Fix PR1798 - an error in the evaluation of SCEVAddRecExpr at an
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolution.cpp
1 //===- ScalarEvolution.cpp - Scalar Evolution Analysis ----------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains the implementation of the scalar evolution analysis
11 // engine, which is used primarily to analyze expressions involving induction
12 // variables in loops.
13 //
14 // There are several aspects to this library.  First is the representation of
15 // scalar expressions, which are represented as subclasses of the SCEV class.
16 // These classes are used to represent certain types of subexpressions that we
17 // can handle.  These classes are reference counted, managed by the SCEVHandle
18 // class.  We only create one SCEV of a particular shape, so pointer-comparisons
19 // for equality are legal.
20 //
21 // One important aspect of the SCEV objects is that they are never cyclic, even
22 // if there is a cycle in the dataflow for an expression (ie, a PHI node).  If
23 // the PHI node is one of the idioms that we can represent (e.g., a polynomial
24 // recurrence) then we represent it directly as a recurrence node, otherwise we
25 // represent it as a SCEVUnknown node.
26 //
27 // In addition to being able to represent expressions of various types, we also
28 // have folders that are used to build the *canonical* representation for a
29 // particular expression.  These folders are capable of using a variety of
30 // rewrite rules to simplify the expressions.
31 //
32 // Once the folders are defined, we can implement the more interesting
33 // higher-level code, such as the code that recognizes PHI nodes of various
34 // types, computes the execution count of a loop, etc.
35 //
36 // TODO: We should use these routines and value representations to implement
37 // dependence analysis!
38 //
39 //===----------------------------------------------------------------------===//
40 //
41 // There are several good references for the techniques used in this analysis.
42 //
43 //  Chains of recurrences -- a method to expedite the evaluation
44 //  of closed-form functions
45 //  Olaf Bachmann, Paul S. Wang, Eugene V. Zima
46 //
47 //  On computational properties of chains of recurrences
48 //  Eugene V. Zima
49 //
50 //  Symbolic Evaluation of Chains of Recurrences for Loop Optimization
51 //  Robert A. van Engelen
52 //
53 //  Efficient Symbolic Analysis for Optimizing Compilers
54 //  Robert A. van Engelen
55 //
56 //  Using the chains of recurrences algebra for data dependence testing and
57 //  induction variable substitution
58 //  MS Thesis, Johnie Birch
59 //
60 //===----------------------------------------------------------------------===//
61
62 #define DEBUG_TYPE "scalar-evolution"
63 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
64 #include "llvm/Constants.h"
65 #include "llvm/DerivedTypes.h"
66 #include "llvm/GlobalVariable.h"
67 #include "llvm/Instructions.h"
68 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
69 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
70 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
71 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
72 #include "llvm/Support/CFG.h"
73 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
74 #include "llvm/Support/Compiler.h"
75 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
76 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
77 #include "llvm/Support/ManagedStatic.h"
78 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
79 #include "llvm/Support/Streams.h"
80 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
81 #include <ostream>
82 #include <algorithm>
83 #include <cmath>
84 using namespace llvm;
85
86 STATISTIC(NumBruteForceEvaluations,
87           "Number of brute force evaluations needed to "
88           "calculate high-order polynomial exit values");
89 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
90           "Number of trip counts computed with array length");
91 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
92           "Number of loops with predictable loop counts");
93 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
94           "Number of loops without predictable loop counts");
95 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
96           "Number of loops with trip counts computed by force");
97
98 cl::opt<unsigned>
99 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
100                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
101                                  "symbolically execute a constant derived loop"),
102                         cl::init(100));
103
104 namespace {
105   RegisterPass<ScalarEvolution>
106   R("scalar-evolution", "Scalar Evolution Analysis");
107 }
108 char ScalarEvolution::ID = 0;
109
110 //===----------------------------------------------------------------------===//
111 //                           SCEV class definitions
112 //===----------------------------------------------------------------------===//
113
114 //===----------------------------------------------------------------------===//
115 // Implementation of the SCEV class.
116 //
117 SCEV::~SCEV() {}
118 void SCEV::dump() const {
119   print(cerr);
120 }
121
122 /// getValueRange - Return the tightest constant bounds that this value is
123 /// known to have.  This method is only valid on integer SCEV objects.
124 ConstantRange SCEV::getValueRange() const {
125   const Type *Ty = getType();
126   assert(Ty->isInteger() && "Can't get range for a non-integer SCEV!");
127   // Default to a full range if no better information is available.
128   return ConstantRange(getBitWidth());
129 }
130
131 uint32_t SCEV::getBitWidth() const {
132   if (const IntegerType* ITy = dyn_cast<IntegerType>(getType()))
133     return ITy->getBitWidth();
134   return 0;
135 }
136
137
138 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() : SCEV(scCouldNotCompute) {}
139
140 bool SCEVCouldNotCompute::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
141   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
142   return false;
143 }
144
145 const Type *SCEVCouldNotCompute::getType() const {
146   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
147   return 0;
148 }
149
150 bool SCEVCouldNotCompute::hasComputableLoopEvolution(const Loop *L) const {
151   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
152   return false;
153 }
154
155 SCEVHandle SCEVCouldNotCompute::
156 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
157                                   const SCEVHandle &Conc,
158                                   ScalarEvolution &SE) const {
159   return this;
160 }
161
162 void SCEVCouldNotCompute::print(std::ostream &OS) const {
163   OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
164 }
165
166 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
167   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
168 }
169
170
171 // SCEVConstants - Only allow the creation of one SCEVConstant for any
172 // particular value.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will
173 // never be deleted!
174 static ManagedStatic<std::map<ConstantInt*, SCEVConstant*> > SCEVConstants;
175
176
177 SCEVConstant::~SCEVConstant() {
178   SCEVConstants->erase(V);
179 }
180
181 SCEVHandle ScalarEvolution::getConstant(ConstantInt *V) {
182   SCEVConstant *&R = (*SCEVConstants)[V];
183   if (R == 0) R = new SCEVConstant(V);
184   return R;
185 }
186
187 SCEVHandle ScalarEvolution::getConstant(const APInt& Val) {
188   return getConstant(ConstantInt::get(Val));
189 }
190
191 ConstantRange SCEVConstant::getValueRange() const {
192   return ConstantRange(V->getValue());
193 }
194
195 const Type *SCEVConstant::getType() const { return V->getType(); }
196
197 void SCEVConstant::print(std::ostream &OS) const {
198   WriteAsOperand(OS, V, false);
199 }
200
201 // SCEVTruncates - Only allow the creation of one SCEVTruncateExpr for any
202 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will
203 // never be deleted!
204 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, const Type*>, 
205                      SCEVTruncateExpr*> > SCEVTruncates;
206
207 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
208   : SCEV(scTruncate), Op(op), Ty(ty) {
209   assert(Op->getType()->isInteger() && Ty->isInteger() &&
210          "Cannot truncate non-integer value!");
211   assert(Op->getType()->getPrimitiveSizeInBits() > Ty->getPrimitiveSizeInBits()
212          && "This is not a truncating conversion!");
213 }
214
215 SCEVTruncateExpr::~SCEVTruncateExpr() {
216   SCEVTruncates->erase(std::make_pair(Op, Ty));
217 }
218
219 ConstantRange SCEVTruncateExpr::getValueRange() const {
220   return getOperand()->getValueRange().truncate(getBitWidth());
221 }
222
223 void SCEVTruncateExpr::print(std::ostream &OS) const {
224   OS << "(truncate " << *Op << " to " << *Ty << ")";
225 }
226
227 // SCEVZeroExtends - Only allow the creation of one SCEVZeroExtendExpr for any
228 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
229 // be deleted!
230 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, const Type*>,
231                      SCEVZeroExtendExpr*> > SCEVZeroExtends;
232
233 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
234   : SCEV(scZeroExtend), Op(op), Ty(ty) {
235   assert(Op->getType()->isInteger() && Ty->isInteger() &&
236          "Cannot zero extend non-integer value!");
237   assert(Op->getType()->getPrimitiveSizeInBits() < Ty->getPrimitiveSizeInBits()
238          && "This is not an extending conversion!");
239 }
240
241 SCEVZeroExtendExpr::~SCEVZeroExtendExpr() {
242   SCEVZeroExtends->erase(std::make_pair(Op, Ty));
243 }
244
245 ConstantRange SCEVZeroExtendExpr::getValueRange() const {
246   return getOperand()->getValueRange().zeroExtend(getBitWidth());
247 }
248
249 void SCEVZeroExtendExpr::print(std::ostream &OS) const {
250   OS << "(zeroextend " << *Op << " to " << *Ty << ")";
251 }
252
253 // SCEVSignExtends - Only allow the creation of one SCEVSignExtendExpr for any
254 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
255 // be deleted!
256 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, const Type*>,
257                      SCEVSignExtendExpr*> > SCEVSignExtends;
258
259 SCEVSignExtendExpr::SCEVSignExtendExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
260   : SCEV(scSignExtend), Op(op), Ty(ty) {
261   assert(Op->getType()->isInteger() && Ty->isInteger() &&
262          "Cannot sign extend non-integer value!");
263   assert(Op->getType()->getPrimitiveSizeInBits() < Ty->getPrimitiveSizeInBits()
264          && "This is not an extending conversion!");
265 }
266
267 SCEVSignExtendExpr::~SCEVSignExtendExpr() {
268   SCEVSignExtends->erase(std::make_pair(Op, Ty));
269 }
270
271 ConstantRange SCEVSignExtendExpr::getValueRange() const {
272   return getOperand()->getValueRange().signExtend(getBitWidth());
273 }
274
275 void SCEVSignExtendExpr::print(std::ostream &OS) const {
276   OS << "(signextend " << *Op << " to " << *Ty << ")";
277 }
278
279 // SCEVCommExprs - Only allow the creation of one SCEVCommutativeExpr for any
280 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
281 // be deleted!
282 static ManagedStatic<std::map<std::pair<unsigned, std::vector<SCEV*> >,
283                      SCEVCommutativeExpr*> > SCEVCommExprs;
284
285 SCEVCommutativeExpr::~SCEVCommutativeExpr() {
286   SCEVCommExprs->erase(std::make_pair(getSCEVType(),
287                                       std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
288                                                          Operands.end())));
289 }
290
291 void SCEVCommutativeExpr::print(std::ostream &OS) const {
292   assert(Operands.size() > 1 && "This plus expr shouldn't exist!");
293   const char *OpStr = getOperationStr();
294   OS << "(" << *Operands[0];
295   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
296     OS << OpStr << *Operands[i];
297   OS << ")";
298 }
299
300 SCEVHandle SCEVCommutativeExpr::
301 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
302                                   const SCEVHandle &Conc,
303                                   ScalarEvolution &SE) const {
304   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
305     SCEVHandle H =
306       getOperand(i)->replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE);
307     if (H != getOperand(i)) {
308       std::vector<SCEVHandle> NewOps;
309       NewOps.reserve(getNumOperands());
310       for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
311         NewOps.push_back(getOperand(j));
312       NewOps.push_back(H);
313       for (++i; i != e; ++i)
314         NewOps.push_back(getOperand(i)->
315                          replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE));
316
317       if (isa<SCEVAddExpr>(this))
318         return SE.getAddExpr(NewOps);
319       else if (isa<SCEVMulExpr>(this))
320         return SE.getMulExpr(NewOps);
321       else if (isa<SCEVSMaxExpr>(this))
322         return SE.getSMaxExpr(NewOps);
323       else
324         assert(0 && "Unknown commutative expr!");
325     }
326   }
327   return this;
328 }
329
330
331 // SCEVUDivs - Only allow the creation of one SCEVUDivExpr for any particular
332 // input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never be
333 // deleted!
334 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, SCEV*>, 
335                      SCEVUDivExpr*> > SCEVUDivs;
336
337 SCEVUDivExpr::~SCEVUDivExpr() {
338   SCEVUDivs->erase(std::make_pair(LHS, RHS));
339 }
340
341 void SCEVUDivExpr::print(std::ostream &OS) const {
342   OS << "(" << *LHS << " /u " << *RHS << ")";
343 }
344
345 const Type *SCEVUDivExpr::getType() const {
346   return LHS->getType();
347 }
348
349 // SCEVAddRecExprs - Only allow the creation of one SCEVAddRecExpr for any
350 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
351 // be deleted!
352 static ManagedStatic<std::map<std::pair<const Loop *, std::vector<SCEV*> >,
353                      SCEVAddRecExpr*> > SCEVAddRecExprs;
354
355 SCEVAddRecExpr::~SCEVAddRecExpr() {
356   SCEVAddRecExprs->erase(std::make_pair(L,
357                                         std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
358                                                            Operands.end())));
359 }
360
361 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::
362 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
363                                   const SCEVHandle &Conc,
364                                   ScalarEvolution &SE) const {
365   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
366     SCEVHandle H =
367       getOperand(i)->replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE);
368     if (H != getOperand(i)) {
369       std::vector<SCEVHandle> NewOps;
370       NewOps.reserve(getNumOperands());
371       for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
372         NewOps.push_back(getOperand(j));
373       NewOps.push_back(H);
374       for (++i; i != e; ++i)
375         NewOps.push_back(getOperand(i)->
376                          replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE));
377
378       return SE.getAddRecExpr(NewOps, L);
379     }
380   }
381   return this;
382 }
383
384
385 bool SCEVAddRecExpr::isLoopInvariant(const Loop *QueryLoop) const {
386   // This recurrence is invariant w.r.t to QueryLoop iff QueryLoop doesn't
387   // contain L and if the start is invariant.
388   return !QueryLoop->contains(L->getHeader()) &&
389          getOperand(0)->isLoopInvariant(QueryLoop);
390 }
391
392
393 void SCEVAddRecExpr::print(std::ostream &OS) const {
394   OS << "{" << *Operands[0];
395   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
396     OS << ",+," << *Operands[i];
397   OS << "}<" << L->getHeader()->getName() + ">";
398 }
399
400 // SCEVUnknowns - Only allow the creation of one SCEVUnknown for any particular
401 // value.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never be
402 // deleted!
403 static ManagedStatic<std::map<Value*, SCEVUnknown*> > SCEVUnknowns;
404
405 SCEVUnknown::~SCEVUnknown() { SCEVUnknowns->erase(V); }
406
407 bool SCEVUnknown::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
408   // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
409   // invariant if they are not contained in the specified loop.
410   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
411     return !L->contains(I->getParent());
412   return true;
413 }
414
415 const Type *SCEVUnknown::getType() const {
416   return V->getType();
417 }
418
419 void SCEVUnknown::print(std::ostream &OS) const {
420   WriteAsOperand(OS, V, false);
421 }
422
423 //===----------------------------------------------------------------------===//
424 //                               SCEV Utilities
425 //===----------------------------------------------------------------------===//
426
427 namespace {
428   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
429   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
430   /// expressions.
431   struct VISIBILITY_HIDDEN SCEVComplexityCompare {
432     bool operator()(SCEV *LHS, SCEV *RHS) {
433       return LHS->getSCEVType() < RHS->getSCEVType();
434     }
435   };
436 }
437
438 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
439 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
440 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
441 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
442 ///
443 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get determinstic
444 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
445 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
446 /// land in memory.
447 ///
448 static void GroupByComplexity(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
449   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
450   if (Ops.size() == 2) {
451     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
452     // Special case it.
453     if (Ops[0]->getSCEVType() > Ops[1]->getSCEVType())
454       std::swap(Ops[0], Ops[1]);
455     return;
456   }
457
458   // Do the rough sort by complexity.
459   std::sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare());
460
461   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
462   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
463   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
464   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
465   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
466     SCEV *S = Ops[i];
467     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
468
469     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
470     // one, group them.
471     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
472       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
473         // Move it to immediately after i'th element.
474         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
475         ++i;   // no need to rescan it.
476         if (i == e-2) return;  // Done!
477       }
478     }
479   }
480 }
481
482
483
484 //===----------------------------------------------------------------------===//
485 //                      Simple SCEV method implementations
486 //===----------------------------------------------------------------------===//
487
488 /// getIntegerSCEV - Given an integer or FP type, create a constant for the
489 /// specified signed integer value and return a SCEV for the constant.
490 SCEVHandle ScalarEvolution::getIntegerSCEV(int Val, const Type *Ty) {
491   Constant *C;
492   if (Val == 0)
493     C = Constant::getNullValue(Ty);
494   else if (Ty->isFloatingPoint())
495     C = ConstantFP::get(Ty, APFloat(Ty==Type::FloatTy ? APFloat::IEEEsingle : 
496                             APFloat::IEEEdouble, Val));
497   else 
498     C = ConstantInt::get(Ty, Val);
499   return getUnknown(C);
500 }
501
502 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
503 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
504 /// extended.
505 static SCEVHandle getTruncateOrZeroExtend(const SCEVHandle &V, const Type *Ty,
506                                           ScalarEvolution &SE) {
507   const Type *SrcTy = V->getType();
508   assert(SrcTy->isInteger() && Ty->isInteger() &&
509          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
510   if (SrcTy->getPrimitiveSizeInBits() == Ty->getPrimitiveSizeInBits())
511     return V;  // No conversion
512   if (SrcTy->getPrimitiveSizeInBits() > Ty->getPrimitiveSizeInBits())
513     return SE.getTruncateExpr(V, Ty);
514   return SE.getZeroExtendExpr(V, Ty);
515 }
516
517 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
518 ///
519 SCEVHandle ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEVHandle &V) {
520   if (SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
521     return getUnknown(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue()));
522
523   return getMulExpr(V, getIntegerSCEV(-1, V->getType()));
524 }
525
526 /// getMinusSCEV - Return a SCEV corresponding to LHS - RHS.
527 ///
528 SCEVHandle ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEVHandle &LHS,
529                                          const SCEVHandle &RHS) {
530   // X - Y --> X + -Y
531   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS));
532 }
533
534
535 /// BinomialCoefficient - Compute BC(It, K).  The result is of the same type as
536 /// It.  Assume, K > 0.
537 static SCEVHandle BinomialCoefficient(SCEVHandle It, unsigned K,
538                                       ScalarEvolution &SE) {
539   // We are using the following formula for BC(It, K):
540   //
541   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / K!
542   //
543   // Suppose, W is the bitwidth of It (and of the return value as well).  We
544   // must be prepared for overflow.  Hence, we must assure that the result of
545   // our computation is equal to the accurate one modulo 2^W.  Unfortunately,
546   // division isn't safe in modular arithmetic.  This means we must perform the
547   // whole computation accurately and then truncate the result to W bits.
548   //
549   // The dividend of the formula is a multiplication of K integers of bitwidth
550   // W.  K*W bits suffice to compute it accurately.
551   //
552   // FIXME: We assume the divisor can be accurately computed using 16-bit
553   // unsigned integer type. It is true up to K = 8 (AddRecs of length 9). In
554   // future we may use APInt to use the minimum number of bits necessary to
555   // compute it accurately.
556   //
557   // It is safe to use unsigned division here: the dividend is nonnegative and
558   // the divisor is positive.
559
560   // Handle the simplest case efficiently.
561   if (K == 1)
562     return It;
563
564   assert(K < 9 && "We cannot handle such long AddRecs yet.");
565   
566   // FIXME: A temporary hack to remove in future.  Arbitrary precision integers
567   // aren't supported by the code generator yet.  For the dividend, the bitwidth
568   // we use is the smallest power of 2 greater or equal to K*W and less or equal
569   // to 64.  Note that setting the upper bound for bitwidth may still lead to
570   // miscompilation in some cases.
571   unsigned DividendBits = 1U << Log2_32_Ceil(K * It->getBitWidth());
572   if (DividendBits > 64)
573     DividendBits = 64;
574 #if 0 // Waiting for the APInt support in the code generator...
575   unsigned DividendBits = K * It->getBitWidth();
576 #endif
577
578   const IntegerType *DividendTy = IntegerType::get(DividendBits);
579   const SCEVHandle ExIt = SE.getZeroExtendExpr(It, DividendTy);
580
581   // The final number of bits we need to perform the division is the maximum of
582   // dividend and divisor bitwidths.
583   const IntegerType *DivisionTy =
584     IntegerType::get(std::max(DividendBits, 16U));
585
586   // Compute K!  We know K >= 2 here.
587   unsigned F = 2;
588   for (unsigned i = 3; i <= K; ++i)
589     F *= i;
590   APInt Divisor(DivisionTy->getBitWidth(), F);
591
592   // Handle this case efficiently, it is common to have constant iteration
593   // counts while computing loop exit values.
594   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(ExIt)) {
595     const APInt& N = SC->getValue()->getValue();
596     APInt Dividend(N.getBitWidth(), 1);
597     for (; K; --K)
598       Dividend *= N-(K-1);
599     if (DividendTy != DivisionTy)
600       Dividend = Dividend.zext(DivisionTy->getBitWidth());
601     return SE.getConstant(Dividend.udiv(Divisor).trunc(It->getBitWidth()));
602   }
603   
604   SCEVHandle Dividend = ExIt;
605   for (unsigned i = 1; i != K; ++i)
606     Dividend =
607       SE.getMulExpr(Dividend,
608                     SE.getMinusSCEV(ExIt, SE.getIntegerSCEV(i, DividendTy)));
609   if (DividendTy != DivisionTy)
610     Dividend = SE.getZeroExtendExpr(Dividend, DivisionTy);
611   return
612     SE.getTruncateExpr(SE.getUDivExpr(Dividend, SE.getConstant(Divisor)),
613                        It->getType());
614 }
615
616 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
617 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
618 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
619 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
620 ///
621 ///   A*BC(It, 0) + B*BC(It, 1) + C*BC(It, 2) + D*BC(It, 3)
622 ///
623 /// where BC(It, k) stands for binomial coefficient.
624 ///
625 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(SCEVHandle It,
626                                                ScalarEvolution &SE) const {
627   SCEVHandle Result = getStart();
628   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
629     // The computation is correct in the face of overflow provided that the
630     // multiplication is performed _after_ the evaluation of the binomial
631     // coefficient.
632     SCEVHandle Val = SE.getMulExpr(getOperand(i),
633                                    BinomialCoefficient(It, i, SE));
634     Result = SE.getAddExpr(Result, Val);
635   }
636   return Result;
637 }
638
639 //===----------------------------------------------------------------------===//
640 //                    SCEV Expression folder implementations
641 //===----------------------------------------------------------------------===//
642
643 SCEVHandle ScalarEvolution::getTruncateExpr(const SCEVHandle &Op, const Type *Ty) {
644   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
645     return getUnknown(
646         ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(), Ty));
647
648   // If the input value is a chrec scev made out of constants, truncate
649   // all of the constants.
650   if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
651     std::vector<SCEVHandle> Operands;
652     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
653       // FIXME: This should allow truncation of other expression types!
654       if (isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(i)))
655         Operands.push_back(getTruncateExpr(AddRec->getOperand(i), Ty));
656       else
657         break;
658     if (Operands.size() == AddRec->getNumOperands())
659       return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop());
660   }
661
662   SCEVTruncateExpr *&Result = (*SCEVTruncates)[std::make_pair(Op, Ty)];
663   if (Result == 0) Result = new SCEVTruncateExpr(Op, Ty);
664   return Result;
665 }
666
667 SCEVHandle ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEVHandle &Op, const Type *Ty) {
668   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
669     return getUnknown(
670         ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(), Ty));
671
672   // FIXME: If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
673   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
674   // operands (often constants).  This would allow analysis of something like
675   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
676
677   SCEVZeroExtendExpr *&Result = (*SCEVZeroExtends)[std::make_pair(Op, Ty)];
678   if (Result == 0) Result = new SCEVZeroExtendExpr(Op, Ty);
679   return Result;
680 }
681
682 SCEVHandle ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEVHandle &Op, const Type *Ty) {
683   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
684     return getUnknown(
685         ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(), Ty));
686
687   // FIXME: If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
688   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
689   // operands (often constants).  This would allow analysis of something like
690   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
691
692   SCEVSignExtendExpr *&Result = (*SCEVSignExtends)[std::make_pair(Op, Ty)];
693   if (Result == 0) Result = new SCEVSignExtendExpr(Op, Ty);
694   return Result;
695 }
696
697 // get - Get a canonical add expression, or something simpler if possible.
698 SCEVHandle ScalarEvolution::getAddExpr(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
699   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
700   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
701
702   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
703   GroupByComplexity(Ops);
704
705   // If there are any constants, fold them together.
706   unsigned Idx = 0;
707   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
708     ++Idx;
709     assert(Idx < Ops.size());
710     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
711       // We found two constants, fold them together!
712       Constant *Fold = ConstantInt::get(LHSC->getValue()->getValue() + 
713                                         RHSC->getValue()->getValue());
714       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Fold)) {
715         Ops[0] = getConstant(CI);
716         Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
717         if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
718         LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
719       } else {
720         // If we couldn't fold the expression, move to the next constant.  Note
721         // that this is impossible to happen in practice because we always
722         // constant fold constant ints to constant ints.
723         ++Idx;
724       }
725     }
726
727     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
728     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
729       Ops.erase(Ops.begin());
730       --Idx;
731     }
732   }
733
734   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
735
736   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
737   // so, merge them together into an multiply expression.  Since we sorted the
738   // list, these values are required to be adjacent.
739   const Type *Ty = Ops[0]->getType();
740   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
741     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
742       // Found a match, merge the two values into a multiply, and add any
743       // remaining values to the result.
744       SCEVHandle Two = getIntegerSCEV(2, Ty);
745       SCEVHandle Mul = getMulExpr(Ops[i], Two);
746       if (Ops.size() == 2)
747         return Mul;
748       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
749       Ops.push_back(Mul);
750       return getAddExpr(Ops);
751     }
752
753   // Now we know the first non-constant operand.  Skip past any cast SCEVs.
754   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
755     ++Idx;
756
757   // If there are add operands they would be next.
758   if (Idx < Ops.size()) {
759     bool DeletedAdd = false;
760     while (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
761       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
762       // list.
763       Ops.insert(Ops.end(), Add->op_begin(), Add->op_end());
764       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
765       DeletedAdd = true;
766     }
767
768     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
769     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
770     // any operands we just aquired.
771     if (DeletedAdd)
772       return getAddExpr(Ops);
773   }
774
775   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
776   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
777     ++Idx;
778
779   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
780   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
781   // the multiply.
782   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
783     SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
784     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
785       SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
786       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
787         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp] && !isa<SCEVConstant>(MulOpSCEV)) {
788           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
789           SCEVHandle InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
790           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
791             // If the multiply has more than two operands, we must get the
792             // Y*Z term.
793             std::vector<SCEVHandle> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
794             MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
795             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
796           }
797           SCEVHandle One = getIntegerSCEV(1, Ty);
798           SCEVHandle AddOne = getAddExpr(InnerMul, One);
799           SCEVHandle OuterMul = getMulExpr(AddOne, Ops[AddOp]);
800           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
801           if (AddOp < Idx) {
802             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
803             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
804           } else {
805             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
806             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
807           }
808           Ops.push_back(OuterMul);
809           return getAddExpr(Ops);
810         }
811
812       // Check this multiply against other multiplies being added together.
813       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
814            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
815            ++OtherMulIdx) {
816         SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
817         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
818         // together.
819         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
820              OMulOp != e; ++OMulOp)
821           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
822             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
823             SCEVHandle InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
824             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
825               std::vector<SCEVHandle> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
826               MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
827               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
828             }
829             SCEVHandle InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
830             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
831               std::vector<SCEVHandle> MulOps(OtherMul->op_begin(),
832                                              OtherMul->op_end());
833               MulOps.erase(MulOps.begin()+OMulOp);
834               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
835             }
836             SCEVHandle InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
837             SCEVHandle OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
838             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
839             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
840             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
841             Ops.push_back(OuterMul);
842             return getAddExpr(Ops);
843           }
844       }
845     }
846   }
847
848   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
849   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
850   // recurrence.
851   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
852     ++Idx;
853
854   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
855   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
856     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
857     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
858     std::vector<SCEVHandle> LIOps;
859     SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
860     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
861       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
862         LIOps.push_back(Ops[i]);
863         Ops.erase(Ops.begin()+i);
864         --i; --e;
865       }
866
867     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
868     if (!LIOps.empty()) {
869       //  NLI + LI + { Start,+,Step}  -->  NLI + { LI+Start,+,Step }
870       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
871
872       std::vector<SCEVHandle> AddRecOps(AddRec->op_begin(), AddRec->op_end());
873       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
874
875       SCEVHandle NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRec->getLoop());
876       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
877       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
878
879       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-liv parts.
880       for (unsigned i = 0;; ++i)
881         if (Ops[i] == AddRec) {
882           Ops[i] = NewRec;
883           break;
884         }
885       return getAddExpr(Ops);
886     }
887
888     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
889     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
890     // added together.  If so, we can fold them.
891     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
892          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
893       if (OtherIdx != Idx) {
894         SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
895         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
896           // Other + {A,+,B} + {C,+,D}  -->  Other + {A+C,+,B+D}
897           std::vector<SCEVHandle> NewOps(AddRec->op_begin(), AddRec->op_end());
898           for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
899             if (i >= NewOps.size()) {
900               NewOps.insert(NewOps.end(), OtherAddRec->op_begin()+i,
901                             OtherAddRec->op_end());
902               break;
903             }
904             NewOps[i] = getAddExpr(NewOps[i], OtherAddRec->getOperand(i));
905           }
906           SCEVHandle NewAddRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop());
907
908           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
909
910           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
911           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
912           Ops.push_back(NewAddRec);
913           return getAddExpr(Ops);
914         }
915       }
916
917     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
918     // next one.
919   }
920
921   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
922   // already have one, otherwise create a new one.
923   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
924   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scAddExpr,
925                                                                  SCEVOps)];
926   if (Result == 0) Result = new SCEVAddExpr(Ops);
927   return Result;
928 }
929
930
931 SCEVHandle ScalarEvolution::getMulExpr(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
932   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
933
934   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
935   GroupByComplexity(Ops);
936
937   // If there are any constants, fold them together.
938   unsigned Idx = 0;
939   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
940
941     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
942     if (Ops.size() == 2)
943       if (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
944         if (Add->getNumOperands() == 2 &&
945             isa<SCEVConstant>(Add->getOperand(0)))
946           return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
947                             getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
948
949
950     ++Idx;
951     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
952       // We found two constants, fold them together!
953       Constant *Fold = ConstantInt::get(LHSC->getValue()->getValue() * 
954                                         RHSC->getValue()->getValue());
955       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Fold)) {
956         Ops[0] = getConstant(CI);
957         Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
958         if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
959         LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
960       } else {
961         // If we couldn't fold the expression, move to the next constant.  Note
962         // that this is impossible to happen in practice because we always
963         // constant fold constant ints to constant ints.
964         ++Idx;
965       }
966     }
967
968     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
969     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
970       Ops.erase(Ops.begin());
971       --Idx;
972     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
973       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
974       return Ops[0];
975     }
976   }
977
978   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
979   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
980     ++Idx;
981
982   if (Ops.size() == 1)
983     return Ops[0];
984
985   // If there are mul operands inline them all into this expression.
986   if (Idx < Ops.size()) {
987     bool DeletedMul = false;
988     while (SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
989       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
990       // list.
991       Ops.insert(Ops.end(), Mul->op_begin(), Mul->op_end());
992       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
993       DeletedMul = true;
994     }
995
996     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
997     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
998     // any operands we just aquired.
999     if (DeletedMul)
1000       return getMulExpr(Ops);
1001   }
1002
1003   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1004   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1005   // recurrence.
1006   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1007     ++Idx;
1008
1009   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1010   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1011     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
1012     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1013     std::vector<SCEVHandle> LIOps;
1014     SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1015     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1016       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
1017         LIOps.push_back(Ops[i]);
1018         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1019         --i; --e;
1020       }
1021
1022     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1023     if (!LIOps.empty()) {
1024       //  NLI * LI * { Start,+,Step}  -->  NLI * { LI*Start,+,LI*Step }
1025       std::vector<SCEVHandle> NewOps;
1026       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
1027       if (LIOps.size() == 1) {
1028         SCEV *Scale = LIOps[0];
1029         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
1030           NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
1031       } else {
1032         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1033           std::vector<SCEVHandle> MulOps(LIOps);
1034           MulOps.push_back(AddRec->getOperand(i));
1035           NewOps.push_back(getMulExpr(MulOps));
1036         }
1037       }
1038
1039       SCEVHandle NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop());
1040
1041       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1042       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1043
1044       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-liv parts.
1045       for (unsigned i = 0;; ++i)
1046         if (Ops[i] == AddRec) {
1047           Ops[i] = NewRec;
1048           break;
1049         }
1050       return getMulExpr(Ops);
1051     }
1052
1053     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1054     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1055     // multiplied together.  If so, we can fold them.
1056     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1057          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1058       if (OtherIdx != Idx) {
1059         SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1060         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
1061           // F * G  -->  {A,+,B} * {C,+,D}  -->  {A*C,+,F*D + G*B + B*D}
1062           SCEVAddRecExpr *F = AddRec, *G = OtherAddRec;
1063           SCEVHandle NewStart = getMulExpr(F->getStart(),
1064                                                  G->getStart());
1065           SCEVHandle B = F->getStepRecurrence(*this);
1066           SCEVHandle D = G->getStepRecurrence(*this);
1067           SCEVHandle NewStep = getAddExpr(getMulExpr(F, D),
1068                                           getMulExpr(G, B),
1069                                           getMulExpr(B, D));
1070           SCEVHandle NewAddRec = getAddRecExpr(NewStart, NewStep,
1071                                                F->getLoop());
1072           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1073
1074           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1075           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1076           Ops.push_back(NewAddRec);
1077           return getMulExpr(Ops);
1078         }
1079       }
1080
1081     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1082     // next one.
1083   }
1084
1085   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
1086   // already have one, otherwise create a new one.
1087   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1088   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scMulExpr,
1089                                                                  SCEVOps)];
1090   if (Result == 0)
1091     Result = new SCEVMulExpr(Ops);
1092   return Result;
1093 }
1094
1095 SCEVHandle ScalarEvolution::getUDivExpr(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1096   if (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
1097     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
1098       return LHS;                            // X udiv 1 --> x
1099
1100     if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
1101       Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
1102       Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
1103       return getUnknown(ConstantExpr::getUDiv(LHSCV, RHSCV));
1104     }
1105   }
1106
1107   // FIXME: implement folding of (X*4)/4 when we know X*4 doesn't overflow.
1108
1109   SCEVUDivExpr *&Result = (*SCEVUDivs)[std::make_pair(LHS, RHS)];
1110   if (Result == 0) Result = new SCEVUDivExpr(LHS, RHS);
1111   return Result;
1112 }
1113
1114
1115 /// SCEVAddRecExpr::get - Get a add recurrence expression for the
1116 /// specified loop.  Simplify the expression as much as possible.
1117 SCEVHandle ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEVHandle &Start,
1118                                const SCEVHandle &Step, const Loop *L) {
1119   std::vector<SCEVHandle> Operands;
1120   Operands.push_back(Start);
1121   if (SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
1122     if (StepChrec->getLoop() == L) {
1123       Operands.insert(Operands.end(), StepChrec->op_begin(),
1124                       StepChrec->op_end());
1125       return getAddRecExpr(Operands, L);
1126     }
1127
1128   Operands.push_back(Step);
1129   return getAddRecExpr(Operands, L);
1130 }
1131
1132 /// SCEVAddRecExpr::get - Get a add recurrence expression for the
1133 /// specified loop.  Simplify the expression as much as possible.
1134 SCEVHandle ScalarEvolution::getAddRecExpr(std::vector<SCEVHandle> &Operands,
1135                                const Loop *L) {
1136   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
1137
1138   if (SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Operands.back()))
1139     if (StepC->getValue()->isZero()) {
1140       Operands.pop_back();
1141       return getAddRecExpr(Operands, L);             // { X,+,0 }  -->  X
1142     }
1143
1144   SCEVAddRecExpr *&Result =
1145     (*SCEVAddRecExprs)[std::make_pair(L, std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
1146                                                             Operands.end()))];
1147   if (Result == 0) Result = new SCEVAddRecExpr(Operands, L);
1148   return Result;
1149 }
1150
1151 SCEVHandle ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEVHandle &LHS,
1152                                         const SCEVHandle &RHS) {
1153   std::vector<SCEVHandle> Ops;
1154   Ops.push_back(LHS);
1155   Ops.push_back(RHS);
1156   return getSMaxExpr(Ops);
1157 }
1158
1159 SCEVHandle ScalarEvolution::getSMaxExpr(std::vector<SCEVHandle> Ops) {
1160   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
1161   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1162
1163   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1164   GroupByComplexity(Ops);
1165
1166   // If there are any constants, fold them together.
1167   unsigned Idx = 0;
1168   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1169     ++Idx;
1170     assert(Idx < Ops.size());
1171     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1172       // We found two constants, fold them together!
1173       Constant *Fold = ConstantInt::get(
1174                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
1175                                              RHSC->getValue()->getValue()));
1176       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Fold)) {
1177         Ops[0] = getConstant(CI);
1178         Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1179         if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1180         LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1181       } else {
1182         // If we couldn't fold the expression, move to the next constant.  Note
1183         // that this is impossible to happen in practice because we always
1184         // constant fold constant ints to constant ints.
1185         ++Idx;
1186       }
1187     }
1188
1189     // If we are left with a constant -inf, strip it off.
1190     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
1191       Ops.erase(Ops.begin());
1192       --Idx;
1193     }
1194   }
1195
1196   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1197
1198   // Find the first SMax
1199   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
1200     ++Idx;
1201
1202   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
1203   // onto our operand list, and recurse to simplify.
1204   if (Idx < Ops.size()) {
1205     bool DeletedSMax = false;
1206     while (SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
1207       Ops.insert(Ops.end(), SMax->op_begin(), SMax->op_end());
1208       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1209       DeletedSMax = true;
1210     }
1211
1212     if (DeletedSMax)
1213       return getSMaxExpr(Ops);
1214   }
1215
1216   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1217   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
1218   // be adjacent.
1219   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1220     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
1221       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
1222       --i; --e;
1223     }
1224
1225   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1226
1227   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
1228
1229   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
1230   // already have one, otherwise create a new one.
1231   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1232   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scSMaxExpr,
1233                                                                  SCEVOps)];
1234   if (Result == 0) Result = new SCEVSMaxExpr(Ops);
1235   return Result;
1236 }
1237
1238 SCEVHandle ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
1239   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
1240     return getConstant(CI);
1241   SCEVUnknown *&Result = (*SCEVUnknowns)[V];
1242   if (Result == 0) Result = new SCEVUnknown(V);
1243   return Result;
1244 }
1245
1246
1247 //===----------------------------------------------------------------------===//
1248 //             ScalarEvolutionsImpl Definition and Implementation
1249 //===----------------------------------------------------------------------===//
1250 //
1251 /// ScalarEvolutionsImpl - This class implements the main driver for the scalar
1252 /// evolution code.
1253 ///
1254 namespace {
1255   struct VISIBILITY_HIDDEN ScalarEvolutionsImpl {
1256     /// SE - A reference to the public ScalarEvolution object.
1257     ScalarEvolution &SE;
1258
1259     /// F - The function we are analyzing.
1260     ///
1261     Function &F;
1262
1263     /// LI - The loop information for the function we are currently analyzing.
1264     ///
1265     LoopInfo &LI;
1266
1267     /// UnknownValue - This SCEV is used to represent unknown trip counts and
1268     /// things.
1269     SCEVHandle UnknownValue;
1270
1271     /// Scalars - This is a cache of the scalars we have analyzed so far.
1272     ///
1273     std::map<Value*, SCEVHandle> Scalars;
1274
1275     /// IterationCounts - Cache the iteration count of the loops for this
1276     /// function as they are computed.
1277     std::map<const Loop*, SCEVHandle> IterationCounts;
1278
1279     /// ConstantEvolutionLoopExitValue - This map contains entries for all of
1280     /// the PHI instructions that we attempt to compute constant evolutions for.
1281     /// This allows us to avoid potentially expensive recomputation of these
1282     /// properties.  An instruction maps to null if we are unable to compute its
1283     /// exit value.
1284     std::map<PHINode*, Constant*> ConstantEvolutionLoopExitValue;
1285
1286   public:
1287     ScalarEvolutionsImpl(ScalarEvolution &se, Function &f, LoopInfo &li)
1288       : SE(se), F(f), LI(li), UnknownValue(new SCEVCouldNotCompute()) {}
1289
1290     /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
1291     /// expression and create a new one.
1292     SCEVHandle getSCEV(Value *V);
1293
1294     /// hasSCEV - Return true if the SCEV for this value has already been
1295     /// computed.
1296     bool hasSCEV(Value *V) const {
1297       return Scalars.count(V);
1298     }
1299
1300     /// setSCEV - Insert the specified SCEV into the map of current SCEVs for
1301     /// the specified value.
1302     void setSCEV(Value *V, const SCEVHandle &H) {
1303       bool isNew = Scalars.insert(std::make_pair(V, H)).second;
1304       assert(isNew && "This entry already existed!");
1305     }
1306
1307
1308     /// getSCEVAtScope - Compute the value of the specified expression within
1309     /// the indicated loop (which may be null to indicate in no loop).  If the
1310     /// expression cannot be evaluated, return UnknownValue itself.
1311     SCEVHandle getSCEVAtScope(SCEV *V, const Loop *L);
1312
1313
1314     /// hasLoopInvariantIterationCount - Return true if the specified loop has
1315     /// an analyzable loop-invariant iteration count.
1316     bool hasLoopInvariantIterationCount(const Loop *L);
1317
1318     /// getIterationCount - If the specified loop has a predictable iteration
1319     /// count, return it.  Note that it is not valid to call this method on a
1320     /// loop without a loop-invariant iteration count.
1321     SCEVHandle getIterationCount(const Loop *L);
1322
1323     /// deleteValueFromRecords - This method should be called by the
1324     /// client before it removes a value from the program, to make sure
1325     /// that no dangling references are left around.
1326     void deleteValueFromRecords(Value *V);
1327
1328   private:
1329     /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
1330     /// Analyze the expression.
1331     SCEVHandle createSCEV(Value *V);
1332
1333     /// createNodeForPHI - Provide the special handling we need to analyze PHI
1334     /// SCEVs.
1335     SCEVHandle createNodeForPHI(PHINode *PN);
1336
1337     /// ReplaceSymbolicValueWithConcrete - This looks up the computed SCEV value
1338     /// for the specified instruction and replaces any references to the
1339     /// symbolic value SymName with the specified value.  This is used during
1340     /// PHI resolution.
1341     void ReplaceSymbolicValueWithConcrete(Instruction *I,
1342                                           const SCEVHandle &SymName,
1343                                           const SCEVHandle &NewVal);
1344
1345     /// ComputeIterationCount - Compute the number of times the specified loop
1346     /// will iterate.
1347     SCEVHandle ComputeIterationCount(const Loop *L);
1348
1349     /// ComputeLoadConstantCompareIterationCount - Given an exit condition of
1350     /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the trip count.
1351     SCEVHandle ComputeLoadConstantCompareIterationCount(LoadInst *LI,
1352                                                         Constant *RHS,
1353                                                         const Loop *L,
1354                                                         ICmpInst::Predicate p);
1355
1356     /// ComputeIterationCountExhaustively - If the trip is known to execute a
1357     /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
1358     /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
1359     /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
1360     /// evaluate the trip count of the loop, return UnknownValue.
1361     SCEVHandle ComputeIterationCountExhaustively(const Loop *L, Value *Cond,
1362                                                  bool ExitWhen);
1363
1364     /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the
1365     /// specified value to zero will execute.  If not computable, return
1366     /// UnknownValue.
1367     SCEVHandle HowFarToZero(SCEV *V, const Loop *L);
1368
1369     /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
1370     /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
1371     /// UnknownValue.
1372     SCEVHandle HowFarToNonZero(SCEV *V, const Loop *L);
1373
1374     /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
1375     /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
1376     /// UnknownValue. isSigned specifies whether the less-than is signed.
1377     SCEVHandle HowManyLessThans(SCEV *LHS, SCEV *RHS, const Loop *L,
1378                                 bool isSigned);
1379
1380     /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
1381     /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
1382     /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
1383     /// involving constants, fold it.
1384     Constant *getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN, const APInt& Its,
1385                                                 const Loop *L);
1386   };
1387 }
1388
1389 //===----------------------------------------------------------------------===//
1390 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
1391 //
1392
1393 /// deleteValueFromRecords - This method should be called by the
1394 /// client before it removes an instruction from the program, to make sure
1395 /// that no dangling references are left around.
1396 void ScalarEvolutionsImpl::deleteValueFromRecords(Value *V) {
1397   SmallVector<Value *, 16> Worklist;
1398
1399   if (Scalars.erase(V)) {
1400     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V))
1401       ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
1402     Worklist.push_back(V);
1403   }
1404
1405   while (!Worklist.empty()) {
1406     Value *VV = Worklist.back();
1407     Worklist.pop_back();
1408
1409     for (Instruction::use_iterator UI = VV->use_begin(), UE = VV->use_end();
1410          UI != UE; ++UI) {
1411       Instruction *Inst = cast<Instruction>(*UI);
1412       if (Scalars.erase(Inst)) {
1413         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(VV))
1414           ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
1415         Worklist.push_back(Inst);
1416       }
1417     }
1418   }
1419 }
1420
1421
1422 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
1423 /// expression and create a new one.
1424 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getSCEV(Value *V) {
1425   assert(V->getType() != Type::VoidTy && "Can't analyze void expressions!");
1426
1427   std::map<Value*, SCEVHandle>::iterator I = Scalars.find(V);
1428   if (I != Scalars.end()) return I->second;
1429   SCEVHandle S = createSCEV(V);
1430   Scalars.insert(std::make_pair(V, S));
1431   return S;
1432 }
1433
1434 /// ReplaceSymbolicValueWithConcrete - This looks up the computed SCEV value for
1435 /// the specified instruction and replaces any references to the symbolic value
1436 /// SymName with the specified value.  This is used during PHI resolution.
1437 void ScalarEvolutionsImpl::
1438 ReplaceSymbolicValueWithConcrete(Instruction *I, const SCEVHandle &SymName,
1439                                  const SCEVHandle &NewVal) {
1440   std::map<Value*, SCEVHandle>::iterator SI = Scalars.find(I);
1441   if (SI == Scalars.end()) return;
1442
1443   SCEVHandle NV =
1444     SI->second->replaceSymbolicValuesWithConcrete(SymName, NewVal, SE);
1445   if (NV == SI->second) return;  // No change.
1446
1447   SI->second = NV;       // Update the scalars map!
1448
1449   // Any instruction values that use this instruction might also need to be
1450   // updated!
1451   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
1452        UI != E; ++UI)
1453     ReplaceSymbolicValueWithConcrete(cast<Instruction>(*UI), SymName, NewVal);
1454 }
1455
1456 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
1457 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
1458 ///
1459 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
1460   if (PN->getNumIncomingValues() == 2)  // The loops have been canonicalized.
1461     if (const Loop *L = LI.getLoopFor(PN->getParent()))
1462       if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
1463         // If it lives in the loop header, it has two incoming values, one
1464         // from outside the loop, and one from inside.
1465         unsigned IncomingEdge = L->contains(PN->getIncomingBlock(0));
1466         unsigned BackEdge     = IncomingEdge^1;
1467
1468         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
1469         SCEVHandle SymbolicName = SE.getUnknown(PN);
1470         assert(Scalars.find(PN) == Scalars.end() &&
1471                "PHI node already processed?");
1472         Scalars.insert(std::make_pair(PN, SymbolicName));
1473
1474         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
1475         // the back-edge.
1476         SCEVHandle BEValue = getSCEV(PN->getIncomingValue(BackEdge));
1477
1478         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
1479         // has a special value for the first iteration of the loop.
1480
1481         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
1482         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
1483         if (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
1484           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
1485           // with a recurrence.
1486           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
1487           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
1488             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
1489               if (FoundIndex == e) {
1490                 FoundIndex = i;
1491                 break;
1492               }
1493
1494           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
1495             // Create an add with everything but the specified operand.
1496             std::vector<SCEVHandle> Ops;
1497             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
1498               if (i != FoundIndex)
1499                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
1500             SCEVHandle Accum = SE.getAddExpr(Ops);
1501
1502             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
1503             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
1504             if (Accum->isLoopInvariant(L) ||
1505                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
1506                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
1507               SCEVHandle StartVal = getSCEV(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
1508               SCEVHandle PHISCEV  = SE.getAddRecExpr(StartVal, Accum, L);
1509
1510               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
1511               // to be symbolic.  We now need to go back and update all of the
1512               // entries for the scalars that use the PHI (except for the PHI
1513               // itself) to use the new analyzed value instead of the "symbolic"
1514               // value.
1515               ReplaceSymbolicValueWithConcrete(PN, SymbolicName, PHISCEV);
1516               return PHISCEV;
1517             }
1518           }
1519         } else if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
1520           // Otherwise, this could be a loop like this:
1521           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
1522           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
1523           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
1524           // i really is an addrec evolution.
1525           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
1526             SCEVHandle StartVal = getSCEV(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
1527
1528             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
1529             // initial step of the addrec evolution.
1530             if (StartVal == SE.getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
1531                                             AddRec->getOperand(1))) {
1532               SCEVHandle PHISCEV = 
1533                  SE.getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1), L);
1534
1535               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
1536               // to be symbolic.  We now need to go back and update all of the
1537               // entries for the scalars that use the PHI (except for the PHI
1538               // itself) to use the new analyzed value instead of the "symbolic"
1539               // value.
1540               ReplaceSymbolicValueWithConcrete(PN, SymbolicName, PHISCEV);
1541               return PHISCEV;
1542             }
1543           }
1544         }
1545
1546         return SymbolicName;
1547       }
1548
1549   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
1550   return SE.getUnknown(PN);
1551 }
1552
1553 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
1554 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
1555 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
1556 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
1557 static uint32_t GetMinTrailingZeros(SCEVHandle S) {
1558   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
1559     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
1560
1561   if (SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
1562     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand()), T->getBitWidth());
1563
1564   if (SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
1565     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
1566     return OpRes == E->getOperand()->getBitWidth() ? E->getBitWidth() : OpRes;
1567   }
1568
1569   if (SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
1570     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
1571     return OpRes == E->getOperand()->getBitWidth() ? E->getBitWidth() : OpRes;
1572   }
1573
1574   if (SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
1575     // The result is the min of all operands results.
1576     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
1577     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
1578       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
1579     return MinOpRes;
1580   }
1581
1582   if (SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
1583     // The result is the sum of all operands results.
1584     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
1585     uint32_t BitWidth = M->getBitWidth();
1586     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
1587          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
1588       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)),
1589                           BitWidth);
1590     return SumOpRes;
1591   }
1592
1593   if (SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
1594     // The result is the min of all operands results.
1595     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
1596     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
1597       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
1598     return MinOpRes;
1599   }
1600
1601   if (SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
1602     // The result is the min of all operands results.
1603     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
1604     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
1605       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
1606     return MinOpRes;
1607   }
1608
1609   // SCEVUDivExpr, SCEVUnknown
1610   return 0;
1611 }
1612
1613 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
1614 /// Analyze the expression.
1615 ///
1616 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::createSCEV(Value *V) {
1617   if (!isa<IntegerType>(V->getType()))
1618     return SE.getUnknown(V);
1619     
1620   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
1621     switch (I->getOpcode()) {
1622     case Instruction::Add:
1623       return SE.getAddExpr(getSCEV(I->getOperand(0)),
1624                            getSCEV(I->getOperand(1)));
1625     case Instruction::Mul:
1626       return SE.getMulExpr(getSCEV(I->getOperand(0)),
1627                            getSCEV(I->getOperand(1)));
1628     case Instruction::UDiv:
1629       return SE.getUDivExpr(getSCEV(I->getOperand(0)),
1630                             getSCEV(I->getOperand(1)));
1631     case Instruction::Sub:
1632       return SE.getMinusSCEV(getSCEV(I->getOperand(0)),
1633                              getSCEV(I->getOperand(1)));
1634     case Instruction::Or:
1635       // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
1636       // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
1637       // optimizations will transparently handle this case.
1638       //
1639       // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
1640       // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
1641       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1642         SCEVHandle LHS = getSCEV(I->getOperand(0));
1643         const APInt &CIVal = CI->getValue();
1644         if (GetMinTrailingZeros(LHS) >=
1645             (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros()))
1646           return SE.getAddExpr(LHS, getSCEV(I->getOperand(1)));
1647       }
1648       break;
1649     case Instruction::Xor:
1650       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
1651       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
1652       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1653         if (CI->getValue().isSignBit())
1654           return SE.getAddExpr(getSCEV(I->getOperand(0)),
1655                                getSCEV(I->getOperand(1)));
1656       }
1657       break;
1658
1659     case Instruction::Shl:
1660       // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
1661       if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1662         uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth();
1663         Constant *X = ConstantInt::get(
1664           APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getLimitedValue(BitWidth)));
1665         return SE.getMulExpr(getSCEV(I->getOperand(0)), getSCEV(X));
1666       }
1667       break;
1668
1669     case Instruction::Trunc:
1670       return SE.getTruncateExpr(getSCEV(I->getOperand(0)), I->getType());
1671
1672     case Instruction::ZExt:
1673       return SE.getZeroExtendExpr(getSCEV(I->getOperand(0)), I->getType());
1674
1675     case Instruction::SExt:
1676       return SE.getSignExtendExpr(getSCEV(I->getOperand(0)), I->getType());
1677
1678     case Instruction::BitCast:
1679       // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
1680       if (I->getType()->isInteger() &&
1681           I->getOperand(0)->getType()->isInteger())
1682         return getSCEV(I->getOperand(0));
1683       break;
1684
1685     case Instruction::PHI:
1686       return createNodeForPHI(cast<PHINode>(I));
1687
1688     case Instruction::Select:
1689       // This could be an SCEVSMax that was lowered earlier. Try to recover it.
1690       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I->getOperand(0))) {
1691         Value *LHS = ICI->getOperand(0);
1692         Value *RHS = ICI->getOperand(1);
1693         switch (ICI->getPredicate()) {
1694         case ICmpInst::ICMP_SLT:
1695         case ICmpInst::ICMP_SLE:
1696           std::swap(LHS, RHS);
1697           // fall through
1698         case ICmpInst::ICMP_SGT:
1699         case ICmpInst::ICMP_SGE:
1700           if (LHS == I->getOperand(1) && RHS == I->getOperand(2))
1701             return SE.getSMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
1702         default:
1703           break;
1704         }
1705       }
1706
1707     default: // We cannot analyze this expression.
1708       break;
1709     }
1710   }
1711
1712   return SE.getUnknown(V);
1713 }
1714
1715
1716
1717 //===----------------------------------------------------------------------===//
1718 //                   Iteration Count Computation Code
1719 //
1720
1721 /// getIterationCount - If the specified loop has a predictable iteration
1722 /// count, return it.  Note that it is not valid to call this method on a
1723 /// loop without a loop-invariant iteration count.
1724 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getIterationCount(const Loop *L) {
1725   std::map<const Loop*, SCEVHandle>::iterator I = IterationCounts.find(L);
1726   if (I == IterationCounts.end()) {
1727     SCEVHandle ItCount = ComputeIterationCount(L);
1728     I = IterationCounts.insert(std::make_pair(L, ItCount)).first;
1729     if (ItCount != UnknownValue) {
1730       assert(ItCount->isLoopInvariant(L) &&
1731              "Computed trip count isn't loop invariant for loop!");
1732       ++NumTripCountsComputed;
1733     } else if (isa<PHINode>(L->getHeader()->begin())) {
1734       // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
1735       ++NumTripCountsNotComputed;
1736     }
1737   }
1738   return I->second;
1739 }
1740
1741 /// ComputeIterationCount - Compute the number of times the specified loop
1742 /// will iterate.
1743 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::ComputeIterationCount(const Loop *L) {
1744   // If the loop has a non-one exit block count, we can't analyze it.
1745   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
1746   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
1747   if (ExitBlocks.size() != 1) return UnknownValue;
1748
1749   // Okay, there is one exit block.  Try to find the condition that causes the
1750   // loop to be exited.
1751   BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[0];
1752
1753   BasicBlock *ExitingBlock = 0;
1754   for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), E = pred_end(ExitBlock);
1755        PI != E; ++PI)
1756     if (L->contains(*PI)) {
1757       if (ExitingBlock == 0)
1758         ExitingBlock = *PI;
1759       else
1760         return UnknownValue;   // More than one block exiting!
1761     }
1762   assert(ExitingBlock && "No exits from loop, something is broken!");
1763
1764   // Okay, we've computed the exiting block.  See what condition causes us to
1765   // exit.
1766   //
1767   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
1768   BranchInst *ExitBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
1769   if (ExitBr == 0) return UnknownValue;
1770   assert(ExitBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
1771   
1772   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
1773   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
1774   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
1775   // not be equal to the trip count of the loop.
1776   //
1777   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
1778   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
1779   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
1780   // loop header.  This is common for un-rotated loops.  More extensive analysis
1781   // could be done to handle more cases here.
1782   if (ExitBr->getSuccessor(0) != L->getHeader() &&
1783       ExitBr->getSuccessor(1) != L->getHeader() &&
1784       ExitBr->getParent() != L->getHeader())
1785     return UnknownValue;
1786   
1787   ICmpInst *ExitCond = dyn_cast<ICmpInst>(ExitBr->getCondition());
1788
1789   // If its not an integer comparison then compute it the hard way. 
1790   // Note that ICmpInst deals with pointer comparisons too so we must check
1791   // the type of the operand.
1792   if (ExitCond == 0 || isa<PointerType>(ExitCond->getOperand(0)->getType()))
1793     return ComputeIterationCountExhaustively(L, ExitBr->getCondition(),
1794                                           ExitBr->getSuccessor(0) == ExitBlock);
1795
1796   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
1797   ICmpInst::Predicate Cond;
1798   if (ExitBr->getSuccessor(1) == ExitBlock)
1799     Cond = ExitCond->getPredicate();
1800   else
1801     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
1802
1803   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
1804   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
1805     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
1806       SCEVHandle ItCnt =
1807         ComputeLoadConstantCompareIterationCount(LI, RHS, L, Cond);
1808       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(ItCnt)) return ItCnt;
1809     }
1810
1811   SCEVHandle LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
1812   SCEVHandle RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
1813
1814   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
1815   SCEVHandle Tmp = getSCEVAtScope(LHS, L);
1816   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) LHS = Tmp;
1817   Tmp = getSCEVAtScope(RHS, L);
1818   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) RHS = Tmp;
1819
1820   // At this point, we would like to compute how many iterations of the 
1821   // loop the predicate will return true for these inputs.
1822   if (isa<SCEVConstant>(LHS) && !isa<SCEVConstant>(RHS)) {
1823     // If there is a constant, force it into the RHS.
1824     std::swap(LHS, RHS);
1825     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
1826   }
1827
1828   // FIXME: think about handling pointer comparisons!  i.e.:
1829   // while (P != P+100) ++P;
1830
1831   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
1832   // ranges to answer this query.
1833   if (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
1834     if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
1835       if (AddRec->getLoop() == L) {
1836         // Form the comparison range using the constant of the correct type so
1837         // that the ConstantRange class knows to do a signed or unsigned
1838         // comparison.
1839         ConstantInt *CompVal = RHSC->getValue();
1840         const Type *RealTy = ExitCond->getOperand(0)->getType();
1841         CompVal = dyn_cast<ConstantInt>(
1842           ConstantExpr::getBitCast(CompVal, RealTy));
1843         if (CompVal) {
1844           // Form the constant range.
1845           ConstantRange CompRange(
1846               ICmpInst::makeConstantRange(Cond, CompVal->getValue()));
1847
1848           SCEVHandle Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, SE);
1849           if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
1850         }
1851       }
1852
1853   switch (Cond) {
1854   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
1855     // Convert to: while (X-Y != 0)
1856     SCEVHandle TC = HowFarToZero(SE.getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
1857     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1858     break;
1859   }
1860   case ICmpInst::ICMP_EQ: {
1861     // Convert to: while (X-Y == 0)           // while (X == Y)
1862     SCEVHandle TC = HowFarToNonZero(SE.getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
1863     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1864     break;
1865   }
1866   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
1867     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, true);
1868     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1869     break;
1870   }
1871   case ICmpInst::ICMP_SGT: {
1872     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(SE.getNegativeSCEV(LHS),
1873                                      SE.getNegativeSCEV(RHS), L, true);
1874     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1875     break;
1876   }
1877   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
1878     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, false);
1879     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1880     break;
1881   }
1882   case ICmpInst::ICMP_UGT: {
1883     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(SE.getNegativeSCEV(LHS),
1884                                      SE.getNegativeSCEV(RHS), L, false);
1885     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1886     break;
1887   }
1888   default:
1889 #if 0
1890     cerr << "ComputeIterationCount ";
1891     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
1892       cerr << "[unsigned] ";
1893     cerr << *LHS << "   "
1894          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp) 
1895          << "   " << *RHS << "\n";
1896 #endif
1897     break;
1898   }
1899   return ComputeIterationCountExhaustively(L, ExitCond,
1900                                        ExitBr->getSuccessor(0) == ExitBlock);
1901 }
1902
1903 static ConstantInt *
1904 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
1905                                 ScalarEvolution &SE) {
1906   SCEVHandle InVal = SE.getConstant(C);
1907   SCEVHandle Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
1908   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
1909          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
1910   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
1911 }
1912
1913 /// GetAddressedElementFromGlobal - Given a global variable with an initializer
1914 /// and a GEP expression (missing the pointer index) indexing into it, return
1915 /// the addressed element of the initializer or null if the index expression is
1916 /// invalid.
1917 static Constant *
1918 GetAddressedElementFromGlobal(GlobalVariable *GV,
1919                               const std::vector<ConstantInt*> &Indices) {
1920   Constant *Init = GV->getInitializer();
1921   for (unsigned i = 0, e = Indices.size(); i != e; ++i) {
1922     uint64_t Idx = Indices[i]->getZExtValue();
1923     if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Init)) {
1924       assert(Idx < CS->getNumOperands() && "Bad struct index!");
1925       Init = cast<Constant>(CS->getOperand(Idx));
1926     } else if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Init)) {
1927       if (Idx >= CA->getNumOperands()) return 0;  // Bogus program
1928       Init = cast<Constant>(CA->getOperand(Idx));
1929     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
1930       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
1931         assert(Idx < STy->getNumElements() && "Bad struct index!");
1932         Init = Constant::getNullValue(STy->getElementType(Idx));
1933       } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Init->getType())) {
1934         if (Idx >= ATy->getNumElements()) return 0;  // Bogus program
1935         Init = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
1936       } else {
1937         assert(0 && "Unknown constant aggregate type!");
1938       }
1939       return 0;
1940     } else {
1941       return 0; // Unknown initializer type
1942     }
1943   }
1944   return Init;
1945 }
1946
1947 /// ComputeLoadConstantCompareIterationCount - Given an exit condition of
1948 /// 'icmp op load X, cst', try to se if we can compute the trip count.
1949 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::
1950 ComputeLoadConstantCompareIterationCount(LoadInst *LI, Constant *RHS,
1951                                          const Loop *L, 
1952                                          ICmpInst::Predicate predicate) {
1953   if (LI->isVolatile()) return UnknownValue;
1954
1955   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
1956   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
1957   if (!GEP) return UnknownValue;
1958
1959   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
1960   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
1961   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
1962   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer() ||
1963       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
1964       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
1965     return UnknownValue;
1966
1967   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
1968   Value *VarIdx = 0;
1969   std::vector<ConstantInt*> Indexes;
1970   unsigned VarIdxNum = 0;
1971   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
1972     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
1973       Indexes.push_back(CI);
1974     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
1975       if (VarIdx) return UnknownValue;  // Multiple non-constant idx's.
1976       VarIdx = GEP->getOperand(i);
1977       VarIdxNum = i-2;
1978       Indexes.push_back(0);
1979     }
1980
1981   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
1982   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
1983   SCEVHandle Idx = getSCEV(VarIdx);
1984   SCEVHandle Tmp = getSCEVAtScope(Idx, L);
1985   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) Idx = Tmp;
1986
1987   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
1988   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
1989   SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
1990   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || IdxExpr->isLoopInvariant(L) ||
1991       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
1992       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
1993     return UnknownValue;
1994
1995   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
1996   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
1997     ConstantInt *ItCst =
1998       ConstantInt::get(IdxExpr->getType(), IterationNum);
1999     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, SE);
2000
2001     // Form the GEP offset.
2002     Indexes[VarIdxNum] = Val;
2003
2004     Constant *Result = GetAddressedElementFromGlobal(GV, Indexes);
2005     if (Result == 0) break;  // Cannot compute!
2006
2007     // Evaluate the condition for this iteration.
2008     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
2009     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
2010     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
2011 #if 0
2012       cerr << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
2013            << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
2014            << "***\n";
2015 #endif
2016       ++NumArrayLenItCounts;
2017       return SE.getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
2018     }
2019   }
2020   return UnknownValue;
2021 }
2022
2023
2024 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
2025 /// specified type, assuming that all operands were constants.
2026 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
2027   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
2028       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I))
2029     return true;
2030
2031   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
2032     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
2033       return canConstantFoldCallTo(F);
2034   return false;
2035 }
2036
2037 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
2038 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
2039 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
2040 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
2041 /// constraints, return null.
2042 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
2043   // If this is not an instruction, or if this is an instruction outside of the
2044   // loop, it can't be derived from a loop PHI.
2045   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
2046   if (I == 0 || !L->contains(I->getParent())) return 0;
2047
2048   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
2049     if (L->getHeader() == I->getParent())
2050       return PN;
2051     else
2052       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
2053       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
2054       return 0;
2055
2056   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
2057   // are constants, return early.
2058   if (!CanConstantFold(I)) return 0;
2059
2060   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
2061   // constant or derived from a PHI node themselves.
2062   PHINode *PHI = 0;
2063   for (unsigned Op = 0, e = I->getNumOperands(); Op != e; ++Op)
2064     if (!(isa<Constant>(I->getOperand(Op)) ||
2065           isa<GlobalValue>(I->getOperand(Op)))) {
2066       PHINode *P = getConstantEvolvingPHI(I->getOperand(Op), L);
2067       if (P == 0) return 0;  // Not evolving from PHI
2068       if (PHI == 0)
2069         PHI = P;
2070       else if (PHI != P)
2071         return 0;  // Evolving from multiple different PHIs.
2072     }
2073
2074   // This is a expression evolving from a constant PHI!
2075   return PHI;
2076 }
2077
2078 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
2079 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
2080 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
2081 /// reason, return null.
2082 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, Constant *PHIVal) {
2083   if (isa<PHINode>(V)) return PHIVal;
2084   if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V))
2085     return GV;
2086   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
2087   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2088
2089   std::vector<Constant*> Operands;
2090   Operands.resize(I->getNumOperands());
2091
2092   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2093     Operands[i] = EvaluateExpression(I->getOperand(i), PHIVal);
2094     if (Operands[i] == 0) return 0;
2095   }
2096
2097   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
2098     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
2099                                            &Operands[0], Operands.size());
2100   else
2101     return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
2102                                     &Operands[0], Operands.size());
2103 }
2104
2105 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
2106 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
2107 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
2108 /// involving constants, fold it.
2109 Constant *ScalarEvolutionsImpl::
2110 getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN, const APInt& Its, const Loop *L){
2111   std::map<PHINode*, Constant*>::iterator I =
2112     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
2113   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
2114     return I->second;
2115
2116   if (Its.ugt(APInt(Its.getBitWidth(),MaxBruteForceIterations)))
2117     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = 0;  // Not going to evaluate it.
2118
2119   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
2120
2121   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
2122   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
2123   // second must be derived from the same PHI.
2124   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
2125   Constant *StartCST =
2126     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
2127   if (StartCST == 0)
2128     return RetVal = 0;  // Must be a constant.
2129
2130   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
2131   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
2132   if (PN2 != PN)
2133     return RetVal = 0;  // Not derived from same PHI.
2134
2135   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
2136   if (Its.getActiveBits() >= 32)
2137     return RetVal = 0; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
2138
2139   unsigned NumIterations = Its.getZExtValue(); // must be in range
2140   unsigned IterationNum = 0;
2141   for (Constant *PHIVal = StartCST; ; ++IterationNum) {
2142     if (IterationNum == NumIterations)
2143       return RetVal = PHIVal;  // Got exit value!
2144
2145     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
2146     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
2147     if (NextPHI == PHIVal)
2148       return RetVal = NextPHI;  // Stopped evolving!
2149     if (NextPHI == 0)
2150       return 0;        // Couldn't evaluate!
2151     PHIVal = NextPHI;
2152   }
2153 }
2154
2155 /// ComputeIterationCountExhaustively - If the trip is known to execute a
2156 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
2157 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
2158 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
2159 /// evaluate the trip count of the loop, return UnknownValue.
2160 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::
2161 ComputeIterationCountExhaustively(const Loop *L, Value *Cond, bool ExitWhen) {
2162   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
2163   if (PN == 0) return UnknownValue;
2164
2165   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
2166   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
2167   // second must be derived from the same PHI.
2168   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
2169   Constant *StartCST =
2170     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
2171   if (StartCST == 0) return UnknownValue;  // Must be a constant.
2172
2173   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
2174   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
2175   if (PN2 != PN) return UnknownValue;  // Not derived from same PHI.
2176
2177   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
2178   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
2179   // "ExitWhen".
2180   unsigned IterationNum = 0;
2181   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
2182   for (Constant *PHIVal = StartCST;
2183        IterationNum != MaxIterations; ++IterationNum) {
2184     ConstantInt *CondVal =
2185       dyn_cast_or_null<ConstantInt>(EvaluateExpression(Cond, PHIVal));
2186
2187     // Couldn't symbolically evaluate.
2188     if (!CondVal) return UnknownValue;
2189
2190     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
2191       ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = PHIVal;
2192       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
2193       return SE.getConstant(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, IterationNum));
2194     }
2195
2196     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
2197     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
2198     if (NextPHI == 0 || NextPHI == PHIVal)
2199       return UnknownValue;  // Couldn't evaluate or not making progress...
2200     PHIVal = NextPHI;
2201   }
2202
2203   // Too many iterations were needed to evaluate.
2204   return UnknownValue;
2205 }
2206
2207 /// getSCEVAtScope - Compute the value of the specified expression within the
2208 /// indicated loop (which may be null to indicate in no loop).  If the
2209 /// expression cannot be evaluated, return UnknownValue.
2210 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getSCEVAtScope(SCEV *V, const Loop *L) {
2211   // FIXME: this should be turned into a virtual method on SCEV!
2212
2213   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
2214
2215   // If this instruction is evolves from a constant-evolving PHI, compute the
2216   // exit value from the loop without using SCEVs.
2217   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
2218     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
2219       const Loop *LI = this->LI[I->getParent()];
2220       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
2221         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
2222           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
2223             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
2224             // to see if the loop that contains it has a known iteration count.
2225             // If so, we may be able to force computation of the exit value.
2226             SCEVHandle IterationCount = getIterationCount(LI);
2227             if (SCEVConstant *ICC = dyn_cast<SCEVConstant>(IterationCount)) {
2228               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
2229               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
2230               // the specified iteration number.
2231               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
2232                                                     ICC->getValue()->getValue(),
2233                                                                LI);
2234               if (RV) return SE.getUnknown(RV);
2235             }
2236           }
2237
2238       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
2239       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
2240       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
2241       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
2242       if (CanConstantFold(I)) {
2243         std::vector<Constant*> Operands;
2244         Operands.reserve(I->getNumOperands());
2245         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2246           Value *Op = I->getOperand(i);
2247           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
2248             Operands.push_back(C);
2249           } else {
2250             // If any of the operands is non-constant and if they are
2251             // non-integer, don't even try to analyze them with scev techniques.
2252             if (!isa<IntegerType>(Op->getType()))
2253               return V;
2254               
2255             SCEVHandle OpV = getSCEVAtScope(getSCEV(Op), L);
2256             if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OpV))
2257               Operands.push_back(ConstantExpr::getIntegerCast(SC->getValue(), 
2258                                                               Op->getType(), 
2259                                                               false));
2260             else if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(OpV)) {
2261               if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(SU->getValue()))
2262                 Operands.push_back(ConstantExpr::getIntegerCast(C, 
2263                                                                 Op->getType(), 
2264                                                                 false));
2265               else
2266                 return V;
2267             } else {
2268               return V;
2269             }
2270           }
2271         }
2272         
2273         Constant *C;
2274         if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
2275           C = ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
2276                                               &Operands[0], Operands.size());
2277         else
2278           C = ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
2279                                        &Operands[0], Operands.size());
2280         return SE.getUnknown(C);
2281       }
2282     }
2283
2284     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
2285     return V;
2286   }
2287
2288   if (SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
2289     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
2290     // expression has no loop-variant portions.
2291     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2292       SCEVHandle OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
2293       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
2294         if (OpAtScope == UnknownValue) return UnknownValue;
2295         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
2296         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
2297         std::vector<SCEVHandle> NewOps(Comm->op_begin(), Comm->op_begin()+i);
2298         NewOps.push_back(OpAtScope);
2299
2300         for (++i; i != e; ++i) {
2301           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
2302           if (OpAtScope == UnknownValue) return UnknownValue;
2303           NewOps.push_back(OpAtScope);
2304         }
2305         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
2306           return SE.getAddExpr(NewOps);
2307         if (isa<SCEVMulExpr>(Comm))
2308           return SE.getMulExpr(NewOps);
2309         if (isa<SCEVSMaxExpr>(Comm))
2310           return SE.getSMaxExpr(NewOps);
2311         assert(0 && "Unknown commutative SCEV type!");
2312       }
2313     }
2314     // If we got here, all operands are loop invariant.
2315     return Comm;
2316   }
2317
2318   if (SCEVUDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(V)) {
2319     SCEVHandle LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
2320     if (LHS == UnknownValue) return LHS;
2321     SCEVHandle RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
2322     if (RHS == UnknownValue) return RHS;
2323     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
2324       return Div;   // must be loop invariant
2325     return SE.getUDivExpr(LHS, RHS);
2326   }
2327
2328   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
2329   // are dealing with the final value computed by the loop.
2330   if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
2331     if (!L || !AddRec->getLoop()->contains(L->getHeader())) {
2332       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
2333       // loop iterates.  Compute this now.
2334       SCEVHandle IterationCount = getIterationCount(AddRec->getLoop());
2335       if (IterationCount == UnknownValue) return UnknownValue;
2336       IterationCount = getTruncateOrZeroExtend(IterationCount,
2337                                                AddRec->getType(), SE);
2338
2339       // If the value is affine, simplify the expression evaluation to just
2340       // Start + Step*IterationCount.
2341       if (AddRec->isAffine())
2342         return SE.getAddExpr(AddRec->getStart(),
2343                              SE.getMulExpr(IterationCount,
2344                                            AddRec->getOperand(1)));
2345
2346       // Otherwise, evaluate it the hard way.
2347       return AddRec->evaluateAtIteration(IterationCount, SE);
2348     }
2349     return UnknownValue;
2350   }
2351
2352   //assert(0 && "Unknown SCEV type!");
2353   return UnknownValue;
2354 }
2355
2356
2357 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
2358 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
2359 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
2360 ///
2361 static std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle>
2362 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ScalarEvolution &SE) {
2363   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
2364   SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
2365   SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
2366   SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
2367
2368   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
2369   if (!LC || !MC || !NC) {
2370     SCEV *CNC = new SCEVCouldNotCompute();
2371     return std::make_pair(CNC, CNC);
2372   }
2373
2374   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
2375   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
2376   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
2377   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
2378   APInt Two(BitWidth, 2);
2379   APInt Four(BitWidth, 4);
2380
2381   { 
2382     using namespace APIntOps;
2383     const APInt& C = L;
2384     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
2385     // The B coefficient is M-N/2
2386     APInt B(M);
2387     B -= sdiv(N,Two);
2388
2389     // The A coefficient is N/2
2390     APInt A(N.sdiv(Two));
2391
2392     // Compute the B^2-4ac term.
2393     APInt SqrtTerm(B);
2394     SqrtTerm *= B;
2395     SqrtTerm -= Four * (A * C);
2396
2397     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
2398     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
2399     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
2400
2401     // Compute the two solutions for the quadratic formula. 
2402     // The divisions must be performed as signed divisions.
2403     APInt NegB(-B);
2404     APInt TwoA( A << 1 );
2405     ConstantInt *Solution1 = ConstantInt::get((NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
2406     ConstantInt *Solution2 = ConstantInt::get((NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
2407
2408     return std::make_pair(SE.getConstant(Solution1), 
2409                           SE.getConstant(Solution2));
2410     } // end APIntOps namespace
2411 }
2412
2413 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
2414 /// value to zero will execute.  If not computable, return UnknownValue
2415 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::HowFarToZero(SCEV *V, const Loop *L) {
2416   // If the value is a constant
2417   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
2418     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
2419     if (C->getValue()->isZero()) return C;
2420     return UnknownValue;  // Otherwise it will loop infinitely.
2421   }
2422
2423   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
2424   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
2425     return UnknownValue;
2426
2427   if (AddRec->isAffine()) {
2428     // If this is an affine expression the execution count of this branch is
2429     // equal to:
2430     //
2431     //     (0 - Start/Step)    iff   Start % Step == 0
2432     //
2433     // Get the initial value for the loop.
2434     SCEVHandle Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(), L->getParentLoop());
2435     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Start)) return UnknownValue;
2436     SCEVHandle Step = AddRec->getOperand(1);
2437
2438     Step = getSCEVAtScope(Step, L->getParentLoop());
2439
2440     // Figure out if Start % Step == 0.
2441     // FIXME: We should add DivExpr and RemExpr operations to our AST.
2442     if (SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step)) {
2443       if (StepC->getValue()->equalsInt(1))      // N % 1 == 0
2444         return SE.getNegativeSCEV(Start);  // 0 - Start/1 == -Start
2445       if (StepC->getValue()->isAllOnesValue())  // N % -1 == 0
2446         return Start;                   // 0 - Start/-1 == Start
2447
2448       // Check to see if Start is divisible by SC with no remainder.
2449       if (SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start)) {
2450         ConstantInt *StartCC = StartC->getValue();
2451         Constant *StartNegC = ConstantExpr::getNeg(StartCC);
2452         Constant *Rem = ConstantExpr::getSRem(StartNegC, StepC->getValue());
2453         if (Rem->isNullValue()) {
2454           Constant *Result =ConstantExpr::getSDiv(StartNegC,StepC->getValue());
2455           return SE.getUnknown(Result);
2456         }
2457       }
2458     }
2459   } else if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isInteger()) {
2460     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
2461     // the quadratic equation to solve it.
2462     std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle> Roots = SolveQuadraticEquation(AddRec, SE);
2463     SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
2464     SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
2465     if (R1) {
2466 #if 0
2467       cerr << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
2468            << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
2469 #endif
2470       // Pick the smallest positive root value.
2471       if (ConstantInt *CB =
2472           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT, 
2473                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
2474         if (CB->getZExtValue() == false)
2475           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
2476
2477         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
2478         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
2479         // should not accept a root of 2.
2480         SCEVHandle Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1, SE);
2481         if (SCEVConstant *EvalVal = dyn_cast<SCEVConstant>(Val))
2482           if (EvalVal->getValue()->isZero())
2483             return R1;  // We found a quadratic root!
2484       }
2485     }
2486   }
2487
2488   return UnknownValue;
2489 }
2490
2491 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
2492 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
2493 /// UnknownValue
2494 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::HowFarToNonZero(SCEV *V, const Loop *L) {
2495   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
2496   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
2497   // future as needed.
2498
2499   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
2500   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
2501   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
2502     Constant *Zero = Constant::getNullValue(C->getValue()->getType());
2503     Constant *NonZero = 
2504       ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_NE, C->getValue(), Zero);
2505     if (NonZero == ConstantInt::getTrue())
2506       return getSCEV(Zero);
2507     return UnknownValue;  // Otherwise it will loop infinitely.
2508   }
2509
2510   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
2511   // this, and if they did, they would already be constant folded.
2512   return UnknownValue;
2513 }
2514
2515 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
2516 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
2517 /// UnknownValue.
2518 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::
2519 HowManyLessThans(SCEV *LHS, SCEV *RHS, const Loop *L, bool isSigned) {
2520   // Only handle:  "ADDREC < LoopInvariant".
2521   if (!RHS->isLoopInvariant(L)) return UnknownValue;
2522
2523   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
2524   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
2525     return UnknownValue;
2526
2527   if (AddRec->isAffine()) {
2528     // The number of iterations for "{n,+,1} < m", is m-n.  However, we don't
2529     // know that m is >= n on input to the loop.  If it is, the condition
2530     // returns true zero times.  To handle both cases, we return SMAX(0, m-n).
2531
2532     // FORNOW: We only support unit strides.
2533     SCEVHandle One = SE.getIntegerSCEV(1, RHS->getType());
2534     if (AddRec->getOperand(1) != One)
2535       return UnknownValue;
2536
2537     SCEVHandle Iters = SE.getMinusSCEV(RHS, AddRec->getOperand(0));
2538
2539     if (isSigned)
2540       return SE.getSMaxExpr(SE.getIntegerSCEV(0, RHS->getType()), Iters);
2541     else
2542       return Iters;
2543   }
2544
2545   return UnknownValue;
2546 }
2547
2548 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
2549 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
2550 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
2551 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
2552 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
2553 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
2554                                                    ScalarEvolution &SE) const {
2555   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
2556     return new SCEVCouldNotCompute();
2557
2558   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
2559   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
2560     if (!SC->getValue()->isZero()) {
2561       std::vector<SCEVHandle> Operands(op_begin(), op_end());
2562       Operands[0] = SE.getIntegerSCEV(0, SC->getType());
2563       SCEVHandle Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop());
2564       if (SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
2565         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
2566                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
2567       // This is strange and shouldn't happen.
2568       return new SCEVCouldNotCompute();
2569     }
2570
2571   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
2572   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
2573   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
2574     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
2575       return new SCEVCouldNotCompute();
2576
2577
2578   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
2579   // that the start element is zero.
2580
2581   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
2582   // iteration exits.
2583   if (!Range.contains(APInt(getBitWidth(),0))) 
2584     return SE.getConstant(ConstantInt::get(getType(),0));
2585
2586   if (isAffine()) {
2587     // If this is an affine expression then we have this situation:
2588     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
2589
2590     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
2591     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
2592     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
2593     // value.  Also note that we already checked for a full range.
2594     APInt One(getBitWidth(),1);
2595     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
2596     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
2597
2598     // The exit value should be (End+A)/A.
2599     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
2600     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(ExitVal);
2601
2602     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
2603     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
2604     // things must have happened.
2605     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
2606     if (Range.contains(Val->getValue()))
2607       return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
2608
2609     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
2610     assert(Range.contains(
2611            EvaluateConstantChrecAtConstant(this, 
2612            ConstantInt::get(ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
2613            "Linear scev computation is off in a bad way!");
2614     return SE.getConstant(ExitValue);
2615   } else if (isQuadratic()) {
2616     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
2617     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
2618     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
2619     // Range.getUpper() is crossed.
2620     std::vector<SCEVHandle> NewOps(op_begin(), op_end());
2621     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
2622     SCEVHandle NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop());
2623
2624     // Next, solve the constructed addrec
2625     std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle> Roots =
2626       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
2627     SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
2628     SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
2629     if (R1) {
2630       // Pick the smallest positive root value.
2631       if (ConstantInt *CB =
2632           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT, 
2633                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
2634         if (CB->getZExtValue() == false)
2635           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
2636
2637         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
2638         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
2639         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
2640         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
2641                                                              R1->getValue(),
2642                                                              SE);
2643         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
2644           // The next iteration must be out of the range...
2645           ConstantInt *NextVal = ConstantInt::get(R1->getValue()->getValue()+1);
2646
2647           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
2648           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
2649             return SE.getConstant(NextVal);
2650           return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
2651         }
2652
2653         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
2654         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
2655         ConstantInt *NextVal = ConstantInt::get(R1->getValue()->getValue()-1);
2656         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
2657         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
2658           return R1;
2659         return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
2660       }
2661     }
2662   }
2663
2664   // Fallback, if this is a general polynomial, figure out the progression
2665   // through brute force: evaluate until we find an iteration that fails the
2666   // test.  This is likely to be slow, but getting an accurate trip count is
2667   // incredibly important, we will be able to simplify the exit test a lot, and
2668   // we are almost guaranteed to get a trip count in this case.
2669   ConstantInt *TestVal = ConstantInt::get(getType(), 0);
2670   ConstantInt *EndVal  = TestVal;  // Stop when we wrap around.
2671   do {
2672     ++NumBruteForceEvaluations;
2673     SCEVHandle Val = evaluateAtIteration(SE.getConstant(TestVal), SE);
2674     if (!isa<SCEVConstant>(Val))  // This shouldn't happen.
2675       return new SCEVCouldNotCompute();
2676
2677     // Check to see if we found the value!
2678     if (!Range.contains(cast<SCEVConstant>(Val)->getValue()->getValue()))
2679       return SE.getConstant(TestVal);
2680
2681     // Increment to test the next index.
2682     TestVal = ConstantInt::get(TestVal->getValue()+1);
2683   } while (TestVal != EndVal);
2684
2685   return new SCEVCouldNotCompute();
2686 }
2687
2688
2689
2690 //===----------------------------------------------------------------------===//
2691 //                   ScalarEvolution Class Implementation
2692 //===----------------------------------------------------------------------===//
2693
2694 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
2695   Impl = new ScalarEvolutionsImpl(*this, F, getAnalysis<LoopInfo>());
2696   return false;
2697 }
2698
2699 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
2700   delete (ScalarEvolutionsImpl*)Impl;
2701   Impl = 0;
2702 }
2703
2704 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
2705   AU.setPreservesAll();
2706   AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
2707 }
2708
2709 SCEVHandle ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) const {
2710   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getSCEV(V);
2711 }
2712
2713 /// hasSCEV - Return true if the SCEV for this value has already been
2714 /// computed.
2715 bool ScalarEvolution::hasSCEV(Value *V) const {
2716   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->hasSCEV(V);
2717 }
2718
2719
2720 /// setSCEV - Insert the specified SCEV into the map of current SCEVs for
2721 /// the specified value.
2722 void ScalarEvolution::setSCEV(Value *V, const SCEVHandle &H) {
2723   ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->setSCEV(V, H);
2724 }
2725
2726
2727 SCEVHandle ScalarEvolution::getIterationCount(const Loop *L) const {
2728   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getIterationCount(L);
2729 }
2730
2731 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantIterationCount(const Loop *L) const {
2732   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getIterationCount(L));
2733 }
2734
2735 SCEVHandle ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) const {
2736   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
2737 }
2738
2739 void ScalarEvolution::deleteValueFromRecords(Value *V) const {
2740   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->deleteValueFromRecords(V);
2741 }
2742
2743 static void PrintLoopInfo(std::ostream &OS, const ScalarEvolution *SE,
2744                           const Loop *L) {
2745   // Print all inner loops first
2746   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
2747     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
2748
2749   OS << "Loop " << L->getHeader()->getName() << ": ";
2750
2751   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
2752   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
2753   if (ExitBlocks.size() != 1)
2754     OS << "<multiple exits> ";
2755
2756   if (SE->hasLoopInvariantIterationCount(L)) {
2757     OS << *SE->getIterationCount(L) << " iterations! ";
2758   } else {
2759     OS << "Unpredictable iteration count. ";
2760   }
2761
2762   OS << "\n";
2763 }
2764
2765 void ScalarEvolution::print(std::ostream &OS, const Module* ) const {
2766   Function &F = ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->F;
2767   LoopInfo &LI = ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->LI;
2768
2769   OS << "Classifying expressions for: " << F.getName() << "\n";
2770   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
2771     if (I->getType()->isInteger()) {
2772       OS << *I;
2773       OS << "  --> ";
2774       SCEVHandle SV = getSCEV(&*I);
2775       SV->print(OS);
2776       OS << "\t\t";
2777
2778       if ((*I).getType()->isInteger()) {
2779         ConstantRange Bounds = SV->getValueRange();
2780         if (!Bounds.isFullSet())
2781           OS << "Bounds: " << Bounds << " ";
2782       }
2783
2784       if (const Loop *L = LI.getLoopFor((*I).getParent())) {
2785         OS << "Exits: ";
2786         SCEVHandle ExitValue = getSCEVAtScope(&*I, L->getParentLoop());
2787         if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ExitValue)) {
2788           OS << "<<Unknown>>";
2789         } else {
2790           OS << *ExitValue;
2791         }
2792       }
2793
2794
2795       OS << "\n";
2796     }
2797
2798   OS << "Determining loop execution counts for: " << F.getName() << "\n";
2799   for (LoopInfo::iterator I = LI.begin(), E = LI.end(); I != E; ++I)
2800     PrintLoopInfo(OS, this, *I);
2801 }