Fix SCEVExpander creating distinct duplicate PHI entries
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolutionExpander.cpp
1 //===- ScalarEvolutionExpander.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 expander,
11 // which is used to generate the code corresponding to a given scalar evolution
12 // expression.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
17 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
18 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
19 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
20 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
21 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
22 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
23 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
24 #include "llvm/Support/Debug.h"
25
26 using namespace llvm;
27
28 /// ReuseOrCreateCast - Arrange for there to be a cast of V to Ty at IP,
29 /// reusing an existing cast if a suitable one exists, moving an existing
30 /// cast if a suitable one exists but isn't in the right place, or
31 /// creating a new one.
32 Value *SCEVExpander::ReuseOrCreateCast(Value *V, Type *Ty,
33                                        Instruction::CastOps Op,
34                                        BasicBlock::iterator IP) {
35   // This function must be called with the builder having a valid insertion
36   // point. It doesn't need to be the actual IP where the uses of the returned
37   // cast will be added, but it must dominate such IP.
38   // We use this precondition to produce a cast that will dominate all its
39   // uses. In particular, this is crucial for the case where the builder's
40   // insertion point *is* the point where we were asked to put the cast.
41   // Since we don't know the builder's insertion point is actually
42   // where the uses will be added (only that it dominates it), we are
43   // not allowed to move it.
44   BasicBlock::iterator BIP = Builder.GetInsertPoint();
45
46   Instruction *Ret = NULL;
47
48   // Check to see if there is already a cast!
49   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end();
50        UI != E; ++UI) {
51     User *U = *UI;
52     if (U->getType() == Ty)
53       if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(U))
54         if (CI->getOpcode() == Op) {
55           // If the cast isn't where we want it, create a new cast at IP.
56           // Likewise, do not reuse a cast at BIP because it must dominate
57           // instructions that might be inserted before BIP.
58           if (BasicBlock::iterator(CI) != IP || BIP == IP) {
59             // Create a new cast, and leave the old cast in place in case
60             // it is being used as an insert point. Clear its operand
61             // so that it doesn't hold anything live.
62             Ret = CastInst::Create(Op, V, Ty, "", IP);
63             Ret->takeName(CI);
64             CI->replaceAllUsesWith(Ret);
65             CI->setOperand(0, UndefValue::get(V->getType()));
66             break;
67           }
68           Ret = CI;
69           break;
70         }
71   }
72
73   // Create a new cast.
74   if (!Ret)
75     Ret = CastInst::Create(Op, V, Ty, V->getName(), IP);
76
77   // We assert at the end of the function since IP might point to an
78   // instruction with different dominance properties than a cast
79   // (an invoke for example) and not dominate BIP (but the cast does).
80   assert(SE.DT->dominates(Ret, BIP));
81
82   rememberInstruction(Ret);
83   return Ret;
84 }
85
86 /// InsertNoopCastOfTo - Insert a cast of V to the specified type,
87 /// which must be possible with a noop cast, doing what we can to share
88 /// the casts.
89 Value *SCEVExpander::InsertNoopCastOfTo(Value *V, Type *Ty) {
90   Instruction::CastOps Op = CastInst::getCastOpcode(V, false, Ty, false);
91   assert((Op == Instruction::BitCast ||
92           Op == Instruction::PtrToInt ||
93           Op == Instruction::IntToPtr) &&
94          "InsertNoopCastOfTo cannot perform non-noop casts!");
95   assert(SE.getTypeSizeInBits(V->getType()) == SE.getTypeSizeInBits(Ty) &&
96          "InsertNoopCastOfTo cannot change sizes!");
97
98   // Short-circuit unnecessary bitcasts.
99   if (Op == Instruction::BitCast) {
100     if (V->getType() == Ty)
101       return V;
102     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V)) {
103       if (CI->getOperand(0)->getType() == Ty)
104         return CI->getOperand(0);
105     }
106   }
107   // Short-circuit unnecessary inttoptr<->ptrtoint casts.
108   if ((Op == Instruction::PtrToInt || Op == Instruction::IntToPtr) &&
109       SE.getTypeSizeInBits(Ty) == SE.getTypeSizeInBits(V->getType())) {
110     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V))
111       if ((CI->getOpcode() == Instruction::PtrToInt ||
112            CI->getOpcode() == Instruction::IntToPtr) &&
113           SE.getTypeSizeInBits(CI->getType()) ==
114           SE.getTypeSizeInBits(CI->getOperand(0)->getType()))
115         return CI->getOperand(0);
116     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
117       if ((CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt ||
118            CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr) &&
119           SE.getTypeSizeInBits(CE->getType()) ==
120           SE.getTypeSizeInBits(CE->getOperand(0)->getType()))
121         return CE->getOperand(0);
122   }
123
124   // Fold a cast of a constant.
125   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
126     return ConstantExpr::getCast(Op, C, Ty);
127
128   // Cast the argument at the beginning of the entry block, after
129   // any bitcasts of other arguments.
130   if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
131     BasicBlock::iterator IP = A->getParent()->getEntryBlock().begin();
132     while ((isa<BitCastInst>(IP) &&
133             isa<Argument>(cast<BitCastInst>(IP)->getOperand(0)) &&
134             cast<BitCastInst>(IP)->getOperand(0) != A) ||
135            isa<DbgInfoIntrinsic>(IP) ||
136            isa<LandingPadInst>(IP))
137       ++IP;
138     return ReuseOrCreateCast(A, Ty, Op, IP);
139   }
140
141   // Cast the instruction immediately after the instruction.
142   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
143   BasicBlock::iterator IP = I; ++IP;
144   if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(I))
145     IP = II->getNormalDest()->begin();
146   while (isa<PHINode>(IP) || isa<LandingPadInst>(IP))
147     ++IP;
148   return ReuseOrCreateCast(I, Ty, Op, IP);
149 }
150
151 /// InsertBinop - Insert the specified binary operator, doing a small amount
152 /// of work to avoid inserting an obviously redundant operation.
153 Value *SCEVExpander::InsertBinop(Instruction::BinaryOps Opcode,
154                                  Value *LHS, Value *RHS) {
155   // Fold a binop with constant operands.
156   if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(LHS))
157     if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(RHS))
158       return ConstantExpr::get(Opcode, CLHS, CRHS);
159
160   // Do a quick scan to see if we have this binop nearby.  If so, reuse it.
161   unsigned ScanLimit = 6;
162   BasicBlock::iterator BlockBegin = Builder.GetInsertBlock()->begin();
163   // Scanning starts from the last instruction before the insertion point.
164   BasicBlock::iterator IP = Builder.GetInsertPoint();
165   if (IP != BlockBegin) {
166     --IP;
167     for (; ScanLimit; --IP, --ScanLimit) {
168       // Don't count dbg.value against the ScanLimit, to avoid perturbing the
169       // generated code.
170       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP))
171         ScanLimit++;
172       if (IP->getOpcode() == (unsigned)Opcode && IP->getOperand(0) == LHS &&
173           IP->getOperand(1) == RHS)
174         return IP;
175       if (IP == BlockBegin) break;
176     }
177   }
178
179   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
180   BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
181   BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
182
183   // Move the insertion point out of as many loops as we can.
184   while (const Loop *L = SE.LI->getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
185     if (!L->isLoopInvariant(LHS) || !L->isLoopInvariant(RHS)) break;
186     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
187     if (!Preheader) break;
188
189     // Ok, move up a level.
190     Builder.SetInsertPoint(Preheader, Preheader->getTerminator());
191   }
192
193   // If we haven't found this binop, insert it.
194   Instruction *BO = cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opcode, LHS, RHS));
195   BO->setDebugLoc(SaveInsertPt->getDebugLoc());
196   rememberInstruction(BO);
197
198   // Restore the original insert point.
199   if (SaveInsertBB)
200     restoreInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
201
202   return BO;
203 }
204
205 /// FactorOutConstant - Test if S is divisible by Factor, using signed
206 /// division. If so, update S with Factor divided out and return true.
207 /// S need not be evenly divisible if a reasonable remainder can be
208 /// computed.
209 /// TODO: When ScalarEvolution gets a SCEVSDivExpr, this can be made
210 /// unnecessary; in its place, just signed-divide Ops[i] by the scale and
211 /// check to see if the divide was folded.
212 static bool FactorOutConstant(const SCEV *&S,
213                               const SCEV *&Remainder,
214                               const SCEV *Factor,
215                               ScalarEvolution &SE,
216                               const DataLayout *TD) {
217   // Everything is divisible by one.
218   if (Factor->isOne())
219     return true;
220
221   // x/x == 1.
222   if (S == Factor) {
223     S = SE.getConstant(S->getType(), 1);
224     return true;
225   }
226
227   // For a Constant, check for a multiple of the given factor.
228   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
229     // 0/x == 0.
230     if (C->isZero())
231       return true;
232     // Check for divisibility.
233     if (const SCEVConstant *FC = dyn_cast<SCEVConstant>(Factor)) {
234       ConstantInt *CI =
235         ConstantInt::get(SE.getContext(),
236                          C->getValue()->getValue().sdiv(
237                                                    FC->getValue()->getValue()));
238       // If the quotient is zero and the remainder is non-zero, reject
239       // the value at this scale. It will be considered for subsequent
240       // smaller scales.
241       if (!CI->isZero()) {
242         const SCEV *Div = SE.getConstant(CI);
243         S = Div;
244         Remainder =
245           SE.getAddExpr(Remainder,
246                         SE.getConstant(C->getValue()->getValue().srem(
247                                                   FC->getValue()->getValue())));
248         return true;
249       }
250     }
251   }
252
253   // In a Mul, check if there is a constant operand which is a multiple
254   // of the given factor.
255   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
256     if (TD) {
257       // With DataLayout, the size is known. Check if there is a constant
258       // operand which is a multiple of the given factor. If so, we can
259       // factor it.
260       const SCEVConstant *FC = cast<SCEVConstant>(Factor);
261       if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(0)))
262         if (!C->getValue()->getValue().srem(FC->getValue()->getValue())) {
263           SmallVector<const SCEV *, 4> NewMulOps(M->op_begin(), M->op_end());
264           NewMulOps[0] =
265             SE.getConstant(C->getValue()->getValue().sdiv(
266                                                    FC->getValue()->getValue()));
267           S = SE.getMulExpr(NewMulOps);
268           return true;
269         }
270     } else {
271       // Without DataLayout, check if Factor can be factored out of any of the
272       // Mul's operands. If so, we can just remove it.
273       for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
274         const SCEV *SOp = M->getOperand(i);
275         const SCEV *Remainder = SE.getConstant(SOp->getType(), 0);
276         if (FactorOutConstant(SOp, Remainder, Factor, SE, TD) &&
277             Remainder->isZero()) {
278           SmallVector<const SCEV *, 4> NewMulOps(M->op_begin(), M->op_end());
279           NewMulOps[i] = SOp;
280           S = SE.getMulExpr(NewMulOps);
281           return true;
282         }
283       }
284     }
285   }
286
287   // In an AddRec, check if both start and step are divisible.
288   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
289     const SCEV *Step = A->getStepRecurrence(SE);
290     const SCEV *StepRem = SE.getConstant(Step->getType(), 0);
291     if (!FactorOutConstant(Step, StepRem, Factor, SE, TD))
292       return false;
293     if (!StepRem->isZero())
294       return false;
295     const SCEV *Start = A->getStart();
296     if (!FactorOutConstant(Start, Remainder, Factor, SE, TD))
297       return false;
298     S = SE.getAddRecExpr(Start, Step, A->getLoop(),
299                          A->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
300     return true;
301   }
302
303   return false;
304 }
305
306 /// SimplifyAddOperands - Sort and simplify a list of add operands. NumAddRecs
307 /// is the number of SCEVAddRecExprs present, which are kept at the end of
308 /// the list.
309 ///
310 static void SimplifyAddOperands(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
311                                 Type *Ty,
312                                 ScalarEvolution &SE) {
313   unsigned NumAddRecs = 0;
314   for (unsigned i = Ops.size(); i > 0 && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[i-1]); --i)
315     ++NumAddRecs;
316   // Group Ops into non-addrecs and addrecs.
317   SmallVector<const SCEV *, 8> NoAddRecs(Ops.begin(), Ops.end() - NumAddRecs);
318   SmallVector<const SCEV *, 8> AddRecs(Ops.end() - NumAddRecs, Ops.end());
319   // Let ScalarEvolution sort and simplify the non-addrecs list.
320   const SCEV *Sum = NoAddRecs.empty() ?
321                     SE.getConstant(Ty, 0) :
322                     SE.getAddExpr(NoAddRecs);
323   // If it returned an add, use the operands. Otherwise it simplified
324   // the sum into a single value, so just use that.
325   Ops.clear();
326   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Sum))
327     Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
328   else if (!Sum->isZero())
329     Ops.push_back(Sum);
330   // Then append the addrecs.
331   Ops.append(AddRecs.begin(), AddRecs.end());
332 }
333
334 /// SplitAddRecs - Flatten a list of add operands, moving addrec start values
335 /// out to the top level. For example, convert {a + b,+,c} to a, b, {0,+,d}.
336 /// This helps expose more opportunities for folding parts of the expressions
337 /// into GEP indices.
338 ///
339 static void SplitAddRecs(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
340                          Type *Ty,
341                          ScalarEvolution &SE) {
342   // Find the addrecs.
343   SmallVector<const SCEV *, 8> AddRecs;
344   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
345     while (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[i])) {
346       const SCEV *Start = A->getStart();
347       if (Start->isZero()) break;
348       const SCEV *Zero = SE.getConstant(Ty, 0);
349       AddRecs.push_back(SE.getAddRecExpr(Zero,
350                                          A->getStepRecurrence(SE),
351                                          A->getLoop(),
352                                          A->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
353       if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Start)) {
354         Ops[i] = Zero;
355         Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
356         e += Add->getNumOperands();
357       } else {
358         Ops[i] = Start;
359       }
360     }
361   if (!AddRecs.empty()) {
362     // Add the addrecs onto the end of the list.
363     Ops.append(AddRecs.begin(), AddRecs.end());
364     // Resort the operand list, moving any constants to the front.
365     SimplifyAddOperands(Ops, Ty, SE);
366   }
367 }
368
369 /// expandAddToGEP - Expand an addition expression with a pointer type into
370 /// a GEP instead of using ptrtoint+arithmetic+inttoptr. This helps
371 /// BasicAliasAnalysis and other passes analyze the result. See the rules
372 /// for getelementptr vs. inttoptr in
373 /// http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointeraliasing
374 /// for details.
375 ///
376 /// Design note: The correctness of using getelementptr here depends on
377 /// ScalarEvolution not recognizing inttoptr and ptrtoint operators, as
378 /// they may introduce pointer arithmetic which may not be safely converted
379 /// into getelementptr.
380 ///
381 /// Design note: It might seem desirable for this function to be more
382 /// loop-aware. If some of the indices are loop-invariant while others
383 /// aren't, it might seem desirable to emit multiple GEPs, keeping the
384 /// loop-invariant portions of the overall computation outside the loop.
385 /// However, there are a few reasons this is not done here. Hoisting simple
386 /// arithmetic is a low-level optimization that often isn't very
387 /// important until late in the optimization process. In fact, passes
388 /// like InstructionCombining will combine GEPs, even if it means
389 /// pushing loop-invariant computation down into loops, so even if the
390 /// GEPs were split here, the work would quickly be undone. The
391 /// LoopStrengthReduction pass, which is usually run quite late (and
392 /// after the last InstructionCombining pass), takes care of hoisting
393 /// loop-invariant portions of expressions, after considering what
394 /// can be folded using target addressing modes.
395 ///
396 Value *SCEVExpander::expandAddToGEP(const SCEV *const *op_begin,
397                                     const SCEV *const *op_end,
398                                     PointerType *PTy,
399                                     Type *Ty,
400                                     Value *V) {
401   Type *ElTy = PTy->getElementType();
402   SmallVector<Value *, 4> GepIndices;
403   SmallVector<const SCEV *, 8> Ops(op_begin, op_end);
404   bool AnyNonZeroIndices = false;
405
406   // Split AddRecs up into parts as either of the parts may be usable
407   // without the other.
408   SplitAddRecs(Ops, Ty, SE);
409
410   // Descend down the pointer's type and attempt to convert the other
411   // operands into GEP indices, at each level. The first index in a GEP
412   // indexes into the array implied by the pointer operand; the rest of
413   // the indices index into the element or field type selected by the
414   // preceding index.
415   for (;;) {
416     // If the scale size is not 0, attempt to factor out a scale for
417     // array indexing.
418     SmallVector<const SCEV *, 8> ScaledOps;
419     if (ElTy->isSized()) {
420       const SCEV *ElSize = SE.getSizeOfExpr(ElTy);
421       if (!ElSize->isZero()) {
422         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
423         for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
424           const SCEV *Op = Ops[i];
425           const SCEV *Remainder = SE.getConstant(Ty, 0);
426           if (FactorOutConstant(Op, Remainder, ElSize, SE, SE.TD)) {
427             // Op now has ElSize factored out.
428             ScaledOps.push_back(Op);
429             if (!Remainder->isZero())
430               NewOps.push_back(Remainder);
431             AnyNonZeroIndices = true;
432           } else {
433             // The operand was not divisible, so add it to the list of operands
434             // we'll scan next iteration.
435             NewOps.push_back(Ops[i]);
436           }
437         }
438         // If we made any changes, update Ops.
439         if (!ScaledOps.empty()) {
440           Ops = NewOps;
441           SimplifyAddOperands(Ops, Ty, SE);
442         }
443       }
444     }
445
446     // Record the scaled array index for this level of the type. If
447     // we didn't find any operands that could be factored, tentatively
448     // assume that element zero was selected (since the zero offset
449     // would obviously be folded away).
450     Value *Scaled = ScaledOps.empty() ?
451                     Constant::getNullValue(Ty) :
452                     expandCodeFor(SE.getAddExpr(ScaledOps), Ty);
453     GepIndices.push_back(Scaled);
454
455     // Collect struct field index operands.
456     while (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElTy)) {
457       bool FoundFieldNo = false;
458       // An empty struct has no fields.
459       if (STy->getNumElements() == 0) break;
460       if (SE.TD) {
461         // With DataLayout, field offsets are known. See if a constant offset
462         // falls within any of the struct fields.
463         if (Ops.empty()) break;
464         if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0]))
465           if (SE.getTypeSizeInBits(C->getType()) <= 64) {
466             const StructLayout &SL = *SE.TD->getStructLayout(STy);
467             uint64_t FullOffset = C->getValue()->getZExtValue();
468             if (FullOffset < SL.getSizeInBytes()) {
469               unsigned ElIdx = SL.getElementContainingOffset(FullOffset);
470               GepIndices.push_back(
471                   ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()), ElIdx));
472               ElTy = STy->getTypeAtIndex(ElIdx);
473               Ops[0] =
474                 SE.getConstant(Ty, FullOffset - SL.getElementOffset(ElIdx));
475               AnyNonZeroIndices = true;
476               FoundFieldNo = true;
477             }
478           }
479       } else {
480         // Without DataLayout, just check for an offsetof expression of the
481         // appropriate struct type.
482         for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
483           if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(Ops[i])) {
484             Type *CTy;
485             Constant *FieldNo;
486             if (U->isOffsetOf(CTy, FieldNo) && CTy == STy) {
487               GepIndices.push_back(FieldNo);
488               ElTy =
489                 STy->getTypeAtIndex(cast<ConstantInt>(FieldNo)->getZExtValue());
490               Ops[i] = SE.getConstant(Ty, 0);
491               AnyNonZeroIndices = true;
492               FoundFieldNo = true;
493               break;
494             }
495           }
496       }
497       // If no struct field offsets were found, tentatively assume that
498       // field zero was selected (since the zero offset would obviously
499       // be folded away).
500       if (!FoundFieldNo) {
501         ElTy = STy->getTypeAtIndex(0u);
502         GepIndices.push_back(
503           Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(Ty->getContext())));
504       }
505     }
506
507     if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(ElTy))
508       ElTy = ATy->getElementType();
509     else
510       break;
511   }
512
513   // If none of the operands were convertible to proper GEP indices, cast
514   // the base to i8* and do an ugly getelementptr with that. It's still
515   // better than ptrtoint+arithmetic+inttoptr at least.
516   if (!AnyNonZeroIndices) {
517     // Cast the base to i8*.
518     V = InsertNoopCastOfTo(V,
519        Type::getInt8PtrTy(Ty->getContext(), PTy->getAddressSpace()));
520
521     assert(!isa<Instruction>(V) ||
522            SE.DT->dominates(cast<Instruction>(V), Builder.GetInsertPoint()));
523
524     // Expand the operands for a plain byte offset.
525     Value *Idx = expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty);
526
527     // Fold a GEP with constant operands.
528     if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(V))
529       if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(Idx))
530         return ConstantExpr::getGetElementPtr(CLHS, CRHS);
531
532     // Do a quick scan to see if we have this GEP nearby.  If so, reuse it.
533     unsigned ScanLimit = 6;
534     BasicBlock::iterator BlockBegin = Builder.GetInsertBlock()->begin();
535     // Scanning starts from the last instruction before the insertion point.
536     BasicBlock::iterator IP = Builder.GetInsertPoint();
537     if (IP != BlockBegin) {
538       --IP;
539       for (; ScanLimit; --IP, --ScanLimit) {
540         // Don't count dbg.value against the ScanLimit, to avoid perturbing the
541         // generated code.
542         if (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP))
543           ScanLimit++;
544         if (IP->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
545             IP->getOperand(0) == V && IP->getOperand(1) == Idx)
546           return IP;
547         if (IP == BlockBegin) break;
548       }
549     }
550
551     // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
552     BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
553     BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
554
555     // Move the insertion point out of as many loops as we can.
556     while (const Loop *L = SE.LI->getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
557       if (!L->isLoopInvariant(V) || !L->isLoopInvariant(Idx)) break;
558       BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
559       if (!Preheader) break;
560
561       // Ok, move up a level.
562       Builder.SetInsertPoint(Preheader, Preheader->getTerminator());
563     }
564
565     // Emit a GEP.
566     Value *GEP = Builder.CreateGEP(V, Idx, "uglygep");
567     rememberInstruction(GEP);
568
569     // Restore the original insert point.
570     if (SaveInsertBB)
571       restoreInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
572
573     return GEP;
574   }
575
576   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
577   BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
578   BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
579
580   // Move the insertion point out of as many loops as we can.
581   while (const Loop *L = SE.LI->getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
582     if (!L->isLoopInvariant(V)) break;
583
584     bool AnyIndexNotLoopInvariant = false;
585     for (SmallVectorImpl<Value *>::const_iterator I = GepIndices.begin(),
586          E = GepIndices.end(); I != E; ++I)
587       if (!L->isLoopInvariant(*I)) {
588         AnyIndexNotLoopInvariant = true;
589         break;
590       }
591     if (AnyIndexNotLoopInvariant)
592       break;
593
594     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
595     if (!Preheader) break;
596
597     // Ok, move up a level.
598     Builder.SetInsertPoint(Preheader, Preheader->getTerminator());
599   }
600
601   // Insert a pretty getelementptr. Note that this GEP is not marked inbounds,
602   // because ScalarEvolution may have changed the address arithmetic to
603   // compute a value which is beyond the end of the allocated object.
604   Value *Casted = V;
605   if (V->getType() != PTy)
606     Casted = InsertNoopCastOfTo(Casted, PTy);
607   Value *GEP = Builder.CreateGEP(Casted,
608                                  GepIndices,
609                                  "scevgep");
610   Ops.push_back(SE.getUnknown(GEP));
611   rememberInstruction(GEP);
612
613   // Restore the original insert point.
614   if (SaveInsertBB)
615     restoreInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
616
617   return expand(SE.getAddExpr(Ops));
618 }
619
620 /// PickMostRelevantLoop - Given two loops pick the one that's most relevant for
621 /// SCEV expansion. If they are nested, this is the most nested. If they are
622 /// neighboring, pick the later.
623 static const Loop *PickMostRelevantLoop(const Loop *A, const Loop *B,
624                                         DominatorTree &DT) {
625   if (!A) return B;
626   if (!B) return A;
627   if (A->contains(B)) return B;
628   if (B->contains(A)) return A;
629   if (DT.dominates(A->getHeader(), B->getHeader())) return B;
630   if (DT.dominates(B->getHeader(), A->getHeader())) return A;
631   return A; // Arbitrarily break the tie.
632 }
633
634 /// getRelevantLoop - Get the most relevant loop associated with the given
635 /// expression, according to PickMostRelevantLoop.
636 const Loop *SCEVExpander::getRelevantLoop(const SCEV *S) {
637   // Test whether we've already computed the most relevant loop for this SCEV.
638   std::pair<DenseMap<const SCEV *, const Loop *>::iterator, bool> Pair =
639     RelevantLoops.insert(std::make_pair(S, static_cast<const Loop *>(0)));
640   if (!Pair.second)
641     return Pair.first->second;
642
643   if (isa<SCEVConstant>(S))
644     // A constant has no relevant loops.
645     return 0;
646   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
647     if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U->getValue()))
648       return Pair.first->second = SE.LI->getLoopFor(I->getParent());
649     // A non-instruction has no relevant loops.
650     return 0;
651   }
652   if (const SCEVNAryExpr *N = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S)) {
653     const Loop *L = 0;
654     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
655       L = AR->getLoop();
656     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = N->op_begin(), E = N->op_end();
657          I != E; ++I)
658       L = PickMostRelevantLoop(L, getRelevantLoop(*I), *SE.DT);
659     return RelevantLoops[N] = L;
660   }
661   if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S)) {
662     const Loop *Result = getRelevantLoop(C->getOperand());
663     return RelevantLoops[C] = Result;
664   }
665   if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
666     const Loop *Result =
667       PickMostRelevantLoop(getRelevantLoop(D->getLHS()),
668                            getRelevantLoop(D->getRHS()),
669                            *SE.DT);
670     return RelevantLoops[D] = Result;
671   }
672   llvm_unreachable("Unexpected SCEV type!");
673 }
674
675 namespace {
676
677 /// LoopCompare - Compare loops by PickMostRelevantLoop.
678 class LoopCompare {
679   DominatorTree &DT;
680 public:
681   explicit LoopCompare(DominatorTree &dt) : DT(dt) {}
682
683   bool operator()(std::pair<const Loop *, const SCEV *> LHS,
684                   std::pair<const Loop *, const SCEV *> RHS) const {
685     // Keep pointer operands sorted at the end.
686     if (LHS.second->getType()->isPointerTy() !=
687         RHS.second->getType()->isPointerTy())
688       return LHS.second->getType()->isPointerTy();
689
690     // Compare loops with PickMostRelevantLoop.
691     if (LHS.first != RHS.first)
692       return PickMostRelevantLoop(LHS.first, RHS.first, DT) != LHS.first;
693
694     // If one operand is a non-constant negative and the other is not,
695     // put the non-constant negative on the right so that a sub can
696     // be used instead of a negate and add.
697     if (LHS.second->isNonConstantNegative()) {
698       if (!RHS.second->isNonConstantNegative())
699         return false;
700     } else if (RHS.second->isNonConstantNegative())
701       return true;
702
703     // Otherwise they are equivalent according to this comparison.
704     return false;
705   }
706 };
707
708 }
709
710 Value *SCEVExpander::visitAddExpr(const SCEVAddExpr *S) {
711   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
712
713   // Collect all the add operands in a loop, along with their associated loops.
714   // Iterate in reverse so that constants are emitted last, all else equal, and
715   // so that pointer operands are inserted first, which the code below relies on
716   // to form more involved GEPs.
717   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 8> OpsAndLoops;
718   for (std::reverse_iterator<SCEVAddExpr::op_iterator> I(S->op_end()),
719        E(S->op_begin()); I != E; ++I)
720     OpsAndLoops.push_back(std::make_pair(getRelevantLoop(*I), *I));
721
722   // Sort by loop. Use a stable sort so that constants follow non-constants and
723   // pointer operands precede non-pointer operands.
724   std::stable_sort(OpsAndLoops.begin(), OpsAndLoops.end(), LoopCompare(*SE.DT));
725
726   // Emit instructions to add all the operands. Hoist as much as possible
727   // out of loops, and form meaningful getelementptrs where possible.
728   Value *Sum = 0;
729   for (SmallVectorImpl<std::pair<const Loop *, const SCEV *> >::iterator
730        I = OpsAndLoops.begin(), E = OpsAndLoops.end(); I != E; ) {
731     const Loop *CurLoop = I->first;
732     const SCEV *Op = I->second;
733     if (!Sum) {
734       // This is the first operand. Just expand it.
735       Sum = expand(Op);
736       ++I;
737     } else if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Sum->getType())) {
738       // The running sum expression is a pointer. Try to form a getelementptr
739       // at this level with that as the base.
740       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
741       for (; I != E && I->first == CurLoop; ++I) {
742         // If the operand is SCEVUnknown and not instructions, peek through
743         // it, to enable more of it to be folded into the GEP.
744         const SCEV *X = I->second;
745         if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(X))
746           if (!isa<Instruction>(U->getValue()))
747             X = SE.getSCEV(U->getValue());
748         NewOps.push_back(X);
749       }
750       Sum = expandAddToGEP(NewOps.begin(), NewOps.end(), PTy, Ty, Sum);
751     } else if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Op->getType())) {
752       // The running sum is an integer, and there's a pointer at this level.
753       // Try to form a getelementptr. If the running sum is instructions,
754       // use a SCEVUnknown to avoid re-analyzing them.
755       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
756       NewOps.push_back(isa<Instruction>(Sum) ? SE.getUnknown(Sum) :
757                                                SE.getSCEV(Sum));
758       for (++I; I != E && I->first == CurLoop; ++I)
759         NewOps.push_back(I->second);
760       Sum = expandAddToGEP(NewOps.begin(), NewOps.end(), PTy, Ty, expand(Op));
761     } else if (Op->isNonConstantNegative()) {
762       // Instead of doing a negate and add, just do a subtract.
763       Value *W = expandCodeFor(SE.getNegativeSCEV(Op), Ty);
764       Sum = InsertNoopCastOfTo(Sum, Ty);
765       Sum = InsertBinop(Instruction::Sub, Sum, W);
766       ++I;
767     } else {
768       // A simple add.
769       Value *W = expandCodeFor(Op, Ty);
770       Sum = InsertNoopCastOfTo(Sum, Ty);
771       // Canonicalize a constant to the RHS.
772       if (isa<Constant>(Sum)) std::swap(Sum, W);
773       Sum = InsertBinop(Instruction::Add, Sum, W);
774       ++I;
775     }
776   }
777
778   return Sum;
779 }
780
781 Value *SCEVExpander::visitMulExpr(const SCEVMulExpr *S) {
782   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
783
784   // Collect all the mul operands in a loop, along with their associated loops.
785   // Iterate in reverse so that constants are emitted last, all else equal.
786   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 8> OpsAndLoops;
787   for (std::reverse_iterator<SCEVMulExpr::op_iterator> I(S->op_end()),
788        E(S->op_begin()); I != E; ++I)
789     OpsAndLoops.push_back(std::make_pair(getRelevantLoop(*I), *I));
790
791   // Sort by loop. Use a stable sort so that constants follow non-constants.
792   std::stable_sort(OpsAndLoops.begin(), OpsAndLoops.end(), LoopCompare(*SE.DT));
793
794   // Emit instructions to mul all the operands. Hoist as much as possible
795   // out of loops.
796   Value *Prod = 0;
797   for (SmallVectorImpl<std::pair<const Loop *, const SCEV *> >::iterator
798        I = OpsAndLoops.begin(), E = OpsAndLoops.end(); I != E; ) {
799     const SCEV *Op = I->second;
800     if (!Prod) {
801       // This is the first operand. Just expand it.
802       Prod = expand(Op);
803       ++I;
804     } else if (Op->isAllOnesValue()) {
805       // Instead of doing a multiply by negative one, just do a negate.
806       Prod = InsertNoopCastOfTo(Prod, Ty);
807       Prod = InsertBinop(Instruction::Sub, Constant::getNullValue(Ty), Prod);
808       ++I;
809     } else {
810       // A simple mul.
811       Value *W = expandCodeFor(Op, Ty);
812       Prod = InsertNoopCastOfTo(Prod, Ty);
813       // Canonicalize a constant to the RHS.
814       if (isa<Constant>(Prod)) std::swap(Prod, W);
815       Prod = InsertBinop(Instruction::Mul, Prod, W);
816       ++I;
817     }
818   }
819
820   return Prod;
821 }
822
823 Value *SCEVExpander::visitUDivExpr(const SCEVUDivExpr *S) {
824   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
825
826   Value *LHS = expandCodeFor(S->getLHS(), Ty);
827   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(S->getRHS())) {
828     const APInt &RHS = SC->getValue()->getValue();
829     if (RHS.isPowerOf2())
830       return InsertBinop(Instruction::LShr, LHS,
831                          ConstantInt::get(Ty, RHS.logBase2()));
832   }
833
834   Value *RHS = expandCodeFor(S->getRHS(), Ty);
835   return InsertBinop(Instruction::UDiv, LHS, RHS);
836 }
837
838 /// Move parts of Base into Rest to leave Base with the minimal
839 /// expression that provides a pointer operand suitable for a
840 /// GEP expansion.
841 static void ExposePointerBase(const SCEV *&Base, const SCEV *&Rest,
842                               ScalarEvolution &SE) {
843   while (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Base)) {
844     Base = A->getStart();
845     Rest = SE.getAddExpr(Rest,
846                          SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(A->getType(), 0),
847                                           A->getStepRecurrence(SE),
848                                           A->getLoop(),
849                                           A->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
850   }
851   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Base)) {
852     Base = A->getOperand(A->getNumOperands()-1);
853     SmallVector<const SCEV *, 8> NewAddOps(A->op_begin(), A->op_end());
854     NewAddOps.back() = Rest;
855     Rest = SE.getAddExpr(NewAddOps);
856     ExposePointerBase(Base, Rest, SE);
857   }
858 }
859
860 /// Determine if this is a well-behaved chain of instructions leading back to
861 /// the PHI. If so, it may be reused by expanded expressions.
862 bool SCEVExpander::isNormalAddRecExprPHI(PHINode *PN, Instruction *IncV,
863                                          const Loop *L) {
864   if (IncV->getNumOperands() == 0 || isa<PHINode>(IncV) ||
865       (isa<CastInst>(IncV) && !isa<BitCastInst>(IncV)))
866     return false;
867   // If any of the operands don't dominate the insert position, bail.
868   // Addrec operands are always loop-invariant, so this can only happen
869   // if there are instructions which haven't been hoisted.
870   if (L == IVIncInsertLoop) {
871     for (User::op_iterator OI = IncV->op_begin()+1,
872            OE = IncV->op_end(); OI != OE; ++OI)
873       if (Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(OI))
874         if (!SE.DT->dominates(OInst, IVIncInsertPos))
875           return false;
876   }
877   // Advance to the next instruction.
878   IncV = dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
879   if (!IncV)
880     return false;
881
882   if (IncV->mayHaveSideEffects())
883     return false;
884
885   if (IncV != PN)
886     return true;
887
888   return isNormalAddRecExprPHI(PN, IncV, L);
889 }
890
891 /// getIVIncOperand returns an induction variable increment's induction
892 /// variable operand.
893 ///
894 /// If allowScale is set, any type of GEP is allowed as long as the nonIV
895 /// operands dominate InsertPos.
896 ///
897 /// If allowScale is not set, ensure that a GEP increment conforms to one of the
898 /// simple patterns generated by getAddRecExprPHILiterally and
899 /// expandAddtoGEP. If the pattern isn't recognized, return NULL.
900 Instruction *SCEVExpander::getIVIncOperand(Instruction *IncV,
901                                            Instruction *InsertPos,
902                                            bool allowScale) {
903   if (IncV == InsertPos)
904     return NULL;
905
906   switch (IncV->getOpcode()) {
907   default:
908     return NULL;
909   // Check for a simple Add/Sub or GEP of a loop invariant step.
910   case Instruction::Add:
911   case Instruction::Sub: {
912     Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(1));
913     if (!OInst || SE.DT->dominates(OInst, InsertPos))
914       return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
915     return NULL;
916   }
917   case Instruction::BitCast:
918     return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
919   case Instruction::GetElementPtr:
920     for (Instruction::op_iterator I = IncV->op_begin()+1, E = IncV->op_end();
921          I != E; ++I) {
922       if (isa<Constant>(*I))
923         continue;
924       if (Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(*I)) {
925         if (!SE.DT->dominates(OInst, InsertPos))
926           return NULL;
927       }
928       if (allowScale) {
929         // allow any kind of GEP as long as it can be hoisted.
930         continue;
931       }
932       // This must be a pointer addition of constants (pretty), which is already
933       // handled, or some number of address-size elements (ugly). Ugly geps
934       // have 2 operands. i1* is used by the expander to represent an
935       // address-size element.
936       if (IncV->getNumOperands() != 2)
937         return NULL;
938       unsigned AS = cast<PointerType>(IncV->getType())->getAddressSpace();
939       if (IncV->getType() != Type::getInt1PtrTy(SE.getContext(), AS)
940           && IncV->getType() != Type::getInt8PtrTy(SE.getContext(), AS))
941         return NULL;
942       break;
943     }
944     return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
945   }
946 }
947
948 /// hoistStep - Attempt to hoist a simple IV increment above InsertPos to make
949 /// it available to other uses in this loop. Recursively hoist any operands,
950 /// until we reach a value that dominates InsertPos.
951 bool SCEVExpander::hoistIVInc(Instruction *IncV, Instruction *InsertPos) {
952   if (SE.DT->dominates(IncV, InsertPos))
953       return true;
954
955   // InsertPos must itself dominate IncV so that IncV's new position satisfies
956   // its existing users.
957   if (isa<PHINode>(InsertPos)
958       || !SE.DT->dominates(InsertPos->getParent(), IncV->getParent()))
959     return false;
960
961   // Check that the chain of IV operands leading back to Phi can be hoisted.
962   SmallVector<Instruction*, 4> IVIncs;
963   for(;;) {
964     Instruction *Oper = getIVIncOperand(IncV, InsertPos, /*allowScale*/true);
965     if (!Oper)
966       return false;
967     // IncV is safe to hoist.
968     IVIncs.push_back(IncV);
969     IncV = Oper;
970     if (SE.DT->dominates(IncV, InsertPos))
971       break;
972   }
973   for (SmallVectorImpl<Instruction*>::reverse_iterator I = IVIncs.rbegin(),
974          E = IVIncs.rend(); I != E; ++I) {
975     (*I)->moveBefore(InsertPos);
976   }
977   return true;
978 }
979
980 /// Determine if this cyclic phi is in a form that would have been generated by
981 /// LSR. We don't care if the phi was actually expanded in this pass, as long
982 /// as it is in a low-cost form, for example, no implied multiplication. This
983 /// should match any patterns generated by getAddRecExprPHILiterally and
984 /// expandAddtoGEP.
985 bool SCEVExpander::isExpandedAddRecExprPHI(PHINode *PN, Instruction *IncV,
986                                            const Loop *L) {
987   for(Instruction *IVOper = IncV;
988       (IVOper = getIVIncOperand(IVOper, L->getLoopPreheader()->getTerminator(),
989                                 /*allowScale=*/false));) {
990     if (IVOper == PN)
991       return true;
992   }
993   return false;
994 }
995
996 /// expandIVInc - Expand an IV increment at Builder's current InsertPos.
997 /// Typically this is the LatchBlock terminator or IVIncInsertPos, but we may
998 /// need to materialize IV increments elsewhere to handle difficult situations.
999 Value *SCEVExpander::expandIVInc(PHINode *PN, Value *StepV, const Loop *L,
1000                                  Type *ExpandTy, Type *IntTy,
1001                                  bool useSubtract) {
1002   Value *IncV;
1003   // If the PHI is a pointer, use a GEP, otherwise use an add or sub.
1004   if (ExpandTy->isPointerTy()) {
1005     PointerType *GEPPtrTy = cast<PointerType>(ExpandTy);
1006     // If the step isn't constant, don't use an implicitly scaled GEP, because
1007     // that would require a multiply inside the loop.
1008     if (!isa<ConstantInt>(StepV))
1009       GEPPtrTy = PointerType::get(Type::getInt1Ty(SE.getContext()),
1010                                   GEPPtrTy->getAddressSpace());
1011     const SCEV *const StepArray[1] = { SE.getSCEV(StepV) };
1012     IncV = expandAddToGEP(StepArray, StepArray+1, GEPPtrTy, IntTy, PN);
1013     if (IncV->getType() != PN->getType()) {
1014       IncV = Builder.CreateBitCast(IncV, PN->getType());
1015       rememberInstruction(IncV);
1016     }
1017   } else {
1018     IncV = useSubtract ?
1019       Builder.CreateSub(PN, StepV, Twine(IVName) + ".iv.next") :
1020       Builder.CreateAdd(PN, StepV, Twine(IVName) + ".iv.next");
1021     rememberInstruction(IncV);
1022   }
1023   return IncV;
1024 }
1025
1026 /// getAddRecExprPHILiterally - Helper for expandAddRecExprLiterally. Expand
1027 /// the base addrec, which is the addrec without any non-loop-dominating
1028 /// values, and return the PHI.
1029 PHINode *
1030 SCEVExpander::getAddRecExprPHILiterally(const SCEVAddRecExpr *Normalized,
1031                                         const Loop *L,
1032                                         Type *ExpandTy,
1033                                         Type *IntTy) {
1034   assert((!IVIncInsertLoop||IVIncInsertPos) && "Uninitialized insert position");
1035
1036   // Reuse a previously-inserted PHI, if present.
1037   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1038   if (LatchBlock) {
1039     for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
1040          PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1041       if (!SE.isSCEVable(PN->getType()) ||
1042           (SE.getEffectiveSCEVType(PN->getType()) !=
1043            SE.getEffectiveSCEVType(Normalized->getType())) ||
1044           SE.getSCEV(PN) != Normalized)
1045         continue;
1046
1047       Instruction *IncV =
1048         cast<Instruction>(PN->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
1049
1050       if (LSRMode) {
1051         if (!isExpandedAddRecExprPHI(PN, IncV, L))
1052           continue;
1053         if (L == IVIncInsertLoop && !hoistIVInc(IncV, IVIncInsertPos))
1054           continue;
1055       }
1056       else {
1057         if (!isNormalAddRecExprPHI(PN, IncV, L))
1058           continue;
1059         if (L == IVIncInsertLoop)
1060           do {
1061             if (SE.DT->dominates(IncV, IVIncInsertPos))
1062               break;
1063             // Make sure the increment is where we want it. But don't move it
1064             // down past a potential existing post-inc user.
1065             IncV->moveBefore(IVIncInsertPos);
1066             IVIncInsertPos = IncV;
1067             IncV = cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
1068           } while (IncV != PN);
1069       }
1070       // Ok, the add recurrence looks usable.
1071       // Remember this PHI, even in post-inc mode.
1072       InsertedValues.insert(PN);
1073       // Remember the increment.
1074       rememberInstruction(IncV);
1075       return PN;
1076     }
1077   }
1078
1079   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
1080   BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
1081   BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
1082
1083   // Another AddRec may need to be recursively expanded below. For example, if
1084   // this AddRec is quadratic, the StepV may itself be an AddRec in this
1085   // loop. Remove this loop from the PostIncLoops set before expanding such
1086   // AddRecs. Otherwise, we cannot find a valid position for the step
1087   // (i.e. StepV can never dominate its loop header).  Ideally, we could do
1088   // SavedIncLoops.swap(PostIncLoops), but we generally have a single element,
1089   // so it's not worth implementing SmallPtrSet::swap.
1090   PostIncLoopSet SavedPostIncLoops = PostIncLoops;
1091   PostIncLoops.clear();
1092
1093   // Expand code for the start value.
1094   Value *StartV = expandCodeFor(Normalized->getStart(), ExpandTy,
1095                                 L->getHeader()->begin());
1096
1097   // StartV must be hoisted into L's preheader to dominate the new phi.
1098   assert(!isa<Instruction>(StartV) ||
1099          SE.DT->properlyDominates(cast<Instruction>(StartV)->getParent(),
1100                                   L->getHeader()));
1101
1102   // Expand code for the step value. Do this before creating the PHI so that PHI
1103   // reuse code doesn't see an incomplete PHI.
1104   const SCEV *Step = Normalized->getStepRecurrence(SE);
1105   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the increment
1106   // (unless it's a constant, because subtracts of constants are canonicalized
1107   // to adds).
1108   bool useSubtract = !ExpandTy->isPointerTy() && Step->isNonConstantNegative();
1109   if (useSubtract)
1110     Step = SE.getNegativeSCEV(Step);
1111   // Expand the step somewhere that dominates the loop header.
1112   Value *StepV = expandCodeFor(Step, IntTy, L->getHeader()->begin());
1113
1114   // Create the PHI.
1115   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1116   Builder.SetInsertPoint(Header, Header->begin());
1117   pred_iterator HPB = pred_begin(Header), HPE = pred_end(Header);
1118   PHINode *PN = Builder.CreatePHI(ExpandTy, std::distance(HPB, HPE),
1119                                   Twine(IVName) + ".iv");
1120   rememberInstruction(PN);
1121
1122   // Create the step instructions and populate the PHI.
1123   for (pred_iterator HPI = HPB; HPI != HPE; ++HPI) {
1124     BasicBlock *Pred = *HPI;
1125
1126     // Add a start value.
1127     if (!L->contains(Pred)) {
1128       PN->addIncoming(StartV, Pred);
1129       continue;
1130     }
1131
1132     // Create a step value and add it to the PHI.
1133     // If IVIncInsertLoop is non-null and equal to the addrec's loop, insert the
1134     // instructions at IVIncInsertPos.
1135     Instruction *InsertPos = L == IVIncInsertLoop ?
1136       IVIncInsertPos : Pred->getTerminator();
1137     Builder.SetInsertPoint(InsertPos);
1138     Value *IncV = expandIVInc(PN, StepV, L, ExpandTy, IntTy, useSubtract);
1139     if (isa<OverflowingBinaryOperator>(IncV)) {
1140       if (Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW))
1141         cast<BinaryOperator>(IncV)->setHasNoUnsignedWrap();
1142       if (Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW))
1143         cast<BinaryOperator>(IncV)->setHasNoSignedWrap();
1144     }
1145     PN->addIncoming(IncV, Pred);
1146   }
1147
1148   // Restore the original insert point.
1149   if (SaveInsertBB)
1150     restoreInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
1151
1152   // After expanding subexpressions, restore the PostIncLoops set so the caller
1153   // can ensure that IVIncrement dominates the current uses.
1154   PostIncLoops = SavedPostIncLoops;
1155
1156   // Remember this PHI, even in post-inc mode.
1157   InsertedValues.insert(PN);
1158
1159   return PN;
1160 }
1161
1162 Value *SCEVExpander::expandAddRecExprLiterally(const SCEVAddRecExpr *S) {
1163   Type *STy = S->getType();
1164   Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(STy);
1165   const Loop *L = S->getLoop();
1166
1167   // Determine a normalized form of this expression, which is the expression
1168   // before any post-inc adjustment is made.
1169   const SCEVAddRecExpr *Normalized = S;
1170   if (PostIncLoops.count(L)) {
1171     PostIncLoopSet Loops;
1172     Loops.insert(L);
1173     Normalized =
1174       cast<SCEVAddRecExpr>(TransformForPostIncUse(Normalize, S, 0, 0,
1175                                                   Loops, SE, *SE.DT));
1176   }
1177
1178   // Strip off any non-loop-dominating component from the addrec start.
1179   const SCEV *Start = Normalized->getStart();
1180   const SCEV *PostLoopOffset = 0;
1181   if (!SE.properlyDominates(Start, L->getHeader())) {
1182     PostLoopOffset = Start;
1183     Start = SE.getConstant(Normalized->getType(), 0);
1184     Normalized = cast<SCEVAddRecExpr>(
1185       SE.getAddRecExpr(Start, Normalized->getStepRecurrence(SE),
1186                        Normalized->getLoop(),
1187                        Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
1188   }
1189
1190   // Strip off any non-loop-dominating component from the addrec step.
1191   const SCEV *Step = Normalized->getStepRecurrence(SE);
1192   const SCEV *PostLoopScale = 0;
1193   if (!SE.dominates(Step, L->getHeader())) {
1194     PostLoopScale = Step;
1195     Step = SE.getConstant(Normalized->getType(), 1);
1196     Normalized =
1197       cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getAddRecExpr(
1198                              Start, Step, Normalized->getLoop(),
1199                              Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
1200   }
1201
1202   // Expand the core addrec. If we need post-loop scaling, force it to
1203   // expand to an integer type to avoid the need for additional casting.
1204   Type *ExpandTy = PostLoopScale ? IntTy : STy;
1205   PHINode *PN = getAddRecExprPHILiterally(Normalized, L, ExpandTy, IntTy);
1206
1207   // Accommodate post-inc mode, if necessary.
1208   Value *Result;
1209   if (!PostIncLoops.count(L))
1210     Result = PN;
1211   else {
1212     // In PostInc mode, use the post-incremented value.
1213     BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1214     assert(LatchBlock && "PostInc mode requires a unique loop latch!");
1215     Result = PN->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
1216
1217     // For an expansion to use the postinc form, the client must call
1218     // expandCodeFor with an InsertPoint that is either outside the PostIncLoop
1219     // or dominated by IVIncInsertPos.
1220     if (isa<Instruction>(Result)
1221         && !SE.DT->dominates(cast<Instruction>(Result),
1222                              Builder.GetInsertPoint())) {
1223       // The induction variable's postinc expansion does not dominate this use.
1224       // IVUsers tries to prevent this case, so it is rare. However, it can
1225       // happen when an IVUser outside the loop is not dominated by the latch
1226       // block. Adjusting IVIncInsertPos before expansion begins cannot handle
1227       // all cases. Consider a phi outide whose operand is replaced during
1228       // expansion with the value of the postinc user. Without fundamentally
1229       // changing the way postinc users are tracked, the only remedy is
1230       // inserting an extra IV increment. StepV might fold into PostLoopOffset,
1231       // but hopefully expandCodeFor handles that.
1232       bool useSubtract =
1233         !ExpandTy->isPointerTy() && Step->isNonConstantNegative();
1234       if (useSubtract)
1235         Step = SE.getNegativeSCEV(Step);
1236       // Expand the step somewhere that dominates the loop header.
1237       BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
1238       BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
1239       Value *StepV = expandCodeFor(Step, IntTy, L->getHeader()->begin());
1240       // Restore the insertion point to the place where the caller has
1241       // determined dominates all uses.
1242       restoreInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
1243       Result = expandIVInc(PN, StepV, L, ExpandTy, IntTy, useSubtract);
1244     }
1245   }
1246
1247   // Re-apply any non-loop-dominating scale.
1248   if (PostLoopScale) {
1249     Result = InsertNoopCastOfTo(Result, IntTy);
1250     Result = Builder.CreateMul(Result,
1251                                expandCodeFor(PostLoopScale, IntTy));
1252     rememberInstruction(Result);
1253   }
1254
1255   // Re-apply any non-loop-dominating offset.
1256   if (PostLoopOffset) {
1257     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(ExpandTy)) {
1258       const SCEV *const OffsetArray[1] = { PostLoopOffset };
1259       Result = expandAddToGEP(OffsetArray, OffsetArray+1, PTy, IntTy, Result);
1260     } else {
1261       Result = InsertNoopCastOfTo(Result, IntTy);
1262       Result = Builder.CreateAdd(Result,
1263                                  expandCodeFor(PostLoopOffset, IntTy));
1264       rememberInstruction(Result);
1265     }
1266   }
1267
1268   return Result;
1269 }
1270
1271 Value *SCEVExpander::visitAddRecExpr(const SCEVAddRecExpr *S) {
1272   if (!CanonicalMode) return expandAddRecExprLiterally(S);
1273
1274   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1275   const Loop *L = S->getLoop();
1276
1277   // First check for an existing canonical IV in a suitable type.
1278   PHINode *CanonicalIV = 0;
1279   if (PHINode *PN = L->getCanonicalInductionVariable())
1280     if (SE.getTypeSizeInBits(PN->getType()) >= SE.getTypeSizeInBits(Ty))
1281       CanonicalIV = PN;
1282
1283   // Rewrite an AddRec in terms of the canonical induction variable, if
1284   // its type is more narrow.
1285   if (CanonicalIV &&
1286       SE.getTypeSizeInBits(CanonicalIV->getType()) >
1287       SE.getTypeSizeInBits(Ty)) {
1288     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(S->getNumOperands());
1289     for (unsigned i = 0, e = S->getNumOperands(); i != e; ++i)
1290       NewOps[i] = SE.getAnyExtendExpr(S->op_begin()[i], CanonicalIV->getType());
1291     Value *V = expand(SE.getAddRecExpr(NewOps, S->getLoop(),
1292                                        S->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
1293     BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
1294     BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
1295     BasicBlock::iterator NewInsertPt =
1296       llvm::next(BasicBlock::iterator(cast<Instruction>(V)));
1297     while (isa<PHINode>(NewInsertPt) || isa<DbgInfoIntrinsic>(NewInsertPt) ||
1298            isa<LandingPadInst>(NewInsertPt))
1299       ++NewInsertPt;
1300     V = expandCodeFor(SE.getTruncateExpr(SE.getUnknown(V), Ty), 0,
1301                       NewInsertPt);
1302     restoreInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
1303     return V;
1304   }
1305
1306   // {X,+,F} --> X + {0,+,F}
1307   if (!S->getStart()->isZero()) {
1308     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(S->op_begin(), S->op_end());
1309     NewOps[0] = SE.getConstant(Ty, 0);
1310     const SCEV *Rest = SE.getAddRecExpr(NewOps, L,
1311                                         S->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
1312
1313     // Turn things like ptrtoint+arithmetic+inttoptr into GEP. See the
1314     // comments on expandAddToGEP for details.
1315     const SCEV *Base = S->getStart();
1316     const SCEV *RestArray[1] = { Rest };
1317     // Dig into the expression to find the pointer base for a GEP.
1318     ExposePointerBase(Base, RestArray[0], SE);
1319     // If we found a pointer, expand the AddRec with a GEP.
1320     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Base->getType())) {
1321       // Make sure the Base isn't something exotic, such as a multiplied
1322       // or divided pointer value. In those cases, the result type isn't
1323       // actually a pointer type.
1324       if (!isa<SCEVMulExpr>(Base) && !isa<SCEVUDivExpr>(Base)) {
1325         Value *StartV = expand(Base);
1326         assert(StartV->getType() == PTy && "Pointer type mismatch for GEP!");
1327         return expandAddToGEP(RestArray, RestArray+1, PTy, Ty, StartV);
1328       }
1329     }
1330
1331     // Just do a normal add. Pre-expand the operands to suppress folding.
1332     return expand(SE.getAddExpr(SE.getUnknown(expand(S->getStart())),
1333                                 SE.getUnknown(expand(Rest))));
1334   }
1335
1336   // If we don't yet have a canonical IV, create one.
1337   if (!CanonicalIV) {
1338     // Create and insert the PHI node for the induction variable in the
1339     // specified loop.
1340     BasicBlock *Header = L->getHeader();
1341     pred_iterator HPB = pred_begin(Header), HPE = pred_end(Header);
1342     CanonicalIV = PHINode::Create(Ty, std::distance(HPB, HPE), "indvar",
1343                                   Header->begin());
1344     rememberInstruction(CanonicalIV);
1345
1346     SmallSet<BasicBlock *, 4> PredSeen;
1347     Constant *One = ConstantInt::get(Ty, 1);
1348     for (pred_iterator HPI = HPB; HPI != HPE; ++HPI) {
1349       BasicBlock *HP = *HPI;
1350       if (!PredSeen.insert(HP))
1351         continue;
1352
1353       if (L->contains(HP)) {
1354         // Insert a unit add instruction right before the terminator
1355         // corresponding to the back-edge.
1356         Instruction *Add = BinaryOperator::CreateAdd(CanonicalIV, One,
1357                                                      "indvar.next",
1358                                                      HP->getTerminator());
1359         Add->setDebugLoc(HP->getTerminator()->getDebugLoc());
1360         rememberInstruction(Add);
1361         CanonicalIV->addIncoming(Add, HP);
1362       } else {
1363         CanonicalIV->addIncoming(Constant::getNullValue(Ty), HP);
1364       }
1365     }
1366   }
1367
1368   // {0,+,1} --> Insert a canonical induction variable into the loop!
1369   if (S->isAffine() && S->getOperand(1)->isOne()) {
1370     assert(Ty == SE.getEffectiveSCEVType(CanonicalIV->getType()) &&
1371            "IVs with types different from the canonical IV should "
1372            "already have been handled!");
1373     return CanonicalIV;
1374   }
1375
1376   // {0,+,F} --> {0,+,1} * F
1377
1378   // If this is a simple linear addrec, emit it now as a special case.
1379   if (S->isAffine())    // {0,+,F} --> i*F
1380     return
1381       expand(SE.getTruncateOrNoop(
1382         SE.getMulExpr(SE.getUnknown(CanonicalIV),
1383                       SE.getNoopOrAnyExtend(S->getOperand(1),
1384                                             CanonicalIV->getType())),
1385         Ty));
1386
1387   // If this is a chain of recurrences, turn it into a closed form, using the
1388   // folders, then expandCodeFor the closed form.  This allows the folders to
1389   // simplify the expression without having to build a bunch of special code
1390   // into this folder.
1391   const SCEV *IH = SE.getUnknown(CanonicalIV);   // Get I as a "symbolic" SCEV.
1392
1393   // Promote S up to the canonical IV type, if the cast is foldable.
1394   const SCEV *NewS = S;
1395   const SCEV *Ext = SE.getNoopOrAnyExtend(S, CanonicalIV->getType());
1396   if (isa<SCEVAddRecExpr>(Ext))
1397     NewS = Ext;
1398
1399   const SCEV *V = cast<SCEVAddRecExpr>(NewS)->evaluateAtIteration(IH, SE);
1400   //cerr << "Evaluated: " << *this << "\n     to: " << *V << "\n";
1401
1402   // Truncate the result down to the original type, if needed.
1403   const SCEV *T = SE.getTruncateOrNoop(V, Ty);
1404   return expand(T);
1405 }
1406
1407 Value *SCEVExpander::visitTruncateExpr(const SCEVTruncateExpr *S) {
1408   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1409   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1410                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1411   Value *I = Builder.CreateTrunc(V, Ty);
1412   rememberInstruction(I);
1413   return I;
1414 }
1415
1416 Value *SCEVExpander::visitZeroExtendExpr(const SCEVZeroExtendExpr *S) {
1417   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1418   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1419                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1420   Value *I = Builder.CreateZExt(V, Ty);
1421   rememberInstruction(I);
1422   return I;
1423 }
1424
1425 Value *SCEVExpander::visitSignExtendExpr(const SCEVSignExtendExpr *S) {
1426   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1427   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1428                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1429   Value *I = Builder.CreateSExt(V, Ty);
1430   rememberInstruction(I);
1431   return I;
1432 }
1433
1434 Value *SCEVExpander::visitSMaxExpr(const SCEVSMaxExpr *S) {
1435   Value *LHS = expand(S->getOperand(S->getNumOperands()-1));
1436   Type *Ty = LHS->getType();
1437   for (int i = S->getNumOperands()-2; i >= 0; --i) {
1438     // In the case of mixed integer and pointer types, do the
1439     // rest of the comparisons as integer.
1440     if (S->getOperand(i)->getType() != Ty) {
1441       Ty = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1442       LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, Ty);
1443     }
1444     Value *RHS = expandCodeFor(S->getOperand(i), Ty);
1445     Value *ICmp = Builder.CreateICmpSGT(LHS, RHS);
1446     rememberInstruction(ICmp);
1447     Value *Sel = Builder.CreateSelect(ICmp, LHS, RHS, "smax");
1448     rememberInstruction(Sel);
1449     LHS = Sel;
1450   }
1451   // In the case of mixed integer and pointer types, cast the
1452   // final result back to the pointer type.
1453   if (LHS->getType() != S->getType())
1454     LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, S->getType());
1455   return LHS;
1456 }
1457
1458 Value *SCEVExpander::visitUMaxExpr(const SCEVUMaxExpr *S) {
1459   Value *LHS = expand(S->getOperand(S->getNumOperands()-1));
1460   Type *Ty = LHS->getType();
1461   for (int i = S->getNumOperands()-2; i >= 0; --i) {
1462     // In the case of mixed integer and pointer types, do the
1463     // rest of the comparisons as integer.
1464     if (S->getOperand(i)->getType() != Ty) {
1465       Ty = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1466       LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, Ty);
1467     }
1468     Value *RHS = expandCodeFor(S->getOperand(i), Ty);
1469     Value *ICmp = Builder.CreateICmpUGT(LHS, RHS);
1470     rememberInstruction(ICmp);
1471     Value *Sel = Builder.CreateSelect(ICmp, LHS, RHS, "umax");
1472     rememberInstruction(Sel);
1473     LHS = Sel;
1474   }
1475   // In the case of mixed integer and pointer types, cast the
1476   // final result back to the pointer type.
1477   if (LHS->getType() != S->getType())
1478     LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, S->getType());
1479   return LHS;
1480 }
1481
1482 Value *SCEVExpander::expandCodeFor(const SCEV *SH, Type *Ty,
1483                                    Instruction *IP) {
1484   Builder.SetInsertPoint(IP->getParent(), IP);
1485   return expandCodeFor(SH, Ty);
1486 }
1487
1488 Value *SCEVExpander::expandCodeFor(const SCEV *SH, Type *Ty) {
1489   // Expand the code for this SCEV.
1490   Value *V = expand(SH);
1491   if (Ty) {
1492     assert(SE.getTypeSizeInBits(Ty) == SE.getTypeSizeInBits(SH->getType()) &&
1493            "non-trivial casts should be done with the SCEVs directly!");
1494     V = InsertNoopCastOfTo(V, Ty);
1495   }
1496   return V;
1497 }
1498
1499 Value *SCEVExpander::expand(const SCEV *S) {
1500   // Compute an insertion point for this SCEV object. Hoist the instructions
1501   // as far out in the loop nest as possible.
1502   Instruction *InsertPt = Builder.GetInsertPoint();
1503   for (Loop *L = SE.LI->getLoopFor(Builder.GetInsertBlock()); ;
1504        L = L->getParentLoop())
1505     if (SE.isLoopInvariant(S, L)) {
1506       if (!L) break;
1507       if (BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader())
1508         InsertPt = Preheader->getTerminator();
1509       else {
1510         // LSR sets the insertion point for AddRec start/step values to the
1511         // block start to simplify value reuse, even though it's an invalid
1512         // position. SCEVExpander must correct for this in all cases.
1513         InsertPt = L->getHeader()->getFirstInsertionPt();
1514       }
1515     } else {
1516       // If the SCEV is computable at this level, insert it into the header
1517       // after the PHIs (and after any other instructions that we've inserted
1518       // there) so that it is guaranteed to dominate any user inside the loop.
1519       if (L && SE.hasComputableLoopEvolution(S, L) && !PostIncLoops.count(L))
1520         InsertPt = L->getHeader()->getFirstInsertionPt();
1521       while (InsertPt != Builder.GetInsertPoint()
1522              && (isInsertedInstruction(InsertPt)
1523                  || isa<DbgInfoIntrinsic>(InsertPt))) {
1524         InsertPt = llvm::next(BasicBlock::iterator(InsertPt));
1525       }
1526       break;
1527     }
1528
1529   // Check to see if we already expanded this here.
1530   std::map<std::pair<const SCEV *, Instruction *>, TrackingVH<Value> >::iterator
1531     I = InsertedExpressions.find(std::make_pair(S, InsertPt));
1532   if (I != InsertedExpressions.end())
1533     return I->second;
1534
1535   BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
1536   BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
1537   Builder.SetInsertPoint(InsertPt->getParent(), InsertPt);
1538
1539   // Expand the expression into instructions.
1540   Value *V = visit(S);
1541
1542   // Remember the expanded value for this SCEV at this location.
1543   //
1544   // This is independent of PostIncLoops. The mapped value simply materializes
1545   // the expression at this insertion point. If the mapped value happened to be
1546   // a postinc expansion, it could be reused by a non postinc user, but only if
1547   // its insertion point was already at the head of the loop.
1548   InsertedExpressions[std::make_pair(S, InsertPt)] = V;
1549
1550   restoreInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
1551   return V;
1552 }
1553
1554 void SCEVExpander::rememberInstruction(Value *I) {
1555   if (!PostIncLoops.empty())
1556     InsertedPostIncValues.insert(I);
1557   else
1558     InsertedValues.insert(I);
1559 }
1560
1561 void SCEVExpander::restoreInsertPoint(BasicBlock *BB, BasicBlock::iterator I) {
1562   Builder.SetInsertPoint(BB, I);
1563 }
1564
1565 /// getOrInsertCanonicalInductionVariable - This method returns the
1566 /// canonical induction variable of the specified type for the specified
1567 /// loop (inserting one if there is none).  A canonical induction variable
1568 /// starts at zero and steps by one on each iteration.
1569 PHINode *
1570 SCEVExpander::getOrInsertCanonicalInductionVariable(const Loop *L,
1571                                                     Type *Ty) {
1572   assert(Ty->isIntegerTy() && "Can only insert integer induction variables!");
1573
1574   // Build a SCEV for {0,+,1}<L>.
1575   // Conservatively use FlagAnyWrap for now.
1576   const SCEV *H = SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(Ty, 0),
1577                                    SE.getConstant(Ty, 1), L, SCEV::FlagAnyWrap);
1578
1579   // Emit code for it.
1580   BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
1581   BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
1582   PHINode *V = cast<PHINode>(expandCodeFor(H, 0, L->getHeader()->begin()));
1583   if (SaveInsertBB)
1584     restoreInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
1585
1586   return V;
1587 }
1588
1589 /// Sort values by integer width for replaceCongruentIVs.
1590 static bool width_descending(Value *lhs, Value *rhs) {
1591   // Put pointers at the back and make sure pointer < pointer = false.
1592   if (!lhs->getType()->isIntegerTy() || !rhs->getType()->isIntegerTy())
1593     return rhs->getType()->isIntegerTy() && !lhs->getType()->isIntegerTy();
1594   return rhs->getType()->getPrimitiveSizeInBits()
1595     < lhs->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1596 }
1597
1598 /// replaceCongruentIVs - Check for congruent phis in this loop header and
1599 /// replace them with their most canonical representative. Return the number of
1600 /// phis eliminated.
1601 ///
1602 /// This does not depend on any SCEVExpander state but should be used in
1603 /// the same context that SCEVExpander is used.
1604 unsigned SCEVExpander::replaceCongruentIVs(Loop *L, const DominatorTree *DT,
1605                                            SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1606                                            const TargetTransformInfo *TTI) {
1607   // Find integer phis in order of increasing width.
1608   SmallVector<PHINode*, 8> Phis;
1609   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
1610        PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1611     Phis.push_back(Phi);
1612   }
1613   if (TTI)
1614     std::sort(Phis.begin(), Phis.end(), width_descending);
1615
1616   unsigned NumElim = 0;
1617   DenseMap<const SCEV *, PHINode *> ExprToIVMap;
1618   // Process phis from wide to narrow. Mapping wide phis to the their truncation
1619   // so narrow phis can reuse them.
1620   for (SmallVectorImpl<PHINode*>::const_iterator PIter = Phis.begin(),
1621          PEnd = Phis.end(); PIter != PEnd; ++PIter) {
1622     PHINode *Phi = *PIter;
1623
1624     // Fold constant phis. They may be congruent to other constant phis and
1625     // would confuse the logic below that expects proper IVs.
1626     if (Value *V = Phi->hasConstantValue()) {
1627       Phi->replaceAllUsesWith(V);
1628       DeadInsts.push_back(Phi);
1629       ++NumElim;
1630       DEBUG_WITH_TYPE(DebugType, dbgs()
1631                       << "INDVARS: Eliminated constant iv: " << *Phi << '\n');
1632       continue;
1633     }
1634
1635     if (!SE.isSCEVable(Phi->getType()))
1636       continue;
1637
1638     PHINode *&OrigPhiRef = ExprToIVMap[SE.getSCEV(Phi)];
1639     if (!OrigPhiRef) {
1640       OrigPhiRef = Phi;
1641       if (Phi->getType()->isIntegerTy() && TTI
1642           && TTI->isTruncateFree(Phi->getType(), Phis.back()->getType())) {
1643         // This phi can be freely truncated to the narrowest phi type. Map the
1644         // truncated expression to it so it will be reused for narrow types.
1645         const SCEV *TruncExpr =
1646           SE.getTruncateExpr(SE.getSCEV(Phi), Phis.back()->getType());
1647         ExprToIVMap[TruncExpr] = Phi;
1648       }
1649       continue;
1650     }
1651
1652     // Replacing a pointer phi with an integer phi or vice-versa doesn't make
1653     // sense.
1654     if (OrigPhiRef->getType()->isPointerTy() != Phi->getType()->isPointerTy())
1655       continue;
1656
1657     if (BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch()) {
1658       Instruction *OrigInc =
1659         cast<Instruction>(OrigPhiRef->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
1660       Instruction *IsomorphicInc =
1661         cast<Instruction>(Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
1662
1663       // If this phi has the same width but is more canonical, replace the
1664       // original with it. As part of the "more canonical" determination,
1665       // respect a prior decision to use an IV chain.
1666       if (OrigPhiRef->getType() == Phi->getType()
1667           && !(ChainedPhis.count(Phi)
1668                || isExpandedAddRecExprPHI(OrigPhiRef, OrigInc, L))
1669           && (ChainedPhis.count(Phi)
1670               || isExpandedAddRecExprPHI(Phi, IsomorphicInc, L))) {
1671         std::swap(OrigPhiRef, Phi);
1672         std::swap(OrigInc, IsomorphicInc);
1673       }
1674       // Replacing the congruent phi is sufficient because acyclic redundancy
1675       // elimination, CSE/GVN, should handle the rest. However, once SCEV proves
1676       // that a phi is congruent, it's often the head of an IV user cycle that
1677       // is isomorphic with the original phi. It's worth eagerly cleaning up the
1678       // common case of a single IV increment so that DeleteDeadPHIs can remove
1679       // cycles that had postinc uses.
1680       const SCEV *TruncExpr = SE.getTruncateOrNoop(SE.getSCEV(OrigInc),
1681                                                    IsomorphicInc->getType());
1682       if (OrigInc != IsomorphicInc
1683           && TruncExpr == SE.getSCEV(IsomorphicInc)
1684           && ((isa<PHINode>(OrigInc) && isa<PHINode>(IsomorphicInc))
1685               || hoistIVInc(OrigInc, IsomorphicInc))) {
1686         DEBUG_WITH_TYPE(DebugType, dbgs()
1687                         << "INDVARS: Eliminated congruent iv.inc: "
1688                         << *IsomorphicInc << '\n');
1689         Value *NewInc = OrigInc;
1690         if (OrigInc->getType() != IsomorphicInc->getType()) {
1691           Instruction *IP = isa<PHINode>(OrigInc)
1692             ? (Instruction*)L->getHeader()->getFirstInsertionPt()
1693             : OrigInc->getNextNode();
1694           IRBuilder<> Builder(IP);
1695           Builder.SetCurrentDebugLocation(IsomorphicInc->getDebugLoc());
1696           NewInc = Builder.
1697             CreateTruncOrBitCast(OrigInc, IsomorphicInc->getType(), IVName);
1698         }
1699         IsomorphicInc->replaceAllUsesWith(NewInc);
1700         DeadInsts.push_back(IsomorphicInc);
1701       }
1702     }
1703     DEBUG_WITH_TYPE(DebugType, dbgs()
1704                     << "INDVARS: Eliminated congruent iv: " << *Phi << '\n');
1705     ++NumElim;
1706     Value *NewIV = OrigPhiRef;
1707     if (OrigPhiRef->getType() != Phi->getType()) {
1708       IRBuilder<> Builder(L->getHeader()->getFirstInsertionPt());
1709       Builder.SetCurrentDebugLocation(Phi->getDebugLoc());
1710       NewIV = Builder.CreateTruncOrBitCast(OrigPhiRef, Phi->getType(), IVName);
1711     }
1712     Phi->replaceAllUsesWith(NewIV);
1713     DeadInsts.push_back(Phi);
1714   }
1715   return NumElim;
1716 }
1717
1718 namespace {
1719 // Search for a SCEV subexpression that is not safe to expand.  Any expression
1720 // that may expand to a !isSafeToSpeculativelyExecute value is unsafe, namely
1721 // UDiv expressions. We don't know if the UDiv is derived from an IR divide
1722 // instruction, but the important thing is that we prove the denominator is
1723 // nonzero before expansion.
1724 //
1725 // IVUsers already checks that IV-derived expressions are safe. So this check is
1726 // only needed when the expression includes some subexpression that is not IV
1727 // derived.
1728 //
1729 // Currently, we only allow division by a nonzero constant here. If this is
1730 // inadequate, we could easily allow division by SCEVUnknown by using
1731 // ValueTracking to check isKnownNonZero().
1732 struct SCEVFindUnsafe {
1733   bool IsUnsafe;
1734
1735   SCEVFindUnsafe(): IsUnsafe(false) {}
1736
1737   bool follow(const SCEV *S) {
1738     const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S);
1739     if (!D)
1740       return true;
1741     const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(D->getRHS());
1742     if (SC && !SC->getValue()->isZero())
1743       return true;
1744     IsUnsafe = true;
1745     return false;
1746   }
1747   bool isDone() const { return IsUnsafe; }
1748 };
1749 }
1750
1751 namespace llvm {
1752 bool isSafeToExpand(const SCEV *S) {
1753   SCEVFindUnsafe Search;
1754   visitAll(S, Search);
1755   return !Search.IsUnsafe;
1756 }
1757 }