lib/Analysis/ScalarEvolution.cpp

   1 //===- ScalarEvolution.cpp - Scalar Evolution Analysis ----------*- C++ -*-===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file contains the implementation of the scalar evolution analysis
  11 // engine, which is used primarily to analyze expressions involving induction
  12 // variables in loops.
  13 //
  14 // There are several aspects to this library.  First is the representation of
  15 // scalar expressions, which are represented as subclasses of the SCEV class.
  16 // These classes are used to represent certain types of subexpressions that we
  17 // can handle. We only create one SCEV of a particular shape, so
  18 // pointer-comparisons for equality are legal.
  19 //
  20 // One important aspect of the SCEV objects is that they are never cyclic, even
  21 // if there is a cycle in the dataflow for an expression (ie, a PHI node).  If
  22 // the PHI node is one of the idioms that we can represent (e.g., a polynomial
  23 // recurrence) then we represent it directly as a recurrence node, otherwise we
  24 // represent it as a SCEVUnknown node.
  25 //
  26 // In addition to being able to represent expressions of various types, we also
  27 // have folders that are used to build the *canonical* representation for a
  28 // particular expression.  These folders are capable of using a variety of
  29 // rewrite rules to simplify the expressions.
  30 //
  31 // Once the folders are defined, we can implement the more interesting
  32 // higher-level code, such as the code that recognizes PHI nodes of various
  33 // types, computes the execution count of a loop, etc.
  34 //
  35 // TODO: We should use these routines and value representations to implement
  36 // dependence analysis!
  37 //
  38 //===----------------------------------------------------------------------===//
  39 //
  40 // There are several good references for the techniques used in this analysis.
  41 //
  42 //  Chains of recurrences -- a method to expedite the evaluation
  43 //  of closed-form functions
  44 //  Olaf Bachmann, Paul S. Wang, Eugene V. Zima
  45 //
  46 //  On computational properties of chains of recurrences
  47 //  Eugene V. Zima
  48 //
  49 //  Symbolic Evaluation of Chains of Recurrences for Loop Optimization
  50 //  Robert A. van Engelen
  51 //
  52 //  Efficient Symbolic Analysis for Optimizing Compilers
  53 //  Robert A. van Engelen
  54 //
  55 //  Using the chains of recurrences algebra for data dependence testing and
  56 //  induction variable substitution
  57 //  MS Thesis, Johnie Birch
  58 //
  59 //===----------------------------------------------------------------------===//
  60
  61 #define DEBUG_TYPE "scalar-evolution"
  62 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
  63 #include "llvm/Constants.h"
  64 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  65 #include "llvm/GlobalVariable.h"
  66 #include "llvm/GlobalAlias.h"
  67 #include "llvm/Instructions.h"
  68 #include "llvm/LLVMContext.h"
  69 #include "llvm/Operator.h"
  70 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
  71 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
  72 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
  73 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
  74 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
  75 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
  76 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  77 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  78 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
  79 #include "llvm/Support/Debug.h"
  80 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  81 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
  82 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
  83 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
  84 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  85 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  86 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  87 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
  88 #include <algorithm>
  89 using namespace llvm;
  90
  91 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
  92           "Number of trip counts computed with array length");
  93 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
  94           "Number of loops with predictable loop counts");
  95 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
  96           "Number of loops without predictable loop counts");
  97 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
  98           "Number of loops with trip counts computed by force");
  99
 100 static cl::opt<unsigned>
 101 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
 102                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
 103                                  "symbolically execute a constant "
 104                                  "derived loop"),
 105                         cl::init(100));
 106
 107 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ScalarEvolution, "scalar-evolution",
 108                 "Scalar Evolution Analysis", false, true)
 109 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
 110 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
 111 INITIALIZE_PASS_END(ScalarEvolution, "scalar-evolution",
 112                 "Scalar Evolution Analysis", false, true)
 113 char ScalarEvolution::ID = 0;
 114
 115 //===----------------------------------------------------------------------===//
 116 //                           SCEV class definitions
 117 //===----------------------------------------------------------------------===//
 118
 119 //===----------------------------------------------------------------------===//
 120 // Implementation of the SCEV class.
 121 //
 122
 123 void SCEV::dump() const {
 124   print(dbgs());
 125   dbgs() << '\n';
 126 }
 127
 128 void SCEV::print(raw_ostream &OS) const {
 129   switch (getSCEVType()) {
 130   case scConstant:
 131     WriteAsOperand(OS, cast<SCEVConstant>(this)->getValue(), false);
 132     return;
 133   case scTruncate: {
 134     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(this);
 135     const SCEV *Op = Trunc->getOperand();
 136     OS << "(trunc " << *Op->getType() << " " << *Op << " to "
 137        << *Trunc->getType() << ")";
 138     return;
 139   }
 140   case scZeroExtend: {
 141     const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = cast<SCEVZeroExtendExpr>(this);
 142     const SCEV *Op = ZExt->getOperand();
 143     OS << "(zext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to "
 144        << *ZExt->getType() << ")";
 145     return;
 146   }
 147   case scSignExtend: {
 148     const SCEVSignExtendExpr *SExt = cast<SCEVSignExtendExpr>(this);
 149     const SCEV *Op = SExt->getOperand();
 150     OS << "(sext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to "
 151        << *SExt->getType() << ")";
 152     return;
 153   }
 154   case scAddRecExpr: {
 155     const SCEVAddRecExpr *AR = cast<SCEVAddRecExpr>(this);
 156     OS << "{" << *AR->getOperand(0);
 157     for (unsigned i = 1, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
 158       OS << ",+," << *AR->getOperand(i);
 159     OS << "}<";
 160     if (AR->getNoWrapFlags(FlagNUW))
 161       OS << "nuw><";
 162     if (AR->getNoWrapFlags(FlagNSW))
 163       OS << "nsw><";
 164     if (AR->getNoWrapFlags(FlagNW) &&
 165         !AR->getNoWrapFlags((NoWrapFlags)(FlagNUW | FlagNSW)))
 166       OS << "nw><";
 167     WriteAsOperand(OS, AR->getLoop()->getHeader(), /*PrintType=*/false);
 168     OS << ">";
 169     return;
 170   }
 171   case scAddExpr:
 172   case scMulExpr:
 173   case scUMaxExpr:
 174   case scSMaxExpr: {
 175     const SCEVNAryExpr *NAry = cast<SCEVNAryExpr>(this);
 176     const char *OpStr = 0;
 177     switch (NAry->getSCEVType()) {
 178     case scAddExpr: OpStr = " + "; break;
 179     case scMulExpr: OpStr = " * "; break;
 180     case scUMaxExpr: OpStr = " umax "; break;
 181     case scSMaxExpr: OpStr = " smax "; break;
 182     }
 183     OS << "(";
 184     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
 185          I != E; ++I) {
 186       OS << **I;
 187       if (llvm::next(I) != E)
 188         OS << OpStr;
 189     }
 190     OS << ")";
 191     return;
 192   }
 193   case scUDivExpr: {
 194     const SCEVUDivExpr *UDiv = cast<SCEVUDivExpr>(this);
 195     OS << "(" << *UDiv->getLHS() << " /u " << *UDiv->getRHS() << ")";
 196     return;
 197   }
 198   case scUnknown: {
 199     const SCEVUnknown *U = cast<SCEVUnknown>(this);
 200     Type *AllocTy;
 201     if (U->isSizeOf(AllocTy)) {
 202       OS << "sizeof(" << *AllocTy << ")";
 203       return;
 204     }
 205     if (U->isAlignOf(AllocTy)) {
 206       OS << "alignof(" << *AllocTy << ")";
 207       return;
 208     }
 209
 210     Type *CTy;
 211     Constant *FieldNo;
 212     if (U->isOffsetOf(CTy, FieldNo)) {
 213       OS << "offsetof(" << *CTy << ", ";
 214       WriteAsOperand(OS, FieldNo, false);
 215       OS << ")";
 216       return;
 217     }
 218
 219     // Otherwise just print it normally.
 220     WriteAsOperand(OS, U->getValue(), false);
 221     return;
 222   }
 223   case scCouldNotCompute:
 224     OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
 225     return;
 226   default: break;
 227   }
 228   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
 229 }
 230
 231 Type *SCEV::getType() const {
 232   switch (getSCEVType()) {
 233   case scConstant:
 234     return cast<SCEVConstant>(this)->getType();
 235   case scTruncate:
 236   case scZeroExtend:
 237   case scSignExtend:
 238     return cast<SCEVCastExpr>(this)->getType();
 239   case scAddRecExpr:
 240   case scMulExpr:
 241   case scUMaxExpr:
 242   case scSMaxExpr:
 243     return cast<SCEVNAryExpr>(this)->getType();
 244   case scAddExpr:
 245     return cast<SCEVAddExpr>(this)->getType();
 246   case scUDivExpr:
 247     return cast<SCEVUDivExpr>(this)->getType();
 248   case scUnknown:
 249     return cast<SCEVUnknown>(this)->getType();
 250   case scCouldNotCompute:
 251     llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
 252     return 0;
 253   default: break;
 254   }
 255   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
 256   return 0;
 257 }
 258
 259 bool SCEV::isZero() const {
 260   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
 261     return SC->getValue()->isZero();
 262   return false;
 263 }
 264
 265 bool SCEV::isOne() const {
 266   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
 267     return SC->getValue()->isOne();
 268   return false;
 269 }
 270
 271 bool SCEV::isAllOnesValue() const {
 272   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
 273     return SC->getValue()->isAllOnesValue();
 274   return false;
 275 }
 276
 277 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() :
 278   SCEV(FoldingSetNodeIDRef(), scCouldNotCompute) {}
 279
 280 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
 281   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
 282 }
 283
 284 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(ConstantInt *V) {
 285   FoldingSetNodeID ID;
 286   ID.AddInteger(scConstant);
 287   ID.AddPointer(V);
 288   void *IP = 0;
 289   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
 290   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVConstant(ID.Intern(SCEVAllocator), V);
 291   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
 292   return S;
 293 }
 294
 295 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(const APInt& Val) {
 296   return getConstant(ConstantInt::get(getContext(), Val));
 297 }
 298
 299 const SCEV *
 300 ScalarEvolution::getConstant(Type *Ty, uint64_t V, bool isSigned) {
 301   IntegerType *ITy = cast<IntegerType>(getEffectiveSCEVType(Ty));
 302   return getConstant(ConstantInt::get(ITy, V, isSigned));
 303 }
 304
 305 SCEVCastExpr::SCEVCastExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
 306                            unsigned SCEVTy, const SCEV *op, Type *ty)
 307   : SCEV(ID, SCEVTy), Op(op), Ty(ty) {}
 308
 309 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
 310                                    const SCEV *op, Type *ty)
 311   : SCEVCastExpr(ID, scTruncate, op, ty) {
 312   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
 313          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
 314          "Cannot truncate non-integer value!");
 315 }
 316
 317 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
 318                                        const SCEV *op, Type *ty)
 319   : SCEVCastExpr(ID, scZeroExtend, op, ty) {
 320   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
 321          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
 322          "Cannot zero extend non-integer value!");
 323 }
 324
 325 SCEVSignExtendExpr::SCEVSignExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
 326                                        const SCEV *op, Type *ty)
 327   : SCEVCastExpr(ID, scSignExtend, op, ty) {
 328   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
 329          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
 330          "Cannot sign extend non-integer value!");
 331 }
 332
 333 void SCEVUnknown::deleted() {
 334   // Clear this SCEVUnknown from various maps.
 335   SE->forgetMemoizedResults(this);
 336
 337   // Remove this SCEVUnknown from the uniquing map.
 338   SE->UniqueSCEVs.RemoveNode(this);
 339
 340   // Release the value.
 341   setValPtr(0);
 342 }
 343
 344 void SCEVUnknown::allUsesReplacedWith(Value *New) {
 345   // Clear this SCEVUnknown from various maps.
 346   SE->forgetMemoizedResults(this);
 347
 348   // Remove this SCEVUnknown from the uniquing map.
 349   SE->UniqueSCEVs.RemoveNode(this);
 350
 351   // Update this SCEVUnknown to point to the new value. This is needed
 352   // because there may still be outstanding SCEVs which still point to
 353   // this SCEVUnknown.
 354   setValPtr(New);
 355 }
 356
 357 bool SCEVUnknown::isSizeOf(Type *&AllocTy) const {
 358   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(getValue()))
 359     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
 360       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
 361         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
 362             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
 363             CE->getNumOperands() == 2)
 364           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(1)))
 365             if (CI->isOne()) {
 366               AllocTy = cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())
 367                                  ->getElementType();
 368               return true;
 369             }
 370
 371   return false;
 372 }
 373
 374 bool SCEVUnknown::isAlignOf(Type *&AllocTy) const {
 375   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(getValue()))
 376     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
 377       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
 378         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
 379             CE->getOperand(0)->isNullValue()) {
 380           Type *Ty =
 381             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
 382           if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty))
 383             if (!STy->isPacked() &&
 384                 CE->getNumOperands() == 3 &&
 385                 CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
 386               if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(2)))
 387                 if (CI->isOne() &&
 388                     STy->getNumElements() == 2 &&
 389                     STy->getElementType(0)->isIntegerTy(1)) {
 390                   AllocTy = STy->getElementType(1);
 391                   return true;
 392                 }
 393             }
 394         }
 395
 396   return false;
 397 }
 398
 399 bool SCEVUnknown::isOffsetOf(Type *&CTy, Constant *&FieldNo) const {
 400   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(getValue()))
 401     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
 402       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
 403         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
 404             CE->getNumOperands() == 3 &&
 405             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
 406             CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
 407           Type *Ty =
 408             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
 409           // Ignore vector types here so that ScalarEvolutionExpander doesn't
 410           // emit getelementptrs that index into vectors.
 411           if (Ty->isStructTy() || Ty->isArrayTy()) {
 412             CTy = Ty;
 413             FieldNo = CE->getOperand(2);
 414             return true;
 415           }
 416         }
 417
 418   return false;
 419 }
 420
 421 //===----------------------------------------------------------------------===//
 422 //                               SCEV Utilities
 423 //===----------------------------------------------------------------------===//
 424
 425 namespace {
 426   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
 427   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
 428   /// expressions.
 429   class SCEVComplexityCompare {
 430     const LoopInfo *const LI;
 431   public:
 432     explicit SCEVComplexityCompare(const LoopInfo *li) : LI(li) {}
 433
 434     // Return true or false if LHS is less than, or at least RHS, respectively.
 435     bool operator()(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
 436       return compare(LHS, RHS) < 0;
 437     }
 438
 439     // Return negative, zero, or positive, if LHS is less than, equal to, or
 440     // greater than RHS, respectively. A three-way result allows recursive
 441     // comparisons to be more efficient.
 442     int compare(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
 443       // Fast-path: SCEVs are uniqued so we can do a quick equality check.
 444       if (LHS == RHS)
 445         return 0;
 446
 447       // Primarily, sort the SCEVs by their getSCEVType().
 448       unsigned LType = LHS->getSCEVType(), RType = RHS->getSCEVType();
 449       if (LType != RType)
 450         return (int)LType - (int)RType;
 451
 452       // Aside from the getSCEVType() ordering, the particular ordering
 453       // isn't very important except that it's beneficial to be consistent,
 454       // so that (a + b) and (b + a) don't end up as different expressions.
 455       switch (LType) {
 456       case scUnknown: {
 457         const SCEVUnknown *LU = cast<SCEVUnknown>(LHS);
 458         const SCEVUnknown *RU = cast<SCEVUnknown>(RHS);
 459
 460         // Sort SCEVUnknown values with some loose heuristics. TODO: This is
 461         // not as complete as it could be.
 462         const Value *LV = LU->getValue(), *RV = RU->getValue();
 463
 464         // Order pointer values after integer values. This helps SCEVExpander
 465         // form GEPs.
 466         bool LIsPointer = LV->getType()->isPointerTy(),
 467              RIsPointer = RV->getType()->isPointerTy();
 468         if (LIsPointer != RIsPointer)
 469           return (int)LIsPointer - (int)RIsPointer;
 470
 471         // Compare getValueID values.
 472         unsigned LID = LV->getValueID(),
 473                  RID = RV->getValueID();
 474         if (LID != RID)
 475           return (int)LID - (int)RID;
 476
 477         // Sort arguments by their position.
 478         if (const Argument *LA = dyn_cast<Argument>(LV)) {
 479           const Argument *RA = cast<Argument>(RV);
 480           unsigned LArgNo = LA->getArgNo(), RArgNo = RA->getArgNo();
 481           return (int)LArgNo - (int)RArgNo;
 482         }
 483
 484         // For instructions, compare their loop depth, and their operand
 485         // count.  This is pretty loose.
 486         if (const Instruction *LInst = dyn_cast<Instruction>(LV)) {
 487           const Instruction *RInst = cast<Instruction>(RV);
 488
 489           // Compare loop depths.
 490           const BasicBlock *LParent = LInst->getParent(),
 491                            *RParent = RInst->getParent();
 492           if (LParent != RParent) {
 493             unsigned LDepth = LI->getLoopDepth(LParent),
 494                      RDepth = LI->getLoopDepth(RParent);
 495             if (LDepth != RDepth)
 496               return (int)LDepth - (int)RDepth;
 497           }
 498
 499           // Compare the number of operands.
 500           unsigned LNumOps = LInst->getNumOperands(),
 501                    RNumOps = RInst->getNumOperands();
 502           return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
 503         }
 504
 505         return 0;
 506       }
 507
 508       case scConstant: {
 509         const SCEVConstant *LC = cast<SCEVConstant>(LHS);
 510         const SCEVConstant *RC = cast<SCEVConstant>(RHS);
 511
 512         // Compare constant values.
 513         const APInt &LA = LC->getValue()->getValue();
 514         const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
 515         unsigned LBitWidth = LA.getBitWidth(), RBitWidth = RA.getBitWidth();
 516         if (LBitWidth != RBitWidth)
 517           return (int)LBitWidth - (int)RBitWidth;
 518         return LA.ult(RA) ? -1 : 1;
 519       }
 520
 521       case scAddRecExpr: {
 522         const SCEVAddRecExpr *LA = cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
 523         const SCEVAddRecExpr *RA = cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
 524
 525         // Compare addrec loop depths.
 526         const Loop *LLoop = LA->getLoop(), *RLoop = RA->getLoop();
 527         if (LLoop != RLoop) {
 528           unsigned LDepth = LLoop->getLoopDepth(),
 529                    RDepth = RLoop->getLoopDepth();
 530           if (LDepth != RDepth)
 531             return (int)LDepth - (int)RDepth;
 532         }
 533
 534         // Addrec complexity grows with operand count.
 535         unsigned LNumOps = LA->getNumOperands(), RNumOps = RA->getNumOperands();
 536         if (LNumOps != RNumOps)
 537           return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
 538
 539         // Lexicographically compare.
 540         for (unsigned i = 0; i != LNumOps; ++i) {
 541           long X = compare(LA->getOperand(i), RA->getOperand(i));
 542           if (X != 0)
 543             return X;
 544         }
 545
 546         return 0;
 547       }
 548
 549       case scAddExpr:
 550       case scMulExpr:
 551       case scSMaxExpr:
 552       case scUMaxExpr: {
 553         const SCEVNAryExpr *LC = cast<SCEVNAryExpr>(LHS);
 554         const SCEVNAryExpr *RC = cast<SCEVNAryExpr>(RHS);
 555
 556         // Lexicographically compare n-ary expressions.
 557         unsigned LNumOps = LC->getNumOperands(), RNumOps = RC->getNumOperands();
 558         for (unsigned i = 0; i != LNumOps; ++i) {
 559           if (i >= RNumOps)
 560             return 1;
 561           long X = compare(LC->getOperand(i), RC->getOperand(i));
 562           if (X != 0)
 563             return X;
 564         }
 565         return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
 566       }
 567
 568       case scUDivExpr: {
 569         const SCEVUDivExpr *LC = cast<SCEVUDivExpr>(LHS);
 570         const SCEVUDivExpr *RC = cast<SCEVUDivExpr>(RHS);
 571
 572         // Lexicographically compare udiv expressions.
 573         long X = compare(LC->getLHS(), RC->getLHS());
 574         if (X != 0)
 575           return X;
 576         return compare(LC->getRHS(), RC->getRHS());
 577       }
 578
 579       case scTruncate:
 580       case scZeroExtend:
 581       case scSignExtend: {
 582         const SCEVCastExpr *LC = cast<SCEVCastExpr>(LHS);
 583         const SCEVCastExpr *RC = cast<SCEVCastExpr>(RHS);
 584
 585         // Compare cast expressions by operand.
 586         return compare(LC->getOperand(), RC->getOperand());
 587       }
 588
 589       default:
 590         break;
 591       }
 592
 593       llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
 594       return 0;
 595     }
 596   };
 597 }
 598
 599 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
 600 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
 601 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
 602 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
 603 ///
 604 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get deterministic
 605 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
 606 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
 607 /// land in memory.
 608 ///
 609 static void GroupByComplexity(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
 610                               LoopInfo *LI) {
 611   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
 612   if (Ops.size() == 2) {
 613     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
 614     // Special case it.
 615     const SCEV *&LHS = Ops[0], *&RHS = Ops[1];
 616     if (SCEVComplexityCompare(LI)(RHS, LHS))
 617       std::swap(LHS, RHS);
 618     return;
 619   }
 620
 621   // Do the rough sort by complexity.
 622   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare(LI));
 623
 624   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
 625   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
 626   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
 627   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
 628   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
 629     const SCEV *S = Ops[i];
 630     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
 631
 632     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
 633     // one, group them.
 634     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
 635       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
 636         // Move it to immediately after i'th element.
 637         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
 638         ++i;   // no need to rescan it.
 639         if (i == e-2) return;  // Done!
 640       }
 641     }
 642   }
 643 }
 644
 645
 646
 647 //===----------------------------------------------------------------------===//
 648 //                      Simple SCEV method implementations
 649 //===----------------------------------------------------------------------===//
 650
 651 /// BinomialCoefficient - Compute BC(It, K).  The result has width W.
 652 /// Assume, K > 0.
 653 static const SCEV *BinomialCoefficient(const SCEV *It, unsigned K,
 654                                        ScalarEvolution &SE,
 655                                        Type *ResultTy) {
 656   // Handle the simplest case efficiently.
 657   if (K == 1)
 658     return SE.getTruncateOrZeroExtend(It, ResultTy);
 659
 660   // We are using the following formula for BC(It, K):
 661   //
 662   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / K!
 663   //
 664   // Suppose, W is the bitwidth of the return value.  We must be prepared for
 665   // overflow.  Hence, we must assure that the result of our computation is
 666   // equal to the accurate one modulo 2^W.  Unfortunately, division isn't
 667   // safe in modular arithmetic.
 668   //
 669   // However, this code doesn't use exactly that formula; the formula it uses
 670   // is something like the following, where T is the number of factors of 2 in
 671   // K! (i.e. trailing zeros in the binary representation of K!), and ^ is
 672   // exponentiation:
 673   //
 674   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / 2^T / (K! / 2^T)
 675   //
 676   // This formula is trivially equivalent to the previous formula.  However,
 677   // this formula can be implemented much more efficiently.  The trick is that
 678   // K! / 2^T is odd, and exact division by an odd number *is* safe in modular
 679   // arithmetic.  To do exact division in modular arithmetic, all we have
 680   // to do is multiply by the inverse.  Therefore, this step can be done at
 681   // width W.
 682   //
 683   // The next issue is how to safely do the division by 2^T.  The way this
 684   // is done is by doing the multiplication step at a width of at least W + T
 685   // bits.  This way, the bottom W+T bits of the product are accurate. Then,
 686   // when we perform the division by 2^T (which is equivalent to a right shift
 687   // by T), the bottom W bits are accurate.  Extra bits are okay; they'll get
 688   // truncated out after the division by 2^T.
 689   //
 690   // In comparison to just directly using the first formula, this technique
 691   // is much more efficient; using the first formula requires W * K bits,
 692   // but this formula less than W + K bits. Also, the first formula requires
 693   // a division step, whereas this formula only requires multiplies and shifts.
 694   //
 695   // It doesn't matter whether the subtraction step is done in the calculation
 696   // width or the input iteration count's width; if the subtraction overflows,
 697   // the result must be zero anyway.  We prefer here to do it in the width of
 698   // the induction variable because it helps a lot for certain cases; CodeGen
 699   // isn't smart enough to ignore the overflow, which leads to much less
 700   // efficient code if the width of the subtraction is wider than the native
 701   // register width.
 702   //
 703   // (It's possible to not widen at all by pulling out factors of 2 before
 704   // the multiplication; for example, K=2 can be calculated as
 705   // It/2*(It+(It*INT_MIN/INT_MIN)+-1). However, it requires
 706   // extra arithmetic, so it's not an obvious win, and it gets
 707   // much more complicated for K > 3.)
 708
 709   // Protection from insane SCEVs; this bound is conservative,
 710   // but it probably doesn't matter.
 711   if (K > 1000)
 712     return SE.getCouldNotCompute();
 713
 714   unsigned W = SE.getTypeSizeInBits(ResultTy);
 715
 716   // Calculate K! / 2^T and T; we divide out the factors of two before
 717   // multiplying for calculating K! / 2^T to avoid overflow.
 718   // Other overflow doesn't matter because we only care about the bottom
 719   // W bits of the result.
 720   APInt OddFactorial(W, 1);
 721   unsigned T = 1;
 722   for (unsigned i = 3; i <= K; ++i) {
 723     APInt Mult(W, i);
 724     unsigned TwoFactors = Mult.countTrailingZeros();
 725     T += TwoFactors;
 726     Mult = Mult.lshr(TwoFactors);
 727     OddFactorial *= Mult;
 728   }
 729
 730   // We need at least W + T bits for the multiplication step
 731   unsigned CalculationBits = W + T;
 732
 733   // Calculate 2^T, at width T+W.
 734   APInt DivFactor = APInt(CalculationBits, 1).shl(T);
 735
 736   // Calculate the multiplicative inverse of K! / 2^T;
 737   // this multiplication factor will perform the exact division by
 738   // K! / 2^T.
 739   APInt Mod = APInt::getSignedMinValue(W+1);
 740   APInt MultiplyFactor = OddFactorial.zext(W+1);
 741   MultiplyFactor = MultiplyFactor.multiplicativeInverse(Mod);
 742   MultiplyFactor = MultiplyFactor.trunc(W);
 743
 744   // Calculate the product, at width T+W
 745   IntegerType *CalculationTy = IntegerType::get(SE.getContext(),
 746                                                       CalculationBits);
 747   const SCEV *Dividend = SE.getTruncateOrZeroExtend(It, CalculationTy);
 748   for (unsigned i = 1; i != K; ++i) {
 749     const SCEV *S = SE.getMinusSCEV(It, SE.getConstant(It->getType(), i));
 750     Dividend = SE.getMulExpr(Dividend,
 751                              SE.getTruncateOrZeroExtend(S, CalculationTy));
 752   }
 753
 754   // Divide by 2^T
 755   const SCEV *DivResult = SE.getUDivExpr(Dividend, SE.getConstant(DivFactor));
 756
 757   // Truncate the result, and divide by K! / 2^T.
 758
 759   return SE.getMulExpr(SE.getConstant(MultiplyFactor),
 760                        SE.getTruncateOrZeroExtend(DivResult, ResultTy));
 761 }
 762
 763 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
 764 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
 765 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
 766 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
 767 ///
 768 ///   A*BC(It, 0) + B*BC(It, 1) + C*BC(It, 2) + D*BC(It, 3)
 769 ///
 770 /// where BC(It, k) stands for binomial coefficient.
 771 ///
 772 const SCEV *SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(const SCEV *It,
 773                                                 ScalarEvolution &SE) const {
 774   const SCEV *Result = getStart();
 775   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
 776     // The computation is correct in the face of overflow provided that the
 777     // multiplication is performed _after_ the evaluation of the binomial
 778     // coefficient.
 779     const SCEV *Coeff = BinomialCoefficient(It, i, SE, getType());
 780     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Coeff))
 781       return Coeff;
 782
 783     Result = SE.getAddExpr(Result, SE.getMulExpr(getOperand(i), Coeff));
 784   }
 785   return Result;
 786 }
 787
 788 //===----------------------------------------------------------------------===//
 789 //                    SCEV Expression folder implementations
 790 //===----------------------------------------------------------------------===//
 791
 792 const SCEV *ScalarEvolution::getTruncateExpr(const SCEV *Op,
 793                                              Type *Ty) {
 794   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) > getTypeSizeInBits(Ty) &&
 795          "This is not a truncating conversion!");
 796   assert(isSCEVable(Ty) &&
 797          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
 798   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
 799
 800   FoldingSetNodeID ID;
 801   ID.AddInteger(scTruncate);
 802   ID.AddPointer(Op);
 803   ID.AddPointer(Ty);
 804   void *IP = 0;
 805   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
 806
 807   // Fold if the operand is constant.
 808   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
 809     return getConstant(
 810       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(),
 811                                                getEffectiveSCEVType(Ty))));
 812
 813   // trunc(trunc(x)) --> trunc(x)
 814   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op))
 815     return getTruncateExpr(ST->getOperand(), Ty);
 816
 817   // trunc(sext(x)) --> sext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
 818   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
 819     return getTruncateOrSignExtend(SS->getOperand(), Ty);
 820
 821   // trunc(zext(x)) --> zext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
 822   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
 823     return getTruncateOrZeroExtend(SZ->getOperand(), Ty);
 824
 825   // trunc(x1+x2+...+xN) --> trunc(x1)+trunc(x2)+...+trunc(xN) if we can
 826   // eliminate all the truncates.
 827   if (const SCEVAddExpr *SA = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Op)) {
 828     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
 829     bool hasTrunc = false;
 830     for (unsigned i = 0, e = SA->getNumOperands(); i != e && !hasTrunc; ++i) {
 831       const SCEV *S = getTruncateExpr(SA->getOperand(i), Ty);
 832       hasTrunc = isa<SCEVTruncateExpr>(S);
 833       Operands.push_back(S);
 834     }
 835     if (!hasTrunc)
 836       return getAddExpr(Operands);
 837     UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP);  // Mutates IP, returns NULL.
 838   }
 839
 840   // trunc(x1*x2*...*xN) --> trunc(x1)*trunc(x2)*...*trunc(xN) if we can
 841   // eliminate all the truncates.
 842   if (const SCEVMulExpr *SM = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Op)) {
 843     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
 844     bool hasTrunc = false;
 845     for (unsigned i = 0, e = SM->getNumOperands(); i != e && !hasTrunc; ++i) {
 846       const SCEV *S = getTruncateExpr(SM->getOperand(i), Ty);
 847       hasTrunc = isa<SCEVTruncateExpr>(S);
 848       Operands.push_back(S);
 849     }
 850     if (!hasTrunc)
 851       return getMulExpr(Operands);
 852     UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP);  // Mutates IP, returns NULL.
 853   }
 854
 855   // If the input value is a chrec scev, truncate the chrec's operands.
 856   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
 857     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
 858     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
 859       Operands.push_back(getTruncateExpr(AddRec->getOperand(i), Ty));
 860     return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap);
 861   }
 862
 863   // As a special case, fold trunc(undef) to undef. We don't want to
 864   // know too much about SCEVUnknowns, but this special case is handy
 865   // and harmless.
 866   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(Op))
 867     if (isa<UndefValue>(U->getValue()))
 868       return getSCEV(UndefValue::get(Ty));
 869
 870   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node. We can reuse
 871   // the existing insert position since if we get here, we won't have
 872   // made any changes which would invalidate it.
 873   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVTruncateExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
 874                                                  Op, Ty);
 875   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
 876   return S;
 877 }
 878
 879 const SCEV *ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEV *Op,
 880                                                Type *Ty) {
 881   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
 882          "This is not an extending conversion!");
 883   assert(isSCEVable(Ty) &&
 884          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
 885   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
 886
 887   // Fold if the operand is constant.
 888   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
 889     return getConstant(
 890       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(),
 891                                               getEffectiveSCEVType(Ty))));
 892
 893   // zext(zext(x)) --> zext(x)
 894   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
 895     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
 896
 897   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
 898   // computed a SCEV for this Op and Ty.
 899   FoldingSetNodeID ID;
 900   ID.AddInteger(scZeroExtend);
 901   ID.AddPointer(Op);
 902   ID.AddPointer(Ty);
 903   void *IP = 0;
 904   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
 905
 906   // zext(trunc(x)) --> zext(x) or x or trunc(x)
 907   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
 908     // It's possible the bits taken off by the truncate were all zero bits. If
 909     // so, we should be able to simplify this further.
 910     const SCEV *X = ST->getOperand();
 911     ConstantRange CR = getUnsignedRange(X);
 912     unsigned TruncBits = getTypeSizeInBits(ST->getType());
 913     unsigned NewBits = getTypeSizeInBits(Ty);
 914     if (CR.truncate(TruncBits).zeroExtend(NewBits).contains(
 915             CR.zextOrTrunc(NewBits)))
 916       return getTruncateOrZeroExtend(X, Ty);
 917   }
 918
 919   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
 920   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
 921   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
 922   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
 923   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
 924     if (AR->isAffine()) {
 925       const SCEV *Start = AR->getStart();
 926       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
 927       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
 928       const Loop *L = AR->getLoop();
 929
 930       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
 931       // we don't need to do any further analysis.
 932       if (AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW))
 933         return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
 934                              getZeroExtendExpr(Step, Ty),
 935                              L, AR->getNoWrapFlags());
 936
 937       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
 938       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
 939       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
 940       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
 941       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
 942       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
 943       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
 944       // that value once it has finished.
 945       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
 946       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
 947         // Manually compute the final value for AR, checking for
 948         // overflow.
 949
 950         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
 951         // the addrec's type. The count is always unsigned.
 952         const SCEV *CastedMaxBECount =
 953           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
 954         const SCEV *RecastedMaxBECount =
 955           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
 956         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
 957           Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
 958           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no unsigned overflow.
 959           const SCEV *ZMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
 960           const SCEV *Add = getAddExpr(Start, ZMul);
 961           const SCEV *OperandExtendedAdd =
 962             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
 963                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
 964                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
 965           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd) {
 966             // Cache knowledge of AR NUW, which is propagated to this AddRec.
 967             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW);
 968             // Return the expression with the addrec on the outside.
 969             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
 970                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
 971                                  L, AR->getNoWrapFlags());
 972           }
 973           // Similar to above, only this time treat the step value as signed.
 974           // This covers loops that count down.
 975           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
 976           Add = getAddExpr(Start, SMul);
 977           OperandExtendedAdd =
 978             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
 979                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
 980                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
 981           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd) {
 982             // Cache knowledge of AR NW, which is propagated to this AddRec.
 983             // Negative step causes unsigned wrap, but it still can't self-wrap.
 984             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNW);
 985             // Return the expression with the addrec on the outside.
 986             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
 987                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
 988                                  L, AR->getNoWrapFlags());
 989           }
 990         }
 991
 992         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
 993         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
 994         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
 995         // with the post-inc value, the addrec is safe.
 996         if (isKnownPositive(Step)) {
 997           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMinValue(BitWidth) -
 998                                       getUnsignedRange(Step).getUnsignedMax());
 999           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, AR, N) ||
1000               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, Start, N) &&
1001                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT,
1002                                            AR->getPostIncExpr(*this), N))) {
1003             // Cache knowledge of AR NUW, which is propagated to this AddRec.
1004             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW);
1005             // Return the expression with the addrec on the outside.
1006             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
1007                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
1008                                  L, AR->getNoWrapFlags());
1009           }
1010         } else if (isKnownNegative(Step)) {
1011           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth) -
1012                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
1013           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, AR, N) ||
1014               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, Start, N) &&
1015                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT,
1016                                            AR->getPostIncExpr(*this), N))) {
1017             // Cache knowledge of AR NW, which is propagated to this AddRec.
1018             // Negative step causes unsigned wrap, but it still can't self-wrap.
1019             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNW);
1020             // Return the expression with the addrec on the outside.
1021             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
1022                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1023                                  L, AR->getNoWrapFlags());
1024           }
1025         }
1026       }
1027     }
1028
1029   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
1030   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
1031   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1032   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVZeroExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1033                                                    Op, Ty);
1034   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1035   return S;
1036 }
1037
1038 // Get the limit of a recurrence such that incrementing by Step cannot cause
1039 // signed overflow as long as the value of the recurrence within the loop does
1040 // not exceed this limit before incrementing.
1041 static const SCEV *getOverflowLimitForStep(const SCEV *Step,
1042                                            ICmpInst::Predicate *Pred,
1043                                            ScalarEvolution *SE) {
1044   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits(Step->getType());
1045   if (SE->isKnownPositive(Step)) {
1046     *Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
1047     return SE->getConstant(APInt::getSignedMinValue(BitWidth) -
1048                            SE->getSignedRange(Step).getSignedMax());
1049   }
1050   if (SE->isKnownNegative(Step)) {
1051     *Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
1052     return SE->getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth) -
1053                        SE->getSignedRange(Step).getSignedMin());
1054   }
1055   return 0;
1056 }
1057
1058 // The recurrence AR has been shown to have no signed wrap. Typically, if we can
1059 // prove NSW for AR, then we can just as easily prove NSW for its preincrement
1060 // or postincrement sibling. This allows normalizing a sign extended AddRec as
1061 // such: {sext(Step + Start),+,Step} => {(Step + sext(Start),+,Step} As a
1062 // result, the expression "Step + sext(PreIncAR)" is congruent with
1063 // "sext(PostIncAR)"
1064 static const SCEV *getPreStartForSignExtend(const SCEVAddRecExpr *AR,
1065                                             Type *Ty,
1066                                             ScalarEvolution *SE) {
1067   const Loop *L = AR->getLoop();
1068   const SCEV *Start = AR->getStart();
1069   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
1070
1071   // Check for a simple looking step prior to loop entry.
1072   const SCEVAddExpr *SA = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Start);
1073   if (!SA || SA->getNumOperands() != 2 || SA->getOperand(0) != Step)
1074     return 0;
1075
1076   // This is a postinc AR. Check for overflow on the preinc recurrence using the
1077   // same three conditions that getSignExtendedExpr checks.
1078
1079   // 1. NSW flags on the step increment.
1080   const SCEV *PreStart = SA->getOperand(1);
1081   const SCEVAddRecExpr *PreAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(
1082     SE->getAddRecExpr(PreStart, Step, L, SCEV::FlagAnyWrap));
1083
1084   if (PreAR && PreAR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW))
1085     return PreStart;
1086
1087   // 2. Direct overflow check on the step operation's expression.
1088   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits(AR->getType());
1089   Type *WideTy = IntegerType::get(SE->getContext(), BitWidth * 2);
1090   const SCEV *OperandExtendedStart =
1091     SE->getAddExpr(SE->getSignExtendExpr(PreStart, WideTy),
1092                    SE->getSignExtendExpr(Step, WideTy));
1093   if (SE->getSignExtendExpr(Start, WideTy) == OperandExtendedStart) {
1094     // Cache knowledge of PreAR NSW.
1095     if (PreAR)
1096       const_cast<SCEVAddRecExpr *>(PreAR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
1097     // FIXME: this optimization needs a unit test
1098     DEBUG(dbgs() << "SCEV: untested prestart overflow check\n");
1099     return PreStart;
1100   }
1101
1102   // 3. Loop precondition.
1103   ICmpInst::Predicate Pred;
1104   const SCEV *OverflowLimit = getOverflowLimitForStep(Step, &Pred, SE);
1105
1106   if (OverflowLimit &&
1107       SE->isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, PreStart, OverflowLimit)) {
1108     return PreStart;
1109   }
1110   return 0;
1111 }
1112
1113 // Get the normalized sign-extended expression for this AddRec's Start.
1114 static const SCEV *getSignExtendAddRecStart(const SCEVAddRecExpr *AR,
1115                                             Type *Ty,
1116                                             ScalarEvolution *SE) {
1117   const SCEV *PreStart = getPreStartForSignExtend(AR, Ty, SE);
1118   if (!PreStart)
1119     return SE->getSignExtendExpr(AR->getStart(), Ty);
1120
1121   return SE->getAddExpr(SE->getSignExtendExpr(AR->getStepRecurrence(*SE), Ty),
1122                         SE->getSignExtendExpr(PreStart, Ty));
1123 }
1124
1125 const SCEV *ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEV *Op,
1126                                                Type *Ty) {
1127   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1128          "This is not an extending conversion!");
1129   assert(isSCEVable(Ty) &&
1130          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1131   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1132
1133   // Fold if the operand is constant.
1134   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1135     return getConstant(
1136       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(),
1137                                               getEffectiveSCEVType(Ty))));
1138
1139   // sext(sext(x)) --> sext(x)
1140   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
1141     return getSignExtendExpr(SS->getOperand(), Ty);
1142
1143   // sext(zext(x)) --> zext(x)
1144   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
1145     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
1146
1147   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
1148   // computed a SCEV for this Op and Ty.
1149   FoldingSetNodeID ID;
1150   ID.AddInteger(scSignExtend);
1151   ID.AddPointer(Op);
1152   ID.AddPointer(Ty);
1153   void *IP = 0;
1154   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1155
1156   // If the input value is provably positive, build a zext instead.
1157   if (isKnownNonNegative(Op))
1158     return getZeroExtendExpr(Op, Ty);
1159
1160   // sext(trunc(x)) --> sext(x) or x or trunc(x)
1161   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1162     // It's possible the bits taken off by the truncate were all sign bits. If
1163     // so, we should be able to simplify this further.
1164     const SCEV *X = ST->getOperand();
1165     ConstantRange CR = getSignedRange(X);
1166     unsigned TruncBits = getTypeSizeInBits(ST->getType());
1167     unsigned NewBits = getTypeSizeInBits(Ty);
1168     if (CR.truncate(TruncBits).signExtend(NewBits).contains(
1169             CR.sextOrTrunc(NewBits)))
1170       return getTruncateOrSignExtend(X, Ty);
1171   }
1172
1173   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
1174   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
1175   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
1176   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
1177   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
1178     if (AR->isAffine()) {
1179       const SCEV *Start = AR->getStart();
1180       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
1181       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
1182       const Loop *L = AR->getLoop();
1183
1184       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
1185       // we don't need to do any further analysis.
1186       if (AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW))
1187         return getAddRecExpr(getSignExtendAddRecStart(AR, Ty, this),
1188                              getSignExtendExpr(Step, Ty),
1189                              L, SCEV::FlagNSW);
1190
1191       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
1192       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
1193       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
1194       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
1195       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
1196       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
1197       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
1198       // that value once it has finished.
1199       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
1200       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
1201         // Manually compute the final value for AR, checking for
1202         // overflow.
1203
1204         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
1205         // the addrec's type. The count is always unsigned.
1206         const SCEV *CastedMaxBECount =
1207           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
1208         const SCEV *RecastedMaxBECount =
1209           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
1210         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
1211           Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
1212           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no signed overflow.
1213           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1214           const SCEV *Add = getAddExpr(Start, SMul);
1215           const SCEV *OperandExtendedAdd =
1216             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
1217                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1218                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
1219           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd) {
1220             // Cache knowledge of AR NSW, which is propagated to this AddRec.
1221             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
1222             // Return the expression with the addrec on the outside.
1223             return getAddRecExpr(getSignExtendAddRecStart(AR, Ty, this),
1224                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1225                                  L, AR->getNoWrapFlags());
1226           }
1227           // Similar to above, only this time treat the step value as unsigned.
1228           // This covers loops that count up with an unsigned step.
1229           const SCEV *UMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1230           Add = getAddExpr(Start, UMul);
1231           OperandExtendedAdd =
1232             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
1233                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1234                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
1235           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd) {
1236             // Cache knowledge of AR NSW, which is propagated to this AddRec.
1237             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
1238             // Return the expression with the addrec on the outside.
1239             return getAddRecExpr(getSignExtendAddRecStart(AR, Ty, this),
1240                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
1241                                  L, AR->getNoWrapFlags());
1242           }
1243         }
1244
1245         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
1246         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
1247         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
1248         // with the post-inc value, the addrec is safe.
1249         ICmpInst::Predicate Pred;
1250         const SCEV *OverflowLimit = getOverflowLimitForStep(Step, &Pred, this);
1251         if (OverflowLimit &&
1252             (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, AR, OverflowLimit) ||
1253              (isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, Start, OverflowLimit) &&
1254               isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, AR->getPostIncExpr(*this),
1255                                           OverflowLimit)))) {
1256           // Cache knowledge of AR NSW, then propagate NSW to the wide AddRec.
1257           const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
1258           return getAddRecExpr(getSignExtendAddRecStart(AR, Ty, this),
1259                                getSignExtendExpr(Step, Ty),
1260                                L, AR->getNoWrapFlags());
1261         }
1262       }
1263     }
1264
1265   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
1266   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
1267   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1268   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSignExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1269                                                    Op, Ty);
1270   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1271   return S;
1272 }
1273
1274 /// getAnyExtendExpr - Return a SCEV for the given operand extended with
1275 /// unspecified bits out to the given type.
1276 ///
1277 const SCEV *ScalarEvolution::getAnyExtendExpr(const SCEV *Op,
1278                                               Type *Ty) {
1279   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1280          "This is not an extending conversion!");
1281   assert(isSCEVable(Ty) &&
1282          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1283   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1284
1285   // Sign-extend negative constants.
1286   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1287     if (SC->getValue()->getValue().isNegative())
1288       return getSignExtendExpr(Op, Ty);
1289
1290   // Peel off a truncate cast.
1291   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1292     const SCEV *NewOp = T->getOperand();
1293     if (getTypeSizeInBits(NewOp->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty))
1294       return getAnyExtendExpr(NewOp, Ty);
1295     return getTruncateOrNoop(NewOp, Ty);
1296   }
1297
1298   // Next try a zext cast. If the cast is folded, use it.
1299   const SCEV *ZExt = getZeroExtendExpr(Op, Ty);
1300   if (!isa<SCEVZeroExtendExpr>(ZExt))
1301     return ZExt;
1302
1303   // Next try a sext cast. If the cast is folded, use it.
1304   const SCEV *SExt = getSignExtendExpr(Op, Ty);
1305   if (!isa<SCEVSignExtendExpr>(SExt))
1306     return SExt;
1307
1308   // Force the cast to be folded into the operands of an addrec.
1309   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
1310     SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
1311     for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = AR->op_begin(), E = AR->op_end();
1312          I != E; ++I)
1313       Ops.push_back(getAnyExtendExpr(*I, Ty));
1314     return getAddRecExpr(Ops, AR->getLoop(), SCEV::FlagNW);
1315   }
1316
1317   // As a special case, fold anyext(undef) to undef. We don't want to
1318   // know too much about SCEVUnknowns, but this special case is handy
1319   // and harmless.
1320   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(Op))
1321     if (isa<UndefValue>(U->getValue()))
1322       return getSCEV(UndefValue::get(Ty));
1323
1324   // If the expression is obviously signed, use the sext cast value.
1325   if (isa<SCEVSMaxExpr>(Op))
1326     return SExt;
1327
1328   // Absent any other information, use the zext cast value.
1329   return ZExt;
1330 }
1331
1332 /// CollectAddOperandsWithScales - Process the given Ops list, which is
1333 /// a list of operands to be added under the given scale, update the given
1334 /// map. This is a helper function for getAddRecExpr. As an example of
1335 /// what it does, given a sequence of operands that would form an add
1336 /// expression like this:
1337 ///
1338 ///    m + n + 13 + (A * (o + p + (B * q + m + 29))) + r + (-1 * r)
1339 ///
1340 /// where A and B are constants, update the map with these values:
1341 ///
1342 ///    (m, 1+A*B), (n, 1), (o, A), (p, A), (q, A*B), (r, 0)
1343 ///
1344 /// and add 13 + A*B*29 to AccumulatedConstant.
1345 /// This will allow getAddRecExpr to produce this:
1346 ///
1347 ///    13+A*B*29 + n + (m * (1+A*B)) + ((o + p) * A) + (q * A*B)
1348 ///
1349 /// This form often exposes folding opportunities that are hidden in
1350 /// the original operand list.
1351 ///
1352 /// Return true iff it appears that any interesting folding opportunities
1353 /// may be exposed. This helps getAddRecExpr short-circuit extra work in
1354 /// the common case where no interesting opportunities are present, and
1355 /// is also used as a check to avoid infinite recursion.
1356 ///
1357 static bool
1358 CollectAddOperandsWithScales(DenseMap<const SCEV *, APInt> &M,
1359                              SmallVector<const SCEV *, 8> &NewOps,
1360                              APInt &AccumulatedConstant,
1361                              const SCEV *const *Ops, size_t NumOperands,
1362                              const APInt &Scale,
1363                              ScalarEvolution &SE) {
1364   bool Interesting = false;
1365
1366   // Iterate over the add operands. They are sorted, with constants first.
1367   unsigned i = 0;
1368   while (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1369     ++i;
1370     // Pull a buried constant out to the outside.
1371     if (Scale != 1 || AccumulatedConstant != 0 || C->getValue()->isZero())
1372       Interesting = true;
1373     AccumulatedConstant += Scale * C->getValue()->getValue();
1374   }
1375
1376   // Next comes everything else. We're especially interested in multiplies
1377   // here, but they're in the middle, so just visit the rest with one loop.
1378   for (; i != NumOperands; ++i) {
1379     const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i]);
1380     if (Mul && isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
1381       APInt NewScale =
1382         Scale * cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))->getValue()->getValue();
1383       if (Mul->getNumOperands() == 2 && isa<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1))) {
1384         // A multiplication of a constant with another add; recurse.
1385         const SCEVAddExpr *Add = cast<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1));
1386         Interesting |=
1387           CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1388                                        Add->op_begin(), Add->getNumOperands(),
1389                                        NewScale, SE);
1390       } else {
1391         // A multiplication of a constant with some other value. Update
1392         // the map.
1393         SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
1394         const SCEV *Key = SE.getMulExpr(MulOps);
1395         std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1396           M.insert(std::make_pair(Key, NewScale));
1397         if (Pair.second) {
1398           NewOps.push_back(Pair.first->first);
1399         } else {
1400           Pair.first->second += NewScale;
1401           // The map already had an entry for this value, which may indicate
1402           // a folding opportunity.
1403           Interesting = true;
1404         }
1405       }
1406     } else {
1407       // An ordinary operand. Update the map.
1408       std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1409         M.insert(std::make_pair(Ops[i], Scale));
1410       if (Pair.second) {
1411         NewOps.push_back(Pair.first->first);
1412       } else {
1413         Pair.first->second += Scale;
1414         // The map already had an entry for this value, which may indicate
1415         // a folding opportunity.
1416         Interesting = true;
1417       }
1418     }
1419   }
1420
1421   return Interesting;
1422 }
1423
1424 namespace {
1425   struct APIntCompare {
1426     bool operator()(const APInt &LHS, const APInt &RHS) const {
1427       return LHS.ult(RHS);
1428     }
1429   };
1430 }
1431
1432 /// getAddExpr - Get a canonical add expression, or something simpler if
1433 /// possible.
1434 const SCEV *ScalarEvolution::getAddExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1435                                         SCEV::NoWrapFlags Flags) {
1436   assert(!(Flags & ~(SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW)) &&
1437          "only nuw or nsw allowed");
1438   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
1439   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1440 #ifndef NDEBUG
1441   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
1442   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1443     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
1444            "SCEVAddExpr operand types don't match!");
1445 #endif
1446
1447   // If FlagNSW is true and all the operands are non-negative, infer FlagNUW.
1448   // And vice-versa.
1449   int SignOrUnsignMask = SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW;
1450   SCEV::NoWrapFlags SignOrUnsignWrap = maskFlags(Flags, SignOrUnsignMask);
1451   if (SignOrUnsignWrap && (SignOrUnsignWrap != SignOrUnsignMask)) {
1452     bool All = true;
1453     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = Ops.begin(),
1454          E = Ops.end(); I != E; ++I)
1455       if (!isKnownNonNegative(*I)) {
1456         All = false;
1457         break;
1458       }
1459     if (All) Flags = setFlags(Flags, (SCEV::NoWrapFlags)SignOrUnsignMask);
1460   }
1461
1462   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1463   GroupByComplexity(Ops, LI);
1464
1465   // If there are any constants, fold them together.
1466   unsigned Idx = 0;
1467   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1468     ++Idx;
1469     assert(Idx < Ops.size());
1470     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1471       // We found two constants, fold them together!
1472       Ops[0] = getConstant(LHSC->getValue()->getValue() +
1473                            RHSC->getValue()->getValue());
1474       if (Ops.size() == 2) return Ops[0];
1475       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1476       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1477     }
1478
1479     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
1480     if (LHSC->getValue()->isZero()) {
1481       Ops.erase(Ops.begin());
1482       --Idx;
1483     }
1484
1485     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1486   }
1487
1488   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list more than
1489   // once.  If so, merge them together into an multiply expression.  Since we
1490   // sorted the list, these values are required to be adjacent.
1491   Type *Ty = Ops[0]->getType();
1492   bool FoundMatch = false;
1493   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-1; ++i)
1494     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
1495       // Scan ahead to count how many equal operands there are.
1496       unsigned Count = 2;
1497       while (i+Count != e && Ops[i+Count] == Ops[i])
1498         ++Count;
1499       // Merge the values into a multiply.
1500       const SCEV *Scale = getConstant(Ty, Count);
1501       const SCEV *Mul = getMulExpr(Scale, Ops[i]);
1502       if (Ops.size() == Count)
1503         return Mul;
1504       Ops[i] = Mul;
1505       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+Count);
1506       --i; e -= Count - 1;
1507       FoundMatch = true;
1508     }
1509   if (FoundMatch)
1510     return getAddExpr(Ops, Flags);
1511
1512   // Check for truncates. If all the operands are truncated from the same
1513   // type, see if factoring out the truncate would permit the result to be
1514   // folded. eg., trunc(x) + m*trunc(n) --> trunc(x + trunc(m)*n)
1515   // if the contents of the resulting outer trunc fold to something simple.
1516   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1517     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]);
1518     Type *DstType = Trunc->getType();
1519     Type *SrcType = Trunc->getOperand()->getType();
1520     SmallVector<const SCEV *, 8> LargeOps;
1521     bool Ok = true;
1522     // Check all the operands to see if they can be represented in the
1523     // source type of the truncate.
1524     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1525       if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[i])) {
1526         if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1527           Ok = false;
1528           break;
1529         }
1530         LargeOps.push_back(T->getOperand());
1531       } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1532         LargeOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
1533       } else if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i])) {
1534         SmallVector<const SCEV *, 8> LargeMulOps;
1535         for (unsigned j = 0, f = M->getNumOperands(); j != f && Ok; ++j) {
1536           if (const SCEVTruncateExpr *T =
1537                 dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(M->getOperand(j))) {
1538             if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1539               Ok = false;
1540               break;
1541             }
1542             LargeMulOps.push_back(T->getOperand());
1543           } else if (const SCEVConstant *C =
1544                        dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(j))) {
1545             LargeMulOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
1546           } else {
1547             Ok = false;
1548             break;
1549           }
1550         }
1551         if (Ok)
1552           LargeOps.push_back(getMulExpr(LargeMulOps));
1553       } else {
1554         Ok = false;
1555         break;
1556       }
1557     }
1558     if (Ok) {
1559       // Evaluate the expression in the larger type.
1560       const SCEV *Fold = getAddExpr(LargeOps, Flags);
1561       // If it folds to something simple, use it. Otherwise, don't.
1562       if (isa<SCEVConstant>(Fold) || isa<SCEVUnknown>(Fold))
1563         return getTruncateExpr(Fold, DstType);
1564     }
1565   }
1566
1567   // Skip past any other cast SCEVs.
1568   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
1569     ++Idx;
1570
1571   // If there are add operands they would be next.
1572   if (Idx < Ops.size()) {
1573     bool DeletedAdd = false;
1574     while (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
1575       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
1576       // list.
1577       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1578       Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
1579       DeletedAdd = true;
1580     }
1581
1582     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
1583     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1584     // any operands we just acquired.
1585     if (DeletedAdd)
1586       return getAddExpr(Ops);
1587   }
1588
1589   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1590   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1591     ++Idx;
1592
1593   // Check to see if there are any folding opportunities present with
1594   // operands multiplied by constant values.
1595   if (Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1596     uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(Ty);
1597     DenseMap<const SCEV *, APInt> M;
1598     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
1599     APInt AccumulatedConstant(BitWidth, 0);
1600     if (CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1601                                      Ops.data(), Ops.size(),
1602                                      APInt(BitWidth, 1), *this)) {
1603       // Some interesting folding opportunity is present, so its worthwhile to
1604       // re-generate the operands list. Group the operands by constant scale,
1605       // to avoid multiplying by the same constant scale multiple times.
1606       std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare> MulOpLists;
1607       for (SmallVector<const SCEV *, 8>::const_iterator I = NewOps.begin(),
1608            E = NewOps.end(); I != E; ++I)
1609         MulOpLists[M.find(*I)->second].push_back(*I);
1610       // Re-generate the operands list.
1611       Ops.clear();
1612       if (AccumulatedConstant != 0)
1613         Ops.push_back(getConstant(AccumulatedConstant));
1614       for (std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare>::iterator
1615            I = MulOpLists.begin(), E = MulOpLists.end(); I != E; ++I)
1616         if (I->first != 0)
1617           Ops.push_back(getMulExpr(getConstant(I->first),
1618                                    getAddExpr(I->second)));
1619       if (Ops.empty())
1620         return getConstant(Ty, 0);
1621       if (Ops.size() == 1)
1622         return Ops[0];
1623       return getAddExpr(Ops);
1624     }
1625   }
1626
1627   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
1628   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
1629   // the multiply.
1630   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1631     const SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
1632     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
1633       const SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
1634       if (isa<SCEVConstant>(MulOpSCEV))
1635         continue;
1636       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
1637         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp]) {
1638           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
1639           const SCEV *InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1640           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1641             // If the multiply has more than two operands, we must get the
1642             // Y*Z term.
1643             SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
1644                                                 Mul->op_begin()+MulOp);
1645             MulOps.append(Mul->op_begin()+MulOp+1, Mul->op_end());
1646             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
1647           }
1648           const SCEV *One = getConstant(Ty, 1);
1649           const SCEV *AddOne = getAddExpr(One, InnerMul);
1650           const SCEV *OuterMul = getMulExpr(AddOne, MulOpSCEV);
1651           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1652           if (AddOp < Idx) {
1653             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
1654             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
1655           } else {
1656             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1657             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
1658           }
1659           Ops.push_back(OuterMul);
1660           return getAddExpr(Ops);
1661         }
1662
1663       // Check this multiply against other multiplies being added together.
1664       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
1665            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1666            ++OtherMulIdx) {
1667         const SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1668         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
1669         // together.
1670         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
1671              OMulOp != e; ++OMulOp)
1672           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
1673             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
1674             const SCEV *InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1675             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1676               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
1677                                                   Mul->op_begin()+MulOp);
1678               MulOps.append(Mul->op_begin()+MulOp+1, Mul->op_end());
1679               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
1680             }
1681             const SCEV *InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
1682             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
1683               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(OtherMul->op_begin(),
1684                                                   OtherMul->op_begin()+OMulOp);
1685               MulOps.append(OtherMul->op_begin()+OMulOp+1, OtherMul->op_end());
1686               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
1687             }
1688             const SCEV *InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
1689             const SCEV *OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
1690             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1691             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1692             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
1693             Ops.push_back(OuterMul);
1694             return getAddExpr(Ops);
1695           }
1696       }
1697     }
1698   }
1699
1700   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1701   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1702   // recurrence.
1703   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1704     ++Idx;
1705
1706   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1707   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1708     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
1709     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1710     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
1711     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1712     const Loop *AddRecLoop = AddRec->getLoop();
1713     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1714       if (isLoopInvariant(Ops[i], AddRecLoop)) {
1715         LIOps.push_back(Ops[i]);
1716         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1717         --i; --e;
1718       }
1719
1720     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1721     if (!LIOps.empty()) {
1722       //  NLI + LI + {Start,+,Step}  -->  NLI + {LI+Start,+,Step}
1723       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
1724
1725       SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
1726                                              AddRec->op_end());
1727       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
1728
1729       // Build the new addrec. Propagate the NUW and NSW flags if both the
1730       // outer add and the inner addrec are guaranteed to have no overflow.
1731       // Always propagate NW.
1732       Flags = AddRec->getNoWrapFlags(setFlags(Flags, SCEV::FlagNW));
1733       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRecLoop, Flags);
1734
1735       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1736       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1737
1738       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-invariant parts.
1739       for (unsigned i = 0;; ++i)
1740         if (Ops[i] == AddRec) {
1741           Ops[i] = NewRec;
1742           break;
1743         }
1744       return getAddExpr(Ops);
1745     }
1746
1747     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1748     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1749     // added together.  If so, we can fold them.
1750     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1751          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1752          ++OtherIdx)
1753       if (AddRecLoop == cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx])->getLoop()) {
1754         // Other + {A,+,B}<L> + {C,+,D}<L>  -->  Other + {A+C,+,B+D}<L>
1755         SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
1756                                                AddRec->op_end());
1757         for (; OtherIdx != Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1758              ++OtherIdx)
1759           if (const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec =
1760                 dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]))
1761             if (OtherAddRec->getLoop() == AddRecLoop) {
1762               for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands();
1763                    i != e; ++i) {
1764                 if (i >= AddRecOps.size()) {
1765                   AddRecOps.append(OtherAddRec->op_begin()+i,
1766                                    OtherAddRec->op_end());
1767                   break;
1768                 }
1769                 AddRecOps[i] = getAddExpr(AddRecOps[i],
1770                                           OtherAddRec->getOperand(i));
1771               }
1772               Ops.erase(Ops.begin() + OtherIdx); --OtherIdx;
1773             }
1774         // Step size has changed, so we cannot guarantee no self-wraparound.
1775         Ops[Idx] = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRecLoop, SCEV::FlagAnyWrap);
1776         return getAddExpr(Ops);
1777       }
1778
1779     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1780     // next one.
1781   }
1782
1783   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
1784   // already have one, otherwise create a new one.
1785   FoldingSetNodeID ID;
1786   ID.AddInteger(scAddExpr);
1787   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1788     ID.AddPointer(Ops[i]);
1789   void *IP = 0;
1790   SCEVAddExpr *S =
1791     static_cast<SCEVAddExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
1792   if (!S) {
1793     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
1794     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
1795     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1796                                         O, Ops.size());
1797     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1798   }
1799   S->setNoWrapFlags(Flags);
1800   return S;
1801 }
1802
1803 /// getMulExpr - Get a canonical multiply expression, or something simpler if
1804 /// possible.
1805 const SCEV *ScalarEvolution::getMulExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1806                                         SCEV::NoWrapFlags Flags) {
1807   assert(Flags == maskFlags(Flags, SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW) &&
1808          "only nuw or nsw allowed");
1809   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
1810   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1811 #ifndef NDEBUG
1812   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
1813   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1814     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
1815            "SCEVMulExpr operand types don't match!");
1816 #endif
1817
1818   // If FlagNSW is true and all the operands are non-negative, infer FlagNUW.
1819   // And vice-versa.
1820   int SignOrUnsignMask = SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW;
1821   SCEV::NoWrapFlags SignOrUnsignWrap = maskFlags(Flags, SignOrUnsignMask);
1822   if (SignOrUnsignWrap && (SignOrUnsignWrap != SignOrUnsignMask)) {
1823     bool All = true;
1824     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = Ops.begin(),
1825          E = Ops.end(); I != E; ++I)
1826       if (!isKnownNonNegative(*I)) {
1827         All = false;
1828         break;
1829       }
1830     if (All) Flags = setFlags(Flags, (SCEV::NoWrapFlags)SignOrUnsignMask);
1831   }
1832
1833   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1834   GroupByComplexity(Ops, LI);
1835
1836   // If there are any constants, fold them together.
1837   unsigned Idx = 0;
1838   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1839
1840     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
1841     if (Ops.size() == 2)
1842       if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
1843         if (Add->getNumOperands() == 2 &&
1844             isa<SCEVConstant>(Add->getOperand(0)))
1845           return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
1846                             getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
1847
1848     ++Idx;
1849     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1850       // We found two constants, fold them together!
1851       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
1852                                            LHSC->getValue()->getValue() *
1853                                            RHSC->getValue()->getValue());
1854       Ops[0] = getConstant(Fold);
1855       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1856       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1857       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1858     }
1859
1860     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
1861     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
1862       Ops.erase(Ops.begin());
1863       --Idx;
1864     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
1865       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
1866       return Ops[0];
1867     } else if (Ops[0]->isAllOnesValue()) {
1868       // If we have a mul by -1 of an add, try distributing the -1 among the
1869       // add operands.
1870       if (Ops.size() == 2) {
1871         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1])) {
1872           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
1873           bool AnyFolded = false;
1874           for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = Add->op_begin(),
1875                  E = Add->op_end(); I != E; ++I) {
1876             const SCEV *Mul = getMulExpr(Ops[0], *I);
1877             if (!isa<SCEVMulExpr>(Mul)) AnyFolded = true;
1878             NewOps.push_back(Mul);
1879           }
1880           if (AnyFolded)
1881             return getAddExpr(NewOps);
1882         }
1883         else if (const SCEVAddRecExpr *
1884                  AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[1])) {
1885           // Negation preserves a recurrence's no self-wrap property.
1886           SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1887           for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = AddRec->op_begin(),
1888                  E = AddRec->op_end(); I != E; ++I) {
1889             Operands.push_back(getMulExpr(Ops[0], *I));
1890           }
1891           return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop(),
1892                                AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
1893         }
1894       }
1895     }
1896
1897     if (Ops.size() == 1)
1898       return Ops[0];
1899   }
1900
1901   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1902   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1903     ++Idx;
1904
1905   // If there are mul operands inline them all into this expression.
1906   if (Idx < Ops.size()) {
1907     bool DeletedMul = false;
1908     while (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1909       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
1910       // list.
1911       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1912       Ops.append(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1913       DeletedMul = true;
1914     }
1915
1916     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
1917     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1918     // any operands we just acquired.
1919     if (DeletedMul)
1920       return getMulExpr(Ops);
1921   }
1922
1923   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1924   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1925   // recurrence.
1926   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1927     ++Idx;
1928
1929   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1930   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1931     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
1932     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1933     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
1934     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1935     const Loop *AddRecLoop = AddRec->getLoop();
1936     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1937       if (isLoopInvariant(Ops[i], AddRecLoop)) {
1938         LIOps.push_back(Ops[i]);
1939         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1940         --i; --e;
1941       }
1942
1943     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1944     if (!LIOps.empty()) {
1945       //  NLI * LI * {Start,+,Step}  -->  NLI * {LI*Start,+,LI*Step}
1946       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
1947       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
1948       const SCEV *Scale = getMulExpr(LIOps);
1949       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
1950         NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
1951
1952       // Build the new addrec. Propagate the NUW and NSW flags if both the
1953       // outer mul and the inner addrec are guaranteed to have no overflow.
1954       //
1955       // No self-wrap cannot be guaranteed after changing the step size, but
1956       // will be inferred if either NUW or NSW is true.
1957       Flags = AddRec->getNoWrapFlags(clearFlags(Flags, SCEV::FlagNW));
1958       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRecLoop, Flags);
1959
1960       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1961       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1962
1963       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-invariant parts.
1964       for (unsigned i = 0;; ++i)
1965         if (Ops[i] == AddRec) {
1966           Ops[i] = NewRec;
1967           break;
1968         }
1969       return getMulExpr(Ops);
1970     }
1971
1972     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1973     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1974     // multiplied together.  If so, we can fold them.
1975     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1976          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1977          ++OtherIdx)
1978       if (AddRecLoop == cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx])->getLoop()) {
1979         // {A,+,B}<L> * {C,+,D}<L>  -->  {A*C,+,A*D + B*C + B*D,+,2*B*D}<L>
1980         //
1981         // {A,+,B} * {C,+,D} = A+It*B * C+It*D = A*C + (A*D + B*C)*It + B*D*It^2
1982         // Given an equation of the form x + y*It + z*It^2 (above), we want to
1983         // express it in terms of {X,+,Y,+,Z}.
1984         // {X,+,Y,+,Z} = X + Y*It + Z*(It^2 - It)/2.
1985         // Rearranging, X = x, Y = y+z, Z = 2z.
1986         //
1987         // x = A*C, y = (A*D + B*C), z = B*D.
1988         // Therefore X = A*C, Y = (A*D + B*C) + B*D and Z = 2*B*D.
1989         for (; OtherIdx != Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1990              ++OtherIdx)
1991           if (const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec =
1992                 dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]))
1993             if (OtherAddRec->getLoop() == AddRecLoop) {
1994               const SCEV *A = AddRec->getStart();
1995               const SCEV *B = AddRec->getStepRecurrence(*this);
1996               const SCEV *C = OtherAddRec->getStart();
1997               const SCEV *D = OtherAddRec->getStepRecurrence(*this);
1998               const SCEV *NewStart = getMulExpr(A, C);
1999               const SCEV *BD = getMulExpr(B, D);
2000               const SCEV *NewStep = getAddExpr(getMulExpr(A, D),
2001                                                getMulExpr(B, C), BD);
2002               const SCEV *NewSecondOrderStep =
2003                   getMulExpr(BD, getConstant(BD->getType(), 2));
2004
2005               SmallVector<const SCEV *, 3> AddRecOps;
2006               AddRecOps.push_back(NewStart);
2007               AddRecOps.push_back(NewStep);
2008               AddRecOps.push_back(NewSecondOrderStep);
2009               const SCEV *NewAddRec = getAddRecExpr(AddRecOps,
2010                                                     AddRec->getLoop(),
2011                                                     SCEV::FlagAnyWrap);
2012               if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
2013               Ops[Idx] = AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec);
2014               Ops.erase(Ops.begin() + OtherIdx); --OtherIdx;
2015             }
2016         return getMulExpr(Ops);
2017       }
2018
2019     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
2020     // next one.
2021   }
2022
2023   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
2024   // already have one, otherwise create a new one.
2025   FoldingSetNodeID ID;
2026   ID.AddInteger(scMulExpr);
2027   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2028     ID.AddPointer(Ops[i]);
2029   void *IP = 0;
2030   SCEVMulExpr *S =
2031     static_cast<SCEVMulExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2032   if (!S) {
2033     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2034     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2035     S = new (SCEVAllocator) SCEVMulExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2036                                         O, Ops.size());
2037     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2038   }
2039   S->setNoWrapFlags(Flags);
2040   return S;
2041 }
2042
2043 /// getUDivExpr - Get a canonical unsigned division expression, or something
2044 /// simpler if possible.
2045 const SCEV *ScalarEvolution::getUDivExpr(const SCEV *LHS,
2046                                          const SCEV *RHS) {
2047   assert(getEffectiveSCEVType(LHS->getType()) ==
2048          getEffectiveSCEVType(RHS->getType()) &&
2049          "SCEVUDivExpr operand types don't match!");
2050
2051   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
2052     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
2053       return LHS;                               // X udiv 1 --> x
2054     // If the denominator is zero, the result of the udiv is undefined. Don't
2055     // try to analyze it, because the resolution chosen here may differ from
2056     // the resolution chosen in other parts of the compiler.
2057     if (!RHSC->getValue()->isZero()) {
2058       // Determine if the division can be folded into the operands of
2059       // its operands.
2060       // TODO: Generalize this to non-constants by using known-bits information.
2061       Type *Ty = LHS->getType();
2062       unsigned LZ = RHSC->getValue()->getValue().countLeadingZeros();
2063       unsigned MaxShiftAmt = getTypeSizeInBits(Ty) - LZ - 1;
2064       // For non-power-of-two values, effectively round the value up to the
2065       // nearest power of two.
2066       if (!RHSC->getValue()->getValue().isPowerOf2())
2067         ++MaxShiftAmt;
2068       IntegerType *ExtTy =
2069         IntegerType::get(getContext(), getTypeSizeInBits(Ty) + MaxShiftAmt);
2070       if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
2071         if (const SCEVConstant *Step =
2072             dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*this))) {
2073           // {X,+,N}/C --> {X/C,+,N/C} if safe and N/C can be folded.
2074           const APInt &StepInt = Step->getValue()->getValue();
2075           const APInt &DivInt = RHSC->getValue()->getValue();
2076           if (!StepInt.urem(DivInt) &&
2077               getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
2078               getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
2079                             getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
2080                             AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap)) {
2081             SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2082             for (unsigned i = 0, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
2083               Operands.push_back(getUDivExpr(AR->getOperand(i), RHS));
2084             return getAddRecExpr(Operands, AR->getLoop(),
2085                                  SCEV::FlagNW);
2086           }
2087           /// Get a canonical UDivExpr for a recurrence.
2088           /// {X,+,N}/C => {Y,+,N}/C where Y=X-(X%N). Safe when C%N=0.
2089           // We can currently only fold X%N if X is constant.
2090           const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStart());
2091           if (StartC && !DivInt.urem(StepInt) &&
2092               getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
2093               getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
2094                             getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
2095                             AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap)) {
2096             const APInt &StartInt = StartC->getValue()->getValue();
2097             const APInt &StartRem = StartInt.urem(StepInt);
2098             if (StartRem != 0)
2099               LHS = getAddRecExpr(getConstant(StartInt - StartRem), Step,
2100                                   AR->getLoop(), SCEV::FlagNW);
2101           }
2102         }
2103       // (A*B)/C --> A*(B/C) if safe and B/C can be folded.
2104       if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
2105         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2106         for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i)
2107           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(M->getOperand(i), ExtTy));
2108         if (getZeroExtendExpr(M, ExtTy) == getMulExpr(Operands))
2109           // Find an operand that's safely divisible.
2110           for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2111             const SCEV *Op = M->getOperand(i);
2112             const SCEV *Div = getUDivExpr(Op, RHSC);
2113             if (!isa<SCEVUDivExpr>(Div) && getMulExpr(Div, RHSC) == Op) {
2114               Operands = SmallVector<const SCEV *, 4>(M->op_begin(),
2115                                                       M->op_end());
2116               Operands[i] = Div;
2117               return getMulExpr(Operands);
2118             }
2119           }
2120       }
2121       // (A+B)/C --> (A/C + B/C) if safe and A/C and B/C can be folded.
2122       if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS)) {
2123         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2124         for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i)
2125           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(A->getOperand(i), ExtTy));
2126         if (getZeroExtendExpr(A, ExtTy) == getAddExpr(Operands)) {
2127           Operands.clear();
2128           for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2129             const SCEV *Op = getUDivExpr(A->getOperand(i), RHS);
2130             if (isa<SCEVUDivExpr>(Op) ||
2131                 getMulExpr(Op, RHS) != A->getOperand(i))
2132               break;
2133             Operands.push_back(Op);
2134           }
2135           if (Operands.size() == A->getNumOperands())
2136             return getAddExpr(Operands);
2137         }
2138       }
2139
2140       // Fold if both operands are constant.
2141       if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
2142         Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
2143         Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
2144         return getConstant(cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getUDiv(LHSCV,
2145                                                                    RHSCV)));
2146       }
2147     }
2148   }
2149
2150   FoldingSetNodeID ID;
2151   ID.AddInteger(scUDivExpr);
2152   ID.AddPointer(LHS);
2153   ID.AddPointer(RHS);
2154   void *IP = 0;
2155   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2156   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUDivExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2157                                              LHS, RHS);
2158   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2159   return S;
2160 }
2161
2162
2163 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
2164 /// Simplify the expression as much as possible.
2165 const SCEV *ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEV *Start, const SCEV *Step,
2166                                            const Loop *L,
2167                                            SCEV::NoWrapFlags Flags) {
2168   SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2169   Operands.push_back(Start);
2170   if (const SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
2171     if (StepChrec->getLoop() == L) {
2172       Operands.append(StepChrec->op_begin(), StepChrec->op_end());
2173       return getAddRecExpr(Operands, L, maskFlags(Flags, SCEV::FlagNW));
2174     }
2175
2176   Operands.push_back(Step);
2177   return getAddRecExpr(Operands, L, Flags);
2178 }
2179
2180 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
2181 /// Simplify the expression as much as possible.
2182 const SCEV *
2183 ScalarEvolution::getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
2184                                const Loop *L, SCEV::NoWrapFlags Flags) {
2185   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
2186 #ifndef NDEBUG
2187   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Operands[0]->getType());
2188   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2189     assert(getEffectiveSCEVType(Operands[i]->getType()) == ETy &&
2190            "SCEVAddRecExpr operand types don't match!");
2191   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2192     assert(isLoopInvariant(Operands[i], L) &&
2193            "SCEVAddRecExpr operand is not loop-invariant!");
2194 #endif
2195
2196   if (Operands.back()->isZero()) {
2197     Operands.pop_back();
2198     return getAddRecExpr(Operands, L, SCEV::FlagAnyWrap); // {X,+,0}  -->  X
2199   }
2200
2201   // It's tempting to want to call getMaxBackedgeTakenCount count here and
2202   // use that information to infer NUW and NSW flags. However, computing a
2203   // BE count requires calling getAddRecExpr, so we may not yet have a
2204   // meaningful BE count at this point (and if we don't, we'd be stuck
2205   // with a SCEVCouldNotCompute as the cached BE count).
2206
2207   // If FlagNSW is true and all the operands are non-negative, infer FlagNUW.
2208   // And vice-versa.
2209   int SignOrUnsignMask = SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW;
2210   SCEV::NoWrapFlags SignOrUnsignWrap = maskFlags(Flags, SignOrUnsignMask);
2211   if (SignOrUnsignWrap && (SignOrUnsignWrap != SignOrUnsignMask)) {
2212     bool All = true;
2213     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = Operands.begin(),
2214          E = Operands.end(); I != E; ++I)
2215       if (!isKnownNonNegative(*I)) {
2216         All = false;
2217         break;
2218       }
2219     if (All) Flags = setFlags(Flags, (SCEV::NoWrapFlags)SignOrUnsignMask);
2220   }
2221
2222   // Canonicalize nested AddRecs in by nesting them in order of loop depth.
2223   if (const SCEVAddRecExpr *NestedAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Operands[0])) {
2224     const Loop *NestedLoop = NestedAR->getLoop();
2225     if (L->contains(NestedLoop) ?
2226         (L->getLoopDepth() < NestedLoop->getLoopDepth()) :
2227         (!NestedLoop->contains(L) &&
2228          DT->dominates(L->getHeader(), NestedLoop->getHeader()))) {
2229       SmallVector<const SCEV *, 4> NestedOperands(NestedAR->op_begin(),
2230                                                   NestedAR->op_end());
2231       Operands[0] = NestedAR->getStart();
2232       // AddRecs require their operands be loop-invariant with respect to their
2233       // loops. Don't perform this transformation if it would break this
2234       // requirement.
2235       bool AllInvariant = true;
2236       for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2237         if (!isLoopInvariant(Operands[i], L)) {
2238           AllInvariant = false;
2239           break;
2240         }
2241       if (AllInvariant) {
2242         // Create a recurrence for the outer loop with the same step size.
2243         //
2244         // The outer recurrence keeps its NW flag but only keeps NUW/NSW if the
2245         // inner recurrence has the same property.
2246         SCEV::NoWrapFlags OuterFlags =
2247           maskFlags(Flags, SCEV::FlagNW | NestedAR->getNoWrapFlags());
2248
2249         NestedOperands[0] = getAddRecExpr(Operands, L, OuterFlags);
2250         AllInvariant = true;
2251         for (unsigned i = 0, e = NestedOperands.size(); i != e; ++i)
2252           if (!isLoopInvariant(NestedOperands[i], NestedLoop)) {
2253             AllInvariant = false;
2254             break;
2255           }
2256         if (AllInvariant) {
2257           // Ok, both add recurrences are valid after the transformation.
2258           //
2259           // The inner recurrence keeps its NW flag but only keeps NUW/NSW if
2260           // the outer recurrence has the same property.
2261           SCEV::NoWrapFlags InnerFlags =
2262             maskFlags(NestedAR->getNoWrapFlags(), SCEV::FlagNW | Flags);
2263           return getAddRecExpr(NestedOperands, NestedLoop, InnerFlags);
2264         }
2265       }
2266       // Reset Operands to its original state.
2267       Operands[0] = NestedAR;
2268     }
2269   }
2270
2271   // Okay, it looks like we really DO need an addrec expr.  Check to see if we
2272   // already have one, otherwise create a new one.
2273   FoldingSetNodeID ID;
2274   ID.AddInteger(scAddRecExpr);
2275   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2276     ID.AddPointer(Operands[i]);
2277   ID.AddPointer(L);
2278   void *IP = 0;
2279   SCEVAddRecExpr *S =
2280     static_cast<SCEVAddRecExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2281   if (!S) {
2282     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Operands.size());
2283     std::uninitialized_copy(Operands.begin(), Operands.end(), O);
2284     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddRecExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2285                                            O, Operands.size(), L);
2286     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2287   }
2288   S->setNoWrapFlags(Flags);
2289   return S;
2290 }
2291
2292 const SCEV *ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEV *LHS,
2293                                          const SCEV *RHS) {
2294   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2295   Ops.push_back(LHS);
2296   Ops.push_back(RHS);
2297   return getSMaxExpr(Ops);
2298 }
2299
2300 const SCEV *
2301 ScalarEvolution::getSMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2302   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
2303   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2304 #ifndef NDEBUG
2305   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
2306   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2307     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
2308            "SCEVSMaxExpr operand types don't match!");
2309 #endif
2310
2311   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2312   GroupByComplexity(Ops, LI);
2313
2314   // If there are any constants, fold them together.
2315   unsigned Idx = 0;
2316   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2317     ++Idx;
2318     assert(Idx < Ops.size());
2319     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2320       // We found two constants, fold them together!
2321       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2322                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
2323                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2324       Ops[0] = getConstant(Fold);
2325       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2326       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2327       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2328     }
2329
2330     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2331     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
2332       Ops.erase(Ops.begin());
2333       --Idx;
2334     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(true)) {
2335       // If we have an smax with a constant maximum-int, it will always be
2336       // maximum-int.
2337       return Ops[0];
2338     }
2339
2340     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2341   }
2342
2343   // Find the first SMax
2344   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
2345     ++Idx;
2346
2347   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
2348   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2349   if (Idx < Ops.size()) {
2350     bool DeletedSMax = false;
2351     while (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2352       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2353       Ops.append(SMax->op_begin(), SMax->op_end());
2354       DeletedSMax = true;
2355     }
2356
2357     if (DeletedSMax)
2358       return getSMaxExpr(Ops);
2359   }
2360
2361   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2362   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2363   // be adjacent.
2364   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2365     //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
2366     //  X smax Y         -->  X, if X is always greater than Y
2367     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
2368         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2369       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
2370       --i; --e;
2371     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SLE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2372       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2373       --i; --e;
2374     }
2375
2376   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2377
2378   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
2379
2380   // Okay, it looks like we really DO need an smax expr.  Check to see if we
2381   // already have one, otherwise create a new one.
2382   FoldingSetNodeID ID;
2383   ID.AddInteger(scSMaxExpr);
2384   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2385     ID.AddPointer(Ops[i]);
2386   void *IP = 0;
2387   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2388   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2389   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2390   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2391                                              O, Ops.size());
2392   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2393   return S;
2394 }
2395
2396 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxExpr(const SCEV *LHS,
2397                                          const SCEV *RHS) {
2398   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2399   Ops.push_back(LHS);
2400   Ops.push_back(RHS);
2401   return getUMaxExpr(Ops);
2402 }
2403
2404 const SCEV *
2405 ScalarEvolution::getUMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2406   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty umax!");
2407   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2408 #ifndef NDEBUG
2409   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
2410   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2411     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
2412            "SCEVUMaxExpr operand types don't match!");
2413 #endif
2414
2415   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2416   GroupByComplexity(Ops, LI);
2417
2418   // If there are any constants, fold them together.
2419   unsigned Idx = 0;
2420   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2421     ++Idx;
2422     assert(Idx < Ops.size());
2423     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2424       // We found two constants, fold them together!
2425       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2426                               APIntOps::umax(LHSC->getValue()->getValue(),
2427                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2428       Ops[0] = getConstant(Fold);
2429       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2430       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2431       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2432     }
2433
2434     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2435     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(false)) {
2436       Ops.erase(Ops.begin());
2437       --Idx;
2438     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(false)) {
2439       // If we have an umax with a constant maximum-int, it will always be
2440       // maximum-int.
2441       return Ops[0];
2442     }
2443
2444     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2445   }
2446
2447   // Find the first UMax
2448   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scUMaxExpr)
2449     ++Idx;
2450
2451   // Check to see if one of the operands is a UMax. If so, expand its operands
2452   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2453   if (Idx < Ops.size()) {
2454     bool DeletedUMax = false;
2455     while (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2456       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2457       Ops.append(UMax->op_begin(), UMax->op_end());
2458       DeletedUMax = true;
2459     }
2460
2461     if (DeletedUMax)
2462       return getUMaxExpr(Ops);
2463   }
2464
2465   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2466   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2467   // be adjacent.
2468   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2469     //  X umax Y umax Y  -->  X umax Y
2470     //  X umax Y         -->  X, if X is always greater than Y
2471     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
2472         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_UGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2473       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
2474       --i; --e;
2475     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_ULE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2476       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2477       --i; --e;
2478     }
2479
2480   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2481
2482   assert(!Ops.empty() && "Reduced umax down to nothing!");
2483
2484   // Okay, it looks like we really DO need a umax expr.  Check to see if we
2485   // already have one, otherwise create a new one.
2486   FoldingSetNodeID ID;
2487   ID.AddInteger(scUMaxExpr);
2488   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2489     ID.AddPointer(Ops[i]);
2490   void *IP = 0;
2491   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2492   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2493   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2494   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2495                                              O, Ops.size());
2496   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2497   return S;
2498 }
2499
2500 const SCEV *ScalarEvolution::getSMinExpr(const SCEV *LHS,
2501                                          const SCEV *RHS) {
2502   // ~smax(~x, ~y) == smin(x, y).
2503   return getNotSCEV(getSMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2504 }
2505
2506 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinExpr(const SCEV *LHS,
2507                                          const SCEV *RHS) {
2508   // ~umax(~x, ~y) == umin(x, y)
2509   return getNotSCEV(getUMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2510 }
2511
2512 const SCEV *ScalarEvolution::getSizeOfExpr(Type *AllocTy) {
2513   // If we have TargetData, we can bypass creating a target-independent
2514   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
2515   // This is just a compile-time optimization.
2516   if (TD)
2517     return getConstant(TD->getIntPtrType(getContext()),
2518                        TD->getTypeAllocSize(AllocTy));
2519
2520   Constant *C = ConstantExpr::getSizeOf(AllocTy);
2521   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2522     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2523       C = Folded;
2524   Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(AllocTy));
2525   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2526 }
2527
2528 const SCEV *ScalarEvolution::getAlignOfExpr(Type *AllocTy) {
2529   Constant *C = ConstantExpr::getAlignOf(AllocTy);
2530   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2531     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2532       C = Folded;
2533   Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(AllocTy));
2534   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2535 }
2536
2537 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(StructType *STy,
2538                                              unsigned FieldNo) {
2539   // If we have TargetData, we can bypass creating a target-independent
2540   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
2541   // This is just a compile-time optimization.
2542   if (TD)
2543     return getConstant(TD->getIntPtrType(getContext()),
2544                        TD->getStructLayout(STy)->getElementOffset(FieldNo));
2545
2546   Constant *C = ConstantExpr::getOffsetOf(STy, FieldNo);
2547   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2548     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2549       C = Folded;
2550   Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(STy));
2551   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2552 }
2553
2554 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(Type *CTy,
2555                                              Constant *FieldNo) {
2556   Constant *C = ConstantExpr::getOffsetOf(CTy, FieldNo);
2557   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2558     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2559       C = Folded;
2560   Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(CTy));
2561   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2562 }
2563
2564 const SCEV *ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
2565   // Don't attempt to do anything other than create a SCEVUnknown object
2566   // here.  createSCEV only calls getUnknown after checking for all other
2567   // interesting possibilities, and any other code that calls getUnknown
2568   // is doing so in order to hide a value from SCEV canonicalization.
2569
2570   FoldingSetNodeID ID;
2571   ID.AddInteger(scUnknown);
2572   ID.AddPointer(V);
2573   void *IP = 0;
2574   if (SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) {
2575     assert(cast<SCEVUnknown>(S)->getValue() == V &&
2576            "Stale SCEVUnknown in uniquing map!");
2577     return S;
2578   }
2579   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUnknown(ID.Intern(SCEVAllocator), V, this,
2580                                             FirstUnknown);
2581   FirstUnknown = cast<SCEVUnknown>(S);
2582   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2583   return S;
2584 }
2585
2586 //===----------------------------------------------------------------------===//
2587 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
2588 //
2589
2590 /// isSCEVable - Test if values of the given type are analyzable within
2591 /// the SCEV framework. This primarily includes integer types, and it
2592 /// can optionally include pointer types if the ScalarEvolution class
2593 /// has access to target-specific information.
2594 bool ScalarEvolution::isSCEVable(Type *Ty) const {
2595   // Integers and pointers are always SCEVable.
2596   return Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy();
2597 }
2598
2599 /// getTypeSizeInBits - Return the size in bits of the specified type,
2600 /// for which isSCEVable must return true.
2601 uint64_t ScalarEvolution::getTypeSizeInBits(Type *Ty) const {
2602   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
2603
2604   // If we have a TargetData, use it!
2605   if (TD)
2606     return TD->getTypeSizeInBits(Ty);
2607
2608   // Integer types have fixed sizes.
2609   if (Ty->isIntegerTy())
2610     return Ty->getPrimitiveSizeInBits();
2611
2612   // The only other support type is pointer. Without TargetData, conservatively
2613   // assume pointers are 64-bit.
2614   assert(Ty->isPointerTy() && "isSCEVable permitted a non-SCEVable type!");
2615   return 64;
2616 }
2617
2618 /// getEffectiveSCEVType - Return a type with the same bitwidth as
2619 /// the given type and which represents how SCEV will treat the given
2620 /// type, for which isSCEVable must return true. For pointer types,
2621 /// this is the pointer-sized integer type.
2622 Type *ScalarEvolution::getEffectiveSCEVType(Type *Ty) const {
2623   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
2624
2625   if (Ty->isIntegerTy())
2626     return Ty;
2627
2628   // The only other support type is pointer.
2629   assert(Ty->isPointerTy() && "Unexpected non-pointer non-integer type!");
2630   if (TD) return TD->getIntPtrType(getContext());
2631
2632   // Without TargetData, conservatively assume pointers are 64-bit.
2633   return Type::getInt64Ty(getContext());
2634 }
2635
2636 const SCEV *ScalarEvolution::getCouldNotCompute() {
2637   return &CouldNotCompute;
2638 }
2639
2640 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
2641 /// expression and create a new one.
2642 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) {
2643   assert(isSCEVable(V->getType()) && "Value is not SCEVable!");
2644
2645   ValueExprMapType::const_iterator I = ValueExprMap.find(V);
2646   if (I != ValueExprMap.end()) return I->second;
2647   const SCEV *S = createSCEV(V);
2648
2649   // The process of creating a SCEV for V may have caused other SCEVs
2650   // to have been created, so it's necessary to insert the new entry
2651   // from scratch, rather than trying to remember the insert position
2652   // above.
2653   ValueExprMap.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(V, this), S));
2654   return S;
2655 }
2656
2657 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
2658 ///
2659 const SCEV *ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEV *V) {
2660   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2661     return getConstant(
2662                cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue())));
2663
2664   Type *Ty = V->getType();
2665   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2666   return getMulExpr(V,
2667                   getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty))));
2668 }
2669
2670 /// getNotSCEV - Return a SCEV corresponding to ~V = -1-V
2671 const SCEV *ScalarEvolution::getNotSCEV(const SCEV *V) {
2672   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2673     return getConstant(
2674                 cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(VC->getValue())));
2675
2676   Type *Ty = V->getType();
2677   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2678   const SCEV *AllOnes =
2679                    getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty)));
2680   return getMinusSCEV(AllOnes, V);
2681 }
2682
2683 /// getMinusSCEV - Return LHS-RHS.  Minus is represented in SCEV as A+B*-1.
2684 const SCEV *ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
2685                                           SCEV::NoWrapFlags Flags) {
2686   assert(!maskFlags(Flags, SCEV::FlagNUW) && "subtraction does not have NUW");
2687
2688   // Fast path: X - X --> 0.
2689   if (LHS == RHS)
2690     return getConstant(LHS->getType(), 0);
2691
2692   // X - Y --> X + -Y
2693   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS), Flags);
2694 }
2695
2696 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2697 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2698 /// extended.
2699 const SCEV *
2700 ScalarEvolution::getTruncateOrZeroExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
2701   Type *SrcTy = V->getType();
2702   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2703          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2704          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2705   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2706     return V;  // No conversion
2707   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2708     return getTruncateExpr(V, Ty);
2709   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2710 }
2711
2712 /// getTruncateOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2713 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2714 /// extended.
2715 const SCEV *
2716 ScalarEvolution::getTruncateOrSignExtend(const SCEV *V,
2717                                          Type *Ty) {
2718   Type *SrcTy = V->getType();
2719   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2720          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2721          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2722   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2723     return V;  // No conversion
2724   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2725     return getTruncateExpr(V, Ty);
2726   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2727 }
2728
2729 /// getNoopOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2730 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2731 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2732 const SCEV *
2733 ScalarEvolution::getNoopOrZeroExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
2734   Type *SrcTy = V->getType();
2735   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2736          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2737          "Cannot noop or zero extend with non-integer arguments!");
2738   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2739          "getNoopOrZeroExtend cannot truncate!");
2740   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2741     return V;  // No conversion
2742   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2743 }
2744
2745 /// getNoopOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2746 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2747 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2748 const SCEV *
2749 ScalarEvolution::getNoopOrSignExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
2750   Type *SrcTy = V->getType();
2751   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2752          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2753          "Cannot noop or sign extend with non-integer arguments!");
2754   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2755          "getNoopOrSignExtend cannot truncate!");
2756   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2757     return V;  // No conversion
2758   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2759 }
2760
2761 /// getNoopOrAnyExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
2762 /// the input value to the specified type. If the type must be extended,
2763 /// it is extended with unspecified bits. The conversion must not be
2764 /// narrowing.
2765 const SCEV *
2766 ScalarEvolution::getNoopOrAnyExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
2767   Type *SrcTy = V->getType();
2768   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2769          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2770          "Cannot noop or any extend with non-integer arguments!");
2771   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2772          "getNoopOrAnyExtend cannot truncate!");
2773   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2774     return V;  // No conversion
2775   return getAnyExtendExpr(V, Ty);
2776 }
2777
2778 /// getTruncateOrNoop - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2779 /// input value to the specified type.  The conversion must not be widening.
2780 const SCEV *
2781 ScalarEvolution::getTruncateOrNoop(const SCEV *V, Type *Ty) {
2782   Type *SrcTy = V->getType();
2783   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2784          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2785          "Cannot truncate or noop with non-integer arguments!");
2786   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) >= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2787          "getTruncateOrNoop cannot extend!");
2788   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2789     return V;  // No conversion
2790   return getTruncateExpr(V, Ty);
2791 }
2792
2793 /// getUMaxFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2794 /// the types using zero-extension, and then perform a umax operation
2795 /// with them.
2796 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2797                                                         const SCEV *RHS) {
2798   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
2799   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
2800
2801   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2802     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2803   else
2804     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2805
2806   return getUMaxExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2807 }
2808
2809 /// getUMinFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2810 /// the types using zero-extension, and then perform a umin operation
2811 /// with them.
2812 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2813                                                         const SCEV *RHS) {
2814   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
2815   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
2816
2817   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2818     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2819   else
2820     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2821
2822   return getUMinExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2823 }
2824
2825 /// getPointerBase - Transitively follow the chain of pointer-type operands
2826 /// until reaching a SCEV that does not have a single pointer operand. This
2827 /// returns a SCEVUnknown pointer for well-formed pointer-type expressions,
2828 /// but corner cases do exist.
2829 const SCEV *ScalarEvolution::getPointerBase(const SCEV *V) {
2830   // A pointer operand may evaluate to a nonpointer expression, such as null.
2831   if (!V->getType()->isPointerTy())
2832     return V;
2833
2834   if (const SCEVCastExpr *Cast = dyn_cast<SCEVCastExpr>(V)) {
2835     return getPointerBase(Cast->getOperand());
2836   }
2837   else if (const SCEVNAryExpr *NAry = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(V)) {
2838     const SCEV *PtrOp = 0;
2839     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
2840          I != E; ++I) {
2841       if ((*I)->getType()->isPointerTy()) {
2842         // Cannot find the base of an expression with multiple pointer operands.
2843         if (PtrOp)
2844           return V;
2845         PtrOp = *I;
2846       }
2847     }
2848     if (!PtrOp)
2849       return V;
2850     return getPointerBase(PtrOp);
2851   }
2852   return V;
2853 }
2854
2855 /// PushDefUseChildren - Push users of the given Instruction
2856 /// onto the given Worklist.
2857 static void
2858 PushDefUseChildren(Instruction *I,
2859                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
2860   // Push the def-use children onto the Worklist stack.
2861   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
2862        UI != UE; ++UI)
2863     Worklist.push_back(cast<Instruction>(*UI));
2864 }
2865
2866 /// ForgetSymbolicValue - This looks up computed SCEV values for all
2867 /// instructions that depend on the given instruction and removes them from
2868 /// the ValueExprMapType map if they reference SymName. This is used during PHI
2869 /// resolution.
2870 void
2871 ScalarEvolution::ForgetSymbolicName(Instruction *PN, const SCEV *SymName) {
2872   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
2873   PushDefUseChildren(PN, Worklist);
2874
2875   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
2876   Visited.insert(PN);
2877   while (!Worklist.empty()) {
2878     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
2879     if (!Visited.insert(I)) continue;
2880
2881     ValueExprMapType::iterator It =
2882       ValueExprMap.find(static_cast<Value *>(I));
2883     if (It != ValueExprMap.end()) {
2884       const SCEV *Old = It->second;
2885
2886       // Short-circuit the def-use traversal if the symbolic name
2887       // ceases to appear in expressions.
2888       if (Old != SymName && !hasOperand(Old, SymName))
2889         continue;
2890
2891       // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
2892       // structure, it's a PHI that's in the progress of being computed
2893       // by createNodeForPHI, or it's a single-value PHI. In the first case,
2894       // additional loop trip count information isn't going to change anything.
2895       // In the second case, createNodeForPHI will perform the necessary
2896       // updates on its own when it gets to that point. In the third, we do
2897       // want to forget the SCEVUnknown.
2898       if (!isa<PHINode>(I) ||
2899           !isa<SCEVUnknown>(Old) ||
2900           (I != PN && Old == SymName)) {
2901         forgetMemoizedResults(Old);
2902         ValueExprMap.erase(It);
2903       }
2904     }
2905
2906     PushDefUseChildren(I, Worklist);
2907   }
2908 }
2909
2910 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
2911 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
2912 ///
2913 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
2914   if (const Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent()))
2915     if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
2916       // The loop may have multiple entrances or multiple exits; we can analyze
2917       // this phi as an addrec if it has a unique entry value and a unique
2918       // backedge value.
2919       Value *BEValueV = 0, *StartValueV = 0;
2920       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2921         Value *V = PN->getIncomingValue(i);
2922         if (L->contains(PN->getIncomingBlock(i))) {
2923           if (!BEValueV) {
2924             BEValueV = V;
2925           } else if (BEValueV != V) {
2926             BEValueV = 0;
2927             break;
2928           }
2929         } else if (!StartValueV) {
2930           StartValueV = V;
2931         } else if (StartValueV != V) {
2932           StartValueV = 0;
2933           break;
2934         }
2935       }
2936       if (BEValueV && StartValueV) {
2937         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
2938         const SCEV *SymbolicName = getUnknown(PN);
2939         assert(ValueExprMap.find(PN) == ValueExprMap.end() &&
2940                "PHI node already processed?");
2941         ValueExprMap.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(PN, this), SymbolicName));
2942
2943         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
2944         // the back-edge.
2945         const SCEV *BEValue = getSCEV(BEValueV);
2946
2947         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
2948         // has a special value for the first iteration of the loop.
2949
2950         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
2951         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
2952         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
2953           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
2954           // with a recurrence.
2955           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
2956           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2957             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
2958               if (FoundIndex == e) {
2959                 FoundIndex = i;
2960                 break;
2961               }
2962
2963           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
2964             // Create an add with everything but the specified operand.
2965             SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
2966             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2967               if (i != FoundIndex)
2968                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
2969             const SCEV *Accum = getAddExpr(Ops);
2970
2971             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
2972             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
2973             if (isLoopInvariant(Accum, L) ||
2974                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
2975                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
2976               SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap;
2977
2978               // If the increment doesn't overflow, then neither the addrec nor
2979               // the post-increment will overflow.
2980               if (const AddOperator *OBO = dyn_cast<AddOperator>(BEValueV)) {
2981                 if (OBO->hasNoUnsignedWrap())
2982                   Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNUW);
2983                 if (OBO->hasNoSignedWrap())
2984                   Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNSW);
2985               } else if (const GEPOperator *GEP =
2986                          dyn_cast<GEPOperator>(BEValueV)) {
2987                 // If the increment is an inbounds GEP, then we know the address
2988                 // space cannot be wrapped around. We cannot make any guarantee
2989                 // about signed or unsigned overflow because pointers are
2990                 // unsigned but we may have a negative index from the base
2991                 // pointer.
2992                 if (GEP->isInBounds())
2993                   Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNW);
2994               }
2995
2996               const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
2997               const SCEV *PHISCEV = getAddRecExpr(StartVal, Accum, L, Flags);
2998
2999               // Since the no-wrap flags are on the increment, they apply to the
3000               // post-incremented value as well.
3001               if (isLoopInvariant(Accum, L))
3002                 (void)getAddRecExpr(getAddExpr(StartVal, Accum),
3003                                     Accum, L, Flags);
3004
3005               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
3006               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
3007               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
3008               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
3009               ValueExprMap[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
3010               return PHISCEV;
3011             }
3012           }
3013         } else if (const SCEVAddRecExpr *AddRec =
3014                      dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
3015           // Otherwise, this could be a loop like this:
3016           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
3017           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
3018           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
3019           // i really is an addrec evolution.
3020           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
3021             const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
3022
3023             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
3024             // initial step of the addrec evolution.
3025             if (StartVal == getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
3026                                          AddRec->getOperand(1))) {
3027               // FIXME: For constant StartVal, we should be able to infer
3028               // no-wrap flags.
3029               const SCEV *PHISCEV =
3030                 getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1), L,
3031                               SCEV::FlagAnyWrap);
3032
3033               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
3034               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
3035               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
3036               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
3037               ValueExprMap[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
3038               return PHISCEV;
3039             }
3040           }
3041         }
3042       }
3043     }
3044
3045   // If the PHI has a single incoming value, follow that value, unless the
3046   // PHI's incoming blocks are in a different loop, in which case doing so
3047   // risks breaking LCSSA form. Instcombine would normally zap these, but
3048   // it doesn't have DominatorTree information, so it may miss cases.
3049   if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, TD, DT))
3050     if (LI->replacementPreservesLCSSAForm(PN, V))
3051       return getSCEV(V);
3052
3053   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
3054   return getUnknown(PN);
3055 }
3056
3057 /// createNodeForGEP - Expand GEP instructions into add and multiply
3058 /// operations. This allows them to be analyzed by regular SCEV code.
3059 ///
3060 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForGEP(GEPOperator *GEP) {
3061
3062   // Don't blindly transfer the inbounds flag from the GEP instruction to the
3063   // Add expression, because the Instruction may be guarded by control flow
3064   // and the no-overflow bits may not be valid for the expression in any
3065   // context.
3066   bool isInBounds = GEP->isInBounds();
3067
3068   Type *IntPtrTy = getEffectiveSCEVType(GEP->getType());
3069   Value *Base = GEP->getOperand(0);
3070   // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
3071   if (!cast<PointerType>(Base->getType())->getElementType()->isSized())
3072     return getUnknown(GEP);
3073   const SCEV *TotalOffset = getConstant(IntPtrTy, 0);
3074   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
3075   for (GetElementPtrInst::op_iterator I = llvm::next(GEP->op_begin()),
3076                                       E = GEP->op_end();
3077        I != E; ++I) {
3078     Value *Index = *I;
3079     // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
3080     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
3081       // For a struct, add the member offset.
3082       unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
3083       const SCEV *FieldOffset = getOffsetOfExpr(STy, FieldNo);
3084
3085       // Add the field offset to the running total offset.
3086       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, FieldOffset);
3087     } else {
3088       // For an array, add the element offset, explicitly scaled.
3089       const SCEV *ElementSize = getSizeOfExpr(*GTI);
3090       const SCEV *IndexS = getSCEV(Index);
3091       // Getelementptr indices are signed.
3092       IndexS = getTruncateOrSignExtend(IndexS, IntPtrTy);
3093
3094       // Multiply the index by the element size to compute the element offset.
3095       const SCEV *LocalOffset = getMulExpr(IndexS, ElementSize,
3096                                            isInBounds ? SCEV::FlagNSW :
3097                                            SCEV::FlagAnyWrap);
3098
3099       // Add the element offset to the running total offset.
3100       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, LocalOffset);
3101     }
3102   }
3103
3104   // Get the SCEV for the GEP base.
3105   const SCEV *BaseS = getSCEV(Base);
3106
3107   // Add the total offset from all the GEP indices to the base.
3108   return getAddExpr(BaseS, TotalOffset,
3109                     isInBounds ? SCEV::FlagNSW : SCEV::FlagAnyWrap);
3110 }
3111
3112 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
3113 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
3114 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
3115 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
3116 uint32_t
3117 ScalarEvolution::GetMinTrailingZeros(const SCEV *S) {
3118   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3119     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
3120
3121   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
3122     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand()),
3123                     (uint32_t)getTypeSizeInBits(T->getType()));
3124
3125   if (const SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3126     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
3127     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
3128              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
3129   }
3130
3131   if (const SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3132     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
3133     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
3134              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
3135   }
3136
3137   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3138     // The result is the min of all operands results.
3139     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
3140     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
3141       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
3142     return MinOpRes;
3143   }
3144
3145   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3146     // The result is the sum of all operands results.
3147     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
3148     uint32_t BitWidth = getTypeSizeInBits(M->getType());
3149     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
3150          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
3151       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)),
3152                           BitWidth);
3153     return SumOpRes;
3154   }
3155
3156   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3157     // The result is the min of all operands results.
3158     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
3159     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
3160       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
3161     return MinOpRes;
3162   }
3163
3164   if (const SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3165     // The result is the min of all operands results.
3166     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
3167     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
3168       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
3169     return MinOpRes;
3170   }
3171
3172   if (const SCEVUMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3173     // The result is the min of all operands results.
3174     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
3175     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
3176       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
3177     return MinOpRes;
3178   }
3179
3180   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3181     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3182     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
3183     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
3184     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
3185     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones);
3186     return Zeros.countTrailingOnes();
3187   }
3188
3189   // SCEVUDivExpr
3190   return 0;
3191 }
3192
3193 /// getUnsignedRange - Determine the unsigned range for a particular SCEV.
3194 ///
3195 ConstantRange
3196 ScalarEvolution::getUnsignedRange(const SCEV *S) {
3197   // See if we've computed this range already.
3198   DenseMap<const SCEV *, ConstantRange>::iterator I = UnsignedRanges.find(S);
3199   if (I != UnsignedRanges.end())
3200     return I->second;
3201
3202   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3203     return setUnsignedRange(C, ConstantRange(C->getValue()->getValue()));
3204
3205   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
3206   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
3207
3208   // If the value has known zeros, the maximum unsigned value will have those
3209   // known zeros as well.
3210   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
3211   if (TZ != 0)
3212     ConservativeResult =
3213       ConstantRange(APInt::getMinValue(BitWidth),
3214                     APInt::getMaxValue(BitWidth).lshr(TZ).shl(TZ) + 1);
3215
3216   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3217     ConstantRange X = getUnsignedRange(Add->getOperand(0));
3218     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3219       X = X.add(getUnsignedRange(Add->getOperand(i)));
3220     return setUnsignedRange(Add, ConservativeResult.intersectWith(X));
3221   }
3222
3223   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3224     ConstantRange X = getUnsignedRange(Mul->getOperand(0));
3225     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
3226       X = X.multiply(getUnsignedRange(Mul->getOperand(i)));
3227     return setUnsignedRange(Mul, ConservativeResult.intersectWith(X));
3228   }
3229
3230   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3231     ConstantRange X = getUnsignedRange(SMax->getOperand(0));
3232     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3233       X = X.smax(getUnsignedRange(SMax->getOperand(i)));
3234     return setUnsignedRange(SMax, ConservativeResult.intersectWith(X));
3235   }
3236
3237   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3238     ConstantRange X = getUnsignedRange(UMax->getOperand(0));
3239     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3240       X = X.umax(getUnsignedRange(UMax->getOperand(i)));
3241     return setUnsignedRange(UMax, ConservativeResult.intersectWith(X));
3242   }
3243
3244   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3245     ConstantRange X = getUnsignedRange(UDiv->getLHS());
3246     ConstantRange Y = getUnsignedRange(UDiv->getRHS());
3247     return setUnsignedRange(UDiv, ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y)));
3248   }
3249
3250   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3251     ConstantRange X = getUnsignedRange(ZExt->getOperand());
3252     return setUnsignedRange(ZExt,
3253       ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth)));
3254   }
3255
3256   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3257     ConstantRange X = getUnsignedRange(SExt->getOperand());
3258     return setUnsignedRange(SExt,
3259       ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth)));
3260   }
3261
3262   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
3263     ConstantRange X = getUnsignedRange(Trunc->getOperand());
3264     return setUnsignedRange(Trunc,
3265       ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth)));
3266   }
3267
3268   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3269     // If there's no unsigned wrap, the value will never be less than its
3270     // initial value.
3271     if (AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW))
3272       if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getStart()))
3273         if (!C->getValue()->isZero())
3274           ConservativeResult =
3275             ConservativeResult.intersectWith(
3276               ConstantRange(C->getValue()->getValue(), APInt(BitWidth, 0)));
3277
3278     // TODO: non-affine addrec
3279     if (AddRec->isAffine()) {
3280       Type *Ty = AddRec->getType();
3281       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
3282       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
3283           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
3284         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
3285
3286         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
3287         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
3288
3289         ConstantRange StartRange = getUnsignedRange(Start);
3290         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
3291         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
3292         ConstantRange EndRange =
3293           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
3294
3295         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
3296         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
3297         // checking code.
3298         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3299         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3300         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
3301           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3302         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3303         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
3304             ExtEndRange)
3305           return setUnsignedRange(AddRec, ConservativeResult);
3306
3307         APInt Min = APIntOps::umin(StartRange.getUnsignedMin(),
3308                                    EndRange.getUnsignedMin());
3309         APInt Max = APIntOps::umax(StartRange.getUnsignedMax(),
3310                                    EndRange.getUnsignedMax());
3311         if (Min.isMinValue() && Max.isMaxValue())
3312           return setUnsignedRange(AddRec, ConservativeResult);
3313         return setUnsignedRange(AddRec,
3314           ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1)));
3315       }
3316     }
3317
3318     return setUnsignedRange(AddRec, ConservativeResult);
3319   }
3320
3321   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3322     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3323     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
3324     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
3325     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones, TD);
3326     if (Ones == ~Zeros + 1)
3327       return setUnsignedRange(U, ConservativeResult);
3328     return setUnsignedRange(U,
3329       ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Ones, ~Zeros + 1)));
3330   }
3331
3332   return setUnsignedRange(S, ConservativeResult);
3333 }
3334
3335 /// getSignedRange - Determine the signed range for a particular SCEV.
3336 ///
3337 ConstantRange
3338 ScalarEvolution::getSignedRange(const SCEV *S) {
3339   // See if we've computed this range already.
3340   DenseMap<const SCEV *, ConstantRange>::iterator I = SignedRanges.find(S);
3341   if (I != SignedRanges.end())
3342     return I->second;
3343
3344   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3345     return setSignedRange(C, ConstantRange(C->getValue()->getValue()));
3346
3347   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
3348   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
3349
3350   // If the value has known zeros, the maximum signed value will have those
3351   // known zeros as well.
3352   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
3353   if (TZ != 0)
3354     ConservativeResult =
3355       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3356                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(TZ).shl(TZ) + 1);
3357
3358   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3359     ConstantRange X = getSignedRange(Add->getOperand(0));
3360     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3361       X = X.add(getSignedRange(Add->getOperand(i)));
3362     return setSignedRange(Add, ConservativeResult.intersectWith(X));
3363   }
3364
3365   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3366     ConstantRange X = getSignedRange(Mul->getOperand(0));
3367     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
3368       X = X.multiply(getSignedRange(Mul->getOperand(i)));
3369     return setSignedRange(Mul, ConservativeResult.intersectWith(X));
3370   }
3371
3372   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3373     ConstantRange X = getSignedRange(SMax->getOperand(0));
3374     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3375       X = X.smax(getSignedRange(SMax->getOperand(i)));
3376     return setSignedRange(SMax, ConservativeResult.intersectWith(X));
3377   }
3378
3379   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3380     ConstantRange X = getSignedRange(UMax->getOperand(0));
3381     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3382       X = X.umax(getSignedRange(UMax->getOperand(i)));
3383     return setSignedRange(UMax, ConservativeResult.intersectWith(X));
3384   }
3385
3386   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3387     ConstantRange X = getSignedRange(UDiv->getLHS());
3388     ConstantRange Y = getSignedRange(UDiv->getRHS());
3389     return setSignedRange(UDiv, ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y)));
3390   }
3391
3392   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3393     ConstantRange X = getSignedRange(ZExt->getOperand());
3394     return setSignedRange(ZExt,
3395       ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth)));
3396   }
3397
3398   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3399     ConstantRange X = getSignedRange(SExt->getOperand());
3400     return setSignedRange(SExt,
3401       ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth)));
3402   }
3403
3404   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
3405     ConstantRange X = getSignedRange(Trunc->getOperand());
3406     return setSignedRange(Trunc,
3407       ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth)));
3408   }
3409
3410   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3411     // If there's no signed wrap, and all the operands have the same sign or
3412     // zero, the value won't ever change sign.
3413     if (AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW)) {
3414       bool AllNonNeg = true;
3415       bool AllNonPos = true;
3416       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3417         if (!isKnownNonNegative(AddRec->getOperand(i))) AllNonNeg = false;
3418         if (!isKnownNonPositive(AddRec->getOperand(i))) AllNonPos = false;
3419       }
3420       if (AllNonNeg)
3421         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3422           ConstantRange(APInt(BitWidth, 0),
3423                         APInt::getSignedMinValue(BitWidth)));
3424       else if (AllNonPos)
3425         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3426           ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3427                         APInt(BitWidth, 1)));
3428     }
3429
3430     // TODO: non-affine addrec
3431     if (AddRec->isAffine()) {
3432       Type *Ty = AddRec->getType();
3433       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
3434       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
3435           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
3436         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
3437
3438         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
3439         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
3440
3441         ConstantRange StartRange = getSignedRange(Start);
3442         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
3443         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
3444         ConstantRange EndRange =
3445           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
3446
3447         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
3448         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
3449         // checking code.
3450         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3451         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3452         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
3453           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3454         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3455         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
3456             ExtEndRange)
3457           return setSignedRange(AddRec, ConservativeResult);
3458
3459         APInt Min = APIntOps::smin(StartRange.getSignedMin(),
3460                                    EndRange.getSignedMin());
3461         APInt Max = APIntOps::smax(StartRange.getSignedMax(),
3462                                    EndRange.getSignedMax());
3463         if (Min.isMinSignedValue() && Max.isMaxSignedValue())
3464           return setSignedRange(AddRec, ConservativeResult);
3465         return setSignedRange(AddRec,
3466           ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1)));
3467       }
3468     }
3469
3470     return setSignedRange(AddRec, ConservativeResult);
3471   }
3472
3473   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3474     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3475     if (!U->getValue()->getType()->isIntegerTy() && !TD)
3476       return setSignedRange(U, ConservativeResult);
3477     unsigned NS = ComputeNumSignBits(U->getValue(), TD);
3478     if (NS == 1)
3479       return setSignedRange(U, ConservativeResult);
3480     return setSignedRange(U, ConservativeResult.intersectWith(
3481       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth).ashr(NS - 1),
3482                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(NS - 1)+1)));
3483   }
3484
3485   return setSignedRange(S, ConservativeResult);
3486 }
3487
3488 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
3489 /// Analyze the expression.
3490 ///
3491 const SCEV *ScalarEvolution::createSCEV(Value *V) {
3492   if (!isSCEVable(V->getType()))
3493     return getUnknown(V);
3494
3495   unsigned Opcode = Instruction::UserOp1;
3496   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
3497     Opcode = I->getOpcode();
3498
3499     // Don't attempt to analyze instructions in blocks that aren't
3500     // reachable. Such instructions don't matter, and they aren't required
3501     // to obey basic rules for definitions dominating uses which this
3502     // analysis depends on.
3503     if (!DT->isReachableFromEntry(I->getParent()))
3504       return getUnknown(V);
3505   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
3506     Opcode = CE->getOpcode();
3507   else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
3508     return getConstant(CI);
3509   else if (isa<ConstantPointerNull>(V))
3510     return getConstant(V->getType(), 0);
3511   else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V))
3512     return GA->mayBeOverridden() ? getUnknown(V) : getSCEV(GA->getAliasee());
3513   else
3514     return getUnknown(V);
3515
3516   Operator *U = cast<Operator>(V);
3517   switch (Opcode) {
3518   case Instruction::Add: {
3519     // The simple thing to do would be to just call getSCEV on both operands
3520     // and call getAddExpr with the result. However if we're looking at a
3521     // bunch of things all added together, this can be quite inefficient,
3522     // because it leads to N-1 getAddExpr calls for N ultimate operands.
3523     // Instead, gather up all the operands and make a single getAddExpr call.
3524     // LLVM IR canonical form means we need only traverse the left operands.
3525     SmallVector<const SCEV *, 4> AddOps;
3526     AddOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
3527     for (Value *Op = U->getOperand(0); ; Op = U->getOperand(0)) {
3528       unsigned Opcode = Op->getValueID() - Value::InstructionVal;
3529       if (Opcode != Instruction::Add && Opcode != Instruction::Sub)
3530         break;
3531       U = cast<Operator>(Op);
3532       const SCEV *Op1 = getSCEV(U->getOperand(1));
3533       if (Opcode == Instruction::Sub)
3534         AddOps.push_back(getNegativeSCEV(Op1));
3535       else
3536         AddOps.push_back(Op1);
3537     }
3538     AddOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(0)));
3539     return getAddExpr(AddOps);
3540   }
3541   case Instruction::Mul: {
3542     // See the Add code above.
3543     SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps;
3544     MulOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
3545     for (Value *Op = U->getOperand(0);
3546          Op->getValueID() == Instruction::Mul + Value::InstructionVal;
3547          Op = U->getOperand(0)) {
3548       U = cast<Operator>(Op);
3549       MulOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
3550     }
3551     MulOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(0)));
3552     return getMulExpr(MulOps);
3553   }
3554   case Instruction::UDiv:
3555     return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3556                        getSCEV(U->getOperand(1)));
3557   case Instruction::Sub:
3558     return getMinusSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)),
3559                         getSCEV(U->getOperand(1)));
3560   case Instruction::And:
3561     // For an expression like x&255 that merely masks off the high bits,
3562     // use zext(trunc(x)) as the SCEV expression.
3563     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3564       if (CI->isNullValue())
3565         return getSCEV(U->getOperand(1));
3566       if (CI->isAllOnesValue())
3567         return getSCEV(U->getOperand(0));
3568       const APInt &A = CI->getValue();
3569
3570       // Instcombine's ShrinkDemandedConstant may strip bits out of
3571       // constants, obscuring what would otherwise be a low-bits mask.
3572       // Use ComputeMaskedBits to compute what ShrinkDemandedConstant
3573       // knew about to reconstruct a low-bits mask value.
3574       unsigned LZ = A.countLeadingZeros();
3575       unsigned BitWidth = A.getBitWidth();
3576       APInt AllOnes = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
3577       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
3578       ComputeMaskedBits(U->getOperand(0), AllOnes, KnownZero, KnownOne, TD);
3579
3580       APInt EffectiveMask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, BitWidth - LZ);
3581
3582       if (LZ != 0 && !((~A & ~KnownZero) & EffectiveMask))
3583         return
3584           getZeroExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3585                                 IntegerType::get(getContext(), BitWidth - LZ)),
3586                             U->getType());
3587     }
3588     break;
3589
3590   case Instruction::Or:
3591     // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
3592     // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
3593     // optimizations will transparently handle this case.
3594     //
3595     // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
3596     // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
3597     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3598       const SCEV *LHS = getSCEV(U->getOperand(0));
3599       const APInt &CIVal = CI->getValue();
3600       if (GetMinTrailingZeros(LHS) >=
3601           (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros())) {
3602         // Build a plain add SCEV.
3603         const SCEV *S = getAddExpr(LHS, getSCEV(CI));
3604         // If the LHS of the add was an addrec and it has no-wrap flags,
3605         // transfer the no-wrap flags, since an or won't introduce a wrap.
3606         if (const SCEVAddRecExpr *NewAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3607           const SCEVAddRecExpr *OldAR = cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
3608           const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setNoWrapFlags(
3609             OldAR->getNoWrapFlags());
3610         }
3611         return S;
3612       }
3613     }
3614     break;
3615   case Instruction::Xor:
3616     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3617       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
3618       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
3619       if (CI->getValue().isSignBit())
3620         return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3621                           getSCEV(U->getOperand(1)));
3622
3623       // If the RHS of xor is -1, then this is a not operation.
3624       if (CI->isAllOnesValue())
3625         return getNotSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)));
3626
3627       // Model xor(and(x, C), C) as and(~x, C), if C is a low-bits mask.
3628       // This is a variant of the check for xor with -1, and it handles
3629       // the case where instcombine has trimmed non-demanded bits out
3630       // of an xor with -1.
3631       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U->getOperand(0)))
3632         if (ConstantInt *LCI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
3633           if (BO->getOpcode() == Instruction::And &&
3634               LCI->getValue() == CI->getValue())
3635             if (const SCEVZeroExtendExpr *Z =
3636                   dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(getSCEV(U->getOperand(0)))) {
3637               Type *UTy = U->getType();
3638               const SCEV *Z0 = Z->getOperand();
3639               Type *Z0Ty = Z0->getType();
3640               unsigned Z0TySize = getTypeSizeInBits(Z0Ty);
3641
3642               // If C is a low-bits mask, the zero extend is serving to
3643               // mask off the high bits. Complement the operand and
3644               // re-apply the zext.
3645               if (APIntOps::isMask(Z0TySize, CI->getValue()))
3646                 return getZeroExtendExpr(getNotSCEV(Z0), UTy);
3647
3648               // If C is a single bit, it may be in the sign-bit position
3649               // before the zero-extend. In this case, represent the xor
3650               // using an add, which is equivalent, and re-apply the zext.
3651               APInt Trunc = CI->getValue().trunc(Z0TySize);
3652               if (Trunc.zext(getTypeSizeInBits(UTy)) == CI->getValue() &&
3653                   Trunc.isSignBit())
3654                 return getZeroExtendExpr(getAddExpr(Z0, getConstant(Trunc)),
3655                                          UTy);
3656             }
3657     }
3658     break;
3659
3660   case Instruction::Shl:
3661     // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
3662     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3663       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
3664
3665       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
3666       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
3667       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
3668       // other parts of the compiler.
3669       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
3670         break;
3671
3672       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
3673         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getZExtValue()));
3674       return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
3675     }
3676     break;
3677
3678   case Instruction::LShr:
3679     // Turn logical shift right of a constant into a unsigned divide.
3680     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3681       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
3682
3683       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
3684       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
3685       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
3686       // other parts of the compiler.
3687       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
3688         break;
3689
3690       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
3691         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getZExtValue()));
3692       return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
3693     }
3694     break;
3695
3696   case Instruction::AShr:
3697     // For a two-shift sext-inreg, use sext(trunc(x)) as the SCEV expression.
3698     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
3699       if (Operator *L = dyn_cast<Operator>(U->getOperand(0)))
3700         if (L->getOpcode() == Instruction::Shl &&
3701             L->getOperand(1) == U->getOperand(1)) {
3702           uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
3703
3704           // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
3705           // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
3706           // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
3707           // other parts of the compiler.
3708           if (CI->getValue().uge(BitWidth))
3709             break;
3710
3711           uint64_t Amt = BitWidth - CI->getZExtValue();
3712           if (Amt == BitWidth)
3713             return getSCEV(L->getOperand(0));       // shift by zero --> noop
3714           return
3715             getSignExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(L->getOperand(0)),
3716                                               IntegerType::get(getContext(),
3717                                                                Amt)),
3718                               U->getType());
3719         }
3720     break;
3721
3722   case Instruction::Trunc:
3723     return getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3724
3725   case Instruction::ZExt:
3726     return getZeroExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3727
3728   case Instruction::SExt:
3729     return getSignExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3730
3731   case Instruction::BitCast:
3732     // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
3733     if (isSCEVable(U->getType()) && isSCEVable(U->getOperand(0)->getType()))
3734       return getSCEV(U->getOperand(0));
3735     break;
3736
3737   // It's tempting to handle inttoptr and ptrtoint as no-ops, however this can
3738   // lead to pointer expressions which cannot safely be expanded to GEPs,
3739   // because ScalarEvolution doesn't respect the GEP aliasing rules when
3740   // simplifying integer expressions.
3741
3742   case Instruction::GetElementPtr:
3743     return createNodeForGEP(cast<GEPOperator>(U));
3744
3745   case Instruction::PHI:
3746     return createNodeForPHI(cast<PHINode>(U));
3747
3748   case Instruction::Select:
3749     // This could be a smax or umax that was lowered earlier.
3750     // Try to recover it.
3751     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U->getOperand(0))) {
3752       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
3753       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
3754       switch (ICI->getPredicate()) {
3755       case ICmpInst::ICMP_SLT:
3756       case ICmpInst::ICMP_SLE:
3757         std::swap(LHS, RHS);
3758         // fall through
3759       case ICmpInst::ICMP_SGT:
3760       case ICmpInst::ICMP_SGE:
3761         // a >s b ? a+x : b+x  ->  smax(a, b)+x
3762         // a >s b ? b+x : a+x  ->  smin(a, b)+x
3763         if (LHS->getType() == U->getType()) {
3764           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3765           const SCEV *RS = getSCEV(RHS);
3766           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3767           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3768           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
3769           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
3770           if (LDiff == RDiff)
3771             return getAddExpr(getSMaxExpr(LS, RS), LDiff);
3772           LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
3773           RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
3774           if (LDiff == RDiff)
3775             return getAddExpr(getSMinExpr(LS, RS), LDiff);
3776         }
3777         break;
3778       case ICmpInst::ICMP_ULT:
3779       case ICmpInst::ICMP_ULE:
3780         std::swap(LHS, RHS);
3781         // fall through
3782       case ICmpInst::ICMP_UGT:
3783       case ICmpInst::ICMP_UGE:
3784         // a >u b ? a+x : b+x  ->  umax(a, b)+x
3785         // a >u b ? b+x : a+x  ->  umin(a, b)+x
3786         if (LHS->getType() == U->getType()) {
3787           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3788           const SCEV *RS = getSCEV(RHS);
3789           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3790           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3791           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
3792           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
3793           if (LDiff == RDiff)
3794             return getAddExpr(getUMaxExpr(LS, RS), LDiff);
3795           LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
3796           RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
3797           if (LDiff == RDiff)
3798             return getAddExpr(getUMinExpr(LS, RS), LDiff);
3799         }
3800         break;
3801       case ICmpInst::ICMP_NE:
3802         // n != 0 ? n+x : 1+x  ->  umax(n, 1)+x
3803         if (LHS->getType() == U->getType() &&
3804             isa<ConstantInt>(RHS) &&
3805             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
3806           const SCEV *One = getConstant(LHS->getType(), 1);
3807           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3808           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3809           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3810           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
3811           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, One);
3812           if (LDiff == RDiff)
3813             return getAddExpr(getUMaxExpr(One, LS), LDiff);
3814         }
3815         break;
3816       case ICmpInst::ICMP_EQ:
3817         // n == 0 ? 1+x : n+x  ->  umax(n, 1)+x
3818         if (LHS->getType() == U->getType() &&
3819             isa<ConstantInt>(RHS) &&
3820             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
3821           const SCEV *One = getConstant(LHS->getType(), 1);
3822           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3823           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3824           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3825           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, One);
3826           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
3827           if (LDiff == RDiff)
3828             return getAddExpr(getUMaxExpr(One, LS), LDiff);
3829         }
3830         break;
3831       default:
3832         break;
3833       }
3834     }
3835
3836   default: // We cannot analyze this expression.
3837     break;
3838   }
3839
3840   return getUnknown(V);
3841 }
3842
3843
3844
3845 //===----------------------------------------------------------------------===//
3846 //                   Iteration Count Computation Code
3847 //
3848
3849 /// getSmallConstantTripCount - Returns the maximum trip count of this loop as a
3850 /// normal unsigned value, if possible. Returns 0 if the trip count is unknown
3851 /// or not constant. Will also return 0 if the maximum trip count is very large
3852 /// (>= 2^32)
3853 unsigned ScalarEvolution::getSmallConstantTripCount(Loop *L,
3854                                                     BasicBlock *ExitBlock) {
3855   const SCEVConstant *ExitCount =
3856     dyn_cast<SCEVConstant>(getExitCount(L, ExitBlock));
3857   if (!ExitCount)
3858     return 0;
3859
3860   ConstantInt *ExitConst = ExitCount->getValue();
3861
3862   // Guard against huge trip counts.
3863   if (ExitConst->getValue().getActiveBits() > 32)
3864     return 0;
3865
3866   // In case of integer overflow, this returns 0, which is correct.
3867   return ((unsigned)ExitConst->getZExtValue()) + 1;
3868 }
3869
3870 /// getSmallConstantTripMultiple - Returns the largest constant divisor of the
3871 /// trip count of this loop as a normal unsigned value, if possible. This
3872 /// means that the actual trip count is always a multiple of the returned
3873 /// value (don't forget the trip count could very well be zero as well!).
3874 ///
3875 /// Returns 1 if the trip count is unknown or not guaranteed to be the
3876 /// multiple of a constant (which is also the case if the trip count is simply
3877 /// constant, use getSmallConstantTripCount for that case), Will also return 1
3878 /// if the trip count is very large (>= 2^32).
3879 unsigned ScalarEvolution::getSmallConstantTripMultiple(Loop *L,
3880                                                        BasicBlock *ExitBlock) {
3881   const SCEV *ExitCount = getExitCount(L, ExitBlock);
3882   if (ExitCount == getCouldNotCompute())
3883     return 1;
3884
3885   // Get the trip count from the BE count by adding 1.
3886   const SCEV *TCMul = getAddExpr(ExitCount,
3887                                  getConstant(ExitCount->getType(), 1));
3888   // FIXME: SCEV distributes multiplication as V1*C1 + V2*C1. We could attempt
3889   // to factor simple cases.
3890   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(TCMul))
3891     TCMul = Mul->getOperand(0);
3892
3893   const SCEVConstant *MulC = dyn_cast<SCEVConstant>(TCMul);
3894   if (!MulC)
3895     return 1;
3896
3897   ConstantInt *Result = MulC->getValue();
3898
3899   // Guard against huge trip counts.
3900   if (!Result || Result->getValue().getActiveBits() > 32)
3901     return 1;
3902
3903   return (unsigned)Result->getZExtValue();
3904 }
3905
3906 // getExitCount - Get the expression for the number of loop iterations for which
3907 // this loop is guaranteed not to exit via ExitintBlock. Otherwise return
3908 // SCEVCouldNotCompute.
3909 const SCEV *ScalarEvolution::getExitCount(Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock) {
3910   return getBackedgeTakenInfo(L).getExact(ExitingBlock, this);
3911 }
3912
3913 /// getBackedgeTakenCount - If the specified loop has a predictable
3914 /// backedge-taken count, return it, otherwise return a SCEVCouldNotCompute
3915 /// object. The backedge-taken count is the number of times the loop header
3916 /// will be branched to from within the loop. This is one less than the
3917 /// trip count of the loop, since it doesn't count the first iteration,
3918 /// when the header is branched to from outside the loop.
3919 ///
3920 /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
3921 /// loop-invariant backedge-taken count (see
3922 /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
3923 ///
3924 const SCEV *ScalarEvolution::getBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3925   return getBackedgeTakenInfo(L).getExact(this);
3926 }
3927
3928 /// getMaxBackedgeTakenCount - Similar to getBackedgeTakenCount, except
3929 /// return the least SCEV value that is known never to be less than the
3930 /// actual backedge taken count.
3931 const SCEV *ScalarEvolution::getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3932   return getBackedgeTakenInfo(L).getMax(this);
3933 }
3934
3935 /// PushLoopPHIs - Push PHI nodes in the header of the given loop
3936 /// onto the given Worklist.
3937 static void
3938 PushLoopPHIs(const Loop *L, SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
3939   BasicBlock *Header = L->getHeader();
3940
3941   // Push all Loop-header PHIs onto the Worklist stack.
3942   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
3943        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
3944     Worklist.push_back(PN);
3945 }
3946
3947 const ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo &
3948 ScalarEvolution::getBackedgeTakenInfo(const Loop *L) {
3949   // Initially insert an invalid entry for this loop. If the insertion
3950   // succeeds, proceed to actually compute a backedge-taken count and
3951   // update the value. The temporary CouldNotCompute value tells SCEV
3952   // code elsewhere that it shouldn't attempt to request a new
3953   // backedge-taken count, which could result in infinite recursion.
3954   std::pair<DenseMap<const Loop *, BackedgeTakenInfo>::iterator, bool> Pair =
3955     BackedgeTakenCounts.insert(std::make_pair(L, BackedgeTakenInfo()));
3956   if (!Pair.second)
3957     return Pair.first->second;
3958
3959   // ComputeBackedgeTakenCount may allocate memory for its result. Inserting it
3960   // into the BackedgeTakenCounts map transfers ownership. Otherwise, the result
3961   // must be cleared in this scope.
3962   BackedgeTakenInfo Result = ComputeBackedgeTakenCount(L);
3963
3964   if (Result.getExact(this) != getCouldNotCompute()) {
3965     assert(isLoopInvariant(Result.getExact(this), L) &&
3966            isLoopInvariant(Result.getMax(this), L) &&
3967            "Computed backedge-taken count isn't loop invariant for loop!");
3968     ++NumTripCountsComputed;
3969   }
3970   else if (Result.getMax(this) == getCouldNotCompute() &&
3971            isa<PHINode>(L->getHeader()->begin())) {
3972     // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
3973     ++NumTripCountsNotComputed;
3974   }
3975
3976   // Now that we know more about the trip count for this loop, forget any
3977   // existing SCEV values for PHI nodes in this loop since they are only
3978   // conservative estimates made without the benefit of trip count
3979   // information. This is similar to the code in forgetLoop, except that
3980   // it handles SCEVUnknown PHI nodes specially.
3981   if (Result.hasAnyInfo()) {
3982     SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3983     PushLoopPHIs(L, Worklist);
3984
3985     SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3986     while (!Worklist.empty()) {
3987       Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3988       if (!Visited.insert(I)) continue;
3989
3990       ValueExprMapType::iterator It =
3991         ValueExprMap.find(static_cast<Value *>(I));
3992       if (It != ValueExprMap.end()) {
3993         const SCEV *Old = It->second;
3994
3995         // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
3996         // structure, or it's a PHI that's in the progress of being computed
3997         // by createNodeForPHI.  In the former case, additional loop trip
3998         // count information isn't going to change anything. In the later
3999         // case, createNodeForPHI will perform the necessary updates on its
4000         // own when it gets to that point.
4001         if (!isa<PHINode>(I) || !isa<SCEVUnknown>(Old)) {
4002           forgetMemoizedResults(Old);
4003           ValueExprMap.erase(It);
4004         }
4005         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4006           ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4007       }
4008
4009       PushDefUseChildren(I, Worklist);
4010     }
4011   }
4012
4013   // Re-lookup the insert position, since the call to
4014   // ComputeBackedgeTakenCount above could result in a
4015   // recusive call to getBackedgeTakenInfo (on a different
4016   // loop), which would invalidate the iterator computed
4017   // earlier.
4018   return BackedgeTakenCounts.find(L)->second = Result;
4019 }
4020
4021 /// forgetLoop - This method should be called by the client when it has
4022 /// changed a loop in a way that may effect ScalarEvolution's ability to
4023 /// compute a trip count, or if the loop is deleted.
4024 void ScalarEvolution::forgetLoop(const Loop *L) {
4025   // Drop any stored trip count value.
4026   DenseMap<const Loop*, BackedgeTakenInfo>::iterator BTCPos =
4027     BackedgeTakenCounts.find(L);
4028   if (BTCPos != BackedgeTakenCounts.end()) {
4029     BTCPos->second.clear();
4030     BackedgeTakenCounts.erase(BTCPos);
4031   }
4032
4033   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
4034   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
4035   PushLoopPHIs(L, Worklist);
4036
4037   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
4038   while (!Worklist.empty()) {
4039     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
4040     if (!Visited.insert(I)) continue;
4041
4042     ValueExprMapType::iterator It = ValueExprMap.find(static_cast<Value *>(I));
4043     if (It != ValueExprMap.end()) {
4044       forgetMemoizedResults(It->second);
4045       ValueExprMap.erase(It);
4046       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4047         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4048     }
4049
4050     PushDefUseChildren(I, Worklist);
4051   }
4052
4053   // Forget all contained loops too, to avoid dangling entries in the
4054   // ValuesAtScopes map.
4055   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
4056     forgetLoop(*I);
4057 }
4058
4059 /// forgetValue - This method should be called by the client when it has
4060 /// changed a value in a way that may effect its value, or which may
4061 /// disconnect it from a def-use chain linking it to a loop.
4062 void ScalarEvolution::forgetValue(Value *V) {
4063   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
4064   if (!I) return;
4065
4066   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
4067   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
4068   Worklist.push_back(I);
4069
4070   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
4071   while (!Worklist.empty()) {
4072     I = Worklist.pop_back_val();
4073     if (!Visited.insert(I)) continue;
4074
4075     ValueExprMapType::iterator It = ValueExprMap.find(static_cast<Value *>(I));
4076     if (It != ValueExprMap.end()) {
4077       forgetMemoizedResults(It->second);
4078       ValueExprMap.erase(It);
4079       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4080         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4081     }
4082
4083     PushDefUseChildren(I, Worklist);
4084   }
4085 }
4086
4087 /// getExact - Get the exact loop backedge taken count considering all loop
4088 /// exits. If all exits are computable, this is the minimum computed count.
4089 const SCEV *
4090 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::getExact(ScalarEvolution *SE) const {
4091   // If any exits were not computable, the loop is not computable.
4092   if (!ExitNotTaken.isCompleteList()) return SE->getCouldNotCompute();
4093
4094   // We need at least one computable exit.
4095   if (!ExitNotTaken.ExitingBlock) return SE->getCouldNotCompute();
4096   assert(ExitNotTaken.ExactNotTaken && "uninitialized not-taken info");
4097
4098   const SCEV *BECount = 0;
4099   for (const ExitNotTakenInfo *ENT = &ExitNotTaken;
4100        ENT != 0; ENT = ENT->getNextExit()) {
4101
4102     assert(ENT->ExactNotTaken != SE->getCouldNotCompute() && "bad exit SCEV");
4103
4104     if (!BECount)
4105       BECount = ENT->ExactNotTaken;
4106     else
4107       BECount = SE->getUMinFromMismatchedTypes(BECount, ENT->ExactNotTaken);
4108   }
4109   assert(BECount && "Invalid not taken count for loop exit");
4110   return BECount;
4111 }
4112
4113 /// getExact - Get the exact not taken count for this loop exit.
4114 const SCEV *
4115 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::getExact(BasicBlock *ExitingBlock,
4116                                              ScalarEvolution *SE) const {
4117   for (const ExitNotTakenInfo *ENT = &ExitNotTaken;
4118        ENT != 0; ENT = ENT->getNextExit()) {
4119
4120     if (ENT->ExitingBlock == ExitingBlock)
4121       return ENT->ExactNotTaken;
4122   }
4123   return SE->getCouldNotCompute();
4124 }
4125
4126 /// getMax - Get the max backedge taken count for the loop.
4127 const SCEV *
4128 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::getMax(ScalarEvolution *SE) const {
4129   return Max ? Max : SE->getCouldNotCompute();
4130 }
4131
4132 /// Allocate memory for BackedgeTakenInfo and copy the not-taken count of each
4133 /// computable exit into a persistent ExitNotTakenInfo array.
4134 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::BackedgeTakenInfo(
4135   SmallVectorImpl< std::pair<BasicBlock *, const SCEV *> > &ExitCounts,
4136   bool Complete, const SCEV *MaxCount) : Max(MaxCount) {
4137
4138   if (!Complete)
4139     ExitNotTaken.setIncomplete();
4140
4141   unsigned NumExits = ExitCounts.size();
4142   if (NumExits == 0) return;
4143
4144   ExitNotTaken.ExitingBlock = ExitCounts[0].first;
4145   ExitNotTaken.ExactNotTaken = ExitCounts[0].second;
4146   if (NumExits == 1) return;
4147
4148   // Handle the rare case of multiple computable exits.
4149   ExitNotTakenInfo *ENT = new ExitNotTakenInfo[NumExits-1];
4150
4151   ExitNotTakenInfo *PrevENT = &ExitNotTaken;
4152   for (unsigned i = 1; i < NumExits; ++i, PrevENT = ENT, ++ENT) {
4153     PrevENT->setNextExit(ENT);
4154     ENT->ExitingBlock = ExitCounts[i].first;
4155     ENT->ExactNotTaken = ExitCounts[i].second;
4156   }
4157 }
4158
4159 /// clear - Invalidate this result and free the ExitNotTakenInfo array.
4160 void ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::clear() {
4161   ExitNotTaken.ExitingBlock = 0;
4162   ExitNotTaken.ExactNotTaken = 0;
4163   delete[] ExitNotTaken.getNextExit();
4164 }
4165
4166 /// ComputeBackedgeTakenCount - Compute the number of times the backedge
4167 /// of the specified loop will execute.
4168 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4169 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
4170   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitingBlocks;
4171   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
4172
4173   // Examine all exits and pick the most conservative values.
4174   const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
4175   bool CouldComputeBECount = true;
4176   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, const SCEV *>, 4> ExitCounts;
4177   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
4178     ExitLimit EL = ComputeExitLimit(L, ExitingBlocks[i]);
4179     if (EL.Exact == getCouldNotCompute())
4180       // We couldn't compute an exact value for this exit, so
4181       // we won't be able to compute an exact value for the loop.
4182       CouldComputeBECount = false;
4183     else
4184       ExitCounts.push_back(std::make_pair(ExitingBlocks[i], EL.Exact));
4185
4186     if (MaxBECount == getCouldNotCompute())
4187       MaxBECount = EL.Max;
4188     else if (EL.Max != getCouldNotCompute())
4189       MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(MaxBECount, EL.Max);
4190   }
4191
4192   return BackedgeTakenInfo(ExitCounts, CouldComputeBECount, MaxBECount);
4193 }
4194
4195 /// ComputeExitLimit - Compute the number of times the backedge of the specified
4196 /// loop will execute if it exits via the specified block.
4197 ScalarEvolution::ExitLimit
4198 ScalarEvolution::ComputeExitLimit(const Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock) {
4199
4200   // Okay, we've chosen an exiting block.  See what condition causes us to
4201   // exit at this block.
4202   //
4203   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
4204   BranchInst *ExitBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
4205   if (ExitBr == 0) return getCouldNotCompute();
4206   assert(ExitBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
4207
4208   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
4209   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
4210   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
4211   // not be equal to the trip count of the loop.
4212   //
4213   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
4214   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
4215   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
4216   // loop header.  This is common for un-rotated loops.
4217   //
4218   // If both of those tests fail, walk up the unique predecessor chain to the
4219   // header, stopping if there is an edge that doesn't exit the loop. If the
4220   // header is reached, the execution count of the branch will be equal to the
4221   // trip count of the loop.
4222   //
4223   //  More extensive analysis could be done to handle more cases here.
4224   //
4225   if (ExitBr->getSuccessor(0) != L->getHeader() &&
4226       ExitBr->getSuccessor(1) != L->getHeader() &&
4227       ExitBr->getParent() != L->getHeader()) {
4228     // The simple checks failed, try climbing the unique predecessor chain
4229     // up to the header.
4230     bool Ok = false;
4231     for (BasicBlock *BB = ExitBr->getParent(); BB; ) {
4232       BasicBlock *Pred = BB->getUniquePredecessor();
4233       if (!Pred)
4234         return getCouldNotCompute();
4235       TerminatorInst *PredTerm = Pred->getTerminator();
4236       for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
4237         BasicBlock *PredSucc = PredTerm->getSuccessor(i);
4238         if (PredSucc == BB)
4239           continue;
4240         // If the predecessor has a successor that isn't BB and isn't
4241         // outside the loop, assume the worst.
4242         if (L->contains(PredSucc))
4243           return getCouldNotCompute();
4244       }
4245       if (Pred == L->getHeader()) {
4246         Ok = true;
4247         break;
4248       }
4249       BB = Pred;
4250     }
4251     if (!Ok)
4252       return getCouldNotCompute();
4253   }
4254
4255   // Proceed to the next level to examine the exit condition expression.
4256   return ComputeExitLimitFromCond(L, ExitBr->getCondition(),
4257                                   ExitBr->getSuccessor(0),
4258                                   ExitBr->getSuccessor(1));
4259 }
4260
4261 /// ComputeExitLimitFromCond - Compute the number of times the
4262 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
4263 /// were a conditional branch of ExitCond, TBB, and FBB.
4264 ScalarEvolution::ExitLimit
4265 ScalarEvolution::ComputeExitLimitFromCond(const Loop *L,
4266                                           Value *ExitCond,
4267                                           BasicBlock *TBB,
4268                                           BasicBlock *FBB) {
4269   // Check if the controlling expression for this loop is an And or Or.
4270   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(ExitCond)) {
4271     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
4272       // Recurse on the operands of the and.
4273       ExitLimit EL0 = ComputeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
4274       ExitLimit EL1 = ComputeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
4275       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
4276       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
4277       if (L->contains(TBB)) {
4278         // Both conditions must be true for the loop to continue executing.
4279         // Choose the less conservative count.
4280         if (EL0.Exact == getCouldNotCompute() ||
4281             EL1.Exact == getCouldNotCompute())
4282           BECount = getCouldNotCompute();
4283         else
4284           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Exact, EL1.Exact);
4285         if (EL0.Max == getCouldNotCompute())
4286           MaxBECount = EL1.Max;
4287         else if (EL1.Max == getCouldNotCompute())
4288           MaxBECount = EL0.Max;
4289         else
4290           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Max, EL1.Max);
4291       } else {
4292         // Both conditions must be true at the same time for the loop to exit.
4293         // For now, be conservative.
4294         assert(L->contains(FBB) && "Loop block has no successor in loop!");
4295         if (EL0.Max == EL1.Max)
4296           MaxBECount = EL0.Max;
4297         if (EL0.Exact == EL1.Exact)
4298           BECount = EL0.Exact;
4299       }
4300
4301       return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
4302     }
4303     if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
4304       // Recurse on the operands of the or.
4305       ExitLimit EL0 = ComputeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
4306       ExitLimit EL1 = ComputeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
4307       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
4308       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
4309       if (L->contains(FBB)) {
4310         // Both conditions must be false for the loop to continue executing.
4311         // Choose the less conservative count.
4312         if (EL0.Exact == getCouldNotCompute() ||
4313             EL1.Exact == getCouldNotCompute())
4314           BECount = getCouldNotCompute();
4315         else
4316           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Exact, EL1.Exact);
4317         if (EL0.Max == getCouldNotCompute())
4318           MaxBECount = EL1.Max;
4319         else if (EL1.Max == getCouldNotCompute())
4320           MaxBECount = EL0.Max;
4321         else
4322           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Max, EL1.Max);
4323       } else {
4324         // Both conditions must be false at the same time for the loop to exit.
4325         // For now, be conservative.
4326         assert(L->contains(TBB) && "Loop block has no successor in loop!");
4327         if (EL0.Max == EL1.Max)
4328           MaxBECount = EL0.Max;
4329         if (EL0.Exact == EL1.Exact)
4330           BECount = EL0.Exact;
4331       }
4332
4333       return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
4334     }
4335   }
4336
4337   // With an icmp, it may be feasible to compute an exact backedge-taken count.
4338   // Proceed to the next level to examine the icmp.
4339   if (ICmpInst *ExitCondICmp = dyn_cast<ICmpInst>(ExitCond))
4340     return ComputeExitLimitFromICmp(L, ExitCondICmp, TBB, FBB);
4341
4342   // Check for a constant condition. These are normally stripped out by
4343   // SimplifyCFG, but ScalarEvolution may be used by a pass which wishes to
4344   // preserve the CFG and is temporarily leaving constant conditions
4345   // in place.
4346   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(ExitCond)) {
4347     if (L->contains(FBB) == !CI->getZExtValue())
4348       // The backedge is always taken.
4349       return getCouldNotCompute();
4350     else
4351       // The backedge is never taken.
4352       return getConstant(CI->getType(), 0);
4353   }
4354
4355   // If it's not an integer or pointer comparison then compute it the hard way.
4356   return ComputeExitCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
4357 }
4358
4359 /// ComputeExitLimitFromICmp - Compute the number of times the
4360 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
4361 /// were a conditional branch of the ICmpInst ExitCond, TBB, and FBB.
4362 ScalarEvolution::ExitLimit
4363 ScalarEvolution::ComputeExitLimitFromICmp(const Loop *L,
4364                                           ICmpInst *ExitCond,
4365                                           BasicBlock *TBB,
4366                                           BasicBlock *FBB) {
4367
4368   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
4369   ICmpInst::Predicate Cond;
4370   if (!L->contains(FBB))
4371     Cond = ExitCond->getPredicate();
4372   else
4373     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
4374
4375   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
4376   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
4377     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
4378       ExitLimit ItCnt =
4379         ComputeLoadConstantCompareExitLimit(LI, RHS, L, Cond);
4380       if (ItCnt.hasAnyInfo())
4381         return ItCnt;
4382     }
4383
4384   const SCEV *LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
4385   const SCEV *RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
4386
4387   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
4388   LHS = getSCEVAtScope(LHS, L);
4389   RHS = getSCEVAtScope(RHS, L);
4390
4391   // At this point, we would like to compute how many iterations of the
4392   // loop the predicate will return true for these inputs.
4393   if (isLoopInvariant(LHS, L) && !isLoopInvariant(RHS, L)) {
4394     // If there is a loop-invariant, force it into the RHS.
4395     std::swap(LHS, RHS);
4396     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
4397   }
4398
4399   // Simplify the operands before analyzing them.
4400   (void)SimplifyICmpOperands(Cond, LHS, RHS);
4401
4402   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
4403   // ranges to answer this query.
4404   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
4405     if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
4406       if (AddRec->getLoop() == L) {
4407         // Form the constant range.
4408         ConstantRange CompRange(
4409             ICmpInst::makeConstantRange(Cond, RHSC->getValue()->getValue()));
4410
4411         const SCEV *Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, *this);
4412         if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
4413       }
4414
4415   switch (Cond) {
4416   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
4417     // Convert to: while (X-Y != 0)
4418     ExitLimit EL = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
4419     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
4420     break;
4421   }
4422   case ICmpInst::ICMP_EQ: {                     // while (X == Y)
4423     // Convert to: while (X-Y == 0)
4424     ExitLimit EL = HowFarToNonZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
4425     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
4426     break;
4427   }
4428   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
4429     ExitLimit EL = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, true);
4430     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
4431     break;
4432   }
4433   case ICmpInst::ICMP_SGT: {
4434     ExitLimit EL = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
4435                                              getNotSCEV(RHS), L, true);
4436     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
4437     break;
4438   }
4439   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
4440     ExitLimit EL = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, false);
4441     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
4442     break;
4443   }
4444   case ICmpInst::ICMP_UGT: {
4445     ExitLimit EL = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
4446                                              getNotSCEV(RHS), L, false);
4447     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
4448     break;
4449   }
4450   default:
4451 #if 0
4452     dbgs() << "ComputeBackedgeTakenCount ";
4453     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
4454       dbgs() << "[unsigned] ";
4455     dbgs() << *LHS << "   "
4456          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp)
4457          << "   " << *RHS << "\n";
4458 #endif
4459     break;
4460   }
4461   return ComputeExitCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
4462 }
4463
4464 static ConstantInt *
4465 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
4466                                 ScalarEvolution &SE) {
4467   const SCEV *InVal = SE.getConstant(C);
4468   const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
4469   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
4470          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
4471   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
4472 }
4473
4474 /// GetAddressedElementFromGlobal - Given a global variable with an initializer
4475 /// and a GEP expression (missing the pointer index) indexing into it, return
4476 /// the addressed element of the initializer or null if the index expression is
4477 /// invalid.
4478 static Constant *
4479 GetAddressedElementFromGlobal(GlobalVariable *GV,
4480                               const std::vector<ConstantInt*> &Indices) {
4481   Constant *Init = GV->getInitializer();
4482   for (unsigned i = 0, e = Indices.size(); i != e; ++i) {
4483     uint64_t Idx = Indices[i]->getZExtValue();
4484     if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Init)) {
4485       assert(Idx < CS->getNumOperands() && "Bad struct index!");
4486       Init = cast<Constant>(CS->getOperand(Idx));
4487     } else if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Init)) {
4488       if (Idx >= CA->getNumOperands()) return 0;  // Bogus program
4489       Init = cast<Constant>(CA->getOperand(Idx));
4490     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
4491       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
4492         assert(Idx < STy->getNumElements() && "Bad struct index!");
4493         Init = Constant::getNullValue(STy->getElementType(Idx));
4494       } else if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Init->getType())) {
4495         if (Idx >= ATy->getNumElements()) return 0;  // Bogus program
4496         Init = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
4497       } else {
4498         llvm_unreachable("Unknown constant aggregate type!");
4499       }
4500       return 0;
4501     } else {
4502       return 0; // Unknown initializer type
4503     }
4504   }
4505   return Init;
4506 }
4507
4508 /// ComputeLoadConstantCompareExitLimit - Given an exit condition of
4509 /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the backedge
4510 /// execution count.
4511 ScalarEvolution::ExitLimit
4512 ScalarEvolution::ComputeLoadConstantCompareExitLimit(
4513   LoadInst *LI,
4514   Constant *RHS,
4515   const Loop *L,
4516   ICmpInst::Predicate predicate) {
4517
4518   if (LI->isVolatile()) return getCouldNotCompute();
4519
4520   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
4521   // TODO: Use SCEV instead of manually grubbing with GEPs.
4522   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
4523   if (!GEP) return getCouldNotCompute();
4524
4525   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
4526   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
4527   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
4528   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer() ||
4529       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
4530       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
4531     return getCouldNotCompute();
4532
4533   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
4534   Value *VarIdx = 0;
4535   std::vector<ConstantInt*> Indexes;
4536   unsigned VarIdxNum = 0;
4537   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
4538     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
4539       Indexes.push_back(CI);
4540     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
4541       if (VarIdx) return getCouldNotCompute();  // Multiple non-constant idx's.
4542       VarIdx = GEP->getOperand(i);
4543       VarIdxNum = i-2;
4544       Indexes.push_back(0);
4545     }
4546
4547   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
4548   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
4549   const SCEV *Idx = getSCEV(VarIdx);
4550   Idx = getSCEVAtScope(Idx, L);
4551
4552   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
4553   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
4554   const SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
4555   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || isLoopInvariant(IdxExpr, L) ||
4556       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
4557       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
4558     return getCouldNotCompute();
4559
4560   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
4561   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
4562     ConstantInt *ItCst = ConstantInt::get(
4563                            cast<IntegerType>(IdxExpr->getType()), IterationNum);
4564     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, *this);
4565
4566     // Form the GEP offset.
4567     Indexes[VarIdxNum] = Val;
4568
4569     Constant *Result = GetAddressedElementFromGlobal(GV, Indexes);
4570     if (Result == 0) break;  // Cannot compute!
4571
4572     // Evaluate the condition for this iteration.
4573     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
4574     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
4575     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
4576 #if 0
4577       dbgs() << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
4578              << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
4579              << "***\n";
4580 #endif
4581       ++NumArrayLenItCounts;
4582       return getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
4583     }
4584   }
4585   return getCouldNotCompute();
4586 }
4587
4588
4589 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
4590 /// specified type, assuming that all operands were constants.
4591 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
4592   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
4593       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I))
4594     return true;
4595
4596   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
4597     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
4598       return canConstantFoldCallTo(F);
4599   return false;
4600 }
4601
4602 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
4603 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
4604 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
4605 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
4606 /// constraints, return null.
4607 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
4608   // If this is not an instruction, or if this is an instruction outside of the
4609   // loop, it can't be derived from a loop PHI.
4610   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
4611   if (I == 0 || !L->contains(I)) return 0;
4612
4613   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
4614     if (L->getHeader() == I->getParent())
4615       return PN;
4616     else
4617       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
4618       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
4619       return 0;
4620   }
4621
4622   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
4623   // are constants, return early.
4624   if (!CanConstantFold(I)) return 0;
4625
4626   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
4627   // constant or derived from a PHI node themselves.
4628   PHINode *PHI = 0;
4629   for (unsigned Op = 0, e = I->getNumOperands(); Op != e; ++Op)
4630     if (!isa<Constant>(I->getOperand(Op))) {
4631       PHINode *P = getConstantEvolvingPHI(I->getOperand(Op), L);
4632       if (P == 0) return 0;  // Not evolving from PHI
4633       if (PHI == 0)
4634         PHI = P;
4635       else if (PHI != P)
4636         return 0;  // Evolving from multiple different PHIs.
4637     }
4638
4639   // This is a expression evolving from a constant PHI!
4640   return PHI;
4641 }
4642
4643 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
4644 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
4645 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
4646 /// reason, return null.
4647 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, Constant *PHIVal,
4648                                     const TargetData *TD) {
4649   if (isa<PHINode>(V)) return PHIVal;
4650   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
4651   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
4652
4653   std::vector<Constant*> Operands(I->getNumOperands());
4654
4655   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4656     Operands[i] = EvaluateExpression(I->getOperand(i), PHIVal, TD);
4657     if (Operands[i] == 0) return 0;
4658   }
4659
4660   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
4661     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(), Operands[0],
4662                                            Operands[1], TD);
4663   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(), Operands, TD);
4664 }
4665
4666 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
4667 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
4668 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
4669 /// involving constants, fold it.
4670 Constant *
4671 ScalarEvolution::getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN,
4672                                                    const APInt &BEs,
4673                                                    const Loop *L) {
4674   DenseMap<PHINode*, Constant*>::const_iterator I =
4675     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
4676   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
4677     return I->second;
4678
4679   if (BEs.ugt(MaxBruteForceIterations))
4680     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = 0;  // Not going to evaluate it.
4681
4682   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
4683
4684   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
4685   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
4686   // second must be derived from the same PHI.
4687   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
4688   Constant *StartCST =
4689     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
4690   if (StartCST == 0)
4691     return RetVal = 0;  // Must be a constant.
4692
4693   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
4694   if (getConstantEvolvingPHI(BEValue, L) != PN &&
4695       !isa<Constant>(BEValue))
4696     return RetVal = 0;  // Not derived from same PHI.
4697
4698   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
4699   if (BEs.getActiveBits() >= 32)
4700     return RetVal = 0; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
4701
4702   unsigned NumIterations = BEs.getZExtValue(); // must be in range
4703   unsigned IterationNum = 0;
4704   for (Constant *PHIVal = StartCST; ; ++IterationNum) {
4705     if (IterationNum == NumIterations)
4706       return RetVal = PHIVal;  // Got exit value!
4707
4708     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
4709     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal, TD);
4710     if (NextPHI == PHIVal)
4711       return RetVal = NextPHI;  // Stopped evolving!
4712     if (NextPHI == 0)
4713       return 0;        // Couldn't evaluate!
4714     PHIVal = NextPHI;
4715   }
4716 }
4717
4718 /// ComputeExitCountExhaustively - If the loop is known to execute a
4719 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
4720 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
4721 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
4722 /// evaluate the trip count of the loop, return getCouldNotCompute().
4723 const SCEV * ScalarEvolution::ComputeExitCountExhaustively(const Loop *L,
4724                                                            Value *Cond,
4725                                                            bool ExitWhen) {
4726   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
4727   if (PN == 0) return getCouldNotCompute();
4728
4729   // If the loop is canonicalized, the PHI will have exactly two entries.
4730   // That's the only form we support here.
4731   if (PN->getNumIncomingValues() != 2) return getCouldNotCompute();
4732
4733   // One entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
4734   // second must be derived from the same PHI.
4735   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
4736   Constant *StartCST =
4737     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
4738   if (StartCST == 0) return getCouldNotCompute();  // Must be a constant.
4739
4740   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
4741   if (getConstantEvolvingPHI(BEValue, L) != PN &&
4742       !isa<Constant>(BEValue))
4743     return getCouldNotCompute();  // Not derived from same PHI.
4744
4745   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
4746   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
4747   // "ExitWhen".
4748   unsigned IterationNum = 0;
4749   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
4750   for (Constant *PHIVal = StartCST;
4751        IterationNum != MaxIterations; ++IterationNum) {
4752     ConstantInt *CondVal =
4753       dyn_cast_or_null<ConstantInt>(EvaluateExpression(Cond, PHIVal, TD));
4754
4755     // Couldn't symbolically evaluate.
4756     if (!CondVal) return getCouldNotCompute();
4757
4758     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
4759       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
4760       return getConstant(Type::getInt32Ty(getContext()), IterationNum);
4761     }
4762
4763     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
4764     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal, TD);
4765     if (NextPHI == 0 || NextPHI == PHIVal)
4766       return getCouldNotCompute();// Couldn't evaluate or not making progress...
4767     PHIVal = NextPHI;
4768   }
4769
4770   // Too many iterations were needed to evaluate.
4771   return getCouldNotCompute();
4772 }
4773
4774 /// getSCEVAtScope - Return a SCEV expression for the specified value
4775 /// at the specified scope in the program.  The L value specifies a loop
4776 /// nest to evaluate the expression at, where null is the top-level or a
4777 /// specified loop is immediately inside of the loop.
4778 ///
4779 /// This method can be used to compute the exit value for a variable defined
4780 /// in a loop by querying what the value will hold in the parent loop.
4781 ///
4782 /// In the case that a relevant loop exit value cannot be computed, the
4783 /// original value V is returned.
4784 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
4785   // Check to see if we've folded this expression at this loop before.
4786   std::map<const Loop *, const SCEV *> &Values = ValuesAtScopes[V];
4787   std::pair<std::map<const Loop *, const SCEV *>::iterator, bool> Pair =
4788     Values.insert(std::make_pair(L, static_cast<const SCEV *>(0)));
4789   if (!Pair.second)
4790     return Pair.first->second ? Pair.first->second : V;
4791
4792   // Otherwise compute it.
4793   const SCEV *C = computeSCEVAtScope(V, L);
4794   ValuesAtScopes[V][L] = C;
4795   return C;
4796 }
4797
4798 const SCEV *ScalarEvolution::computeSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
4799   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
4800
4801   // If this instruction is evolved from a constant-evolving PHI, compute the
4802   // exit value from the loop without using SCEVs.
4803   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
4804     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
4805       const Loop *LI = (*this->LI)[I->getParent()];
4806       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
4807         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4808           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
4809             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
4810             // to see if the loop that contains it has a known backedge-taken
4811             // count.  If so, we may be able to force computation of the exit
4812             // value.
4813             const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(LI);
4814             if (const SCEVConstant *BTCC =
4815                   dyn_cast<SCEVConstant>(BackedgeTakenCount)) {
4816               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
4817               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
4818               // the specified iteration number.
4819               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
4820                                                    BTCC->getValue()->getValue(),
4821                                                                LI);
4822               if (RV) return getSCEV(RV);
4823             }
4824           }
4825
4826       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
4827       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
4828       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
4829       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
4830       if (CanConstantFold(I)) {
4831         SmallVector<Constant *, 4> Operands;
4832         bool MadeImprovement = false;
4833         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4834           Value *Op = I->getOperand(i);
4835           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
4836             Operands.push_back(C);
4837             continue;
4838           }
4839
4840           // If any of the operands is non-constant and if they are
4841           // non-integer and non-pointer, don't even try to analyze them
4842           // with scev techniques.
4843           if (!isSCEVable(Op->getType()))
4844             return V;
4845
4846           const SCEV *OrigV = getSCEV(Op);
4847           const SCEV *OpV = getSCEVAtScope(OrigV, L);
4848           MadeImprovement |= OrigV != OpV;
4849
4850           Constant *C = 0;
4851           if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OpV))
4852             C = SC->getValue();
4853           if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(OpV))
4854             C = dyn_cast<Constant>(SU->getValue());
4855           if (!C) return V;
4856           if (C->getType() != Op->getType())
4857             C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
4858                                                               Op->getType(),
4859                                                               false),
4860                                       C, Op->getType());
4861           Operands.push_back(C);
4862         }
4863
4864         // Check to see if getSCEVAtScope actually made an improvement.
4865         if (MadeImprovement) {
4866           Constant *C = 0;
4867           if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
4868             C = ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
4869                                                 Operands[0], Operands[1], TD);
4870           else
4871             C = ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
4872                                          Operands, TD);
4873           if (!C) return V;
4874           return getSCEV(C);
4875         }
4876       }
4877     }
4878
4879     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
4880     return V;
4881   }
4882
4883   if (const SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
4884     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
4885     // expression has no loop-variant portions.
4886     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4887       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
4888       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
4889         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
4890         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
4891         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Comm->op_begin(),
4892                                             Comm->op_begin()+i);
4893         NewOps.push_back(OpAtScope);
4894
4895         for (++i; i != e; ++i) {
4896           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
4897           NewOps.push_back(OpAtScope);
4898         }
4899         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
4900           return getAddExpr(NewOps);
4901         if (isa<SCEVMulExpr>(Comm))
4902           return getMulExpr(NewOps);
4903         if (isa<SCEVSMaxExpr>(Comm))
4904           return getSMaxExpr(NewOps);
4905         if (isa<SCEVUMaxExpr>(Comm))
4906           return getUMaxExpr(NewOps);
4907         llvm_unreachable("Unknown commutative SCEV type!");
4908       }
4909     }
4910     // If we got here, all operands are loop invariant.
4911     return Comm;
4912   }
4913
4914   if (const SCEVUDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(V)) {
4915     const SCEV *LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
4916     const SCEV *RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
4917     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
4918       return Div;   // must be loop invariant
4919     return getUDivExpr(LHS, RHS);
4920   }
4921
4922   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
4923   // are dealing with the final value computed by the loop.
4924   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
4925     // First, attempt to evaluate each operand.
4926     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
4927     // expression has no loop-variant portions.
4928     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4929       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(i), L);
4930       if (OpAtScope == AddRec->getOperand(i))
4931         continue;
4932
4933       // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
4934       // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
4935       SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AddRec->op_begin(),
4936                                           AddRec->op_begin()+i);
4937       NewOps.push_back(OpAtScope);
4938       for (++i; i != e; ++i)
4939         NewOps.push_back(getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(i), L));
4940
4941       const SCEV *FoldedRec =
4942         getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop(),
4943                       AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
4944       AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(FoldedRec);
4945       // The addrec may be folded to a nonrecurrence, for example, if the
4946       // induction variable is multiplied by zero after constant folding. Go
4947       // ahead and return the folded value.
4948       if (!AddRec)
4949         return FoldedRec;
4950       break;
4951     }
4952
4953     // If the scope is outside the addrec's loop, evaluate it by using the
4954     // loop exit value of the addrec.
4955     if (!AddRec->getLoop()->contains(L)) {
4956       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
4957       // loop iterates.  Compute this now.
4958       const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
4959       if (BackedgeTakenCount == getCouldNotCompute()) return AddRec;
4960
4961       // Then, evaluate the AddRec.
4962       return AddRec->evaluateAtIteration(BackedgeTakenCount, *this);
4963     }
4964
4965     return AddRec;
4966   }
4967
4968   if (const SCEVZeroExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(V)) {
4969     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4970     if (Op == Cast->getOperand())
4971       return Cast;  // must be loop invariant
4972     return getZeroExtendExpr(Op, Cast->getType());
4973   }
4974
4975   if (const SCEVSignExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(V)) {
4976     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4977     if (Op == Cast->getOperand())
4978       return Cast;  // must be loop invariant
4979     return getSignExtendExpr(Op, Cast->getType());
4980   }
4981
4982   if (const SCEVTruncateExpr *Cast = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(V)) {
4983     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4984     if (Op == Cast->getOperand())
4985       return Cast;  // must be loop invariant
4986     return getTruncateExpr(Op, Cast->getType());
4987   }
4988
4989   llvm_unreachable("Unknown SCEV type!");
4990   return 0;
4991 }
4992
4993 /// getSCEVAtScope - This is a convenience function which does
4994 /// getSCEVAtScope(getSCEV(V), L).
4995 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) {
4996   return getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
4997 }
4998
4999 /// SolveLinEquationWithOverflow - Finds the minimum unsigned root of the
5000 /// following equation:
5001 ///
5002 ///     A * X = B (mod N)
5003 ///
5004 /// where N = 2^BW and BW is the common bit width of A and B. The signedness of
5005 /// A and B isn't important.
5006 ///
5007 /// If the equation does not have a solution, SCEVCouldNotCompute is returned.
5008 static const SCEV *SolveLinEquationWithOverflow(const APInt &A, const APInt &B,
5009                                                ScalarEvolution &SE) {
5010   uint32_t BW = A.getBitWidth();
5011   assert(BW == B.getBitWidth() && "Bit widths must be the same.");
5012   assert(A != 0 && "A must be non-zero.");
5013
5014   // 1. D = gcd(A, N)
5015   //
5016   // The gcd of A and N may have only one prime factor: 2. The number of
5017   // trailing zeros in A is its multiplicity
5018   uint32_t Mult2 = A.countTrailingZeros();
5019   // D = 2^Mult2
5020
5021   // 2. Check if B is divisible by D.
5022   //
5023   // B is divisible by D if and only if the multiplicity of prime factor 2 for B
5024   // is not less than multiplicity of this prime factor for D.
5025   if (B.countTrailingZeros() < Mult2)
5026     return SE.getCouldNotCompute();
5027
5028   // 3. Compute I: the multiplicative inverse of (A / D) in arithmetic
5029   // modulo (N / D).
5030   //
5031   // (N / D) may need BW+1 bits in its representation.  Hence, we'll use this
5032   // bit width during computations.
5033   APInt AD = A.lshr(Mult2).zext(BW + 1);  // AD = A / D
5034   APInt Mod(BW + 1, 0);
5035   Mod.setBit(BW - Mult2);  // Mod = N / D
5036   APInt I = AD.multiplicativeInverse(Mod);
5037
5038   // 4. Compute the minimum unsigned root of the equation:
5039   // I * (B / D) mod (N / D)
5040   APInt Result = (I * B.lshr(Mult2).zext(BW + 1)).urem(Mod);
5041
5042   // The result is guaranteed to be less than 2^BW so we may truncate it to BW
5043   // bits.
5044   return SE.getConstant(Result.trunc(BW));
5045 }
5046
5047 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
5048 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
5049 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
5050 ///
5051 static std::pair<const SCEV *,const SCEV *>
5052 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ScalarEvolution &SE) {
5053   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
5054   const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
5055   const SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
5056   const SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
5057
5058   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
5059   if (!LC || !MC || !NC) {
5060     const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
5061     return std::make_pair(CNC, CNC);
5062   }
5063
5064   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
5065   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
5066   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
5067   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
5068   APInt Two(BitWidth, 2);
5069   APInt Four(BitWidth, 4);
5070
5071   {
5072     using namespace APIntOps;
5073     const APInt& C = L;
5074     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
5075     // The B coefficient is M-N/2
5076     APInt B(M);
5077     B -= sdiv(N,Two);
5078
5079     // The A coefficient is N/2
5080     APInt A(N.sdiv(Two));
5081
5082     // Compute the B^2-4ac term.
5083     APInt SqrtTerm(B);
5084     SqrtTerm *= B;
5085     SqrtTerm -= Four * (A * C);
5086
5087     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
5088     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
5089     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
5090
5091     // Compute the two solutions for the quadratic formula.
5092     // The divisions must be performed as signed divisions.
5093     APInt NegB(-B);
5094     APInt TwoA( A << 1 );
5095     if (TwoA.isMinValue()) {
5096       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
5097       return std::make_pair(CNC, CNC);
5098     }
5099
5100     LLVMContext &Context = SE.getContext();
5101
5102     ConstantInt *Solution1 =
5103       ConstantInt::get(Context, (NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
5104     ConstantInt *Solution2 =
5105       ConstantInt::get(Context, (NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
5106
5107     return std::make_pair(SE.getConstant(Solution1),
5108                           SE.getConstant(Solution2));
5109     } // end APIntOps namespace
5110 }
5111
5112 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
5113 /// value to zero will execute.  If not computable, return CouldNotCompute.
5114 ///
5115 /// This is only used for loops with a "x != y" exit test. The exit condition is
5116 /// now expressed as a single expression, V = x-y. So the exit test is
5117 /// effectively V != 0.  We know and take advantage of the fact that this
5118 /// expression only being used in a comparison by zero context.
5119 ScalarEvolution::ExitLimit
5120 ScalarEvolution::HowFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
5121   // If the value is a constant
5122   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
5123     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
5124     if (C->getValue()->isZero()) return C;
5125     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
5126   }
5127
5128   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
5129   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
5130     return getCouldNotCompute();
5131
5132   // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
5133   // the quadratic equation to solve it.
5134   if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isIntegerTy()) {
5135     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots =
5136       SolveQuadraticEquation(AddRec, *this);
5137     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
5138     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
5139     if (R1 && R2) {
5140 #if 0
5141       dbgs() << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
5142              << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
5143 #endif
5144       // Pick the smallest positive root value.
5145       if (ConstantInt *CB =
5146           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(CmpInst::ICMP_ULT,
5147                                                       R1->getValue(),
5148                                                       R2->getValue()))) {
5149         if (CB->getZExtValue() == false)
5150           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
5151
5152         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
5153         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
5154         // should not accept a root of 2.
5155         const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1, *this);
5156         if (Val->isZero())
5157           return R1;  // We found a quadratic root!
5158       }
5159     }
5160     return getCouldNotCompute();
5161   }
5162
5163   // Otherwise we can only handle this if it is affine.
5164   if (!AddRec->isAffine())
5165     return getCouldNotCompute();
5166
5167   // If this is an affine expression, the execution count of this branch is
5168   // the minimum unsigned root of the following equation:
5169   //
5170   //     Start + Step*N = 0 (mod 2^BW)
5171   //
5172   // equivalent to:
5173   //
5174   //             Step*N = -Start (mod 2^BW)
5175   //
5176   // where BW is the common bit width of Start and Step.
5177
5178   // Get the initial value for the loop.
5179   const SCEV *Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(), L->getParentLoop());
5180   const SCEV *Step = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(1), L->getParentLoop());
5181
5182   // For now we handle only constant steps.
5183   //
5184   // TODO: Handle a nonconstant Step given AddRec<NUW>. If the
5185   // AddRec is NUW, then (in an unsigned sense) it cannot be counting up to wrap
5186   // to 0, it must be counting down to equal 0. Consequently, N = Start / -Step.
5187   // We have not yet seen any such cases.
5188   const SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
5189   if (StepC == 0)
5190     return getCouldNotCompute();
5191
5192   // For positive steps (counting up until unsigned overflow):
5193   //   N = -Start/Step (as unsigned)
5194   // For negative steps (counting down to zero):
5195   //   N = Start/-Step
5196   // First compute the unsigned distance from zero in the direction of Step.
5197   bool CountDown = StepC->getValue()->getValue().isNegative();
5198   const SCEV *Distance = CountDown ? Start : getNegativeSCEV(Start);
5199
5200   // Handle unitary steps, which cannot wraparound.
5201   // 1*N = -Start; -1*N = Start (mod 2^BW), so:
5202   //   N = Distance (as unsigned)
5203   if (StepC->getValue()->equalsInt(1) || StepC->getValue()->isAllOnesValue())
5204     return Distance;
5205
5206   // If the recurrence is known not to wraparound, unsigned divide computes the
5207   // back edge count. We know that the value will either become zero (and thus
5208   // the loop terminates), that the loop will terminate through some other exit
5209   // condition first, or that the loop has undefined behavior.  This means
5210   // we can't "miss" the exit value, even with nonunit stride.
5211   //
5212   // FIXME: Prove that loops always exhibits *acceptable* undefined
5213   // behavior. Loops must exhibit defined behavior until a wrapped value is
5214   // actually used. So the trip count computed by udiv could be smaller than the
5215   // number of well-defined iterations.
5216   if (AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW))
5217     // FIXME: We really want an "isexact" bit for udiv.
5218     return getUDivExpr(Distance, CountDown ? getNegativeSCEV(Step) : Step);
5219
5220   // Then, try to solve the above equation provided that Start is constant.
5221   if (const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start))
5222     return SolveLinEquationWithOverflow(StepC->getValue()->getValue(),
5223                                         -StartC->getValue()->getValue(),
5224                                         *this);
5225   return getCouldNotCompute();
5226 }
5227
5228 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
5229 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
5230 /// CouldNotCompute
5231 ScalarEvolution::ExitLimit
5232 ScalarEvolution::HowFarToNonZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
5233   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
5234   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
5235   // future as needed.
5236
5237   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
5238   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
5239   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
5240     if (!C->getValue()->isNullValue())
5241       return getConstant(C->getType(), 0);
5242     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
5243   }
5244
5245   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
5246   // this, and if they did, they would already be constant folded.
5247   return getCouldNotCompute();
5248 }
5249
5250 /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
5251 /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
5252 /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
5253 /// found.
5254 ///
5255 std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
5256 ScalarEvolution::getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB) {
5257   // If the block has a unique predecessor, then there is no path from the
5258   // predecessor to the block that does not go through the direct edge
5259   // from the predecessor to the block.
5260   if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor())
5261     return std::make_pair(Pred, BB);
5262
5263   // A loop's header is defined to be a block that dominates the loop.
5264   // If the header has a unique predecessor outside the loop, it must be
5265   // a block that has exactly one successor that can reach the loop.
5266   if (Loop *L = LI->getLoopFor(BB))
5267     return std::make_pair(L->getLoopPredecessor(), L->getHeader());
5268
5269   return std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>();
5270 }
5271
5272 /// HasSameValue - SCEV structural equivalence is usually sufficient for
5273 /// testing whether two expressions are equal, however for the purposes of
5274 /// looking for a condition guarding a loop, it can be useful to be a little
5275 /// more general, since a front-end may have replicated the controlling
5276 /// expression.
5277 ///
5278 static bool HasSameValue(const SCEV *A, const SCEV *B) {
5279   // Quick check to see if they are the same SCEV.
5280   if (A == B) return true;
5281
5282   // Otherwise, if they're both SCEVUnknown, it's possible that they hold
5283   // two different instructions with the same value. Check for this case.
5284   if (const SCEVUnknown *AU = dyn_cast<SCEVUnknown>(A))
5285     if (const SCEVUnknown *BU = dyn_cast<SCEVUnknown>(B))
5286       if (const Instruction *AI = dyn_cast<Instruction>(AU->getValue()))
5287         if (const Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(BU->getValue()))
5288           if (AI->isIdenticalTo(BI) && !AI->mayReadFromMemory())
5289             return true;
5290
5291   // Otherwise assume they may have a different value.
5292   return false;
5293 }
5294
5295 /// SimplifyICmpOperands - Simplify LHS and RHS in a comparison with
5296 /// predicate Pred. Return true iff any changes were made.
5297 ///
5298 bool ScalarEvolution::SimplifyICmpOperands(ICmpInst::Predicate &Pred,
5299                                            const SCEV *&LHS, const SCEV *&RHS) {
5300   bool Changed = false;
5301
5302   // Canonicalize a constant to the right side.
5303   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
5304     // Check for both operands constant.
5305     if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
5306       if (ConstantExpr::getICmp(Pred,
5307                                 LHSC->getValue(),
5308                                 RHSC->getValue())->isNullValue())
5309         goto trivially_false;
5310       else
5311         goto trivially_true;
5312     }
5313     // Otherwise swap the operands to put the constant on the right.
5314     std::swap(LHS, RHS);
5315     Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
5316     Changed = true;
5317   }
5318
5319   // If we're comparing an addrec with a value which is loop-invariant in the
5320   // addrec's loop, put the addrec on the left. Also make a dominance check,
5321   // as both operands could be addrecs loop-invariant in each other's loop.
5322   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS)) {
5323     const Loop *L = AR->getLoop();
5324     if (isLoopInvariant(LHS, L) && properlyDominates(LHS, L->getHeader())) {
5325       std::swap(LHS, RHS);
5326       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
5327       Changed = true;
5328     }
5329   }
5330
5331   // If there's a constant operand, canonicalize comparisons with boundary
5332   // cases, and canonicalize *-or-equal comparisons to regular comparisons.
5333   if (const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
5334     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
5335     switch (Pred) {
5336     default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
5337     case ICmpInst::ICMP_EQ:
5338     case ICmpInst::ICMP_NE:
5339       break;
5340     case ICmpInst::ICMP_UGE:
5341       if ((RA - 1).isMinValue()) {
5342         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5343         RHS = getConstant(RA - 1);
5344         Changed = true;
5345         break;
5346       }
5347       if (RA.isMaxValue()) {
5348         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5349         Changed = true;
5350         break;
5351       }
5352       if (RA.isMinValue()) goto trivially_true;
5353
5354       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
5355       RHS = getConstant(RA - 1);
5356       Changed = true;
5357       break;
5358     case ICmpInst::ICMP_ULE:
5359       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
5360         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5361         RHS = getConstant(RA + 1);
5362         Changed = true;
5363         break;
5364       }
5365       if (RA.isMinValue()) {
5366         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5367         Changed = true;
5368         break;
5369       }
5370       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_true;
5371
5372       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
5373       RHS = getConstant(RA + 1);
5374       Changed = true;
5375       break;
5376     case ICmpInst::ICMP_SGE:
5377       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
5378         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5379         RHS = getConstant(RA - 1);
5380         Changed = true;
5381         break;
5382       }
5383       if (RA.isMaxSignedValue()) {
5384         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5385         Changed = true;
5386         break;
5387       }
5388       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_true;
5389
5390       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
5391       RHS = getConstant(RA - 1);
5392       Changed = true;
5393       break;
5394     case ICmpInst::ICMP_SLE:
5395       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
5396         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5397         RHS = getConstant(RA + 1);
5398         Changed = true;
5399         break;
5400       }
5401       if (RA.isMinSignedValue()) {
5402         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5403         Changed = true;
5404         break;
5405       }
5406       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_true;
5407
5408       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
5409       RHS = getConstant(RA + 1);
5410       Changed = true;
5411       break;
5412     case ICmpInst::ICMP_UGT:
5413       if (RA.isMinValue()) {
5414         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5415         Changed = true;
5416         break;
5417       }
5418       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
5419         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5420         RHS = getConstant(RA + 1);
5421         Changed = true;
5422         break;
5423       }
5424       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_false;
5425       break;
5426     case ICmpInst::ICMP_ULT:
5427       if (RA.isMaxValue()) {
5428         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5429         Changed = true;
5430         break;
5431       }
5432       if ((RA - 1).isMinValue()) {
5433         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5434         RHS = getConstant(RA - 1);
5435         Changed = true;
5436         break;
5437       }
5438       if (RA.isMinValue()) goto trivially_false;
5439       break;
5440     case ICmpInst::ICMP_SGT:
5441       if (RA.isMinSignedValue()) {
5442         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5443         Changed = true;
5444         break;
5445       }
5446       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
5447         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5448         RHS = getConstant(RA + 1);
5449         Changed = true;
5450         break;
5451       }
5452       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_false;
5453       break;
5454     case ICmpInst::ICMP_SLT:
5455       if (RA.isMaxSignedValue()) {
5456         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5457         Changed = true;
5458         break;
5459       }
5460       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
5461        Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5462        RHS = getConstant(RA - 1);
5463         Changed = true;
5464        break;
5465       }
5466       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_false;
5467       break;
5468     }
5469   }
5470
5471   // Check for obvious equality.
5472   if (HasSameValue(LHS, RHS)) {
5473     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
5474       goto trivially_true;
5475     if (ICmpInst::isFalseWhenEqual(Pred))
5476       goto trivially_false;
5477   }
5478
5479   // If possible, canonicalize GE/LE comparisons to GT/LT comparisons, by
5480   // adding or subtracting 1 from one of the operands.
5481   switch (Pred) {
5482   case ICmpInst::ICMP_SLE:
5483     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
5484       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
5485                        SCEV::FlagNSW);
5486       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
5487       Changed = true;
5488     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
5489       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
5490                        SCEV::FlagNSW);
5491       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
5492       Changed = true;
5493     }
5494     break;
5495   case ICmpInst::ICMP_SGE:
5496     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
5497       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
5498                        SCEV::FlagNSW);
5499       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
5500       Changed = true;
5501     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
5502       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
5503                        SCEV::FlagNSW);
5504       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
5505       Changed = true;
5506     }
5507     break;
5508   case ICmpInst::ICMP_ULE:
5509     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
5510       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
5511                        SCEV::FlagNUW);
5512       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
5513       Changed = true;
5514     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
5515       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
5516                        SCEV::FlagNUW);
5517       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
5518       Changed = true;
5519     }
5520     break;
5521   case ICmpInst::ICMP_UGE:
5522     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
5523       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
5524                        SCEV::FlagNUW);
5525       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
5526       Changed = true;
5527     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
5528       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
5529                        SCEV::FlagNUW);
5530       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
5531       Changed = true;
5532     }
5533     break;
5534   default:
5535     break;
5536   }
5537
5538   // TODO: More simplifications are possible here.
5539
5540   return Changed;
5541
5542 trivially_true:
5543   // Return 0 == 0.
5544   LHS = RHS = getConstant(ConstantInt::getFalse(getContext()));
5545   Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5546   return true;
5547
5548 trivially_false:
5549   // Return 0 != 0.
5550   LHS = RHS = getConstant(ConstantInt::getFalse(getContext()));
5551   Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5552   return true;
5553 }
5554
5555 bool ScalarEvolution::isKnownNegative(const SCEV *S) {
5556   return getSignedRange(S).getSignedMax().isNegative();
5557 }
5558
5559 bool ScalarEvolution::isKnownPositive(const SCEV *S) {
5560   return getSignedRange(S).getSignedMin().isStrictlyPositive();
5561 }
5562
5563 bool ScalarEvolution::isKnownNonNegative(const SCEV *S) {
5564   return !getSignedRange(S).getSignedMin().isNegative();
5565 }
5566
5567 bool ScalarEvolution::isKnownNonPositive(const SCEV *S) {
5568   return !getSignedRange(S).getSignedMax().isStrictlyPositive();
5569 }
5570
5571 bool ScalarEvolution::isKnownNonZero(const SCEV *S) {
5572   return isKnownNegative(S) || isKnownPositive(S);
5573 }
5574
5575 bool ScalarEvolution::isKnownPredicate(ICmpInst::Predicate Pred,
5576                                        const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5577   // Canonicalize the inputs first.
5578   (void)SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS);
5579
5580   // If LHS or RHS is an addrec, check to see if the condition is true in
5581   // every iteration of the loop.
5582   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
5583     if (isLoopEntryGuardedByCond(
5584           AR->getLoop(), Pred, AR->getStart(), RHS) &&
5585         isLoopBackedgeGuardedByCond(
5586           AR->getLoop(), Pred, AR->getPostIncExpr(*this), RHS))
5587       return true;
5588   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS))
5589     if (isLoopEntryGuardedByCond(
5590           AR->getLoop(), Pred, LHS, AR->getStart()) &&
5591         isLoopBackedgeGuardedByCond(
5592           AR->getLoop(), Pred, LHS, AR->getPostIncExpr(*this)))
5593       return true;
5594
5595   // Otherwise see what can be done with known constant ranges.
5596   return isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS);
5597 }
5598
5599 bool
5600 ScalarEvolution::isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
5601                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5602   if (HasSameValue(LHS, RHS))
5603     return ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
5604
5605   // This code is split out from isKnownPredicate because it is called from
5606   // within isLoopEntryGuardedByCond.
5607   switch (Pred) {
5608   default:
5609     llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
5610     break;
5611   case ICmpInst::ICMP_SGT:
5612     Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
5613     std::swap(LHS, RHS);
5614   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
5615     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
5616     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
5617     if (LHSRange.getSignedMax().slt(RHSRange.getSignedMin()))
5618       return true;
5619     if (LHSRange.getSignedMin().sge(RHSRange.getSignedMax()))
5620       return false;
5621     break;
5622   }
5623   case ICmpInst::ICMP_SGE:
5624     Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
5625     std::swap(LHS, RHS);
5626   case ICmpInst::ICMP_SLE: {
5627     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
5628     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
5629     if (LHSRange.getSignedMax().sle(RHSRange.getSignedMin()))
5630       return true;
5631     if (LHSRange.getSignedMin().sgt(RHSRange.getSignedMax()))
5632       return false;
5633     break;
5634   }
5635   case ICmpInst::ICMP_UGT:
5636     Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
5637     std::swap(LHS, RHS);
5638   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
5639     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
5640     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
5641     if (LHSRange.getUnsignedMax().ult(RHSRange.getUnsignedMin()))
5642       return true;
5643     if (LHSRange.getUnsignedMin().uge(RHSRange.getUnsignedMax()))
5644       return false;
5645     break;
5646   }
5647   case ICmpInst::ICMP_UGE:
5648     Pred = ICmpInst::ICMP_ULE;
5649     std::swap(LHS, RHS);
5650   case ICmpInst::ICMP_ULE: {
5651     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
5652     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
5653     if (LHSRange.getUnsignedMax().ule(RHSRange.getUnsignedMin()))
5654       return true;
5655     if (LHSRange.getUnsignedMin().ugt(RHSRange.getUnsignedMax()))
5656       return false;
5657     break;
5658   }
5659   case ICmpInst::ICMP_NE: {
5660     if (getUnsignedRange(LHS).intersectWith(getUnsignedRange(RHS)).isEmptySet())
5661       return true;
5662     if (getSignedRange(LHS).intersectWith(getSignedRange(RHS)).isEmptySet())
5663       return true;
5664
5665     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(LHS, RHS);
5666     if (isKnownNonZero(Diff))
5667       return true;
5668     break;
5669   }
5670   case ICmpInst::ICMP_EQ:
5671     // The check at the top of the function catches the case where
5672     // the values are known to be equal.
5673     break;
5674   }
5675   return false;
5676 }
5677
5678 /// isLoopBackedgeGuardedByCond - Test whether the backedge of the loop is
5679 /// protected by a conditional between LHS and RHS.  This is used to
5680 /// to eliminate casts.
5681 bool
5682 ScalarEvolution::isLoopBackedgeGuardedByCond(const Loop *L,
5683                                              ICmpInst::Predicate Pred,
5684                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5685   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
5686   // (interprocedural conditions notwithstanding).
5687   if (!L) return true;
5688
5689   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
5690   if (!Latch)
5691     return false;
5692
5693   BranchInst *LoopContinuePredicate =
5694     dyn_cast<BranchInst>(Latch->getTerminator());
5695   if (!LoopContinuePredicate ||
5696       LoopContinuePredicate->isUnconditional())
5697     return false;
5698
5699   return isImpliedCond(Pred, LHS, RHS,
5700                        LoopContinuePredicate->getCondition(),
5701                        LoopContinuePredicate->getSuccessor(0) != L->getHeader());
5702 }
5703
5704 /// isLoopEntryGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected
5705 /// by a conditional between LHS and RHS.  This is used to help avoid max
5706 /// expressions in loop trip counts, and to eliminate casts.
5707 bool
5708 ScalarEvolution::isLoopEntryGuardedByCond(const Loop *L,
5709                                           ICmpInst::Predicate Pred,
5710                                           const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5711   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
5712   // (interprocedural conditions notwithstanding).
5713   if (!L) return false;
5714
5715   // Starting at the loop predecessor, climb up the predecessor chain, as long
5716   // as there are predecessors that can be found that have unique successors
5717   // leading to the original header.
5718   for (std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
5719          Pair(L->getLoopPredecessor(), L->getHeader());
5720        Pair.first;
5721        Pair = getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(Pair.first)) {
5722
5723     BranchInst *LoopEntryPredicate =
5724       dyn_cast<BranchInst>(Pair.first->getTerminator());
5725     if (!LoopEntryPredicate ||
5726         LoopEntryPredicate->isUnconditional())
5727       continue;
5728
5729     if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS,
5730                       LoopEntryPredicate->getCondition(),
5731                       LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) != Pair.second))
5732       return true;
5733   }
5734
5735   return false;
5736 }
5737
5738 /// isImpliedCond - Test whether the condition described by Pred, LHS,
5739 /// and RHS is true whenever the given Cond value evaluates to true.
5740 bool ScalarEvolution::isImpliedCond(ICmpInst::Predicate Pred,
5741                                     const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5742                                     Value *FoundCondValue,
5743                                     bool Inverse) {
5744   // Recursively handle And and Or conditions.
5745   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(FoundCondValue)) {
5746     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
5747       if (!Inverse)
5748         return isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(0), Inverse) ||
5749                isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(1), Inverse);
5750     } else if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
5751       if (Inverse)
5752         return isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(0), Inverse) ||
5753                isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(1), Inverse);
5754     }
5755   }
5756
5757   ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(FoundCondValue);
5758   if (!ICI) return false;
5759
5760   // Bail if the ICmp's operands' types are wider than the needed type
5761   // before attempting to call getSCEV on them. This avoids infinite
5762   // recursion, since the analysis of widening casts can require loop
5763   // exit condition information for overflow checking, which would
5764   // lead back here.
5765   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <
5766       getTypeSizeInBits(ICI->getOperand(0)->getType()))
5767     return false;
5768
5769   // Now that we found a conditional branch that dominates the loop, check to
5770   // see if it is the comparison we are looking for.
5771   ICmpInst::Predicate FoundPred;
5772   if (Inverse)
5773     FoundPred = ICI->getInversePredicate();
5774   else
5775     FoundPred = ICI->getPredicate();
5776
5777   const SCEV *FoundLHS = getSCEV(ICI->getOperand(0));
5778   const SCEV *FoundRHS = getSCEV(ICI->getOperand(1));
5779
5780   // Balance the types. The case where FoundLHS' type is wider than
5781   // LHS' type is checked for above.
5782   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) >
5783       getTypeSizeInBits(FoundLHS->getType())) {
5784     if (CmpInst::isSigned(Pred)) {
5785       FoundLHS = getSignExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
5786       FoundRHS = getSignExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
5787     } else {
5788       FoundLHS = getZeroExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
5789       FoundRHS = getZeroExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
5790     }
5791   }
5792
5793   // Canonicalize the query to match the way instcombine will have
5794   // canonicalized the comparison.
5795   if (SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS))
5796     if (LHS == RHS)
5797       return CmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
5798   if (SimplifyICmpOperands(FoundPred, FoundLHS, FoundRHS))
5799     if (FoundLHS == FoundRHS)
5800       return CmpInst::isFalseWhenEqual(Pred);
5801
5802   // Check to see if we can make the LHS or RHS match.
5803   if (LHS == FoundRHS || RHS == FoundLHS) {
5804     if (isa<SCEVConstant>(RHS)) {
5805       std::swap(FoundLHS, FoundRHS);
5806       FoundPred = ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred);
5807     } else {
5808       std::swap(LHS, RHS);
5809       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
5810     }
5811   }
5812
5813   // Check whether the found predicate is the same as the desired predicate.
5814   if (FoundPred == Pred)
5815     return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS);
5816
5817   // Check whether swapping the found predicate makes it the same as the
5818   // desired predicate.
5819   if (ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred) == Pred) {
5820     if (isa<SCEVConstant>(RHS))
5821       return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundRHS, FoundLHS);
5822     else
5823       return isImpliedCondOperands(ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred),
5824                                    RHS, LHS, FoundLHS, FoundRHS);
5825   }
5826
5827   // Check whether the actual condition is beyond sufficient.
5828   if (FoundPred == ICmpInst::ICMP_EQ)
5829     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
5830       if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
5831         return true;
5832   if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
5833     if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(FoundPred))
5834       if (isImpliedCondOperands(FoundPred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
5835         return true;
5836
5837   // Otherwise assume the worst.
5838   return false;
5839 }
5840
5841 /// isImpliedCondOperands - Test whether the condition described by Pred,
5842 /// LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred, FoundLHS,
5843 /// and FoundRHS is true.
5844 bool ScalarEvolution::isImpliedCondOperands(ICmpInst::Predicate Pred,
5845                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5846                                             const SCEV *FoundLHS,
5847                                             const SCEV *FoundRHS) {
5848   return isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
5849                                      FoundLHS, FoundRHS) ||
5850          // ~x < ~y --> x > y
5851          isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
5852                                      getNotSCEV(FoundRHS),
5853                                      getNotSCEV(FoundLHS));
5854 }
5855
5856 /// isImpliedCondOperandsHelper - Test whether the condition described by
5857 /// Pred, LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred,
5858 /// FoundLHS, and FoundRHS is true.
5859 bool
5860 ScalarEvolution::isImpliedCondOperandsHelper(ICmpInst::Predicate Pred,
5861                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5862                                              const SCEV *FoundLHS,
5863                                              const SCEV *FoundRHS) {
5864   switch (Pred) {
5865   default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
5866   case ICmpInst::ICMP_EQ:
5867   case ICmpInst::ICMP_NE:
5868     if (HasSameValue(LHS, FoundLHS) && HasSameValue(RHS, FoundRHS))
5869       return true;
5870     break;
5871   case ICmpInst::ICMP_SLT:
5872   case ICmpInst::ICMP_SLE:
5873     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SLE, LHS, FoundLHS) &&
5874         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SGE, RHS, FoundRHS))
5875       return true;
5876     break;
5877   case ICmpInst::ICMP_SGT:
5878   case ICmpInst::ICMP_SGE:
5879     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SGE, LHS, FoundLHS) &&
5880         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SLE, RHS, FoundRHS))
5881       return true;
5882     break;
5883   case ICmpInst::ICMP_ULT:
5884   case ICmpInst::ICMP_ULE:
5885     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_ULE, LHS, FoundLHS) &&
5886         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_UGE, RHS, FoundRHS))
5887       return true;
5888     break;
5889   case ICmpInst::ICMP_UGT:
5890   case ICmpInst::ICMP_UGE:
5891     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_UGE, LHS, FoundLHS) &&
5892         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_ULE, RHS, FoundRHS))
5893       return true;
5894     break;
5895   }
5896
5897   return false;
5898 }
5899
5900 /// getBECount - Subtract the end and start values and divide by the step,
5901 /// rounding up, to get the number of times the backedge is executed. Return
5902 /// CouldNotCompute if an intermediate computation overflows.
5903 const SCEV *ScalarEvolution::getBECount(const SCEV *Start,
5904                                         const SCEV *End,
5905                                         const SCEV *Step,
5906                                         bool NoWrap) {
5907   assert(!isKnownNegative(Step) &&
5908          "This code doesn't handle negative strides yet!");
5909
5910   Type *Ty = Start->getType();
5911
5912   // When Start == End, we have an exact BECount == 0. Short-circuit this case
5913   // here because SCEV may not be able to determine that the unsigned division
5914   // after rounding is zero.
5915   if (Start == End)
5916     return getConstant(Ty, 0);
5917
5918   const SCEV *NegOne = getConstant(Ty, (uint64_t)-1);
5919   const SCEV *Diff = getMinusSCEV(End, Start);
5920   const SCEV *RoundUp = getAddExpr(Step, NegOne);
5921
5922   // Add an adjustment to the difference between End and Start so that
5923   // the division will effectively round up.
5924   const SCEV *Add = getAddExpr(Diff, RoundUp);
5925
5926   if (!NoWrap) {
5927     // Check Add for unsigned overflow.
5928     // TODO: More sophisticated things could be done here.
5929     Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(),
5930                                           getTypeSizeInBits(Ty) + 1);
5931     const SCEV *EDiff = getZeroExtendExpr(Diff, WideTy);
5932     const SCEV *ERoundUp = getZeroExtendExpr(RoundUp, WideTy);
5933     const SCEV *OperandExtendedAdd = getAddExpr(EDiff, ERoundUp);
5934     if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) != OperandExtendedAdd)
5935       return getCouldNotCompute();
5936   }
5937
5938   return getUDivExpr(Add, Step);
5939 }
5940
5941 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
5942 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
5943 /// CouldNotCompute.
5944 ScalarEvolution::ExitLimit
5945 ScalarEvolution::HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5946                                   const Loop *L, bool isSigned) {
5947   // Only handle:  "ADDREC < LoopInvariant".
5948   if (!isLoopInvariant(RHS, L)) return getCouldNotCompute();
5949
5950   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
5951   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
5952     return getCouldNotCompute();
5953
5954   // Check to see if we have a flag which makes analysis easy.
5955   bool NoWrap = isSigned ? AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW) :
5956                            AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW);
5957
5958   if (AddRec->isAffine()) {
5959     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AddRec->getType());
5960     const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
5961
5962     if (Step->isZero())
5963       return getCouldNotCompute();
5964     if (Step->isOne()) {
5965       // With unit stride, the iteration never steps past the limit value.
5966     } else if (isKnownPositive(Step)) {
5967       // Test whether a positive iteration can step past the limit
5968       // value and past the maximum value for its type in a single step.
5969       // Note that it's not sufficient to check NoWrap here, because even
5970       // though the value after a wrap is undefined, it's not undefined
5971       // behavior, so if wrap does occur, the loop could either terminate or
5972       // loop infinitely, but in either case, the loop is guaranteed to
5973       // iterate at least until the iteration where the wrapping occurs.
5974       const SCEV *One = getConstant(Step->getType(), 1);
5975       if (isSigned) {
5976         APInt Max = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
5977         if ((Max - getSignedRange(getMinusSCEV(Step, One)).getSignedMax())
5978               .slt(getSignedRange(RHS).getSignedMax()))
5979           return getCouldNotCompute();
5980       } else {
5981         APInt Max = APInt::getMaxValue(BitWidth);
5982         if ((Max - getUnsignedRange(getMinusSCEV(Step, One)).getUnsignedMax())
5983               .ult(getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax()))
5984           return getCouldNotCompute();
5985       }
5986     } else
5987       // TODO: Handle negative strides here and below.
5988       return getCouldNotCompute();
5989
5990     // We know the LHS is of the form {n,+,s} and the RHS is some loop-invariant
5991     // m.  So, we count the number of iterations in which {n,+,s} < m is true.
5992     // Note that we cannot simply return max(m-n,0)/s because it's not safe to
5993     // treat m-n as signed nor unsigned due to overflow possibility.
5994
5995     // First, we get the value of the LHS in the first iteration: n
5996     const SCEV *Start = AddRec->getOperand(0);
5997
5998     // Determine the minimum constant start value.
5999     const SCEV *MinStart = getConstant(isSigned ?
6000       getSignedRange(Start).getSignedMin() :
6001       getUnsignedRange(Start).getUnsignedMin());
6002
6003     // If we know that the condition is true in order to enter the loop,
6004     // then we know that it will run exactly (m-n)/s times. Otherwise, we
6005     // only know that it will execute (max(m,n)-n)/s times. In both cases,
6006     // the division must round up.
6007     const SCEV *End = RHS;
6008     if (!isLoopEntryGuardedByCond(L,
6009                                   isSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT :
6010                                              ICmpInst::ICMP_ULT,
6011                                   getMinusSCEV(Start, Step), RHS))
6012       End = isSigned ? getSMaxExpr(RHS, Start)
6013                      : getUMaxExpr(RHS, Start);
6014
6015     // Determine the maximum constant end value.
6016     const SCEV *MaxEnd = getConstant(isSigned ?
6017       getSignedRange(End).getSignedMax() :
6018       getUnsignedRange(End).getUnsignedMax());
6019
6020     // If MaxEnd is within a step of the maximum integer value in its type,
6021     // adjust it down to the minimum value which would produce the same effect.
6022     // This allows the subsequent ceiling division of (N+(step-1))/step to
6023     // compute the correct value.
6024     const SCEV *StepMinusOne = getMinusSCEV(Step,
6025                                             getConstant(Step->getType(), 1));
6026     MaxEnd = isSigned ?
6027       getSMinExpr(MaxEnd,
6028                   getMinusSCEV(getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth)),
6029                                StepMinusOne)) :
6030       getUMinExpr(MaxEnd,
6031                   getMinusSCEV(getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth)),
6032                                StepMinusOne));
6033
6034     // Finally, we subtract these two values and divide, rounding up, to get
6035     // the number of times the backedge is executed.
6036     const SCEV *BECount = getBECount(Start, End, Step, NoWrap);
6037
6038     // The maximum backedge count is similar, except using the minimum start
6039     // value and the maximum end value.
6040     // If we already have an exact constant BECount, use it instead.
6041     const SCEV *MaxBECount = isa<SCEVConstant>(BECount) ? BECount
6042       : getBECount(MinStart, MaxEnd, Step, NoWrap);
6043
6044     // If the stride is nonconstant, and NoWrap == true, then
6045     // getBECount(MinStart, MaxEnd) may not compute. This would result in an
6046     // exact BECount and invalid MaxBECount, which should be avoided to catch
6047     // more optimization opportunities.
6048     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount))
6049       MaxBECount = BECount;
6050
6051     return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
6052   }
6053
6054   return getCouldNotCompute();
6055 }
6056
6057 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
6058 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
6059 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
6060 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
6061 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
6062 const SCEV *SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
6063                                                     ScalarEvolution &SE) const {
6064   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
6065     return SE.getCouldNotCompute();
6066
6067   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
6068   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
6069     if (!SC->getValue()->isZero()) {
6070       SmallVector<const SCEV *, 4> Operands(op_begin(), op_end());
6071       Operands[0] = SE.getConstant(SC->getType(), 0);
6072       const SCEV *Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop(),
6073                                              getNoWrapFlags(FlagNW));
6074       if (const SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec =
6075             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
6076         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
6077                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
6078       // This is strange and shouldn't happen.
6079       return SE.getCouldNotCompute();
6080     }
6081
6082   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
6083   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
6084   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
6085     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
6086       return SE.getCouldNotCompute();
6087
6088
6089   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
6090   // that the start element is zero.
6091
6092   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
6093   // iteration exits.
6094   unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(getType());
6095   if (!Range.contains(APInt(BitWidth, 0)))
6096     return SE.getConstant(getType(), 0);
6097
6098   if (isAffine()) {
6099     // If this is an affine expression then we have this situation:
6100     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
6101
6102     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
6103     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
6104     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
6105     // value.  Also note that we already checked for a full range.
6106     APInt One(BitWidth,1);
6107     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
6108     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
6109
6110     // The exit value should be (End+A)/A.
6111     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
6112     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal);
6113
6114     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
6115     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
6116     // things must have happened.
6117     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
6118     if (Range.contains(Val->getValue()))
6119       return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
6120
6121     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
6122     assert(Range.contains(
6123            EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
6124            ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
6125            "Linear scev computation is off in a bad way!");
6126     return SE.getConstant(ExitValue);
6127   } else if (isQuadratic()) {
6128     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
6129     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
6130     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
6131     // Range.getUpper() is crossed.
6132     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(op_begin(), op_end());
6133     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
6134     const SCEV *NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop(),
6135                                              // getNoWrapFlags(FlagNW)
6136                                              FlagAnyWrap);
6137
6138     // Next, solve the constructed addrec
6139     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots =
6140       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
6141     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
6142     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
6143     if (R1) {
6144       // Pick the smallest positive root value.
6145       if (ConstantInt *CB =
6146           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
6147                          R1->getValue(), R2->getValue()))) {
6148         if (CB->getZExtValue() == false)
6149           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
6150
6151         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
6152         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
6153         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
6154         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
6155                                                              R1->getValue(),
6156                                                              SE);
6157         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
6158           // The next iteration must be out of the range...
6159           ConstantInt *NextVal =
6160                 ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()+1);
6161
6162           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
6163           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
6164             return SE.getConstant(NextVal);
6165           return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
6166         }
6167
6168         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
6169         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
6170         ConstantInt *NextVal =
6171                ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()-1);
6172         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
6173         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
6174           return R1;
6175         return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
6176       }
6177     }
6178   }
6179
6180   return SE.getCouldNotCompute();
6181 }
6182
6183
6184
6185 //===----------------------------------------------------------------------===//
6186 //                   SCEVCallbackVH Class Implementation
6187 //===----------------------------------------------------------------------===//
6188
6189 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::deleted() {
6190   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
6191   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(getValPtr()))
6192     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
6193   SE->ValueExprMap.erase(getValPtr());
6194   // this now dangles!
6195 }
6196
6197 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::allUsesReplacedWith(Value *V) {
6198   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
6199
6200   // Forget all the expressions associated with users of the old value,
6201   // so that future queries will recompute the expressions using the new
6202   // value.
6203   Value *Old = getValPtr();
6204   SmallVector<User *, 16> Worklist;
6205   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
6206   for (Value::use_iterator UI = Old->use_begin(), UE = Old->use_end();
6207        UI != UE; ++UI)
6208     Worklist.push_back(*UI);
6209   while (!Worklist.empty()) {
6210     User *U = Worklist.pop_back_val();
6211     // Deleting the Old value will cause this to dangle. Postpone
6212     // that until everything else is done.
6213     if (U == Old)
6214       continue;
6215     if (!Visited.insert(U))
6216       continue;
6217     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U))
6218       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
6219     SE->ValueExprMap.erase(U);
6220     for (Value::use_iterator UI = U->use_begin(), UE = U->use_end();
6221          UI != UE; ++UI)
6222       Worklist.push_back(*UI);
6223   }
6224   // Delete the Old value.
6225   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Old))
6226     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
6227   SE->ValueExprMap.erase(Old);
6228   // this now dangles!
6229 }
6230
6231 ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *se)
6232   : CallbackVH(V), SE(se) {}
6233
6234 //===----------------------------------------------------------------------===//
6235 //                   ScalarEvolution Class Implementation
6236 //===----------------------------------------------------------------------===//
6237
6238 ScalarEvolution::ScalarEvolution()
6239   : FunctionPass(ID), FirstUnknown(0) {
6240   initializeScalarEvolutionPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
6241 }
6242
6243 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
6244   this->F = &F;
6245   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
6246   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
6247   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
6248   return false;
6249 }
6250
6251 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
6252   // Iterate through all the SCEVUnknown instances and call their
6253   // destructors, so that they release their references to their values.
6254   for (SCEVUnknown *U = FirstUnknown; U; U = U->Next)
6255     U->~SCEVUnknown();
6256   FirstUnknown = 0;
6257
6258   ValueExprMap.clear();
6259
6260   // Free any extra memory created for ExitNotTakenInfo in the unlikely event
6261   // that a loop had multiple computable exits.
6262   for (DenseMap<const Loop*, BackedgeTakenInfo>::iterator I =
6263          BackedgeTakenCounts.begin(), E = BackedgeTakenCounts.end();
6264        I != E; ++I) {
6265     I->second.clear();
6266   }
6267
6268   BackedgeTakenCounts.clear();
6269   ConstantEvolutionLoopExitValue.clear();
6270   ValuesAtScopes.clear();
6271   LoopDispositions.clear();
6272   BlockDispositions.clear();
6273   UnsignedRanges.clear();
6274   SignedRanges.clear();
6275   UniqueSCEVs.clear();
6276   SCEVAllocator.Reset();
6277 }
6278
6279 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
6280   AU.setPreservesAll();
6281   AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
6282   AU.addRequiredTransitive<DominatorTree>();
6283 }
6284
6285 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
6286   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getBackedgeTakenCount(L));
6287 }
6288
6289 static void PrintLoopInfo(raw_ostream &OS, ScalarEvolution *SE,
6290                           const Loop *L) {
6291   // Print all inner loops first
6292   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
6293     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
6294
6295   OS << "Loop ";
6296   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
6297   OS << ": ";
6298
6299   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
6300   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
6301   if (ExitBlocks.size() != 1)
6302     OS << "<multiple exits> ";
6303
6304   if (SE->hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(L)) {
6305     OS << "backedge-taken count is " << *SE->getBackedgeTakenCount(L);
6306   } else {
6307     OS << "Unpredictable backedge-taken count. ";
6308   }
6309
6310   OS << "\n"
6311         "Loop ";
6312   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
6313   OS << ": ";
6314
6315   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(SE->getMaxBackedgeTakenCount(L))) {
6316     OS << "max backedge-taken count is " << *SE->getMaxBackedgeTakenCount(L);
6317   } else {
6318     OS << "Unpredictable max backedge-taken count. ";
6319   }
6320
6321   OS << "\n";
6322 }
6323
6324 void ScalarEvolution::print(raw_ostream &OS, const Module *) const {
6325   // ScalarEvolution's implementation of the print method is to print
6326   // out SCEV values of all instructions that are interesting. Doing
6327   // this potentially causes it to create new SCEV objects though,
6328   // which technically conflicts with the const qualifier. This isn't
6329   // observable from outside the class though, so casting away the
6330   // const isn't dangerous.
6331   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
6332
6333   OS << "Classifying expressions for: ";
6334   WriteAsOperand(OS, F, /*PrintType=*/false);
6335   OS << "\n";
6336   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
6337     if (isSCEVable(I->getType()) && !isa<CmpInst>(*I)) {
6338       OS << *I << '\n';
6339       OS << "  -->  ";
6340       const SCEV *SV = SE.getSCEV(&*I);
6341       SV->print(OS);
6342
6343       const Loop *L = LI->getLoopFor((*I).getParent());
6344
6345       const SCEV *AtUse = SE.getSCEVAtScope(SV, L);
6346       if (AtUse != SV) {
6347         OS << "  -->  ";
6348         AtUse->print(OS);
6349       }
6350
6351       if (L) {
6352         OS << "\t\t" "Exits: ";
6353         const SCEV *ExitValue = SE.getSCEVAtScope(SV, L->getParentLoop());
6354         if (!SE.isLoopInvariant(ExitValue, L)) {
6355           OS << "<<Unknown>>";
6356         } else {
6357           OS << *ExitValue;
6358         }
6359       }
6360
6361       OS << "\n";
6362     }
6363
6364   OS << "Determining loop execution counts for: ";
6365   WriteAsOperand(OS, F, /*PrintType=*/false);
6366   OS << "\n";
6367   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
6368     PrintLoopInfo(OS, &SE, *I);
6369 }
6370
6371 ScalarEvolution::LoopDisposition
6372 ScalarEvolution::getLoopDisposition(const SCEV *S, const Loop *L) {
6373   std::map<const Loop *, LoopDisposition> &Values = LoopDispositions[S];
6374   std::pair<std::map<const Loop *, LoopDisposition>::iterator, bool> Pair =
6375     Values.insert(std::make_pair(L, LoopVariant));
6376   if (!Pair.second)
6377     return Pair.first->second;
6378
6379   LoopDisposition D = computeLoopDisposition(S, L);
6380   return LoopDispositions[S][L] = D;
6381 }
6382
6383 ScalarEvolution::LoopDisposition
6384 ScalarEvolution::computeLoopDisposition(const SCEV *S, const Loop *L) {
6385   switch (S->getSCEVType()) {
6386   case scConstant:
6387     return LoopInvariant;
6388   case scTruncate:
6389   case scZeroExtend:
6390   case scSignExtend:
6391     return getLoopDisposition(cast<SCEVCastExpr>(S)->getOperand(), L);
6392   case scAddRecExpr: {
6393     const SCEVAddRecExpr *AR = cast<SCEVAddRecExpr>(S);
6394
6395     // If L is the addrec's loop, it's computable.
6396     if (AR->getLoop() == L)
6397       return LoopComputable;
6398
6399     // Add recurrences are never invariant in the function-body (null loop).
6400     if (!L)
6401       return LoopVariant;
6402
6403     // This recurrence is variant w.r.t. L if L contains AR's loop.
6404     if (L->contains(AR->getLoop()))
6405       return LoopVariant;
6406
6407     // This recurrence is invariant w.r.t. L if AR's loop contains L.
6408     if (AR->getLoop()->contains(L))
6409       return LoopInvariant;
6410
6411     // This recurrence is variant w.r.t. L if any of its operands
6412     // are variant.
6413     for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = AR->op_begin(), E = AR->op_end();
6414          I != E; ++I)
6415       if (!isLoopInvariant(*I, L))
6416         return LoopVariant;
6417
6418     // Otherwise it's loop-invariant.
6419     return LoopInvariant;
6420   }
6421   case scAddExpr:
6422   case scMulExpr:
6423   case scUMaxExpr:
6424   case scSMaxExpr: {
6425     const SCEVNAryExpr *NAry = cast<SCEVNAryExpr>(S);
6426     bool HasVarying = false;
6427     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
6428          I != E; ++I) {
6429       LoopDisposition D = getLoopDisposition(*I, L);
6430       if (D == LoopVariant)
6431         return LoopVariant;
6432       if (D == LoopComputable)
6433         HasVarying = true;
6434     }
6435     return HasVarying ? LoopComputable : LoopInvariant;
6436   }
6437   case scUDivExpr: {
6438     const SCEVUDivExpr *UDiv = cast<SCEVUDivExpr>(S);
6439     LoopDisposition LD = getLoopDisposition(UDiv->getLHS(), L);
6440     if (LD == LoopVariant)
6441       return LoopVariant;
6442     LoopDisposition RD = getLoopDisposition(UDiv->getRHS(), L);
6443     if (RD == LoopVariant)
6444       return LoopVariant;
6445     return (LD == LoopInvariant && RD == LoopInvariant) ?
6446            LoopInvariant : LoopComputable;
6447   }
6448   case scUnknown:
6449     // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
6450     // invariant if they are not contained in the specified loop.
6451     // Instructions are never considered invariant in the function body
6452     // (null loop) because they are defined within the "loop".
6453     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(cast<SCEVUnknown>(S)->getValue()))
6454       return (L && !L->contains(I)) ? LoopInvariant : LoopVariant;
6455     return LoopInvariant;
6456   case scCouldNotCompute:
6457     llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
6458     return LoopVariant;
6459   default: break;
6460   }
6461   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
6462   return LoopVariant;
6463 }
6464
6465 bool ScalarEvolution::isLoopInvariant(const SCEV *S, const Loop *L) {
6466   return getLoopDisposition(S, L) == LoopInvariant;
6467 }
6468
6469 bool ScalarEvolution::hasComputableLoopEvolution(const SCEV *S, const Loop *L) {
6470   return getLoopDisposition(S, L) == LoopComputable;
6471 }
6472
6473 ScalarEvolution::BlockDisposition
6474 ScalarEvolution::getBlockDisposition(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
6475   std::map<const BasicBlock *, BlockDisposition> &Values = BlockDispositions[S];
6476   std::pair<std::map<const BasicBlock *, BlockDisposition>::iterator, bool>
6477     Pair = Values.insert(std::make_pair(BB, DoesNotDominateBlock));
6478   if (!Pair.second)
6479     return Pair.first->second;
6480
6481   BlockDisposition D = computeBlockDisposition(S, BB);
6482   return BlockDispositions[S][BB] = D;
6483 }
6484
6485 ScalarEvolution::BlockDisposition
6486 ScalarEvolution::computeBlockDisposition(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
6487   switch (S->getSCEVType()) {
6488   case scConstant:
6489     return ProperlyDominatesBlock;
6490   case scTruncate:
6491   case scZeroExtend:
6492   case scSignExtend:
6493     return getBlockDisposition(cast<SCEVCastExpr>(S)->getOperand(), BB);
6494   case scAddRecExpr: {
6495     // This uses a "dominates" query instead of "properly dominates" query
6496     // to test for proper dominance too, because the instruction which
6497     // produces the addrec's value is a PHI, and a PHI effectively properly
6498     // dominates its entire containing block.
6499     const SCEVAddRecExpr *AR = cast<SCEVAddRecExpr>(S);
6500     if (!DT->dominates(AR->getLoop()->getHeader(), BB))
6501       return DoesNotDominateBlock;
6502   }
6503   // FALL THROUGH into SCEVNAryExpr handling.
6504   case scAddExpr:
6505   case scMulExpr:
6506   case scUMaxExpr:
6507   case scSMaxExpr: {
6508     const SCEVNAryExpr *NAry = cast<SCEVNAryExpr>(S);
6509     bool Proper = true;
6510     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
6511          I != E; ++I) {
6512       BlockDisposition D = getBlockDisposition(*I, BB);
6513       if (D == DoesNotDominateBlock)
6514         return DoesNotDominateBlock;
6515       if (D == DominatesBlock)
6516         Proper = false;
6517     }
6518     return Proper ? ProperlyDominatesBlock : DominatesBlock;
6519   }
6520   case scUDivExpr: {
6521     const SCEVUDivExpr *UDiv = cast<SCEVUDivExpr>(S);
6522     const SCEV *LHS = UDiv->getLHS(), *RHS = UDiv->getRHS();
6523     BlockDisposition LD = getBlockDisposition(LHS, BB);
6524     if (LD == DoesNotDominateBlock)
6525       return DoesNotDominateBlock;
6526     BlockDisposition RD = getBlockDisposition(RHS, BB);
6527     if (RD == DoesNotDominateBlock)
6528       return DoesNotDominateBlock;
6529     return (LD == ProperlyDominatesBlock && RD == ProperlyDominatesBlock) ?
6530       ProperlyDominatesBlock : DominatesBlock;
6531   }
6532   case scUnknown:
6533     if (Instruction *I =
6534           dyn_cast<Instruction>(cast<SCEVUnknown>(S)->getValue())) {
6535       if (I->getParent() == BB)
6536         return DominatesBlock;
6537       if (DT->properlyDominates(I->getParent(), BB))
6538         return ProperlyDominatesBlock;
6539       return DoesNotDominateBlock;
6540     }
6541     return ProperlyDominatesBlock;
6542   case scCouldNotCompute:
6543     llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
6544     return DoesNotDominateBlock;
6545   default: break;
6546   }
6547   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
6548   return DoesNotDominateBlock;
6549 }
6550
6551 bool ScalarEvolution::dominates(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
6552   return getBlockDisposition(S, BB) >= DominatesBlock;
6553 }
6554
6555 bool ScalarEvolution::properlyDominates(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
6556   return getBlockDisposition(S, BB) == ProperlyDominatesBlock;
6557 }
6558
6559 bool ScalarEvolution::hasOperand(const SCEV *S, const SCEV *Op) const {
6560   switch (S->getSCEVType()) {
6561   case scConstant:
6562     return false;
6563   case scTruncate:
6564   case scZeroExtend:
6565   case scSignExtend: {
6566     const SCEVCastExpr *Cast = cast<SCEVCastExpr>(S);
6567     const SCEV *CastOp = Cast->getOperand();
6568     return Op == CastOp || hasOperand(CastOp, Op);
6569   }
6570   case scAddRecExpr:
6571   case scAddExpr:
6572   case scMulExpr:
6573   case scUMaxExpr:
6574   case scSMaxExpr: {
6575     const SCEVNAryExpr *NAry = cast<SCEVNAryExpr>(S);
6576     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
6577          I != E; ++I) {
6578       const SCEV *NAryOp = *I;
6579       if (NAryOp == Op || hasOperand(NAryOp, Op))
6580         return true;
6581     }
6582     return false;
6583   }
6584   case scUDivExpr: {
6585     const SCEVUDivExpr *UDiv = cast<SCEVUDivExpr>(S);
6586     const SCEV *LHS = UDiv->getLHS(), *RHS = UDiv->getRHS();
6587     return LHS == Op || hasOperand(LHS, Op) ||
6588            RHS == Op || hasOperand(RHS, Op);
6589   }
6590   case scUnknown:
6591     return false;
6592   case scCouldNotCompute:
6593     llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
6594     return false;
6595   default: break;
6596   }
6597   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
6598   return false;
6599 }
6600
6601 void ScalarEvolution::forgetMemoizedResults(const SCEV *S) {
6602   ValuesAtScopes.erase(S);
6603   LoopDispositions.erase(S);
6604   BlockDispositions.erase(S);
6605   UnsignedRanges.erase(S);
6606   SignedRanges.erase(S);
6607 }