multiply, and add any
1328       // remaining values to the result.
1329       const SCEV *Two = getIntegerSCEV(2, Ty);
1330       const SCEV *Mul = getMulExpr(Ops[i], Two);
1331       if (Ops.size() == 2)
1332         return Mul;
1333       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
1334       Ops.push_back(Mul);
1335       return getAddExpr(Ops, HasNUW, HasNSW);
1336     }
1337
1338   // Check for truncates. If all the operands are truncated from the same
1339   // type, see if factoring out the truncate would permit the result to be
1340   // folded. eg., trunc(x) + m*trunc(n) --> trunc(x + trunc(m)*n)
1341   // if the contents of the resulting outer trunc fold to something simple.
1342   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1343     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]);
1344     const Type *DstType = Trunc->getType();
1345     const Type *SrcType = Trunc->getOperand()->getType();
1346     SmallVector<const SCEV *, 8> LargeOps;
1347     bool Ok = true;
1348     // Check all the operands to see if they can be represented in the
1349     // source type of the truncate.
1350     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1351       if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[i])) {
1352         if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1353           Ok = false;
1354           break;
1355         }
1356         LargeOps.push_back(T->getOperand());
1357       } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1358         // This could be either sign or zero extension, but sign extension
1359         // is much more likely to be foldable here.
1360         LargeOps.push_back(getSignExtendExpr(C, SrcType));
1361       } else if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i])) {
1362         SmallVector<const SCEV *, 8> LargeMulOps;
1363         for (unsigned j = 0, f = M->getNumOperands(); j != f && Ok; ++j) {
1364           if (const SCEVTruncateExpr *T =
1365                 dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(M->getOperand(j))) {
1366             if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1367               Ok = false;
1368               break;
1369             }
1370             LargeMulOps.push_back(T->getOperand());
1371           } else if (const SCEVConstant *C =
1372                        dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(j))) {
1373             // This could be either sign or zero extension, but sign extension
1374             // is much more likely to be foldable here.
1375             LargeMulOps.push_back(getSignExtendExpr(C, SrcType));
1376           } else {
1377             Ok = false;
1378             break;
1379           }
1380         }
1381         if (Ok)
1382           LargeOps.push_back(getMulExpr(LargeMulOps));
1383       } else {
1384         Ok = false;
1385         break;
1386       }
1387     }
1388     if (Ok) {
1389       // Evaluate the expression in the larger type.
1390       const SCEV *Fold = getAddExpr(LargeOps, HasNUW, HasNSW);
1391       // If it folds to something simple, use it. Otherwise, don't.
1392       if (isa<SCEVConstant>(Fold) || isa<SCEVUnknown>(Fold))
1393         return getTruncateExpr(Fold, DstType);
1394     }
1395   }
1396
1397   // Skip past any other cast SCEVs.
1398   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
1399     ++Idx;
1400
1401   // If there are add operands they would be next.
1402   if (Idx < Ops.size()) {
1403     bool DeletedAdd = false;
1404     while (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
1405       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
1406       // list.
1407       Ops.insert(Ops.end(), Add->op_begin(), Add->op_end());
1408       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1409       DeletedAdd = true;
1410     }
1411
1412     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
1413     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1414     // any operands we just acquired.
1415     if (DeletedAdd)
1416       return getAddExpr(Ops);
1417   }
1418
1419   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1420   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1421     ++Idx;
1422
1423   // Check to see if there are any folding opportunities present with
1424   // operands multiplied by constant values.
1425   if (Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1426     uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(Ty);
1427     DenseMap<const SCEV *, APInt> M;
1428     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
1429     APInt AccumulatedConstant(BitWidth, 0);
1430     if (CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1431                                      Ops.data(), Ops.size(),
1432                                      APInt(BitWidth, 1), *this)) {
1433       // Some interesting folding opportunity is present, so its worthwhile to
1434       // re-generate the operands list. Group the operands by constant scale,
1435       // to avoid multiplying by the same constant scale multiple times.
1436       std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare> MulOpLists;
1437       for (SmallVector<const SCEV *, 8>::iterator I = NewOps.begin(),
1438            E = NewOps.end(); I != E; ++I)
1439         MulOpLists[M.find(*I)->second].push_back(*I);
1440       // Re-generate the operands list.
1441       Ops.clear();
1442       if (AccumulatedConstant != 0)
1443         Ops.push_back(getConstant(AccumulatedConstant));
1444       for (std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare>::iterator
1445            I = MulOpLists.begin(), E = MulOpLists.end(); I != E; ++I)
1446         if (I->first != 0)
1447           Ops.push_back(getMulExpr(getConstant(I->first),
1448                                    getAddExpr(I->second)));
1449       if (Ops.empty())
1450         return getIntegerSCEV(0, Ty);
1451       if (Ops.size() == 1)
1452         return Ops[0];
1453       return getAddExpr(Ops);
1454     }
1455   }
1456
1457   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
1458   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
1459   // the multiply.
1460   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1461     const SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
1462     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
1463       const SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
1464       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
1465         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp] && !isa<SCEVConstant>(Ops[AddOp])) {
1466           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
1467           const SCEV *InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1468           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1469             // If the multiply has more than two operands, we must get the
1470             // Y*Z term.
1471             SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1472             MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
1473             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
1474           }
1475           const SCEV *One = getIntegerSCEV(1, Ty);
1476           const SCEV *AddOne = getAddExpr(InnerMul, One);
1477           const SCEV *OuterMul = getMulExpr(AddOne, Ops[AddOp]);
1478           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1479           if (AddOp < Idx) {
1480             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
1481             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
1482           } else {
1483             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1484             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
1485           }
1486           Ops.push_back(OuterMul);
1487           return getAddExpr(Ops);
1488         }
1489
1490       // Check this multiply against other multiplies being added together.
1491       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
1492            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1493            ++OtherMulIdx) {
1494         const SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1495         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
1496         // together.
1497         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
1498              OMulOp != e; ++OMulOp)
1499           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
1500             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
1501             const SCEV *InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1502             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1503               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
1504                                                   Mul->op_end());
1505               MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
1506               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
1507             }
1508             const SCEV *InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
1509             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
1510               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(OtherMul->op_begin(),
1511                                                   OtherMul->op_end());
1512               MulOps.erase(MulOps.begin()+OMulOp);
1513               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
1514             }
1515             const SCEV *InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
1516             const SCEV *OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
1517             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1518             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1519             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
1520             Ops.push_back(OuterMul);
1521             return getAddExpr(Ops);
1522           }
1523       }
1524     }
1525   }
1526
1527   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1528   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1529   // recurrence.
1530   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1531     ++Idx;
1532
1533   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1534   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1535     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
1536     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1537     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
1538     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1539     const Loop *AddRecLoop = AddRec->getLoop();
1540     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1541       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRecLoop)) {
1542         LIOps.push_back(Ops[i]);
1543         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1544         --i; --e;
1545       }
1546
1547     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1548     if (!LIOps.empty()) {
1549       //  NLI + LI + {Start,+,Step}  -->  NLI + {LI+Start,+,Step}
1550       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
1551
1552       SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
1553                                              AddRec->op_end());
1554       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
1555
1556       // It's tempting to propagate NUW/NSW flags here, but nuw/nsw addition
1557       // is not associative so this isn't necessarily safe.
1558       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRecLoop);
1559
1560       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1561       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1562
1563       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-liv parts.
1564       for (unsigned i = 0;; ++i)
1565         if (Ops[i] == AddRec) {
1566           Ops[i] = NewRec;
1567           break;
1568         }
1569       return getAddExpr(Ops);
1570     }
1571
1572     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1573     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1574     // added together.  If so, we can fold them.
1575     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1576          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1577       if (OtherIdx != Idx) {
1578         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1579         if (AddRecLoop == OtherAddRec->getLoop()) {
1580           // Other + {A,+,B} + {C,+,D}  -->  Other + {A+C,+,B+D}
1581           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(AddRec->op_begin(),
1582                                               AddRec->op_end());
1583           for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1584             if (i >= NewOps.size()) {
1585               NewOps.insert(NewOps.end(), OtherAddRec->op_begin()+i,
1586                             OtherAddRec->op_end());
1587               break;
1588             }
1589             NewOps[i] = getAddExpr(NewOps[i], OtherAddRec->getOperand(i));
1590           }
1591           const SCEV *NewAddRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRecLoop);
1592
1593           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1594
1595           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1596           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1597           Ops.push_back(NewAddRec);
1598           return getAddExpr(Ops);
1599         }
1600       }
1601
1602     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1603     // next one.
1604   }
1605
1606   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
1607   // already have one, otherwise create a new one.
1608   FoldingSetNodeID ID;
1609   ID.AddInteger(scAddExpr);
1610   ID.AddInteger(Ops.size());
1611   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1612     ID.AddPointer(Ops[i]);
1613   void *IP = 0;
1614   SCEVAddExpr *S =
1615     static_cast<SCEVAddExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
1616   if (!S) {
1617     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
1618     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
1619     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1620                                         O, Ops.size());
1621     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1622   }
1623   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
1624   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
1625   return S;
1626 }
1627
1628 /// getMulExpr - Get a canonical multiply expression, or something simpler if
1629 /// possible.
1630 const SCEV *ScalarEvolution::getMulExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1631                                         bool HasNUW, bool HasNSW) {
1632   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
1633   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1634 #ifndef NDEBUG
1635   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1636     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1637            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1638            "SCEVMulExpr operand types don't match!");
1639 #endif
1640
1641   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1642   if (!HasNUW && HasNSW) {
1643     bool All = true;
1644     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1645       if (!isKnownNonNegative(Ops[i])) {
1646         All = false;
1647         break;
1648       }
1649     if (All) HasNUW = true;
1650   }
1651
1652   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1653   GroupByComplexity(Ops, LI);
1654
1655   // If there are any constants, fold them together.
1656   unsigned Idx = 0;
1657   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1658
1659     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
1660     if (Ops.size() == 2)
1661       if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
1662         if (Add->getNumOperands() == 2 &&
1663             isa<SCEVConstant>(Add->getOperand(0)))
1664           return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
1665                             getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
1666
1667     ++Idx;
1668     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1669       // We found two constants, fold them together!
1670       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
1671                                            LHSC->getValue()->getValue() *
1672                                            RHSC->getValue()->getValue());
1673       Ops[0] = getConstant(Fold);
1674       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1675       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1676       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1677     }
1678
1679     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
1680     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
1681       Ops.erase(Ops.begin());
1682       --Idx;
1683     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
1684       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
1685       return Ops[0];
1686     } else if (Ops[0]->isAllOnesValue()) {
1687       // If we have a mul by -1 of an add, try distributing the -1 among the
1688       // add operands.
1689       if (Ops.size() == 2)
1690         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1])) {
1691           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
1692           bool AnyFolded = false;
1693           for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
1694                I != E; ++I) {
1695             const SCEV *Mul = getMulExpr(Ops[0], *I);
1696             if (!isa<SCEVMulExpr>(Mul)) AnyFolded = true;
1697             NewOps.push_back(Mul);
1698           }
1699           if (AnyFolded)
1700             return getAddExpr(NewOps);
1701         }
1702     }
1703
1704     if (Ops.size() == 1)
1705       return Ops[0];
1706   }
1707
1708   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1709   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1710     ++Idx;
1711
1712   // If there are mul operands inline them all into this expression.
1713   if (Idx < Ops.size()) {
1714     bool DeletedMul = false;
1715     while (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1716       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
1717       // list.
1718       Ops.insert(Ops.end(), Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1719       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1720       DeletedMul = true;
1721     }
1722
1723     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
1724     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1725     // any operands we just acquired.
1726     if (DeletedMul)
1727       return getMulExpr(Ops);
1728   }
1729
1730   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1731   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1732   // recurrence.
1733   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1734     ++Idx;
1735
1736   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1737   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1738     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
1739     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1740     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
1741     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1742     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1743       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
1744         LIOps.push_back(Ops[i]);
1745         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1746         --i; --e;
1747       }
1748
1749     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1750     if (!LIOps.empty()) {
1751       //  NLI * LI * {Start,+,Step}  -->  NLI * {LI*Start,+,LI*Step}
1752       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
1753       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
1754       if (LIOps.size() == 1) {
1755         const SCEV *Scale = LIOps[0];
1756         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
1757           NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
1758       } else {
1759         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1760           SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(LIOps.begin(), LIOps.end());
1761           MulOps.push_back(AddRec->getOperand(i));
1762           NewOps.push_back(getMulExpr(MulOps));
1763         }
1764       }
1765
1766       // It's tempting to propagate the NSW flag here, but nsw multiplication
1767       // is not associative so this isn't necessarily safe.
1768       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop(),
1769                                          HasNUW && AddRec->hasNoUnsignedWrap(),
1770                                          /*HasNSW=*/false);
1771
1772       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1773       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1774
1775       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-liv parts.
1776       for (unsigned i = 0;; ++i)
1777         if (Ops[i] == AddRec) {
1778           Ops[i] = NewRec;
1779           break;
1780         }
1781       return getMulExpr(Ops);
1782     }
1783
1784     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1785     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1786     // multiplied together.  If so, we can fold them.
1787     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1788          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1789       if (OtherIdx != Idx) {
1790         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1791         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
1792           // F * G  -->  {A,+,B} * {C,+,D}  -->  {A*C,+,F*D + G*B + B*D}
1793           const SCEVAddRecExpr *F = AddRec, *G = OtherAddRec;
1794           const SCEV *NewStart = getMulExpr(F->getStart(),
1795                                                  G->getStart());
1796           const SCEV *B = F->getStepRecurrence(*this);
1797           const SCEV *D = G->getStepRecurrence(*this);
1798           const SCEV *NewStep = getAddExpr(getMulExpr(F, D),
1799                                           getMulExpr(G, B),
1800                                           getMulExpr(B, D));
1801           const SCEV *NewAddRec = getAddRecExpr(NewStart, NewStep,
1802                                                F->getLoop());
1803           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1804
1805           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1806           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1807           Ops.push_back(NewAddRec);
1808           return getMulExpr(Ops);
1809         }
1810       }
1811
1812     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1813     // next one.
1814   }
1815
1816   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
1817   // already have one, otherwise create a new one.
1818   FoldingSetNodeID ID;
1819   ID.AddInteger(scMulExpr);
1820   ID.AddInteger(Ops.size());
1821   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1822     ID.AddPointer(Ops[i]);
1823   void *IP = 0;
1824   SCEVMulExpr *S =
1825     static_cast<SCEVMulExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
1826   if (!S) {
1827     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
1828     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
1829     S = new (SCEVAllocator) SCEVMulExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1830                                         O, Ops.size());
1831     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1832   }
1833   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
1834   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
1835   return S;
1836 }
1837
1838 /// getUDivExpr - Get a canonical unsigned division expression, or something
1839 /// simpler if possible.
1840 const SCEV *ScalarEvolution::getUDivExpr(const SCEV *LHS,
1841                                          const SCEV *RHS) {
1842   assert(getEffectiveSCEVType(LHS->getType()) ==
1843          getEffectiveSCEVType(RHS->getType()) &&
1844          "SCEVUDivExpr operand types don't match!");
1845
1846   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
1847     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
1848       return LHS;                               // X udiv 1 --> x
1849     if (RHSC->getValue()->isZero())
1850       return getIntegerSCEV(0, LHS->getType()); // value is undefined
1851
1852     // Determine if the division can be folded into the operands of
1853     // its operands.
1854     // TODO: Generalize this to non-constants by using known-bits information.
1855     const Type *Ty = LHS->getType();
1856     unsigned LZ = RHSC->getValue()->getValue().countLeadingZeros();
1857     unsigned MaxShiftAmt = getTypeSizeInBits(Ty) - LZ;
1858     // For non-power-of-two values, effectively round the value up to the
1859     // nearest power of two.
1860     if (!RHSC->getValue()->getValue().isPowerOf2())
1861       ++MaxShiftAmt;
1862     const IntegerType *ExtTy =
1863       IntegerType::get(getContext(), getTypeSizeInBits(Ty) + MaxShiftAmt);
1864     // {X,+,N}/C --> {X/C,+,N/C} if safe and N/C can be folded.
1865     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
1866       if (const SCEVConstant *Step =
1867             dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*this)))
1868         if (!Step->getValue()->getValue()
1869               .urem(RHSC->getValue()->getValue()) &&
1870             getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
1871             getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
1872                           getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
1873                           AR->getLoop())) {
1874           SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1875           for (unsigned i = 0, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
1876             Operands.push_back(getUDivExpr(AR->getOperand(i), RHS));
1877           return getAddRecExpr(Operands, AR->getLoop());
1878         }
1879     // (A*B)/C --> A*(B/C) if safe and B/C can be folded.
1880     if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
1881       SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1882       for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i)
1883         Operands.push_back(getZeroExtendExpr(M->getOperand(i), ExtTy));
1884       if (getZeroExtendExpr(M, ExtTy) == getMulExpr(Operands))
1885         // Find an operand that's safely divisible.
1886         for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1887           const SCEV *Op = M->getOperand(i);
1888           const SCEV *Div = getUDivExpr(Op, RHSC);
1889           if (!isa<SCEVUDivExpr>(Div) && getMulExpr(Div, RHSC) == Op) {
1890             Operands = SmallVector<const SCEV *, 4>(M->op_begin(), M->op_end());
1891             Operands[i] = Div;
1892             return getMulExpr(Operands);
1893           }
1894         }
1895     }
1896     // (A+B)/C --> (A/C + B/C) if safe and A/C and B/C can be folded.
1897     if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
1898       SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1899       for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i)
1900         Operands.push_back(getZeroExtendExpr(A->getOperand(i), ExtTy));
1901       if (getZeroExtendExpr(A, ExtTy) == getAddExpr(Operands)) {
1902         Operands.clear();
1903         for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1904           const SCEV *Op = getUDivExpr(A->getOperand(i), RHS);
1905           if (isa<SCEVUDivExpr>(Op) || getMulExpr(Op, RHS) != A->getOperand(i))
1906             break;
1907           Operands.push_back(Op);
1908         }
1909         if (Operands.size() == A->getNumOperands())
1910           return getAddExpr(Operands);
1911       }
1912     }
1913
1914     // Fold if both operands are constant.
1915     if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
1916       Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
1917       Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
1918       return getConstant(cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getUDiv(LHSCV,
1919                                                                  RHSCV)));
1920     }
1921   }
1922
1923   FoldingSetNodeID ID;
1924   ID.AddInteger(scUDivExpr);
1925   ID.AddPointer(LHS);
1926   ID.AddPointer(RHS);
1927   void *IP = 0;
1928   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1929   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUDivExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1930                                              LHS, RHS);
1931   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1932   return S;
1933 }
1934
1935
1936 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
1937 /// Simplify the expression as much as possible.
1938 const SCEV *ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEV *Start,
1939                                            const SCEV *Step, const Loop *L,
1940                                            bool HasNUW, bool HasNSW) {
1941   SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1942   Operands.push_back(Start);
1943   if (const SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
1944     if (StepChrec->getLoop() == L) {
1945       Operands.insert(Operands.end(), StepChrec->op_begin(),
1946                       StepChrec->op_end());
1947       return getAddRecExpr(Operands, L);
1948     }
1949
1950   Operands.push_back(Step);
1951   return getAddRecExpr(Operands, L, HasNUW, HasNSW);
1952 }
1953
1954 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
1955 /// Simplify the expression as much as possible.
1956 const SCEV *
1957 ScalarEvolution::getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
1958                                const Loop *L,
1959                                bool HasNUW, bool HasNSW) {
1960   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
1961 #ifndef NDEBUG
1962   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
1963     assert(getEffectiveSCEVType(Operands[i]->getType()) ==
1964            getEffectiveSCEVType(Operands[0]->getType()) &&
1965            "SCEVAddRecExpr operand types don't match!");
1966 #endif
1967
1968   if (Operands.back()->isZero()) {
1969     Operands.pop_back();
1970     return getAddRecExpr(Operands, L, HasNUW, HasNSW); // {X,+,0}  -->  X
1971   }
1972
1973   // It's tempting to want to call getMaxBackedgeTakenCount count here and
1974   // use that information to infer NUW and NSW flags. However, computing a
1975   // BE count requires calling getAddRecExpr, so we may not yet have a
1976   // meaningful BE count at this point (and if we don't, we'd be stuck
1977   // with a SCEVCouldNotCompute as the cached BE count).
1978
1979   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1980   if (!HasNUW && HasNSW) {
1981     bool All = true;
1982     for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
1983       if (!isKnownNonNegative(Operands[i])) {
1984         All = false;
1985         break;
1986       }
1987     if (All) HasNUW = true;
1988   }
1989
1990   // Canonicalize nested AddRecs in by nesting them in order of loop depth.
1991   if (const SCEVAddRecExpr *NestedAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Operands[0])) {
1992     const Loop *NestedLoop = NestedAR->getLoop();
1993     if (L->contains(NestedLoop->getHeader()) ?
1994         (L->getLoopDepth() < NestedLoop->getLoopDepth()) :
1995         (!NestedLoop->contains(L->getHeader()) &&
1996          DT->dominates(L->getHeader(), NestedLoop->getHeader()))) {
1997       SmallVector<const SCEV *, 4> NestedOperands(NestedAR->op_begin(),
1998                                                   NestedAR->op_end());
1999       Operands[0] = NestedAR->getStart();
2000       // AddRecs require their operands be loop-invariant with respect to their
2001       // loops. Don't perform this transformation if it would break this
2002       // requirement.
2003       bool AllInvariant = true;
2004       for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2005         if (!Operands[i]->isLoopInvariant(L)) {
2006           AllInvariant = false;
2007           break;
2008         }
2009       if (AllInvariant) {
2010         NestedOperands[0] = getAddRecExpr(Operands, L);
2011         AllInvariant = true;
2012         for (unsigned i = 0, e = NestedOperands.size(); i != e; ++i)
2013           if (!NestedOperands[i]->isLoopInvariant(NestedLoop)) {
2014             AllInvariant = false;
2015             break;
2016           }
2017         if (AllInvariant)
2018           // Ok, both add recurrences are valid after the transformation.
2019           return getAddRecExpr(NestedOperands, NestedLoop, HasNUW, HasNSW);
2020       }
2021       // Reset Operands to its original state.
2022       Operands[0] = NestedAR;
2023     }
2024   }
2025
2026   // Okay, it looks like we really DO need an addrec expr.  Check to see if we
2027   // already have one, otherwise create a new one.
2028   FoldingSetNodeID ID;
2029   ID.AddInteger(scAddRecExpr);
2030   ID.AddInteger(Operands.size());
2031   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2032     ID.AddPointer(Operands[i]);
2033   ID.AddPointer(L);
2034   void *IP = 0;
2035   SCEVAddRecExpr *S =
2036     static_cast<SCEVAddRecExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2037   if (!S) {
2038     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Operands.size());
2039     std::uninitialized_copy(Operands.begin(), Operands.end(), O);
2040     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddRecExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2041                                            O, Operands.size(), L);
2042     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2043   }
2044   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
2045   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
2046   return S;
2047 }
2048
2049 const SCEV *ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEV *LHS,
2050                                          const SCEV *RHS) {
2051   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2052   Ops.push_back(LHS);
2053   Ops.push_back(RHS);
2054   return getSMaxExpr(Ops);
2055 }
2056
2057 const SCEV *
2058 ScalarEvolution::getSMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2059   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
2060   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2061 #ifndef NDEBUG
2062   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2063     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
2064            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
2065            "SCEVSMaxExpr operand types don't match!");
2066 #endif
2067
2068   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2069   GroupByComplexity(Ops, LI);
2070
2071   // If there are any constants, fold them together.
2072   unsigned Idx = 0;
2073   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2074     ++Idx;
2075     assert(Idx < Ops.size());
2076     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2077       // We found two constants, fold them together!
2078       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2079                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
2080                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2081       Ops[0] = getConstant(Fold);
2082       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2083       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2084       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2085     }
2086
2087     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2088     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
2089       Ops.erase(Ops.begin());
2090       --Idx;
2091     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(true)) {
2092       // If we have an smax with a constant maximum-int, it will always be
2093       // maximum-int.
2094       return Ops[0];
2095     }
2096
2097     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2098   }
2099
2100   // Find the first SMax
2101   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
2102     ++Idx;
2103
2104   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
2105   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2106   if (Idx < Ops.size()) {
2107     bool DeletedSMax = false;
2108     while (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2109       Ops.insert(Ops.end(), SMax->op_begin(), SMax->op_end());
2110       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2111       DeletedSMax = true;
2112     }
2113
2114     if (DeletedSMax)
2115       return getSMaxExpr(Ops);
2116   }
2117
2118   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2119   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2120   // be adjacent.
2121   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2122     //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
2123     //  X smax Y         -->  X, if X is always greater than Y
2124     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
2125         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2126       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
2127       --i; --e;
2128     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SLE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2129       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2130       --i; --e;
2131     }
2132
2133   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2134
2135   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
2136
2137   // Okay, it looks like we really DO need an smax expr.  Check to see if we
2138   // already have one, otherwise create a new one.
2139   FoldingSetNodeID ID;
2140   ID.AddInteger(scSMaxExpr);
2141   ID.AddInteger(Ops.size());
2142   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2143     ID.AddPointer(Ops[i]);
2144   void *IP = 0;
2145   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2146   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2147   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2148   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2149                                              O, Ops.size());
2150   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2151   return S;
2152 }
2153
2154 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxExpr(const SCEV *LHS,
2155                                          const SCEV *RHS) {
2156   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2157   Ops.push_back(LHS);
2158   Ops.push_back(RHS);
2159   return getUMaxExpr(Ops);
2160 }
2161
2162 const SCEV *
2163 ScalarEvolution::getUMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2164   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty umax!");
2165   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2166 #ifndef NDEBUG
2167   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2168     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
2169            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
2170            "SCEVUMaxExpr operand types don't match!");
2171 #endif
2172
2173   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2174   GroupByComplexity(Ops, LI);
2175
2176   // If there are any constants, fold them together.
2177   unsigned Idx = 0;
2178   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2179     ++Idx;
2180     assert(Idx < Ops.size());
2181     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2182       // We found two constants, fold them together!
2183       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2184                               APIntOps::umax(LHSC->getValue()->getValue(),
2185                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2186       Ops[0] = getConstant(Fold);
2187       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2188       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2189       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2190     }
2191
2192     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2193     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(false)) {
2194       Ops.erase(Ops.begin());
2195       --Idx;
2196     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(false)) {
2197       // If we have an umax with a constant maximum-int, it will always be
2198       // maximum-int.
2199       return Ops[0];
2200     }
2201
2202     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2203   }
2204
2205   // Find the first UMax
2206   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scUMaxExpr)
2207     ++Idx;
2208
2209   // Check to see if one of the operands is a UMax. If so, expand its operands
2210   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2211   if (Idx < Ops.size()) {
2212     bool DeletedUMax = false;
2213     while (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2214       Ops.insert(Ops.end(), UMax->op_begin(), UMax->op_end());
2215       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2216       DeletedUMax = true;
2217     }
2218
2219     if (DeletedUMax)
2220       return getUMaxExpr(Ops);
2221   }
2222
2223   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2224   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2225   // be adjacent.
2226   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2227     //  X umax Y umax Y  -->  X umax Y
2228     //  X umax Y         -->  X, if X is always greater than Y
2229     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
2230         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_UGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2231       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
2232       --i; --e;
2233     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_ULE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2234       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2235       --i; --e;
2236     }
2237
2238   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2239
2240   assert(!Ops.empty() && "Reduced umax down to nothing!");
2241
2242   // Okay, it looks like we really DO need a umax expr.  Check to see if we
2243   // already have one, otherwise create a new one.
2244   FoldingSetNodeID ID;
2245   ID.AddInteger(scUMaxExpr);
2246   ID.AddInteger(Ops.size());
2247   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2248     ID.AddPointer(Ops[i]);
2249   void *IP = 0;
2250   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2251   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2252   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2253   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2254                                              O, Ops.size());
2255   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2256   return S;
2257 }
2258
2259 const SCEV *ScalarEvolution::getSMinExpr(const SCEV *LHS,
2260                                          const SCEV *RHS) {
2261   // ~smax(~x, ~y) == smin(x, y).
2262   return getNotSCEV(getSMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2263 }
2264
2265 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinExpr(const SCEV *LHS,
2266                                          const SCEV *RHS) {
2267   // ~umax(~x, ~y) == umin(x, y)
2268   return getNotSCEV(getUMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2269 }
2270
2271 const SCEV *ScalarEvolution::getSizeOfExpr(const Type *AllocTy) {
2272   // If we have TargetData, we can bypass creating a target-independent
2273   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
2274   // This is just a compile-time optimization.
2275   if (TD)
2276     return getConstant(TD->getIntPtrType(getContext()),
2277                        TD->getTypeAllocSize(AllocTy));
2278
2279   Constant *C = ConstantExpr::getSizeOf(AllocTy);
2280   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2281     C = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD);
2282   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(AllocTy));
2283   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2284 }
2285
2286 const SCEV *ScalarEvolution::getAlignOfExpr(const Type *AllocTy) {
2287   Constant *C = ConstantExpr::getAlignOf(AllocTy);
2288   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2289     C = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD);
2290   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(AllocTy));
2291   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2292 }
2293
2294 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(const StructType *STy,
2295                                              unsigned FieldNo) {
2296   // If we have TargetData, we can bypass creating a target-independent
2297   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
2298   // This is just a compile-time optimization.
2299   if (TD)
2300     return getConstant(TD->getIntPtrType(getContext()),
2301                        TD->getStructLayout(STy)->getElementOffset(FieldNo));
2302
2303   Constant *C = ConstantExpr::getOffsetOf(STy, FieldNo);
2304   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2305     C = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD);
2306   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(STy));
2307   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2308 }
2309
2310 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(const Type *CTy,
2311                                              Constant *FieldNo) {
2312   Constant *C = ConstantExpr::getOffsetOf(CTy, FieldNo);
2313   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2314     C = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD);
2315   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(CTy));
2316   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2317 }
2318
2319 const SCEV *ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
2320   // Don't attempt to do anything other than create a SCEVUnknown object
2321   // here.  createSCEV only calls getUnknown after checking for all other
2322   // interesting possibilities, and any other code that calls getUnknown
2323   // is doing so in order to hide a value from SCEV canonicalization.
2324
2325   FoldingSetNodeID ID;
2326   ID.AddInteger(scUnknown);
2327   ID.AddPointer(V);
2328   void *IP = 0;
2329   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2330   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUnknown(ID.Intern(SCEVAllocator), V);
2331   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2332   return S;
2333 }
2334
2335 //===----------------------------------------------------------------------===//
2336 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
2337 //
2338
2339 /// isSCEVable - Test if values of the given type are analyzable within
2340 /// the SCEV framework. This primarily includes integer types, and it
2341 /// can optionally include pointer types if the ScalarEvolution class
2342 /// has access to target-specific information.
2343 bool ScalarEvolution::isSCEVable(const Type *Ty) const {
2344   // Integers and pointers are always SCEVable.
2345   return Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy();
2346 }
2347
2348 /// getTypeSizeInBits - Return the size in bits of the specified type,
2349 /// for which isSCEVable must return true.
2350 uint64_t ScalarEvolution::getTypeSizeInBits(const Type *Ty) const {
2351   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
2352
2353   // If we have a TargetData, use it!
2354   if (TD)
2355     return TD->getTypeSizeInBits(Ty);
2356
2357   // Integer types have fixed sizes.
2358   if (Ty->isIntegerTy())
2359     return Ty->getPrimitiveSizeInBits();
2360
2361   // The only other support type is pointer. Without TargetData, conservatively
2362   // assume pointers are 64-bit.
2363   assert(Ty->isPointerTy() && "isSCEVable permitted a non-SCEVable type!");
2364   return 64;
2365 }
2366
2367 /// getEffectiveSCEVType - Return a type with the same bitwidth as
2368 /// the given type and which represents how SCEV will treat the given
2369 /// type, for which isSCEVable must return true. For pointer types,
2370 /// this is the pointer-sized integer type.
2371 const Type *ScalarEvolution::getEffectiveSCEVType(const Type *Ty) const {
2372   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
2373
2374   if (Ty->isIntegerTy())
2375     return Ty;
2376
2377   // The only other support type is pointer.
2378   assert(Ty->isPointerTy() && "Unexpected non-pointer non-integer type!");
2379   if (TD) return TD->getIntPtrType(getContext());
2380
2381   // Without TargetData, conservatively assume pointers are 64-bit.
2382   return Type::getInt64Ty(getContext());
2383 }
2384
2385 const SCEV *ScalarEvolution::getCouldNotCompute() {
2386   return &CouldNotCompute;
2387 }
2388
2389 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
2390 /// expression and create a new one.
2391 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) {
2392   assert(isSCEVable(V->getType()) && "Value is not SCEVable!");
2393
2394   std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator I = Scalars.find(V);
2395   if (I != Scalars.end()) return I->second;
2396   const SCEV *S = createSCEV(V);
2397   Scalars.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(V, this), S));
2398   return S;
2399 }
2400
2401 /// getIntegerSCEV - Given a SCEVable type, create a constant for the
2402 /// specified signed integer value and return a SCEV for the constant.
2403 const SCEV *ScalarEvolution::getIntegerSCEV(int64_t Val, const Type *Ty) {
2404   const IntegerType *ITy = cast<IntegerType>(getEffectiveSCEVType(Ty));
2405   return getConstant(ConstantInt::get(ITy, Val));
2406 }
2407
2408 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
2409 ///
2410 const SCEV *ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEV *V) {
2411   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2412     return getConstant(
2413                cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue())));
2414
2415   const Type *Ty = V->getType();
2416   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2417   return getMulExpr(V,
2418                   getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty))));
2419 }
2420
2421 /// getNotSCEV - Return a SCEV corresponding to ~V = -1-V
2422 const SCEV *ScalarEvolution::getNotSCEV(const SCEV *V) {
2423   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2424     return getConstant(
2425                 cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(VC->getValue())));
2426
2427   const Type *Ty = V->getType();
2428   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2429   const SCEV *AllOnes =
2430                    getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty)));
2431   return getMinusSCEV(AllOnes, V);
2432 }
2433
2434 /// getMinusSCEV - Return a SCEV corresponding to LHS - RHS.
2435 ///
2436 const SCEV *ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEV *LHS,
2437                                           const SCEV *RHS) {
2438   // X - Y --> X + -Y
2439   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS));
2440 }
2441
2442 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2443 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2444 /// extended.
2445 const SCEV *
2446 ScalarEvolution::getTruncateOrZeroExtend(const SCEV *V,
2447                                          const Type *Ty) {
2448   const Type *SrcTy = V->getType();
2449   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2450          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2451          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2452   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2453     return V;  // No conversion
2454   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2455     return getTruncateExpr(V, Ty);
2456   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2457 }
2458
2459 /// getTruncateOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2460 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2461 /// extended.
2462 const SCEV *
2463 ScalarEvolution::getTruncateOrSignExtend(const SCEV *V,
2464                                          const Type *Ty) {
2465   const Type *SrcTy = V->getType();
2466   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2467          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2468          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2469   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2470     return V;  // No conversion
2471   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2472     return getTruncateExpr(V, Ty);
2473   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2474 }
2475
2476 /// getNoopOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2477 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2478 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2479 const SCEV *
2480 ScalarEvolution::getNoopOrZeroExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2481   const Type *SrcTy = V->getType();
2482   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2483          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2484          "Cannot noop or zero extend with non-integer arguments!");
2485   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2486          "getNoopOrZeroExtend cannot truncate!");
2487   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2488     return V;  // No conversion
2489   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2490 }
2491
2492 /// getNoopOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2493 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2494 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2495 const SCEV *
2496 ScalarEvolution::getNoopOrSignExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2497   const Type *SrcTy = V->getType();
2498   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2499          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2500          "Cannot noop or sign extend with non-integer arguments!");
2501   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2502          "getNoopOrSignExtend cannot truncate!");
2503   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2504     return V;  // No conversion
2505   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2506 }
2507
2508 /// getNoopOrAnyExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
2509 /// the input value to the specified type. If the type must be extended,
2510 /// it is extended with unspecified bits. The conversion must not be
2511 /// narrowing.
2512 const SCEV *
2513 ScalarEvolution::getNoopOrAnyExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2514   const Type *SrcTy = V->getType();
2515   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2516          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2517          "Cannot noop or any extend with non-integer arguments!");
2518   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2519          "getNoopOrAnyExtend cannot truncate!");
2520   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2521     return V;  // No conversion
2522   return getAnyExtendExpr(V, Ty);
2523 }
2524
2525 /// getTruncateOrNoop - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2526 /// input value to the specified type.  The conversion must not be widening.
2527 const SCEV *
2528 ScalarEvolution::getTruncateOrNoop(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2529   const Type *SrcTy = V->getType();
2530   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2531          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2532          "Cannot truncate or noop with non-integer arguments!");
2533   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) >= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2534          "getTruncateOrNoop cannot extend!");
2535   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2536     return V;  // No conversion
2537   return getTruncateExpr(V, Ty);
2538 }
2539
2540 /// getUMaxFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2541 /// the types using zero-extension, and then perform a umax operation
2542 /// with them.
2543 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2544                                                         const SCEV *RHS) {
2545   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
2546   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
2547
2548   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2549     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2550   else
2551     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2552
2553   return getUMaxExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2554 }
2555
2556 /// getUMinFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2557 /// the types using zero-extension, and then perform a umin operation
2558 /// with them.
2559 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2560                                                         const SCEV *RHS) {
2561   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
2562   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
2563
2564   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2565     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2566   else
2567     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2568
2569   return getUMinExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2570 }
2571
2572 /// PushDefUseChildren - Push users of the given Instruction
2573 /// onto the given Worklist.
2574 static void
2575 PushDefUseChildren(Instruction *I,
2576                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
2577   // Push the def-use children onto the Worklist stack.
2578   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
2579        UI != UE; ++UI)
2580     Worklist.push_back(cast<Instruction>(UI));
2581 }
2582
2583 /// ForgetSymbolicValue - This looks up computed SCEV values for all
2584 /// instructions that depend on the given instruction and removes them from
2585 /// the Scalars map if they reference SymName. This is used during PHI
2586 /// resolution.
2587 void
2588 ScalarEvolution::ForgetSymbolicName(Instruction *PN, const SCEV *SymName) {
2589   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
2590   PushDefUseChildren(PN, Worklist);
2591
2592   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
2593   Visited.insert(PN);
2594   while (!Worklist.empty()) {
2595     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
2596     if (!Visited.insert(I)) continue;
2597
2598     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
2599       Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
2600     if (It != Scalars.end()) {
2601       // Short-circuit the def-use traversal if the symbolic name
2602       // ceases to appear in expressions.
2603       if (It->second != SymName && !It->second->hasOperand(SymName))
2604         continue;
2605
2606       // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
2607       // structure, it's a PHI that's in the progress of being computed
2608       // by createNodeForPHI, or it's a single-value PHI. In the first case,
2609       // additional loop trip count information isn't going to change anything.
2610       // In the second case, createNodeForPHI will perform the necessary
2611       // updates on its own when it gets to that point. In the third, we do
2612       // want to forget the SCEVUnknown.
2613       if (!isa<PHINode>(I) ||
2614           !isa<SCEVUnknown>(It->second) ||
2615           (I != PN && It->second == SymName)) {
2616         ValuesAtScopes.erase(It->second);
2617         Scalars.erase(It);
2618       }
2619     }
2620
2621     PushDefUseChildren(I, Worklist);
2622   }
2623 }
2624
2625 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
2626 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
2627 ///
2628 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
2629   if (const Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent()))
2630     if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
2631       // The loop may have multiple entrances or multiple exits; we can analyze
2632       // this phi as an addrec if it has a unique entry value and a unique
2633       // backedge value.
2634       Value *BEValueV = 0, *StartValueV = 0;
2635       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2636         Value *V = PN->getIncomingValue(i);
2637         if (L->contains(PN->getIncomingBlock(i))) {
2638           if (!BEValueV) {
2639             BEValueV = V;
2640           } else if (BEValueV != V) {
2641             BEValueV = 0;
2642             break;
2643           }
2644         } else if (!StartValueV) {
2645           StartValueV = V;
2646         } else if (StartValueV != V) {
2647           StartValueV = 0;
2648           break;
2649         }
2650       }
2651       if (BEValueV && StartValueV) {
2652         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
2653         const SCEV *SymbolicName = getUnknown(PN);
2654         assert(Scalars.find(PN) == Scalars.end() &&
2655                "PHI node already processed?");
2656         Scalars.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(PN, this), SymbolicName));
2657
2658         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
2659         // the back-edge.
2660         const SCEV *BEValue = getSCEV(BEValueV);
2661
2662         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
2663         // has a special value for the first iteration of the loop.
2664
2665         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
2666         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
2667         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
2668           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
2669           // with a recurrence.
2670           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
2671           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2672             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
2673               if (FoundIndex == e) {
2674                 FoundIndex = i;
2675                 break;
2676               }
2677
2678           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
2679             // Create an add with everything but the specified operand.
2680             SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
2681             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2682               if (i != FoundIndex)
2683                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
2684             const SCEV *Accum = getAddExpr(Ops);
2685
2686             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
2687             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
2688             if (Accum->isLoopInvariant(L) ||
2689                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
2690                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
2691               bool HasNUW = false;
2692               bool HasNSW = false;
2693
2694               // If the increment doesn't overflow, then neither the addrec nor
2695               // the post-increment will overflow.
2696               if (const AddOperator *OBO = dyn_cast<AddOperator>(BEValueV)) {
2697                 if (OBO->hasNoUnsignedWrap())
2698                   HasNUW = true;
2699                 if (OBO->hasNoSignedWrap())
2700                   HasNSW = true;
2701               }
2702
2703               const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
2704               const SCEV *PHISCEV =
2705                 getAddRecExpr(StartVal, Accum, L, HasNUW, HasNSW);
2706
2707               // Since the no-wrap flags are on the increment, they apply to the
2708               // post-incremented value as well.
2709               if (Accum->isLoopInvariant(L))
2710                 (void)getAddRecExpr(getAddExpr(StartVal, Accum),
2711                                     Accum, L, HasNUW, HasNSW);
2712
2713               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2714               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
2715               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
2716               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
2717               Scalars[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
2718               return PHISCEV;
2719             }
2720           }
2721         } else if (const SCEVAddRecExpr *AddRec =
2722                      dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
2723           // Otherwise, this could be a loop like this:
2724           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
2725           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
2726           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
2727           // i really is an addrec evolution.
2728           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
2729             const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
2730
2731             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
2732             // initial step of the addrec evolution.
2733             if (StartVal == getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
2734                                          AddRec->getOperand(1))) {
2735               const SCEV *PHISCEV =
2736                  getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1), L);
2737
2738               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2739               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
2740               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
2741               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
2742               Scalars[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
2743               return PHISCEV;
2744             }
2745           }
2746         }
2747       }
2748     }
2749
2750   // If the PHI has a single incoming value, follow that value, unless the
2751   // PHI's incoming blocks are in a different loop, in which case doing so
2752   // risks breaking LCSSA form. Instcombine would normally zap these, but
2753   // it doesn't have DominatorTree information, so it may miss cases.
2754   if (Value *V = PN->hasConstantValue(DT)) {
2755     bool AllSameLoop = true;
2756     Loop *PNLoop = LI->getLoopFor(PN->getParent());
2757     for (size_t i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
2758       if (LI->getLoopFor(PN->getIncomingBlock(i)) != PNLoop) {
2759         AllSameLoop = false;
2760         break;
2761       }
2762     if (AllSameLoop)
2763       return getSCEV(V);
2764   }
2765
2766   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
2767   return getUnknown(PN);
2768 }
2769
2770 /// createNodeForGEP - Expand GEP instructions into add and multiply
2771 /// operations. This allows them to be analyzed by regular SCEV code.
2772 ///
2773 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForGEP(GEPOperator *GEP) {
2774
2775   bool InBounds = GEP->isInBounds();
2776   const Type *IntPtrTy = getEffectiveSCEVType(GEP->getType());
2777   Value *Base = GEP->getOperand(0);
2778   // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
2779   if (!cast<PointerType>(Base->getType())->getElementType()->isSized())
2780     return getUnknown(GEP);
2781   const SCEV *TotalOffset = getIntegerSCEV(0, IntPtrTy);
2782   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
2783   for (GetElementPtrInst::op_iterator I = next(GEP->op_begin()),
2784                                       E = GEP->op_end();
2785        I != E; ++I) {
2786     Value *Index = *I;
2787     // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
2788     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
2789       // For a struct, add the member offset.
2790       unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
2791       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset,
2792                                getOffsetOfExpr(STy, FieldNo),
2793                                /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2794     } else {
2795       // For an array, add the element offset, explicitly scaled.
2796       const SCEV *LocalOffset = getSCEV(Index);
2797       // Getelementptr indices are signed.
2798       LocalOffset = getTruncateOrSignExtend(LocalOffset, IntPtrTy);
2799       // Lower "inbounds" GEPs to NSW arithmetic.
2800       LocalOffset = getMulExpr(LocalOffset, getSizeOfExpr(*GTI),
2801                                /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2802       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, LocalOffset,
2803                                /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2804     }
2805   }
2806   return getAddExpr(getSCEV(Base), TotalOffset,
2807                     /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2808 }
2809
2810 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
2811 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
2812 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
2813 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
2814 uint32_t
2815 ScalarEvolution::GetMinTrailingZeros(const SCEV *S) {
2816   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
2817     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
2818
2819   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
2820     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand()),
2821                     (uint32_t)getTypeSizeInBits(T->getType()));
2822
2823   if (const SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
2824     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
2825     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2826              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2827   }
2828
2829   if (const SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
2830     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
2831     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2832              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2833   }
2834
2835   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2836     // The result is the min of all operands results.
2837     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2838     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2839       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2840     return MinOpRes;
2841   }
2842
2843   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2844     // The result is the sum of all operands results.
2845     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2846     uint32_t BitWidth = getTypeSizeInBits(M->getType());
2847     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
2848          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
2849       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)),
2850                           BitWidth);
2851     return SumOpRes;
2852   }
2853
2854   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2855     // The result is the min of all operands results.
2856     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2857     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2858       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2859     return MinOpRes;
2860   }
2861
2862   if (const SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
2863     // The result is the min of all operands results.
2864     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2865     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2866       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2867     return MinOpRes;
2868   }
2869
2870   if (const SCEVUMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
2871     // The result is the min of all operands results.
2872     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2873     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2874       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2875     return MinOpRes;
2876   }
2877
2878   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
2879     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
2880     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
2881     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
2882     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
2883     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones);
2884     return Zeros.countTrailingOnes();
2885   }
2886
2887   // SCEVUDivExpr
2888   return 0;
2889 }
2890
2891 /// getUnsignedRange - Determine the unsigned range for a particular SCEV.
2892 ///
2893 ConstantRange
2894 ScalarEvolution::getUnsignedRange(const SCEV *S) {
2895
2896   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
2897     return ConstantRange(C->getValue()->getValue());
2898
2899   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
2900   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
2901
2902   // If the value has known zeros, the maximum unsigned value will have those
2903   // known zeros as well.
2904   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
2905   if (TZ != 0)
2906     ConservativeResult =
2907       ConstantRange(APInt::getMinValue(BitWidth),
2908                     APInt::getMaxValue(BitWidth).lshr(TZ).shl(TZ) + 1);
2909
2910   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2911     ConstantRange X = getUnsignedRange(Add->getOperand(0));
2912     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2913       X = X.add(getUnsignedRange(Add->getOperand(i)));
2914     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2915   }
2916
2917   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2918     ConstantRange X = getUnsignedRange(Mul->getOperand(0));
2919     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
2920       X = X.multiply(getUnsignedRange(Mul->getOperand(i)));
2921     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2922   }
2923
2924   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
2925     ConstantRange X = getUnsignedRange(SMax->getOperand(0));
2926     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
2927       X = X.smax(getUnsignedRange(SMax->getOperand(i)));
2928     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2929   }
2930
2931   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
2932     ConstantRange X = getUnsignedRange(UMax->getOperand(0));
2933     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
2934       X = X.umax(getUnsignedRange(UMax->getOperand(i)));
2935     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2936   }
2937
2938   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
2939     ConstantRange X = getUnsignedRange(UDiv->getLHS());
2940     ConstantRange Y = getUnsignedRange(UDiv->getRHS());
2941     return ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y));
2942   }
2943
2944   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
2945     ConstantRange X = getUnsignedRange(ZExt->getOperand());
2946     return ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth));
2947   }
2948
2949   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
2950     ConstantRange X = getUnsignedRange(SExt->getOperand());
2951     return ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth));
2952   }
2953
2954   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
2955     ConstantRange X = getUnsignedRange(Trunc->getOperand());
2956     return ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth));
2957   }
2958
2959   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2960     // If there's no unsigned wrap, the value will never be less than its
2961     // initial value.
2962     if (AddRec->hasNoUnsignedWrap())
2963       if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getStart()))
2964         if (!C->getValue()->isZero())
2965           ConservativeResult =
2966             ConstantRange(C->getValue()->getValue(), APInt(BitWidth, 0));
2967
2968     // TODO: non-affine addrec
2969     if (AddRec->isAffine()) {
2970       const Type *Ty = AddRec->getType();
2971       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
2972       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
2973           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
2974         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
2975
2976         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
2977         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
2978
2979         ConstantRange StartRange = getUnsignedRange(Start);
2980         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
2981         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
2982         ConstantRange EndRange =
2983           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
2984
2985         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
2986         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
2987         // checking code.
2988         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2989         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2990         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
2991           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2992         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2993         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
2994             ExtEndRange)
2995           return ConservativeResult;
2996
2997         APInt Min = APIntOps::umin(StartRange.getUnsignedMin(),
2998                                    EndRange.getUnsignedMin());
2999         APInt Max = APIntOps::umax(StartRange.getUnsignedMax(),
3000                                    EndRange.getUnsignedMax());
3001         if (Min.isMinValue() && Max.isMaxValue())
3002           return ConservativeResult;
3003         return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1));
3004       }
3005     }
3006
3007     return ConservativeResult;
3008   }
3009
3010   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3011     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3012     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
3013     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
3014     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones, TD);
3015     if (Ones == ~Zeros + 1)
3016       return ConservativeResult;
3017     return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Ones, ~Zeros + 1));
3018   }
3019
3020   return ConservativeResult;
3021 }
3022
3023 /// getSignedRange - Determine the signed range for a particular SCEV.
3024 ///
3025 ConstantRange
3026 ScalarEvolution::getSignedRange(const SCEV *S) {
3027
3028   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3029     return ConstantRange(C->getValue()->getValue());
3030
3031   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
3032   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
3033
3034   // If the value has known zeros, the maximum signed value will have those
3035   // known zeros as well.
3036   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
3037   if (TZ != 0)
3038     ConservativeResult =
3039       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3040                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(TZ).shl(TZ) + 1);
3041
3042   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3043     ConstantRange X = getSignedRange(Add->getOperand(0));
3044     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3045       X = X.add(getSignedRange(Add->getOperand(i)));
3046     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3047   }
3048
3049   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3050     ConstantRange X = getSignedRange(Mul->getOperand(0));
3051     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
3052       X = X.multiply(getSignedRange(Mul->getOperand(i)));
3053     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3054   }
3055
3056   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3057     ConstantRange X = getSignedRange(SMax->getOperand(0));
3058     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3059       X = X.smax(getSignedRange(SMax->getOperand(i)));
3060     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3061   }
3062
3063   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3064     ConstantRange X = getSignedRange(UMax->getOperand(0));
3065     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3066       X = X.umax(getSignedRange(UMax->getOperand(i)));
3067     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3068   }
3069
3070   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3071     ConstantRange X = getSignedRange(UDiv->getLHS());
3072     ConstantRange Y = getSignedRange(UDiv->getRHS());
3073     return ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y));
3074   }
3075
3076   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3077     ConstantRange X = getSignedRange(ZExt->getOperand());
3078     return ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth));
3079   }
3080
3081   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3082     ConstantRange X = getSignedRange(SExt->getOperand());
3083     return ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth));
3084   }
3085
3086   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
3087     ConstantRange X = getSignedRange(Trunc->getOperand());
3088     return ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth));
3089   }
3090
3091   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3092     // If there's no signed wrap, and all the operands have the same sign or
3093     // zero, the value won't ever change sign.
3094     if (AddRec->hasNoSignedWrap()) {
3095       bool AllNonNeg = true;
3096       bool AllNonPos = true;
3097       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3098         if (!isKnownNonNegative(AddRec->getOperand(i))) AllNonNeg = false;
3099         if (!isKnownNonPositive(AddRec->getOperand(i))) AllNonPos = false;
3100       }
3101       if (AllNonNeg)
3102         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3103           ConstantRange(APInt(BitWidth, 0),
3104                         APInt::getSignedMinValue(BitWidth)));
3105       else if (AllNonPos)
3106         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3107           ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3108                         APInt(BitWidth, 1)));
3109     }
3110
3111     // TODO: non-affine addrec
3112     if (AddRec->isAffine()) {
3113       const Type *Ty = AddRec->getType();
3114       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
3115       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
3116           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
3117         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
3118
3119         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
3120         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
3121
3122         ConstantRange StartRange = getSignedRange(Start);
3123         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
3124         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
3125         ConstantRange EndRange =
3126           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
3127
3128         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
3129         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
3130         // checking code.
3131         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3132         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3133         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
3134           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3135         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3136         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
3137             ExtEndRange)
3138           return ConservativeResult;
3139
3140         APInt Min = APIntOps::smin(StartRange.getSignedMin(),
3141                                    EndRange.getSignedMin());
3142         APInt Max = APIntOps::smax(StartRange.getSignedMax(),
3143                                    EndRange.getSignedMax());
3144         if (Min.isMinSignedValue() && Max.isMaxSignedValue())
3145           return ConservativeResult;
3146         return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1));
3147       }
3148     }
3149
3150     return ConservativeResult;
3151   }
3152
3153   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3154     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3155     if (!U->getValue()->getType()->isIntegerTy() && !TD)
3156       return ConservativeResult;
3157     unsigned NS = ComputeNumSignBits(U->getValue(), TD);
3158     if (NS == 1)
3159       return ConservativeResult;
3160     return ConservativeResult.intersectWith(
3161       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth).ashr(NS - 1),
3162                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(NS - 1)+1));
3163   }
3164
3165   return ConservativeResult;
3166 }
3167
3168 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
3169 /// Analyze the expression.
3170 ///
3171 const SCEV *ScalarEvolution::createSCEV(Value *V) {
3172   if (!isSCEVable(V->getType()))
3173     return getUnknown(V);
3174
3175   unsigned Opcode = Instruction::UserOp1;
3176   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
3177     Opcode = I->getOpcode();
3178
3179     // Don't attempt to analyze instructions in blocks that aren't
3180     // reachable. Such instructions don't matter, and they aren't required
3181     // to obey basic rules for definitions dominating uses which this
3182     // analysis depends on.
3183     if (!DT->isReachableFromEntry(I->getParent()))
3184       return getUnknown(V);
3185   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
3186     Opcode = CE->getOpcode();
3187   else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
3188     return getConstant(CI);
3189   else if (isa<ConstantPointerNull>(V))
3190     return getIntegerSCEV(0, V->getType());
3191   else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V))
3192     return GA->mayBeOverridden() ? getUnknown(V) : getSCEV(GA->getAliasee());
3193   else
3194     return getUnknown(V);
3195
3196   Operator *U = cast<Operator>(V);
3197   switch (Opcode) {
3198   case Instruction::Add:
3199     // Don't transfer the NSW and NUW bits from the Add instruction to the
3200     // Add expression, because the Instruction may be guarded by control
3201     // flow and the no-overflow bits may not be valid for the expression in
3202     // any context.
3203     return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3204                       getSCEV(U->getOperand(1)));
3205   case Instruction::Mul:
3206     // Don't transfer the NSW and NUW bits from the Mul instruction to the
3207     // Mul expression, as with Add.
3208     return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3209                       getSCEV(U->getOperand(1)));
3210   case Instruction::UDiv:
3211     return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3212                        getSCEV(U->getOperand(1)));
3213   case Instruction::Sub:
3214     return getMinusSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)),
3215                         getSCEV(U->getOperand(1)));
3216   case Instruction::And:
3217     // For an expression like x&255 that merely masks off the high bits,
3218     // use zext(trunc(x)) as the SCEV expression.
3219     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3220       if (CI->isNullValue())
3221         return getSCEV(U->getOperand(1));
3222       if (CI->isAllOnesValue())
3223         return getSCEV(U->getOperand(0));
3224       const APInt &A = CI->getValue();
3225
3226       // Instcombine's ShrinkDemandedConstant may strip bits out of
3227       // constants, obscuring what would otherwise be a low-bits mask.
3228       // Use ComputeMaskedBits to compute what ShrinkDemandedConstant
3229       // knew about to reconstruct a low-bits mask value.
3230       unsigned LZ = A.countLeadingZeros();
3231       unsigned BitWidth = A.getBitWidth();
3232       APInt AllOnes = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
3233       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
3234       ComputeMaskedBits(U->getOperand(0), AllOnes, KnownZero, KnownOne, TD);
3235
3236       APInt EffectiveMask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, BitWidth - LZ);
3237
3238       if (LZ != 0 && !((~A & ~KnownZero) & EffectiveMask))
3239         return
3240           getZeroExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3241                                 IntegerType::get(getContext(), BitWidth - LZ)),
3242                             U->getType());
3243     }
3244     break;
3245
3246   case Instruction::Or:
3247     // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
3248     // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
3249     // optimizations will transparently handle this case.
3250     //
3251     // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
3252     // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
3253     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3254       const SCEV *LHS = getSCEV(U->getOperand(0));
3255       const APInt &CIVal = CI->getValue();
3256       if (GetMinTrailingZeros(LHS) >=
3257           (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros())) {
3258         // Build a plain add SCEV.
3259         const SCEV *S = getAddExpr(LHS, getSCEV(CI));
3260         // If the LHS of the add was an addrec and it has no-wrap flags,
3261         // transfer the no-wrap flags, since an or won't introduce a wrap.
3262         if (const SCEVAddRecExpr *NewAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3263           const SCEVAddRecExpr *OldAR = cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
3264           if (OldAR->hasNoUnsignedWrap())
3265             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setHasNoUnsignedWrap(true);
3266           if (OldAR->hasNoSignedWrap())
3267             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setHasNoSignedWrap(true);
3268         }
3269         return S;
3270       }
3271     }
3272     break;
3273   case Instruction::Xor:
3274     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3275       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
3276       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
3277       if (CI->getValue().isSignBit())
3278         return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3279                           getSCEV(U->getOperand(1)));
3280
3281       // If the RHS of xor is -1, then this is a not operation.
3282       if (CI->isAllOnesValue())
3283         return getNotSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)));
3284
3285       // Model xor(and(x, C), C) as and(~x, C), if C is a low-bits mask.
3286       // This is a variant of the check for xor with -1, and it handles
3287       // the case where instcombine has trimmed non-demanded bits out
3288       // of an xor with -1.
3289       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U->getOperand(0)))
3290         if (ConstantInt *LCI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
3291           if (BO->getOpcode() == Instruction::And &&
3292               LCI->getValue() == CI->getValue())
3293             if (const SCEVZeroExtendExpr *Z =
3294                   dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(getSCEV(U->getOperand(0)))) {
3295               const Type *UTy = U->getType();
3296               const SCEV *Z0 = Z->getOperand();
3297               const Type *Z0Ty = Z0->getType();
3298               unsigned Z0TySize = getTypeSizeInBits(Z0Ty);
3299
3300               // If C is a low-bits mask, the zero extend is serving to
3301               // mask off the high bits. Complement the operand and
3302               // re-apply the zext.
3303               if (APIntOps::isMask(Z0TySize, CI->getValue()))
3304                 return getZeroExtendExpr(getNotSCEV(Z0), UTy);
3305
3306               // If C is a single bit, it may be in the sign-bit position
3307               // before the zero-extend. In this case, represent the xor
3308               // using an add, which is equivalent, and re-apply the zext.
3309               APInt Trunc = APInt(CI->getValue()).trunc(Z0TySize);
3310               if (APInt(Trunc).zext(getTypeSizeInBits(UTy)) == CI->getValue() &&
3311                   Trunc.isSignBit())
3312                 return getZeroExtendExpr(getAddExpr(Z0, getConstant(Trunc)),
3313                                          UTy);
3314             }
3315     }
3316     break;
3317
3318   case Instruction::Shl:
3319     // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
3320     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3321       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
3322       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
3323         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getLimitedValue(BitWidth)));
3324       return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
3325     }
3326     break;
3327
3328   case Instruction::LShr:
3329     // Turn logical shift right of a constant into a unsigned divide.
3330     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3331       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
3332       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
3333         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getLimitedValue(BitWidth)));
3334       return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
3335     }
3336     break;
3337
3338   case Instruction::AShr:
3339     // For a two-shift sext-inreg, use sext(trunc(x)) as the SCEV expression.
3340     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
3341       if (Instruction *L = dyn_cast<Instruction>(U->getOperand(0)))
3342         if (L->getOpcode() == Instruction::Shl &&
3343             L->getOperand(1) == U->getOperand(1)) {
3344           unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
3345           uint64_t Amt = BitWidth - CI->getZExtValue();
3346           if (Amt == BitWidth)
3347             return getSCEV(L->getOperand(0));       // shift by zero --> noop
3348           if (Amt > BitWidth)
3349             return getIntegerSCEV(0, U->getType()); // value is undefined
3350           return
3351             getSignExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(L->getOperand(0)),
3352                                            IntegerType::get(getContext(), Amt)),
3353                                  U->getType());
3354         }
3355     break;
3356
3357   case Instruction::Trunc:
3358     return getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3359
3360   case Instruction::ZExt:
3361     return getZeroExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3362
3363   case Instruction::SExt:
3364     return getSignExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3365
3366   case Instruction::BitCast:
3367     // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
3368     if (isSCEVable(U->getType()) && isSCEVable(U->getOperand(0)->getType()))
3369       return getSCEV(U->getOperand(0));
3370     break;
3371
3372   // It's tempting to handle inttoptr and ptrtoint as no-ops, however this can
3373   // lead to pointer expressions which cannot safely be expanded to GEPs,
3374   // because ScalarEvolution doesn't respect the GEP aliasing rules when
3375   // simplifying integer expressions.
3376
3377   case Instruction::GetElementPtr:
3378     return createNodeForGEP(cast<GEPOperator>(U));
3379
3380   case Instruction::PHI:
3381     return createNodeForPHI(cast<PHINode>(U));
3382
3383   case Instruction::Select:
3384     // This could be a smax or umax that was lowered earlier.
3385     // Try to recover it.
3386     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U->getOperand(0))) {
3387       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
3388       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
3389       switch (ICI->getPredicate()) {
3390       case ICmpInst::ICMP_SLT:
3391       case ICmpInst::ICMP_SLE:
3392         std::swap(LHS, RHS);
3393         // fall through
3394       case ICmpInst::ICMP_SGT:
3395       case ICmpInst::ICMP_SGE:
3396         if (LHS == U->getOperand(1) && RHS == U->getOperand(2))
3397           return getSMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
3398         else if (LHS == U->getOperand(2) && RHS == U->getOperand(1))
3399           return getSMinExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
3400         break;
3401       case ICmpInst::ICMP_ULT:
3402       case ICmpInst::ICMP_ULE:
3403         std::swap(LHS, RHS);
3404         // fall through
3405       case ICmpInst::ICMP_UGT:
3406       case ICmpInst::ICMP_UGE:
3407         if (LHS == U->getOperand(1) && RHS == U->getOperand(2))
3408           return getUMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
3409         else if (LHS == U->getOperand(2) && RHS == U->getOperand(1))
3410           return getUMinExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
3411         break;
3412       case ICmpInst::ICMP_NE:
3413         // n != 0 ? n : 1  ->  umax(n, 1)
3414         if (LHS == U->getOperand(1) &&
3415             isa<ConstantInt>(U->getOperand(2)) &&
3416             cast<ConstantInt>(U->getOperand(2))->isOne() &&
3417             isa<ConstantInt>(RHS) &&
3418             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero())
3419           return getUMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(U->getOperand(2)));
3420         break;
3421       case ICmpInst::ICMP_EQ:
3422         // n == 0 ? 1 : n  ->  umax(n, 1)
3423         if (LHS == U->getOperand(2) &&
3424             isa<ConstantInt>(U->getOperand(1)) &&
3425             cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))->isOne() &&
3426             isa<ConstantInt>(RHS) &&
3427             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero())
3428           return getUMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(U->getOperand(1)));
3429         break;
3430       default:
3431         break;
3432       }
3433     }
3434
3435   default: // We cannot analyze this expression.
3436     break;
3437   }
3438
3439   return getUnknown(V);
3440 }
3441
3442
3443
3444 //===----------------------------------------------------------------------===//
3445 //                   Iteration Count Computation Code
3446 //
3447
3448 /// getBackedgeTakenCount - If the specified loop has a predictable
3449 /// backedge-taken count, return it, otherwise return a SCEVCouldNotCompute
3450 /// object. The backedge-taken count is the number of times the loop header
3451 /// will be branched to from within the loop. This is one less than the
3452 /// trip count of the loop, since it doesn't count the first iteration,
3453 /// when the header is branched to from outside the loop.
3454 ///
3455 /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
3456 /// loop-invariant backedge-taken count (see
3457 /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
3458 ///
3459 const SCEV *ScalarEvolution::getBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3460   return getBackedgeTakenInfo(L).Exact;
3461 }
3462
3463 /// getMaxBackedgeTakenCount - Similar to getBackedgeTakenCount, except
3464 /// return the least SCEV value that is known never to be less than the
3465 /// actual backedge taken count.
3466 const SCEV *ScalarEvolution::getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3467   return getBackedgeTakenInfo(L).Max;
3468 }
3469
3470 /// PushLoopPHIs - Push PHI nodes in the header of the given loop
3471 /// onto the given Worklist.
3472 static void
3473 PushLoopPHIs(const Loop *L, SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
3474   BasicBlock *Header = L->getHeader();
3475
3476   // Push all Loop-header PHIs onto the Worklist stack.
3477   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
3478        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
3479     Worklist.push_back(PN);
3480 }
3481
3482 const ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo &
3483 ScalarEvolution::getBackedgeTakenInfo(const Loop *L) {
3484   // Initially insert a CouldNotCompute for this loop. If the insertion
3485   // succeeds, proceed to actually compute a backedge-taken count and
3486   // update the value. The temporary CouldNotCompute value tells SCEV
3487   // code elsewhere that it shouldn't attempt to request a new
3488   // backedge-taken count, which could result in infinite recursion.
3489   std::pair<std::map<const Loop *, BackedgeTakenInfo>::iterator, bool> Pair =
3490     BackedgeTakenCounts.insert(std::make_pair(L, getCouldNotCompute()));
3491   if (Pair.second) {
3492     BackedgeTakenInfo BECount = ComputeBackedgeTakenCount(L);
3493     if (BECount.Exact != getCouldNotCompute()) {
3494       assert(BECount.Exact->isLoopInvariant(L) &&
3495              BECount.Max->isLoopInvariant(L) &&
3496              "Computed backedge-taken count isn't loop invariant for loop!");
3497       ++NumTripCountsComputed;
3498
3499       // Update the value in the map.
3500       Pair.first->second = BECount;
3501     } else {
3502       if (BECount.Max != getCouldNotCompute())
3503         // Update the value in the map.
3504         Pair.first->second = BECount;
3505       if (isa<PHINode>(L->getHeader()->begin()))
3506         // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
3507         ++NumTripCountsNotComputed;
3508     }
3509
3510     // Now that we know more about the trip count for this loop, forget any
3511     // existing SCEV values for PHI nodes in this loop since they are only
3512     // conservative estimates made without the benefit of trip count
3513     // information. This is similar to the code in forgetLoop, except that
3514     // it handles SCEVUnknown PHI nodes specially.
3515     if (BECount.hasAnyInfo()) {
3516       SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3517       PushLoopPHIs(L, Worklist);
3518
3519       SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3520       while (!Worklist.empty()) {
3521         Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3522         if (!Visited.insert(I)) continue;
3523
3524         std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
3525           Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
3526         if (It != Scalars.end()) {
3527           // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
3528           // structure, or it's a PHI that's in the progress of being computed
3529           // by createNodeForPHI.  In the former case, additional loop trip
3530           // count information isn't going to change anything. In the later
3531           // case, createNodeForPHI will perform the necessary updates on its
3532           // own when it gets to that point.
3533           if (!isa<PHINode>(I) || !isa<SCEVUnknown>(It->second)) {
3534             ValuesAtScopes.erase(It->second);
3535             Scalars.erase(It);
3536           }
3537           if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3538             ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3539         }
3540
3541         PushDefUseChildren(I, Worklist);
3542       }
3543     }
3544   }
3545   return Pair.first->second;
3546 }
3547
3548 /// forgetLoop - This method should be called by the client when it has
3549 /// changed a loop in a way that may effect ScalarEvolution's ability to
3550 /// compute a trip count, or if the loop is deleted.
3551 void ScalarEvolution::forgetLoop(const Loop *L) {
3552   // Drop any stored trip count value.
3553   BackedgeTakenCounts.erase(L);
3554
3555   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
3556   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3557   PushLoopPHIs(L, Worklist);
3558
3559   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3560   while (!Worklist.empty()) {
3561     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3562     if (!Visited.insert(I)) continue;
3563
3564     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
3565       Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
3566     if (It != Scalars.end()) {
3567       ValuesAtScopes.erase(It->second);
3568       Scalars.erase(It);
3569       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3570         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3571     }
3572
3573     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3574   }
3575 }
3576
3577 /// forgetValue - This method should be called by the client when it has
3578 /// changed a value in a way that may effect its value, or which may
3579 /// disconnect it from a def-use chain linking it to a loop.
3580 void ScalarEvolution::forgetValue(Value *V) {
3581   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
3582   if (!I) return;
3583
3584   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
3585   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3586   Worklist.push_back(I);
3587
3588   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3589   while (!Worklist.empty()) {
3590     I = Worklist.pop_back_val();
3591     if (!Visited.insert(I)) continue;
3592
3593     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
3594       Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
3595     if (It != Scalars.end()) {
3596       ValuesAtScopes.erase(It->second);
3597       Scalars.erase(It);
3598       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3599         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3600     }
3601
3602     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3603   }
3604 }
3605
3606 /// ComputeBackedgeTakenCount - Compute the number of times the backedge
3607 /// of the specified loop will execute.
3608 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3609 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3610   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitingBlocks;
3611   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
3612
3613   // Examine all exits and pick the most conservative values.
3614   const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3615   const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3616   bool CouldNotComputeBECount = false;
3617   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
3618     BackedgeTakenInfo NewBTI =
3619       ComputeBackedgeTakenCountFromExit(L, ExitingBlocks[i]);
3620
3621     if (NewBTI.Exact == getCouldNotCompute()) {
3622       // We couldn't compute an exact value for this exit, so
3623       // we won't be able to compute an exact value for the loop.
3624       CouldNotComputeBECount = true;
3625       BECount = getCouldNotCompute();
3626     } else if (!CouldNotComputeBECount) {
3627       if (BECount == getCouldNotCompute())
3628         BECount = NewBTI.Exact;
3629       else
3630         BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BECount, NewBTI.Exact);
3631     }
3632     if (MaxBECount == getCouldNotCompute())
3633       MaxBECount = NewBTI.Max;
3634     else if (NewBTI.Max != getCouldNotCompute())
3635       MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(MaxBECount, NewBTI.Max);
3636   }
3637
3638   return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3639 }
3640
3641 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExit - Compute the number of times the backedge
3642 /// of the specified loop will execute if it exits via the specified block.
3643 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3644 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExit(const Loop *L,
3645                                                    BasicBlock *ExitingBlock) {
3646
3647   // Okay, we've chosen an exiting block.  See what condition causes us to
3648   // exit at this block.
3649   //
3650   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
3651   BranchInst *ExitBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
3652   if (ExitBr == 0) return getCouldNotCompute();
3653   assert(ExitBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
3654
3655   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
3656   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
3657   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
3658   // not be equal to the trip count of the loop.
3659   //
3660   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
3661   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
3662   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
3663   // loop header.  This is common for un-rotated loops.
3664   //
3665   // If both of those tests fail, walk up the unique predecessor chain to the
3666   // header, stopping if there is an edge that doesn't exit the loop. If the
3667   // header is reached, the execution count of the branch will be equal to the
3668   // trip count of the loop.
3669   //
3670   //  More extensive analysis could be done to handle more cases here.
3671   //
3672   if (ExitBr->getSuccessor(0) != L->getHeader() &&
3673       ExitBr->getSuccessor(1) != L->getHeader() &&
3674       ExitBr->getParent() != L->getHeader()) {
3675     // The simple checks failed, try climbing the unique predecessor chain
3676     // up to the header.
3677     bool Ok = false;
3678     for (BasicBlock *BB = ExitBr->getParent(); BB; ) {
3679       BasicBlock *Pred = BB->getUniquePredecessor();
3680       if (!Pred)
3681         return getCouldNotCompute();
3682       TerminatorInst *PredTerm = Pred->getTerminator();
3683       for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
3684         BasicBlock *PredSucc = PredTerm->getSuccessor(i);
3685         if (PredSucc == BB)
3686           continue;
3687         // If the predecessor has a successor that isn't BB and isn't
3688         // outside the loop, assume the worst.
3689         if (L->contains(PredSucc))
3690           return getCouldNotCompute();
3691       }
3692       if (Pred == L->getHeader()) {
3693         Ok = true;
3694         break;
3695       }
3696       BB = Pred;
3697     }
3698     if (!Ok)
3699       return getCouldNotCompute();
3700   }
3701
3702   // Proceed to the next level to examine the exit condition expression.
3703   return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, ExitBr->getCondition(),
3704                                                ExitBr->getSuccessor(0),
3705                                                ExitBr->getSuccessor(1));
3706 }
3707
3708 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond - Compute the number of times the
3709 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
3710 /// were a conditional branch of ExitCond, TBB, and FBB.
3711 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3712 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(const Loop *L,
3713                                                        Value *ExitCond,
3714                                                        BasicBlock *TBB,
3715                                                        BasicBlock *FBB) {
3716   // Check if the controlling expression for this loop is an And or Or.
3717   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(ExitCond)) {
3718     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
3719       // Recurse on the operands of the and.
3720       BackedgeTakenInfo BTI0 =
3721         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
3722       BackedgeTakenInfo BTI1 =
3723         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
3724       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3725       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3726       if (L->contains(TBB)) {
3727         // Both conditions must be true for the loop to continue executing.
3728         // Choose the less conservative count.
3729         if (BTI0.Exact == getCouldNotCompute() ||
3730             BTI1.Exact == getCouldNotCompute())
3731           BECount = getCouldNotCompute();
3732         else
3733           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3734         if (BTI0.Max == getCouldNotCompute())
3735           MaxBECount = BTI1.Max;
3736         else if (BTI1.Max == getCouldNotCompute())
3737           MaxBECount = BTI0.Max;
3738         else
3739           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3740       } else {
3741         // Both conditions must be true for the loop to exit.
3742         assert(L->contains(FBB) && "Loop block has no successor in loop!");
3743         if (BTI0.Exact != getCouldNotCompute() &&
3744             BTI1.Exact != getCouldNotCompute())
3745           BECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3746         if (BTI0.Max != getCouldNotCompute() &&
3747             BTI1.Max != getCouldNotCompute())
3748           MaxBECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3749       }
3750
3751       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3752     }
3753     if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
3754       // Recurse on the operands of the or.
3755       BackedgeTakenInfo BTI0 =
3756         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
3757       BackedgeTakenInfo BTI1 =
3758         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
3759       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3760       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3761       if (L->contains(FBB)) {
3762         // Both conditions must be false for the loop to continue executing.
3763         // Choose the less conservative count.
3764         if (BTI0.Exact == getCouldNotCompute() ||
3765             BTI1.Exact == getCouldNotCompute())
3766           BECount = getCouldNotCompute();
3767         else
3768           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3769         if (BTI0.Max == getCouldNotCompute())
3770           MaxBECount = BTI1.Max;
3771         else if (BTI1.Max == getCouldNotCompute())
3772           MaxBECount = BTI0.Max;
3773         else
3774           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3775       } else {
3776         // Both conditions must be false for the loop to exit.
3777         assert(L->contains(TBB) && "Loop block has no successor in loop!");
3778         if (BTI0.Exact != getCouldNotCompute() &&
3779             BTI1.Exact != getCouldNotCompute())
3780           BECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3781         if (BTI0.Max != getCouldNotCompute() &&
3782             BTI1.Max != getCouldNotCompute())
3783           MaxBECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3784       }
3785
3786       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3787     }
3788   }
3789
3790   // With an icmp, it may be feasible to compute an exact backedge-taken count.
3791   // Proceed to the next level to examine the icmp.
3792   if (ICmpInst *ExitCondICmp = dyn_cast<ICmpInst>(ExitCond))
3793     return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(L, ExitCondICmp, TBB, FBB);
3794
3795   // Check for a constant condition. These are normally stripped out by
3796   // SimplifyCFG, but ScalarEvolution may be used by a pass which wishes to
3797   // preserve the CFG and is temporarily leaving constant conditions
3798   // in place.
3799   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(ExitCond)) {
3800     if (L->contains(FBB) == !CI->getZExtValue())
3801       // The backedge is always taken.
3802       return getCouldNotCompute();
3803     else
3804       // The backedge is never taken.
3805       return getIntegerSCEV(0, CI->getType());
3806   }
3807
3808   // If it's not an integer or pointer comparison then compute it the hard way.
3809   return ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
3810 }
3811
3812 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp - Compute the number of times the
3813 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
3814 /// were a conditional branch of the ICmpInst ExitCond, TBB, and FBB.
3815 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3816 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(const Loop *L,
3817                                                            ICmpInst *ExitCond,
3818                                                            BasicBlock *TBB,
3819                                                            BasicBlock *FBB) {
3820
3821   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
3822   ICmpInst::Predicate Cond;
3823   if (!L->contains(FBB))
3824     Cond = ExitCond->getPredicate();
3825   else
3826     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
3827
3828   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
3829   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
3830     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
3831       BackedgeTakenInfo ItCnt =
3832         ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(LI, RHS, L, Cond);
3833       if (ItCnt.hasAnyInfo())
3834         return ItCnt;
3835     }
3836
3837   const SCEV *LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
3838   const SCEV *RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
3839
3840   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
3841   LHS = getSCEVAtScope(LHS, L);
3842   RHS = getSCEVAtScope(RHS, L);
3843
3844   // At this point, we would like to compute how many iterations of the
3845   // loop the predicate will return true for these inputs.
3846   if (LHS->isLoopInvariant(L) && !RHS->isLoopInvariant(L)) {
3847     // If there is a loop-invariant, force it into the RHS.
3848     std::swap(LHS, RHS);
3849     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
3850   }
3851
3852   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
3853   // ranges to answer this query.
3854   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
3855     if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
3856       if (AddRec->getLoop() == L) {
3857         // Form the constant range.
3858         ConstantRange CompRange(
3859             ICmpInst::makeConstantRange(Cond, RHSC->getValue()->getValue()));
3860
3861         const SCEV *Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, *this);
3862         if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
3863       }
3864
3865   switch (Cond) {
3866   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
3867     // Convert to: while (X-Y != 0)
3868     BackedgeTakenInfo BTI = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
3869     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3870     break;
3871   }
3872   case ICmpInst::ICMP_EQ: {                     // while (X == Y)
3873     // Convert to: while (X-Y == 0)
3874     BackedgeTakenInfo BTI = HowFarToNonZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
3875     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3876     break;
3877   }
3878   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
3879     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, true);
3880     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3881     break;
3882   }
3883   case ICmpInst::ICMP_SGT: {
3884     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
3885                                              getNotSCEV(RHS), L, true);
3886     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3887     break;
3888   }
3889   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
3890     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, false);
3891     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3892     break;
3893   }
3894   case ICmpInst::ICMP_UGT: {
3895     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
3896                                              getNotSCEV(RHS), L, false);
3897     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3898     break;
3899   }
3900   default:
3901 #if 0
3902     dbgs() << "ComputeBackedgeTakenCount ";
3903     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
3904       dbgs() << "[unsigned] ";
3905     dbgs() << *LHS << "   "
3906          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp)
3907          << "   " << *RHS << "\n";
3908 #endif
3909     break;
3910   }
3911   return
3912     ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
3913 }
3914
3915 static ConstantInt *
3916 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
3917                                 ScalarEvolution &SE) {
3918   const SCEV *InVal = SE.getConstant(C);
3919   const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
3920   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
3921          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
3922   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
3923 }
3924
3925 /// GetAddressedElementFromGlobal - Given a global variable with an initializer
3926 /// and a GEP expression (missing the pointer index) indexing into it, return
3927 /// the addressed element of the initializer or null if the index expression is
3928 /// invalid.
3929 static Constant *
3930 GetAddressedElementFromGlobal(GlobalVariable *GV,
3931                               const std::vector<ConstantInt*> &Indices) {
3932   Constant *Init = GV->getInitializer();
3933   for (unsigned i = 0, e = Indices.size(); i != e; ++i) {
3934     uint64_t Idx = Indices[i]->getZExtValue();
3935     if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Init)) {
3936       assert(Idx < CS->getNumOperands() && "Bad struct index!");
3937       Init = cast<Constant>(CS->getOperand(Idx));
3938     } else if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Init)) {
3939       if (Idx >= CA->getNumOperands()) return 0;  // Bogus program
3940       Init = cast<Constant>(CA->getOperand(Idx));
3941     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
3942       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
3943         assert(Idx < STy->getNumElements() && "Bad struct index!");
3944         Init = Constant::getNullValue(STy->getElementType(Idx));
3945       } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Init->getType())) {
3946         if (Idx >= ATy->getNumElements()) return 0;  // Bogus program
3947         Init = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
3948       } else {
3949         llvm_unreachable("Unknown constant aggregate type!");
3950       }
3951       return 0;
3952     } else {
3953       return 0; // Unknown initializer type
3954     }
3955   }
3956   return Init;
3957 }
3958
3959 /// ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount - Given an exit condition of
3960 /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the backedge
3961 /// execution count.
3962 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3963 ScalarEvolution::ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(
3964                                                 LoadInst *LI,
3965                                                 Constant *RHS,
3966                                                 const Loop *L,
3967                                                 ICmpInst::Predicate predicate) {
3968   if (LI->isVolatile()) return getCouldNotCompute();
3969
3970   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
3971   // TODO: Use SCEV instead of manually grubbing with GEPs.
3972   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
3973   if (!GEP) return getCouldNotCompute();
3974
3975   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
3976   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
3977   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
3978   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer() ||
3979       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
3980       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
3981     return getCouldNotCompute();
3982
3983   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
3984   Value *VarIdx = 0;
3985   std::vector<ConstantInt*> Indexes;
3986   unsigned VarIdxNum = 0;
3987   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
3988     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
3989       Indexes.push_back(CI);
3990     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
3991       if (VarIdx) return getCouldNotCompute();  // Multiple non-constant idx's.
3992       VarIdx = GEP->getOperand(i);
3993       VarIdxNum = i-2;
3994       Indexes.push_back(0);
3995     }
3996
3997   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
3998   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
3999   const SCEV *Idx = getSCEV(VarIdx);
4000   Idx = getSCEVAtScope(Idx, L);
4001
4002   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
4003   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
4004   const SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
4005   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || IdxExpr->isLoopInvariant(L) ||
4006       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
4007       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
4008     return getCouldNotCompute();
4009
4010   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
4011   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
4012     ConstantInt *ItCst = ConstantInt::get(
4013                            cast<IntegerType>(IdxExpr->getType()), IterationNum);
4014     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, *this);
4015
4016     // Form the GEP offset.
4017     Indexes[VarIdxNum] = Val;
4018
4019     Constant *Result = GetAddressedElementFromGlobal(GV, Indexes);
4020     if (Result == 0) break;  // Cannot compute!
4021
4022     // Evaluate the condition for this iteration.
4023     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
4024     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
4025     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
4026 #if 0
4027       dbgs() << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
4028              << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
4029              << "***\n";
4030 #endif
4031       ++NumArrayLenItCounts;
4032       return getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
4033     }
4034   }
4035   return getCouldNotCompute();
4036 }
4037
4038
4039 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
4040 /// specified type, assuming that all operands were constants.
4041 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
4042   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
4043       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I))
4044     return true;
4045
4046   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
4047     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
4048       return canConstantFoldCallTo(F);
4049   return false;
4050 }
4051
4052 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
4053 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
4054 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
4055 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
4056 /// constraints, return null.
4057 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
4058   // If this is not an instruction, or if this is an instruction outside of the
4059   // loop, it can't be derived from a loop PHI.
4060   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
4061   if (I == 0 || !L->contains(I)) return 0;
4062
4063   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
4064     if (L->getHeader() == I->getParent())
4065       return PN;
4066     else
4067       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
4068       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
4069       return 0;
4070   }
4071
4072   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
4073   // are constants, return early.
4074   if (!CanConstantFold(I)) return 0;
4075
4076   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
4077   // constant or derived from a PHI node themselves.
4078   PHINode *PHI = 0;
4079   for (unsigned Op = 0, e = I->getNumOperands(); Op != e; ++Op)
4080     if (!(isa<Constant>(I->getOperand(Op)) ||
4081           isa<GlobalValue>(I->getOperand(Op)))) {
4082       PHINode *P = getConstantEvolvingPHI(I->getOperand(Op), L);
4083       if (P == 0) return 0;  // Not evolving from PHI
4084       if (PHI == 0)
4085         PHI = P;
4086       else if (PHI != P)
4087         return 0;  // Evolving from multiple different PHIs.
4088     }
4089
4090   // This is a expression evolving from a constant PHI!
4091   return PHI;
4092 }
4093
4094 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
4095 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
4096 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
4097 /// reason, return null.
4098 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, Constant *PHIVal,
4099                                     const TargetData *TD) {
4100   if (isa<PHINode>(V)) return PHIVal;
4101   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
4102   if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V)) return GV;
4103   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
4104
4105   std::vector<Constant*> Operands;
4106   Operands.resize(I->getNumOperands());
4107
4108   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4109     Operands[i] = EvaluateExpression(I->getOperand(i), PHIVal, TD);
4110     if (Operands[i] == 0) return 0;
4111   }
4112
4113   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
4114     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(), Operands[0],
4115                                            Operands[1], TD);
4116   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
4117                                   &Operands[0], Operands.size(), TD);
4118 }
4119
4120 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
4121 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
4122 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
4123 /// involving constants, fold it.
4124 Constant *
4125 ScalarEvolution::getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN,
4126                                                    const APInt &BEs,
4127                                                    const Loop *L) {
4128   std::map<PHINode*, Constant*>::iterator I =
4129     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
4130   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
4131     return I->second;
4132
4133   if (BEs.ugt(MaxBruteForceIterations))
4134     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = 0;  // Not going to evaluate it.
4135
4136   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
4137
4138   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
4139   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
4140   // second must be derived from the same PHI.
4141   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
4142   Constant *StartCST =
4143     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
4144   if (StartCST == 0)
4145     return RetVal = 0;  // Must be a constant.
4146
4147   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
4148   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
4149   if (PN2 != PN)
4150     return RetVal = 0;  // Not derived from same PHI.
4151
4152   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
4153   if (BEs.getActiveBits() >= 32)
4154     return RetVal = 0; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
4155
4156   unsigned NumIterations = BEs.getZExtValue(); // must be in range
4157   unsigned IterationNum = 0;
4158   for (Constant *PHIVal = StartCST; ; ++IterationNum) {
4159     if (IterationNum == NumIterations)
4160       return RetVal = PHIVal;  // Got exit value!
4161
4162     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
4163     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal, TD);
4164     if (NextPHI == PHIVal)
4165       return RetVal = NextPHI;  // Stopped evolving!
4166     if (NextPHI == 0)
4167       return 0;        // Couldn't evaluate!
4168     PHIVal = NextPHI;
4169   }
4170 }
4171
4172 /// ComputeBackedgeTakenCountExhaustively - If the loop is known to execute a
4173 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
4174 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
4175 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
4176 /// evaluate the trip count of the loop, return getCouldNotCompute().
4177 const SCEV *
4178 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(const Loop *L,
4179                                                        Value *Cond,
4180                                                        bool ExitWhen) {
4181   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
4182   if (PN == 0) return getCouldNotCompute();
4183
4184   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
4185   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
4186   // second must be derived from the same PHI.
4187   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
4188   Constant *StartCST =
4189     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
4190   if (StartCST == 0) return getCouldNotCompute();  // Must be a constant.
4191
4192   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
4193   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
4194   if (PN2 != PN) return getCouldNotCompute();  // Not derived from same PHI.
4195
4196   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
4197   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
4198   // "ExitWhen".
4199   unsigned IterationNum = 0;
4200   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
4201   for (Constant *PHIVal = StartCST;
4202        IterationNum != MaxIterations; ++IterationNum) {
4203     ConstantInt *CondVal =
4204       dyn_cast_or_null<ConstantInt>(EvaluateExpression(Cond, PHIVal, TD));
4205
4206     // Couldn't symbolically evaluate.
4207     if (!CondVal) return getCouldNotCompute();
4208
4209     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
4210       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
4211       return getConstant(Type::getInt32Ty(getContext()), IterationNum);
4212     }
4213
4214     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
4215     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal, TD);
4216     if (NextPHI == 0 || NextPHI == PHIVal)
4217       return getCouldNotCompute();// Couldn't evaluate or not making progress...
4218     PHIVal = NextPHI;
4219   }
4220
4221   // Too many iterations were needed to evaluate.
4222   return getCouldNotCompute();
4223 }
4224
4225 /// getSCEVAtScope - Return a SCEV expression for the specified value
4226 /// at the specified scope in the program.  The L value specifies a loop
4227 /// nest to evaluate the expression at, where null is the top-level or a
4228 /// specified loop is immediately inside of the loop.
4229 ///
4230 /// This method can be used to compute the exit value for a variable defined
4231 /// in a loop by querying what the value will hold in the parent loop.
4232 ///
4233 /// In the case that a relevant loop exit value cannot be computed, the
4234 /// original value V is returned.
4235 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
4236   // Check to see if we've folded this expression at this loop before.
4237   std::map<const Loop *, const SCEV *> &Values = ValuesAtScopes[V];
4238   std::pair<std::map<const Loop *, const SCEV *>::iterator, bool> Pair =
4239     Values.insert(std::make_pair(L, static_cast<const SCEV *>(0)));
4240   if (!Pair.second)
4241     return Pair.first->second ? Pair.first->second : V;
4242
4243   // Otherwise compute it.
4244   const SCEV *C = computeSCEVAtScope(V, L);
4245   ValuesAtScopes[V][L] = C;
4246   return C;
4247 }
4248
4249 const SCEV *ScalarEvolution::computeSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
4250   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
4251
4252   // If this instruction is evolved from a constant-evolving PHI, compute the
4253   // exit value from the loop without using SCEVs.
4254   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
4255     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
4256       const Loop *LI = (*this->LI)[I->getParent()];
4257       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
4258         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4259           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
4260             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
4261             // to see if the loop that contains it has a known backedge-taken
4262             // count.  If so, we may be able to force computation of the exit
4263             // value.
4264             const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(LI);
4265             if (const SCEVConstant *BTCC =
4266                   dyn_cast<SCEVConstant>(BackedgeTakenCount)) {
4267               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
4268               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
4269               // the specified iteration number.
4270               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
4271                                                    BTCC->getValue()->getValue(),
4272                                                                LI);
4273               if (RV) return getSCEV(RV);
4274             }
4275           }
4276
4277       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
4278       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
4279       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
4280       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
4281       if (CanConstantFold(I)) {
4282         std::vector<Constant*> Operands;
4283         Operands.reserve(I->getNumOperands());
4284         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4285           Value *Op = I->getOperand(i);
4286           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
4287             Operands.push_back(C);
4288           } else {
4289             // If any of the operands is non-constant and if they are
4290             // non-integer and non-pointer, don't even try to analyze them
4291             // with scev techniques.
4292             if (!isSCEVable(Op->getType()))
4293               return V;
4294
4295             const SCEV *OpV = getSCEVAtScope(Op, L);
4296             if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OpV)) {
4297               Constant *C = SC->getValue();
4298               if (C->getType() != Op->getType())
4299                 C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
4300                                                                   Op->getType(),
4301                                                                   false),
4302                                           C, Op->getType());
4303               Operands.push_back(C);
4304             } else if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(OpV)) {
4305               if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(SU->getValue())) {
4306                 if (C->getType() != Op->getType())
4307                   C =
4308                     ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
4309                                                                   Op->getType(),
4310                                                                   false),
4311                                           C, Op->getType());
4312                 Operands.push_back(C);
4313               } else
4314                 return V;
4315             } else {
4316               return V;
4317             }
4318           }
4319         }
4320
4321         Constant *C = 0;
4322         if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
4323           C = ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
4324                                               Operands[0], Operands[1], TD);
4325         else
4326           C = ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
4327                                        &Operands[0], Operands.size(), TD);
4328         if (C)
4329           return getSCEV(C);
4330       }
4331     }
4332
4333     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
4334     return V;
4335   }
4336
4337   if (const SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
4338     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
4339     // expression has no loop-variant portions.
4340     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4341       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
4342       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
4343         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
4344         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
4345         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Comm->op_begin(),
4346                                             Comm->op_begin()+i);
4347         NewOps.push_back(OpAtScope);
4348
4349         for (++i; i != e; ++i) {
4350           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
4351           NewOps.push_back(OpAtScope);
4352         }
4353         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
4354           return getAddExpr(NewOps);
4355         if (isa<SCEVMulExpr>(Comm))
4356           return getMulExpr(NewOps);
4357         if (isa<SCEVSMaxExpr>(Comm))
4358           return getSMaxExpr(NewOps);
4359         if (isa<SCEVUMaxExpr>(Comm))
4360           return getUMaxExpr(NewOps);
4361         llvm_unreachable("Unknown commutative SCEV type!");
4362       }
4363     }
4364     // If we got here, all operands are loop invariant.
4365     return Comm;
4366   }
4367
4368   if (const SCEVUDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(V)) {
4369     const SCEV *LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
4370     const SCEV *RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
4371     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
4372       return Div;   // must be loop invariant
4373     return getUDivExpr(LHS, RHS);
4374   }
4375
4376   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
4377   // are dealing with the final value computed by the loop.
4378   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
4379     if (!L || !AddRec->getLoop()->contains(L)) {
4380       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
4381       // loop iterates.  Compute this now.
4382       const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
4383       if (BackedgeTakenCount == getCouldNotCompute()) return AddRec;
4384
4385       // Then, evaluate the AddRec.
4386       return AddRec->evaluateAtIteration(BackedgeTakenCount, *this);
4387     }
4388     return AddRec;
4389   }
4390
4391   if (const SCEVZeroExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(V)) {
4392     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4393     if (Op == Cast->getOperand())
4394       return Cast;  // must be loop invariant
4395     return getZeroExtendExpr(Op, Cast->getType());
4396   }
4397
4398   if (const SCEVSignExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(V)) {
4399     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4400     if (Op == Cast->getOperand())
4401       return Cast;  // must be loop invariant
4402     return getSignExtendExpr(Op, Cast->getType());
4403   }
4404
4405   if (const SCEVTruncateExpr *Cast = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(V)) {
4406     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4407     if (Op == Cast->getOperand())
4408       return Cast;  // must be loop invariant
4409     return getTruncateExpr(Op, Cast->getType());
4410   }
4411
4412   llvm_unreachable("Unknown SCEV type!");
4413   return 0;
4414 }
4415
4416 /// getSCEVAtScope - This is a convenience function which does
4417 /// getSCEVAtScope(getSCEV(V), L).
4418 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) {
4419   return getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
4420 }
4421
4422 /// SolveLinEquationWithOverflow - Finds the minimum unsigned root of the
4423 /// following equation:
4424 ///
4425 ///     A * X = B (mod N)
4426 ///
4427 /// where N = 2^BW and BW is the common bit width of A and B. The signedness of
4428 /// A and B isn't important.
4429 ///
4430 /// If the equation does not have a solution, SCEVCouldNotCompute is returned.
4431 static const SCEV *SolveLinEquationWithOverflow(const APInt &A, const APInt &B,
4432                                                ScalarEvolution &SE) {
4433   uint32_t BW = A.getBitWidth();
4434   assert(BW == B.getBitWidth() && "Bit widths must be the same.");
4435   assert(A != 0 && "A must be non-zero.");
4436
4437   // 1. D = gcd(A, N)
4438   //
4439   // The gcd of A and N may have only one prime factor: 2. The number of
4440   // trailing zeros in A is its multiplicity
4441   uint32_t Mult2 = A.countTrailingZeros();
4442   // D = 2^Mult2
4443
4444   // 2. Check if B is divisible by D.
4445   //
4446   // B is divisible by D if and only if the multiplicity of prime factor 2 for B
4447   // is not less than multiplicity of this prime factor for D.
4448   if (B.countTrailingZeros() < Mult2)
4449     return SE.getCouldNotCompute();
4450
4451   // 3. Compute I: the multiplicative inverse of (A / D) in arithmetic
4452   // modulo (N / D).
4453   //
4454   // (N / D) may need BW+1 bits in its representation.  Hence, we'll use this
4455   // bit width during computations.
4456   APInt AD = A.lshr(Mult2).zext(BW + 1);  // AD = A / D
4457   APInt Mod(BW + 1, 0);
4458   Mod.set(BW - Mult2);  // Mod = N / D
4459   APInt I = AD.multiplicativeInverse(Mod);
4460
4461   // 4. Compute the minimum unsigned root of the equation:
4462   // I * (B / D) mod (N / D)
4463   APInt Result = (I * B.lshr(Mult2).zext(BW + 1)).urem(Mod);
4464
4465   // The result is guaranteed to be less than 2^BW so we may truncate it to BW
4466   // bits.
4467   return SE.getConstant(Result.trunc(BW));
4468 }
4469
4470 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
4471 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
4472 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
4473 ///
4474 static std::pair<const SCEV *,const SCEV *>
4475 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ScalarEvolution &SE) {
4476   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
4477   const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
4478   const SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
4479   const SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
4480
4481   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
4482   if (!LC || !MC || !NC) {
4483     const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
4484     return std::make_pair(CNC, CNC);
4485   }
4486
4487   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
4488   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
4489   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
4490   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
4491   APInt Two(BitWidth, 2);
4492   APInt Four(BitWidth, 4);
4493
4494   {
4495     using namespace APIntOps;
4496     const APInt& C = L;
4497     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
4498     // The B coefficient is M-N/2
4499     APInt B(M);
4500     B -= sdiv(N,Two);
4501
4502     // The A coefficient is N/2
4503     APInt A(N.sdiv(Two));
4504
4505     // Compute the B^2-4ac term.
4506     APInt SqrtTerm(B);
4507     SqrtTerm *= B;
4508     SqrtTerm -= Four * (A * C);
4509
4510     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
4511     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
4512     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
4513
4514     // Compute the two solutions for the quadratic formula.
4515     // The divisions must be performed as signed divisions.
4516     APInt NegB(-B);
4517     APInt TwoA( A << 1 );
4518     if (TwoA.isMinValue()) {
4519       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
4520       return std::make_pair(CNC, CNC);
4521     }
4522
4523     LLVMContext &Context = SE.getContext();
4524
4525     ConstantInt *Solution1 =
4526       ConstantInt::get(Context, (NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
4527     ConstantInt *Solution2 =
4528       ConstantInt::get(Context, (NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
4529
4530     return std::make_pair(SE.getConstant(Solution1),
4531                           SE.getConstant(Solution2));
4532     } // end APIntOps namespace
4533 }
4534
4535 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
4536 /// value to zero will execute.  If not computable, return CouldNotCompute.
4537 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4538 ScalarEvolution::HowFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
4539   // If the value is a constant
4540   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
4541     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
4542     if (C->getValue()->isZero()) return C;
4543     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
4544   }
4545
4546   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
4547   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
4548     return getCouldNotCompute();
4549
4550   if (AddRec->isAffine()) {
4551     // If this is an affine expression, the execution count of this branch is
4552     // the minimum unsigned root of the following equation:
4553     //
4554     //     Start + Step*N = 0 (mod 2^BW)
4555     //
4556     // equivalent to:
4557     //
4558     //             Step*N = -Start (mod 2^BW)
4559     //
4560     // where BW is the common bit width of Start and Step.
4561
4562     // Get the initial value for the loop.
4563     const SCEV *Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(),
4564                                        L->getParentLoop());
4565     const SCEV *Step = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(1),
4566                                       L->getParentLoop());
4567
4568     if (const SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step)) {
4569       // For now we handle only constant steps.
4570
4571       // First, handle unitary steps.
4572       if (StepC->getValue()->equalsInt(1))      // 1*N = -Start (mod 2^BW), so:
4573         return getNegativeSCEV(Start);          //   N = -Start (as unsigned)
4574       if (StepC->getValue()->isAllOnesValue())  // -1*N = -Start (mod 2^BW), so:
4575         return Start;                           //    N = Start (as unsigned)
4576
4577       // Then, try to solve the above equation provided that Start is constant.
4578       if (const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start))
4579         return SolveLinEquationWithOverflow(StepC->getValue()->getValue(),
4580                                             -StartC->getValue()->getValue(),
4581                                             *this);
4582     }
4583   } else if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isIntegerTy()) {
4584     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
4585     // the quadratic equation to solve it.
4586     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots = SolveQuadraticEquation(AddRec,
4587                                                                     *this);
4588     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
4589     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
4590     if (R1) {
4591 #if 0
4592       dbgs() << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
4593              << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
4594 #endif
4595       // Pick the smallest positive root value.
4596       if (ConstantInt *CB =
4597           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
4598                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
4599         if (CB->getZExtValue() == false)
4600           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
4601
4602         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
4603         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
4604         // should not accept a root of 2.
4605         const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1, *this);
4606         if (Val->isZero())
4607           return R1;  // We found a quadratic root!
4608       }
4609     }
4610   }
4611
4612   return getCouldNotCompute();
4613 }
4614
4615 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
4616 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
4617 /// CouldNotCompute
4618 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4619 ScalarEvolution::HowFarToNonZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
4620   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
4621   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
4622   // future as needed.
4623
4624   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
4625   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
4626   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
4627     if (!C->getValue()->isNullValue())
4628       return getIntegerSCEV(0, C->getType());
4629     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
4630   }
4631
4632   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
4633   // this, and if they did, they would already be constant folded.
4634   return getCouldNotCompute();
4635 }
4636
4637 /// getLoopPredecessor - If the given loop's header has exactly one unique
4638 /// predecessor outside the loop, return it. Otherwise return null.
4639 /// This is less strict that the loop "preheader" concept, which requires
4640 /// the predecessor to have only one single successor.
4641 ///
4642 BasicBlock *ScalarEvolution::getLoopPredecessor(const Loop *L) {
4643   BasicBlock *Header = L->getHeader();
4644   BasicBlock *Pred = 0;
4645   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), E = pred_end(Header);
4646        PI != E; ++PI)
4647     if (!L->contains(*PI)) {
4648       if (Pred && Pred != *PI) return 0; // Multiple predecessors.
4649       Pred = *PI;
4650     }
4651   return Pred;
4652 }
4653
4654 /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
4655 /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
4656 /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
4657 /// found.
4658 ///
4659 std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
4660 ScalarEvolution::getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB) {
4661   // If the block has a unique predecessor, then there is no path from the
4662   // predecessor to the block that does not go through the direct edge
4663   // from the predecessor to the block.
4664   if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor())
4665     return std::make_pair(Pred, BB);
4666
4667   // A loop's header is defined to be a block that dominates the loop.
4668   // If the header has a unique predecessor outside the loop, it must be
4669   // a block that has exactly one successor that can reach the loop.
4670   if (Loop *L = LI->getLoopFor(BB))
4671     return std::make_pair(getLoopPredecessor(L), L->getHeader());
4672
4673   return std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>();
4674 }
4675
4676 /// HasSameValue - SCEV structural equivalence is usually sufficient for
4677 /// testing whether two expressions are equal, however for the purposes of
4678 /// looking for a condition guarding a loop, it can be useful to be a little
4679 /// more general, since a front-end may have replicated the controlling
4680 /// expression.
4681 ///
4682 static bool HasSameValue(const SCEV *A, const SCEV *B) {
4683   // Quick check to see if they are the same SCEV.
4684   if (A == B) return true;
4685
4686   // Otherwise, if they're both SCEVUnknown, it's possible that they hold
4687   // two different instructions with the same value. Check for this case.
4688   if (const SCEVUnknown *AU = dyn_cast<SCEVUnknown>(A))
4689     if (const SCEVUnknown *BU = dyn_cast<SCEVUnknown>(B))
4690       if (const Instruction *AI = dyn_cast<Instruction>(AU->getValue()))
4691         if (const Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(BU->getValue()))
4692           if (AI->isIdenticalTo(BI) && !AI->mayReadFromMemory())
4693             return true;
4694
4695   // Otherwise assume they may have a different value.
4696   return false;
4697 }
4698
4699 bool ScalarEvolution::isKnownNegative(const SCEV *S) {
4700   return getSignedRange(S).getSignedMax().isNegative();
4701 }
4702
4703 bool ScalarEvolution::isKnownPositive(const SCEV *S) {
4704   return getSignedRange(S).getSignedMin().isStrictlyPositive();
4705 }
4706
4707 bool ScalarEvolution::isKnownNonNegative(const SCEV *S) {
4708   return !getSignedRange(S).getSignedMin().isNegative();
4709 }
4710
4711 bool ScalarEvolution::isKnownNonPositive(const SCEV *S) {
4712   return !getSignedRange(S).getSignedMax().isStrictlyPositive();
4713 }
4714
4715 bool ScalarEvolution::isKnownNonZero(const SCEV *S) {
4716   return isKnownNegative(S) || isKnownPositive(S);
4717 }
4718
4719 bool ScalarEvolution::isKnownPredicate(ICmpInst::Predicate Pred,
4720                                        const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
4721   // If LHS or RHS is an addrec, check to see if the condition is true in
4722   // every iteration of the loop.
4723   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
4724     if (isLoopEntryGuardedByCond(
4725           AR->getLoop(), Pred, AR->getStart(), RHS) &&
4726         isLoopBackedgeGuardedByCond(
4727           AR->getLoop(), Pred,
4728           getAddExpr(AR, AR->getStepRecurrence(*this)), RHS))
4729       return true;
4730   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS))
4731     if (isLoopEntryGuardedByCond(
4732           AR->getLoop(), Pred, LHS, AR->getStart()) &&
4733         isLoopBackedgeGuardedByCond(
4734           AR->getLoop(), Pred,
4735           LHS, getAddExpr(AR, AR->getStepRecurrence(*this))))
4736       return true;
4737
4738   // Otherwise see what can be done with known constant ranges.
4739   return isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS);
4740 }
4741
4742 bool
4743 ScalarEvolution::isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
4744                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
4745   if (HasSameValue(LHS, RHS))
4746     return ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
4747
4748   // This code is split out from isKnownPredicate because it is called from
4749   // within isLoopEntryGuardedByCond.
4750   switch (Pred) {
4751   default:
4752     llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
4753     break;
4754   case ICmpInst::ICMP_SGT:
4755     Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
4756     std::swap(LHS, RHS);
4757   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
4758     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
4759     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
4760     if (LHSRange.getSignedMax().slt(RHSRange.getSignedMin()))
4761       return true;
4762     if (LHSRange.getSignedMin().sge(RHSRange.getSignedMax()))
4763       return false;
4764     break;
4765   }
4766   case ICmpInst::ICMP_SGE:
4767     Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
4768     std::swap(LHS, RHS);
4769   case ICmpInst::ICMP_SLE: {
4770     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
4771     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
4772     if (LHSRange.getSignedMax().sle(RHSRange.getSignedMin()))
4773       return true;
4774     if (LHSRange.getSignedMin().sgt(RHSRange.getSignedMax()))
4775       return false;
4776     break;
4777   }
4778   case ICmpInst::ICMP_UGT:
4779     Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
4780     std::swap(LHS, RHS);
4781   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
4782     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
4783     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
4784     if (LHSRange.getUnsignedMax().ult(RHSRange.getUnsignedMin()))
4785       return true;
4786     if (LHSRange.getUnsignedMin().uge(RHSRange.getUnsignedMax()))
4787       return false;
4788     break;
4789   }
4790   case ICmpInst::ICMP_UGE:
4791     Pred = ICmpInst::ICMP_ULE;
4792     std::swap(LHS, RHS);
4793   case ICmpInst::ICMP_ULE: {
4794     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
4795     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
4796     if (LHSRange.getUnsignedMax().ule(RHSRange.getUnsignedMin()))
4797       return true;
4798     if (LHSRange.getUnsignedMin().ugt(RHSRange.getUnsignedMax()))
4799       return false;
4800     break;
4801   }
4802   case ICmpInst::ICMP_NE: {
4803     if (getUnsignedRange(LHS).intersectWith(getUnsignedRange(RHS)).isEmptySet())
4804       return true;
4805     if (getSignedRange(LHS).intersectWith(getSignedRange(RHS)).isEmptySet())
4806       return true;
4807
4808     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(LHS, RHS);
4809     if (isKnownNonZero(Diff))
4810       return true;
4811     break;
4812   }
4813   case ICmpInst::ICMP_EQ:
4814     // The check at the top of the function catches the case where
4815     // the values are known to be equal.
4816     break;
4817   }
4818   return false;
4819 }
4820
4821 /// isLoopBackedgeGuardedByCond - Test whether the backedge of the loop is
4822 /// protected by a conditional between LHS and RHS.  This is used to
4823 /// to eliminate casts.
4824 bool
4825 ScalarEvolution::isLoopBackedgeGuardedByCond(const Loop *L,
4826                                              ICmpInst::Predicate Pred,
4827                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
4828   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
4829   // (interprocedural conditions notwithstanding).
4830   if (!L) return true;
4831
4832   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
4833   if (!Latch)
4834     return false;
4835
4836   BranchInst *LoopContinuePredicate =
4837     dyn_cast<BranchInst>(Latch->getTerminator());
4838   if (!LoopContinuePredicate ||
4839       LoopContinuePredicate->isUnconditional())
4840     return false;
4841
4842   return isImpliedCond(LoopContinuePredicate->getCondition(), Pred, LHS, RHS,
4843                        LoopContinuePredicate->getSuccessor(0) != L->getHeader());
4844 }
4845
4846 /// isLoopEntryGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected
4847 /// by a conditional between LHS and RHS.  This is used to help avoid max
4848 /// expressions in loop trip counts, and to eliminate casts.
4849 bool
4850 ScalarEvolution::isLoopEntryGuardedByCond(const Loop *L,
4851                                           ICmpInst::Predicate Pred,
4852                                           const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
4853   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
4854   // (interprocedural conditions notwithstanding).
4855   if (!L) return false;
4856
4857   // Starting at the loop predecessor, climb up the predecessor chain, as long
4858   // as there are predecessors that can be found that have unique successors
4859   // leading to the original header.
4860   for (std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
4861          Pair(getLoopPredecessor(L), L->getHeader());
4862        Pair.first;
4863        Pair = getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(Pair.first)) {
4864
4865     BranchInst *LoopEntryPredicate =
4866       dyn_cast<BranchInst>(Pair.first->getTerminator());
4867     if (!LoopEntryPredicate ||
4868         LoopEntryPredicate->isUnconditional())
4869       continue;
4870
4871     if (isImpliedCond(LoopEntryPredicate->getCondition(), Pred, LHS, RHS,
4872                       LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) != Pair.second))
4873       return true;
4874   }
4875
4876   return false;
4877 }
4878
4879 /// isImpliedCond - Test whether the condition described by Pred, LHS,
4880 /// and RHS is true whenever the given Cond value evaluates to true.
4881 bool ScalarEvolution::isImpliedCond(Value *CondValue,
4882                                     ICmpInst::Predicate Pred,
4883                                     const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
4884                                     bool Inverse) {
4885   // Recursively handle And and Or conditions.
4886   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(CondValue)) {
4887     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
4888       if (!Inverse)
4889         return isImpliedCond(BO->getOperand(0), Pred, LHS, RHS, Inverse) ||
4890                isImpliedCond(BO->getOperand(1), Pred, LHS, RHS, Inverse);
4891     } else if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
4892       if (Inverse)
4893         return isImpliedCond(BO->getOperand(0), Pred, LHS, RHS, Inverse) ||
4894                isImpliedCond(BO->getOperand(1), Pred, LHS, RHS, Inverse);
4895     }
4896   }
4897
4898   ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(CondValue);
4899   if (!ICI) return false;
4900
4901   // Bail if the ICmp's operands' types are wider than the needed type
4902   // before attempting to call getSCEV on them. This avoids infinite
4903   // recursion, since the analysis of widening casts can require loop
4904   // exit condition information for overflow checking, which would
4905   // lead back here.
4906   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <
4907       getTypeSizeInBits(ICI->getOperand(0)->getType()))
4908     return false;
4909
4910   // Now that we found a conditional branch that dominates the loop, check to
4911   // see if it is the comparison we are looking for.
4912   ICmpInst::Predicate FoundPred;
4913   if (Inverse)
4914     FoundPred = ICI->getInversePredicate();
4915   else
4916     FoundPred = ICI->getPredicate();
4917
4918   const SCEV *FoundLHS = getSCEV(ICI->getOperand(0));
4919   const SCEV *FoundRHS = getSCEV(ICI->getOperand(1));
4920
4921   // Balance the types. The case where FoundLHS' type is wider than
4922   // LHS' type is checked for above.
4923   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) >
4924       getTypeSizeInBits(FoundLHS->getType())) {
4925     if (CmpInst::isSigned(Pred)) {
4926       FoundLHS = getSignExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
4927       FoundRHS = getSignExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
4928     } else {
4929       FoundLHS = getZeroExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
4930       FoundRHS = getZeroExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
4931     }
4932   }
4933
4934   // Canonicalize the query to match the way instcombine will have
4935   // canonicalized the comparison.
4936   // First, put a constant operand on the right.
4937   if (isa<SCEVConstant>(LHS)) {
4938     std::swap(LHS, RHS);
4939     Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4940   }
4941   // Then, canonicalize comparisons with boundary cases.
4942   if (const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
4943     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
4944     switch (Pred) {
4945     default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
4946     case ICmpInst::ICMP_EQ:
4947     case ICmpInst::ICMP_NE:
4948       break;
4949     case ICmpInst::ICMP_UGE:
4950       if ((RA - 1).isMinValue()) {
4951         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4952         RHS = getConstant(RA - 1);
4953         break;
4954       }
4955       if (RA.isMaxValue()) {
4956         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4957         break;
4958       }
4959       if (RA.isMinValue()) return true;
4960       break;
4961     case ICmpInst::ICMP_ULE:
4962       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
4963         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4964         RHS = getConstant(RA + 1);
4965         break;
4966       }
4967       if (RA.isMinValue()) {
4968         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4969         break;
4970       }
4971       if (RA.isMaxValue()) return true;
4972       break;
4973     case ICmpInst::ICMP_SGE:
4974       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
4975         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4976         RHS = getConstant(RA - 1);
4977         break;
4978       }
4979       if (RA.isMaxSignedValue()) {
4980         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4981         break;
4982       }
4983       if (RA.isMinSignedValue()) return true;
4984       break;
4985     case ICmpInst::ICMP_SLE:
4986       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
4987         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4988         RHS = getConstant(RA + 1);
4989         break;
4990       }
4991       if (RA.isMinSignedValue()) {
4992         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4993         break;
4994       }
4995       if (RA.isMaxSignedValue()) return true;
4996       break;
4997     case ICmpInst::ICMP_UGT:
4998       if (RA.isMinValue()) {
4999         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5000         break;
5001       }
5002       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
5003         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5004         RHS = getConstant(RA + 1);
5005         break;
5006       }
5007       if (RA.isMaxValue()) return false;
5008       break;
5009     case ICmpInst::ICMP_ULT:
5010       if (RA.isMaxValue()) {
5011         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5012         break;
5013       }
5014       if ((RA - 1).isMinValue()) {
5015         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5016         RHS = getConstant(RA - 1);
5017         break;
5018       }
5019       if (RA.isMinValue()) return false;
5020       break;
5021     case ICmpInst::ICMP_SGT:
5022       if (RA.isMinSignedValue()) {
5023         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5024         break;
5025       }
5026       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
5027         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5028         RHS = getConstant(RA + 1);
5029         break;
5030       }
5031       if (RA.isMaxSignedValue()) return false;
5032       break;
5033     case ICmpInst::ICMP_SLT:
5034       if (RA.isMaxSignedValue()) {
5035         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5036         break;
5037       }
5038       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
5039        Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5040        RHS = getConstant(RA - 1);
5041        break;
5042       }
5043       if (RA.isMinSignedValue()) return false;
5044       break;
5045     }
5046   }
5047
5048   // Check to see if we can make the LHS or RHS match.
5049   if (LHS == FoundRHS || RHS == FoundLHS) {
5050     if (isa<SCEVConstant>(RHS)) {
5051       std::swap(FoundLHS, FoundRHS);
5052       FoundPred = ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred);
5053     } else {
5054       std::swap(LHS, RHS);
5055       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
5056     }
5057   }
5058
5059   // Check whether the found predicate is the same as the desired predicate.
5060   if (FoundPred == Pred)
5061     return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS);
5062
5063   // Check whether swapping the found predicate makes it the same as the
5064   // desired predicate.
5065   if (ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred) == Pred) {
5066     if (isa<SCEVConstant>(RHS))
5067       return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundRHS, FoundLHS);
5068     else
5069       return isImpliedCondOperands(ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred),
5070                                    RHS, LHS, FoundLHS, FoundRHS);
5071   }
5072
5073   // Check whether the actual condition is beyond sufficient.
5074   if (FoundPred == ICmpInst::ICMP_EQ)
5075     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
5076       if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
5077         return true;
5078   if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
5079     if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(FoundPred))
5080       if (isImpliedCondOperands(FoundPred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
5081         return true;
5082
5083   // Otherwise assume the worst.
5084   return false;
5085 }
5086
5087 /// isImpliedCondOperands - Test whether the condition described by Pred,
5088 /// LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred, FoundLHS,
5089 /// and FoundRHS is true.
5090 bool ScalarEvolution::isImpliedCondOperands(ICmpInst::Predicate Pred,
5091                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5092                                             const SCEV *FoundLHS,
5093                                             const SCEV *FoundRHS) {
5094   return isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
5095                                      FoundLHS, FoundRHS) ||
5096          // ~x < ~y --> x > y
5097          isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
5098                                      getNotSCEV(FoundRHS),
5099                                      getNotSCEV(FoundLHS));
5100 }
5101
5102 /// isImpliedCondOperandsHelper - Test whether the condition described by
5103 /// Pred, LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred,
5104 /// FoundLHS, and FoundRHS is true.
5105 bool
5106 ScalarEvolution::isImpliedCondOperandsHelper(ICmpInst::Predicate Pred,
5107                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5108                                              const SCEV *FoundLHS,
5109                                              const SCEV *FoundRHS) {
5110   switch (Pred) {
5111   default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
5112   case ICmpInst::ICMP_EQ:
5113   case ICmpInst::ICMP_NE:
5114     if (HasSameValue(LHS, FoundLHS) && HasSameValue(RHS, FoundRHS))
5115       return true;
5116     break;
5117   case ICmpInst::ICMP_SLT:
5118   case ICmpInst::ICMP_SLE:
5119     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SLE, LHS, FoundLHS) &&
5120         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SGE, RHS, FoundRHS))
5121       return true;
5122     break;
5123   case ICmpInst::ICMP_SGT:
5124   case ICmpInst::ICMP_SGE:
5125     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SGE, LHS, FoundLHS) &&
5126         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SLE, RHS, FoundRHS))
5127       return true;
5128     break;
5129   case ICmpInst::ICMP_ULT:
5130   case ICmpInst::ICMP_ULE:
5131     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_ULE, LHS, FoundLHS) &&
5132         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_UGE, RHS, FoundRHS))
5133       return true;
5134     break;
5135   case ICmpInst::ICMP_UGT:
5136   case ICmpInst::ICMP_UGE:
5137     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_UGE, LHS, FoundLHS) &&
5138         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_ULE, RHS, FoundRHS))
5139       return true;
5140     break;
5141   }
5142
5143   return false;
5144 }
5145
5146 /// getBECount - Subtract the end and start values and divide by the step,
5147 /// rounding up, to get the number of times the backedge is executed. Return
5148 /// CouldNotCompute if an intermediate computation overflows.
5149 const SCEV *ScalarEvolution::getBECount(const SCEV *Start,
5150                                         const SCEV *End,
5151                                         const SCEV *Step,
5152                                         bool NoWrap) {
5153   assert(!isKnownNegative(Step) &&
5154          "This code doesn't handle negative strides yet!");
5155
5156   const Type *Ty = Start->getType();
5157   const SCEV *NegOne = getIntegerSCEV(-1, Ty);
5158   const SCEV *Diff = getMinusSCEV(End, Start);
5159   const SCEV *RoundUp = getAddExpr(Step, NegOne);
5160
5161   // Add an adjustment to the difference between End and Start so that
5162   // the division will effectively round up.
5163   const SCEV *Add = getAddExpr(Diff, RoundUp);
5164
5165   if (!NoWrap) {
5166     // Check Add for unsigned overflow.
5167     // TODO: More sophisticated things could be done here.
5168     const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(),
5169                                           getTypeSizeInBits(Ty) + 1);
5170     const SCEV *EDiff = getZeroExtendExpr(Diff, WideTy);
5171     const SCEV *ERoundUp = getZeroExtendExpr(RoundUp, WideTy);
5172     const SCEV *OperandExtendedAdd = getAddExpr(EDiff, ERoundUp);
5173     if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) != OperandExtendedAdd)
5174       return getCouldNotCompute();
5175   }
5176
5177   return getUDivExpr(Add, Step);
5178 }
5179
5180 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
5181 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
5182 /// CouldNotCompute.
5183 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
5184 ScalarEvolution::HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5185                                   const Loop *L, bool isSigned) {
5186   // Only handle:  "ADDREC < LoopInvariant".
5187   if (!RHS->isLoopInvariant(L)) return getCouldNotCompute();
5188
5189   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
5190   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
5191     return getCouldNotCompute();
5192
5193   // Check to see if we have a flag which makes analysis easy.
5194   bool NoWrap = isSigned ? AddRec->hasNoSignedWrap() :
5195                            AddRec->hasNoUnsignedWrap();
5196
5197   if (AddRec->isAffine()) {
5198     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AddRec->getType());
5199     const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
5200
5201     if (Step->isZero())
5202       return getCouldNotCompute();
5203     if (Step->isOne()) {
5204       // With unit stride, the iteration never steps past the limit value.
5205     } else if (isKnownPositive(Step)) {
5206       // Test whether a positive iteration can step past the limit
5207       // value and past the maximum value for its type in a single step.
5208       // Note that it's not sufficient to check NoWrap here, because even
5209       // though the value after a wrap is undefined, it's not undefined
5210       // behavior, so if wrap does occur, the loop could either terminate or
5211       // loop infinitely, but in either case, the loop is guaranteed to
5212       // iterate at least until the iteration where the wrapping occurs.
5213       const SCEV *One = getIntegerSCEV(1, Step->getType());
5214       if (isSigned) {
5215         APInt Max = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
5216         if ((Max - getSignedRange(getMinusSCEV(Step, One)).getSignedMax())
5217               .slt(getSignedRange(RHS).getSignedMax()))
5218           return getCouldNotCompute();
5219       } else {
5220         APInt Max = APInt::getMaxValue(BitWidth);
5221         if ((Max - getUnsignedRange(getMinusSCEV(Step, One)).getUnsignedMax())
5222               .ult(getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax()))
5223           return getCouldNotCompute();
5224       }
5225     } else
5226       // TODO: Handle negative strides here and below.
5227       return getCouldNotCompute();
5228
5229     // We know the LHS is of the form {n,+,s} and the RHS is some loop-invariant
5230     // m.  So, we count the number of iterations in which {n,+,s} < m is true.
5231     // Note that we cannot simply return max(m-n,0)/s because it's not safe to
5232     // treat m-n as signed nor unsigned due to overflow possibility.
5233
5234     // First, we get the value of the LHS in the first iteration: n
5235     const SCEV *Start = AddRec->getOperand(0);
5236
5237     // Determine the minimum constant start value.
5238     const SCEV *MinStart = getConstant(isSigned ?
5239       getSignedRange(Start).getSignedMin() :
5240       getUnsignedRange(Start).getUnsignedMin());
5241
5242     // If we know that the condition is true in order to enter the loop,
5243     // then we know that it will run exactly (m-n)/s times. Otherwise, we
5244     // only know that it will execute (max(m,n)-n)/s times. In both cases,
5245     // the division must round up.
5246     const SCEV *End = RHS;
5247     if (!isLoopEntryGuardedByCond(L,
5248                                   isSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT :
5249                                              ICmpInst::ICMP_ULT,
5250                                   getMinusSCEV(Start, Step), RHS))
5251       End = isSigned ? getSMaxExpr(RHS, Start)
5252                      : getUMaxExpr(RHS, Start);
5253
5254     // Determine the maximum constant end value.
5255     const SCEV *MaxEnd = getConstant(isSigned ?
5256       getSignedRange(End).getSignedMax() :
5257       getUnsignedRange(End).getUnsignedMax());
5258
5259     // If MaxEnd is within a step of the maximum integer value in its type,
5260     // adjust it down to the minimum value which would produce the same effect.
5261     // This allows the subsequent ceiling division of (N+(step-1))/step to
5262     // compute the correct value.
5263     const SCEV *StepMinusOne = getMinusSCEV(Step,
5264                                             getIntegerSCEV(1, Step->getType()));
5265     MaxEnd = isSigned ?
5266       getSMinExpr(MaxEnd,
5267                   getMinusSCEV(getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth)),
5268                                StepMinusOne)) :
5269       getUMinExpr(MaxEnd,
5270                   getMinusSCEV(getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth)),
5271                                StepMinusOne));
5272
5273     // Finally, we subtract these two values and divide, rounding up, to get
5274     // the number of times the backedge is executed.
5275     const SCEV *BECount = getBECount(Start, End, Step, NoWrap);
5276
5277     // The maximum backedge count is similar, except using the minimum start
5278     // value and the maximum end value.
5279     const SCEV *MaxBECount = getBECount(MinStart, MaxEnd, Step, NoWrap);
5280
5281     return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
5282   }
5283
5284   return getCouldNotCompute();
5285 }
5286
5287 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
5288 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
5289 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
5290 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
5291 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
5292 const SCEV *SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
5293                                                     ScalarEvolution &SE) const {
5294   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
5295     return SE.getCouldNotCompute();
5296
5297   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
5298   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
5299     if (!SC->getValue()->isZero()) {
5300       SmallVector<const SCEV *, 4> Operands(op_begin(), op_end());
5301       Operands[0] = SE.getIntegerSCEV(0, SC->getType());
5302       const SCEV *Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop());
5303       if (const SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec =
5304             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
5305         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
5306                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
5307       // This is strange and shouldn't happen.
5308       return SE.getCouldNotCompute();
5309     }
5310
5311   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
5312   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
5313   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
5314     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
5315       return SE.getCouldNotCompute();
5316
5317
5318   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
5319   // that the start element is zero.
5320
5321   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
5322   // iteration exits.
5323   unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(getType());
5324   if (!Range.contains(APInt(BitWidth, 0)))
5325     return SE.getIntegerSCEV(0, getType());
5326
5327   if (isAffine()) {
5328     // If this is an affine expression then we have this situation:
5329     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
5330
5331     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
5332     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
5333     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
5334     // value.  Also note that we already checked for a full range.
5335     APInt One(BitWidth,1);
5336     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
5337     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
5338
5339     // The exit value should be (End+A)/A.
5340     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
5341     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal);
5342
5343     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
5344     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
5345     // things must have happened.
5346     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
5347     if (Range.contains(Val->getValue()))
5348       return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5349
5350     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
5351     assert(Range.contains(
5352            EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
5353            ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
5354            "Linear scev computation is off in a bad way!");
5355     return SE.getConstant(ExitValue);
5356   } else if (isQuadratic()) {
5357     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
5358     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
5359     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
5360     // Range.getUpper() is crossed.
5361     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(op_begin(), op_end());
5362     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
5363     const SCEV *NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop());
5364
5365     // Next, solve the constructed addrec
5366     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots =
5367       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
5368     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
5369     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
5370     if (R1) {
5371       // Pick the smallest positive root value.
5372       if (ConstantInt *CB =
5373           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
5374                          R1->getValue(), R2->getValue()))) {
5375         if (CB->getZExtValue() == false)
5376           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
5377
5378         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
5379         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
5380         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
5381         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
5382                                                              R1->getValue(),
5383                                                              SE);
5384         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
5385           // The next iteration must be out of the range...
5386           ConstantInt *NextVal =
5387                 ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()+1);
5388
5389           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
5390           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
5391             return SE.getConstant(NextVal);
5392           return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5393         }
5394
5395         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
5396         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
5397         ConstantInt *NextVal =
5398                ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()-1);
5399         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
5400         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
5401           return R1;
5402         return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5403       }
5404     }
5405   }
5406
5407   return SE.getCouldNotCompute();
5408 }
5409
5410
5411
5412 //===----------------------------------------------------------------------===//
5413 //                   SCEVCallbackVH Class Implementation
5414 //===----------------------------------------------------------------------===//
5415
5416 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::deleted() {
5417   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
5418   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(getValPtr()))
5419     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5420   SE->Scalars.erase(getValPtr());
5421   // this now dangles!
5422 }
5423
5424 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::allUsesReplacedWith(Value *) {
5425   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
5426
5427   // Forget all the expressions associated with users of the old value,
5428   // so that future queries will recompute the expressions using the new
5429   // value.
5430   SmallVector<User *, 16> Worklist;
5431   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
5432   Value *Old = getValPtr();
5433   bool DeleteOld = false;
5434   for (Value::use_iterator UI = Old->use_begin(), UE = Old->use_end();
5435        UI != UE; ++UI)
5436     Worklist.push_back(*UI);
5437   while (!Worklist.empty()) {
5438     User *U = Worklist.pop_back_val();
5439     // Deleting the Old value will cause this to dangle. Postpone
5440     // that until everything else is done.
5441     if (U == Old) {
5442       DeleteOld = true;
5443       continue;
5444     }
5445     if (!Visited.insert(U))
5446       continue;
5447     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U))
5448       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5449     SE->Scalars.erase(U);
5450     for (Value::use_iterator UI = U->use_begin(), UE = U->use_end();
5451          UI != UE; ++UI)
5452       Worklist.push_back(*UI);
5453   }
5454   // Delete the Old value if it (indirectly) references itself.
5455   if (DeleteOld) {
5456     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Old))
5457       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5458     SE->Scalars.erase(Old);
5459     // this now dangles!
5460   }
5461   // this may dangle!
5462 }
5463
5464 ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *se)
5465   : CallbackVH(V), SE(se) {}
5466
5467 //===----------------------------------------------------------------------===//
5468 //                   ScalarEvolution Class Implementation
5469 //===----------------------------------------------------------------------===//
5470
5471 ScalarEvolution::ScalarEvolution()
5472   : FunctionPass(&ID) {
5473 }
5474
5475 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
5476   this->F = &F;
5477   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
5478   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
5479   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
5480   return false;
5481 }
5482
5483 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
5484   Scalars.clear();
5485   BackedgeTakenCounts.clear();
5486   ConstantEvolutionLoopExitValue.clear();
5487   ValuesAtScopes.clear();
5488   UniqueSCEVs.clear();
5489   SCEVAllocator.Reset();
5490 }
5491
5492 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
5493   AU.setPreservesAll();
5494   AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
5495   AU.addRequiredTransitive<DominatorTree>();
5496 }
5497
5498 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
5499   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getBackedgeTakenCount(L));
5500 }
5501
5502 static void PrintLoopInfo(raw_ostream &OS, ScalarEvolution *SE,
5503                           const Loop *L) {
5504   // Print all inner loops first
5505   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
5506     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
5507
5508   OS << "Loop ";
5509   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
5510   OS << ": ";
5511
5512   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
5513   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
5514   if (ExitBlocks.size() != 1)
5515     OS << "<multiple exits> ";
5516
5517   if (SE->hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(L)) {
5518     OS << "backedge-taken count is " << *SE->getBackedgeTakenCount(L);
5519   } else {
5520     OS << "Unpredictable backedge-taken count. ";
5521   }
5522
5523   OS << "\n"
5524         "Loop ";
5525   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
5526   OS << ": ";
5527
5528   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(SE->getMaxBackedgeTakenCount(L))) {
5529     OS << "max backedge-taken count is " << *SE->getMaxBackedgeTakenCount(L);
5530   } else {
5531     OS << "Unpredictable max backedge-taken count. ";
5532   }
5533
5534   OS << "\n";
5535 }
5536
5537 void ScalarEvolution::print(raw_ostream &OS, const Module *) const {
5538   // ScalarEvolution's implementation of the print method is to print
5539   // out SCEV values of all instructions that are interesting. Doing
5540   // this potentially causes it to create new SCEV objects though,
5541   // which technically conflicts with the const qualifier. This isn't
5542   // observable from outside the class though, so casting away the
5543   // const isn't dangerous.
5544   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
5545
5546   OS << "Classifying expressions for: ";
5547   WriteAsOperand(OS, F, /*PrintType=*/false);
5548   OS << "\n";
5549   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
5550     if (isSCEVable(I->getType())) {
5551       OS << *I << '\n';
5552       OS << "  -->  ";
5553       const SCEV *SV = SE.getSCEV(&*I);
5554       SV->print(OS);
5555
5556       const Loop *L = LI->getLoopFor((*I).getParent());
5557
5558       const SCEV *AtUse = SE.getSCEVAtScope(SV, L);
5559       if (AtUse != SV) {
5560         OS << "  -->  ";
5561         AtUse->print(OS);
5562       }
5563
5564       if (L) {
5565         OS << "\t\t" "Exits: ";
5566         const SCEV *ExitValue = SE.getSCEVAtScope(SV, L->getParentLoop());
5567         if (!ExitValue->isLoopInvariant(L)) {
5568           OS << "<<Unknown>>";
5569         } else {
5570           OS << *ExitValue;
5571         }
5572       }
5573
5574       OS << "\n";
5575     }
5576
5577   OS << "Determining loop execution counts for: ";
5578   WriteAsOperand(OS, F, /*PrintType=*/false);
5579   OS << "\n";
5580   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
5581     PrintLoopInfo(OS, &SE, *I);
5582 }
5583