[LV][LAA] Add a layer over SCEV to apply run-time checked knowledge on SCEV expressions
[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/STLExtras.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
19 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
20 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
21 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
22 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
23 #include "llvm/IR/Dominators.h"
24 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
25 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
26 #include "llvm/IR/Module.h"
27 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
28 #include "llvm/Support/Debug.h"
29 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
30
31 using namespace llvm;
32 using namespace PatternMatch;
33
34 /// ReuseOrCreateCast - Arrange for there to be a cast of V to Ty at IP,
35 /// reusing an existing cast if a suitable one exists, moving an existing
36 /// cast if a suitable one exists but isn't in the right place, or
37 /// creating a new one.
38 Value *SCEVExpander::ReuseOrCreateCast(Value *V, Type *Ty,
39                                        Instruction::CastOps Op,
40                                        BasicBlock::iterator IP) {
41   // This function must be called with the builder having a valid insertion
42   // point. It doesn't need to be the actual IP where the uses of the returned
43   // cast will be added, but it must dominate such IP.
44   // We use this precondition to produce a cast that will dominate all its
45   // uses. In particular, this is crucial for the case where the builder's
46   // insertion point *is* the point where we were asked to put the cast.
47   // Since we don't know the builder's insertion point is actually
48   // where the uses will be added (only that it dominates it), we are
49   // not allowed to move it.
50   BasicBlock::iterator BIP = Builder.GetInsertPoint();
51
52   Instruction *Ret = nullptr;
53
54   // Check to see if there is already a cast!
55   for (User *U : V->users())
56     if (U->getType() == Ty)
57       if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(U))
58         if (CI->getOpcode() == Op) {
59           // If the cast isn't where we want it, create a new cast at IP.
60           // Likewise, do not reuse a cast at BIP because it must dominate
61           // instructions that might be inserted before BIP.
62           if (BasicBlock::iterator(CI) != IP || BIP == IP) {
63             // Create a new cast, and leave the old cast in place in case
64             // it is being used as an insert point. Clear its operand
65             // so that it doesn't hold anything live.
66             Ret = CastInst::Create(Op, V, Ty, "", &*IP);
67             Ret->takeName(CI);
68             CI->replaceAllUsesWith(Ret);
69             CI->setOperand(0, UndefValue::get(V->getType()));
70             break;
71           }
72           Ret = CI;
73           break;
74         }
75
76   // Create a new cast.
77   if (!Ret)
78     Ret = CastInst::Create(Op, V, Ty, V->getName(), &*IP);
79
80   // We assert at the end of the function since IP might point to an
81   // instruction with different dominance properties than a cast
82   // (an invoke for example) and not dominate BIP (but the cast does).
83   assert(SE.DT.dominates(Ret, &*BIP));
84
85   rememberInstruction(Ret);
86   return Ret;
87 }
88
89 static BasicBlock::iterator findInsertPointAfter(Instruction *I,
90                                                  BasicBlock *MustDominate) {
91   BasicBlock::iterator IP = ++I->getIterator();
92   if (auto *II = dyn_cast<InvokeInst>(I))
93     IP = II->getNormalDest()->begin();
94   if (auto *CPI = dyn_cast<CatchPadInst>(I))
95     IP = CPI->getNormalDest()->begin();
96
97   while (isa<PHINode>(IP))
98     ++IP;
99
100   while (IP->isEHPad()) {
101     if (isa<LandingPadInst>(IP) || isa<CleanupPadInst>(IP)) {
102       ++IP;
103     } else if (auto *TPI = dyn_cast<TerminatePadInst>(IP)) {
104       IP = TPI->getUnwindDest()->getFirstNonPHI()->getIterator();
105     } else if (auto *CEPI = dyn_cast<CatchEndPadInst>(IP)) {
106       IP = CEPI->getUnwindDest()->getFirstNonPHI()->getIterator();
107     } else if (auto *CEPI = dyn_cast<CleanupEndPadInst>(IP)) {
108       IP = CEPI->getUnwindDest()->getFirstNonPHI()->getIterator();
109     } else if (isa<CatchPadInst>(IP)) {
110       IP = MustDominate->getFirstInsertionPt();
111     } else {
112       llvm_unreachable("unexpected eh pad!");
113     }
114   }
115
116   return IP;
117 }
118
119 /// InsertNoopCastOfTo - Insert a cast of V to the specified type,
120 /// which must be possible with a noop cast, doing what we can to share
121 /// the casts.
122 Value *SCEVExpander::InsertNoopCastOfTo(Value *V, Type *Ty) {
123   Instruction::CastOps Op = CastInst::getCastOpcode(V, false, Ty, false);
124   assert((Op == Instruction::BitCast ||
125           Op == Instruction::PtrToInt ||
126           Op == Instruction::IntToPtr) &&
127          "InsertNoopCastOfTo cannot perform non-noop casts!");
128   assert(SE.getTypeSizeInBits(V->getType()) == SE.getTypeSizeInBits(Ty) &&
129          "InsertNoopCastOfTo cannot change sizes!");
130
131   // Short-circuit unnecessary bitcasts.
132   if (Op == Instruction::BitCast) {
133     if (V->getType() == Ty)
134       return V;
135     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V)) {
136       if (CI->getOperand(0)->getType() == Ty)
137         return CI->getOperand(0);
138     }
139   }
140   // Short-circuit unnecessary inttoptr<->ptrtoint casts.
141   if ((Op == Instruction::PtrToInt || Op == Instruction::IntToPtr) &&
142       SE.getTypeSizeInBits(Ty) == SE.getTypeSizeInBits(V->getType())) {
143     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V))
144       if ((CI->getOpcode() == Instruction::PtrToInt ||
145            CI->getOpcode() == Instruction::IntToPtr) &&
146           SE.getTypeSizeInBits(CI->getType()) ==
147           SE.getTypeSizeInBits(CI->getOperand(0)->getType()))
148         return CI->getOperand(0);
149     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
150       if ((CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt ||
151            CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr) &&
152           SE.getTypeSizeInBits(CE->getType()) ==
153           SE.getTypeSizeInBits(CE->getOperand(0)->getType()))
154         return CE->getOperand(0);
155   }
156
157   // Fold a cast of a constant.
158   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
159     return ConstantExpr::getCast(Op, C, Ty);
160
161   // Cast the argument at the beginning of the entry block, after
162   // any bitcasts of other arguments.
163   if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
164     BasicBlock::iterator IP = A->getParent()->getEntryBlock().begin();
165     while ((isa<BitCastInst>(IP) &&
166             isa<Argument>(cast<BitCastInst>(IP)->getOperand(0)) &&
167             cast<BitCastInst>(IP)->getOperand(0) != A) ||
168            isa<DbgInfoIntrinsic>(IP))
169       ++IP;
170     return ReuseOrCreateCast(A, Ty, Op, IP);
171   }
172
173   // Cast the instruction immediately after the instruction.
174   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
175   BasicBlock::iterator IP = findInsertPointAfter(I, Builder.GetInsertBlock());
176   return ReuseOrCreateCast(I, Ty, Op, IP);
177 }
178
179 /// InsertBinop - Insert the specified binary operator, doing a small amount
180 /// of work to avoid inserting an obviously redundant operation.
181 Value *SCEVExpander::InsertBinop(Instruction::BinaryOps Opcode,
182                                  Value *LHS, Value *RHS) {
183   // Fold a binop with constant operands.
184   if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(LHS))
185     if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(RHS))
186       return ConstantExpr::get(Opcode, CLHS, CRHS);
187
188   // Do a quick scan to see if we have this binop nearby.  If so, reuse it.
189   unsigned ScanLimit = 6;
190   BasicBlock::iterator BlockBegin = Builder.GetInsertBlock()->begin();
191   // Scanning starts from the last instruction before the insertion point.
192   BasicBlock::iterator IP = Builder.GetInsertPoint();
193   if (IP != BlockBegin) {
194     --IP;
195     for (; ScanLimit; --IP, --ScanLimit) {
196       // Don't count dbg.value against the ScanLimit, to avoid perturbing the
197       // generated code.
198       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP))
199         ScanLimit++;
200       if (IP->getOpcode() == (unsigned)Opcode && IP->getOperand(0) == LHS &&
201           IP->getOperand(1) == RHS)
202         return &*IP;
203       if (IP == BlockBegin) break;
204     }
205   }
206
207   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
208   DebugLoc Loc = Builder.GetInsertPoint()->getDebugLoc();
209   BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
210
211   // Move the insertion point out of as many loops as we can.
212   while (const Loop *L = SE.LI.getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
213     if (!L->isLoopInvariant(LHS) || !L->isLoopInvariant(RHS)) break;
214     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
215     if (!Preheader) break;
216
217     // Ok, move up a level.
218     Builder.SetInsertPoint(Preheader->getTerminator());
219   }
220
221   // If we haven't found this binop, insert it.
222   Instruction *BO = cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opcode, LHS, RHS));
223   BO->setDebugLoc(Loc);
224   rememberInstruction(BO);
225
226   return BO;
227 }
228
229 /// FactorOutConstant - Test if S is divisible by Factor, using signed
230 /// division. If so, update S with Factor divided out and return true.
231 /// S need not be evenly divisible if a reasonable remainder can be
232 /// computed.
233 /// TODO: When ScalarEvolution gets a SCEVSDivExpr, this can be made
234 /// unnecessary; in its place, just signed-divide Ops[i] by the scale and
235 /// check to see if the divide was folded.
236 static bool FactorOutConstant(const SCEV *&S, const SCEV *&Remainder,
237                               const SCEV *Factor, ScalarEvolution &SE,
238                               const DataLayout &DL) {
239   // Everything is divisible by one.
240   if (Factor->isOne())
241     return true;
242
243   // x/x == 1.
244   if (S == Factor) {
245     S = SE.getConstant(S->getType(), 1);
246     return true;
247   }
248
249   // For a Constant, check for a multiple of the given factor.
250   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
251     // 0/x == 0.
252     if (C->isZero())
253       return true;
254     // Check for divisibility.
255     if (const SCEVConstant *FC = dyn_cast<SCEVConstant>(Factor)) {
256       ConstantInt *CI =
257         ConstantInt::get(SE.getContext(),
258                          C->getValue()->getValue().sdiv(
259                                                    FC->getValue()->getValue()));
260       // If the quotient is zero and the remainder is non-zero, reject
261       // the value at this scale. It will be considered for subsequent
262       // smaller scales.
263       if (!CI->isZero()) {
264         const SCEV *Div = SE.getConstant(CI);
265         S = Div;
266         Remainder =
267           SE.getAddExpr(Remainder,
268                         SE.getConstant(C->getValue()->getValue().srem(
269                                                   FC->getValue()->getValue())));
270         return true;
271       }
272     }
273   }
274
275   // In a Mul, check if there is a constant operand which is a multiple
276   // of the given factor.
277   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
278     // Size is known, check if there is a constant operand which is a multiple
279     // of the given factor. If so, we can factor it.
280     const SCEVConstant *FC = cast<SCEVConstant>(Factor);
281     if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(0)))
282       if (!C->getValue()->getValue().srem(FC->getValue()->getValue())) {
283         SmallVector<const SCEV *, 4> NewMulOps(M->op_begin(), M->op_end());
284         NewMulOps[0] = SE.getConstant(
285             C->getValue()->getValue().sdiv(FC->getValue()->getValue()));
286         S = SE.getMulExpr(NewMulOps);
287         return true;
288       }
289   }
290
291   // In an AddRec, check if both start and step are divisible.
292   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
293     const SCEV *Step = A->getStepRecurrence(SE);
294     const SCEV *StepRem = SE.getConstant(Step->getType(), 0);
295     if (!FactorOutConstant(Step, StepRem, Factor, SE, DL))
296       return false;
297     if (!StepRem->isZero())
298       return false;
299     const SCEV *Start = A->getStart();
300     if (!FactorOutConstant(Start, Remainder, Factor, SE, DL))
301       return false;
302     S = SE.getAddRecExpr(Start, Step, A->getLoop(),
303                          A->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
304     return true;
305   }
306
307   return false;
308 }
309
310 /// SimplifyAddOperands - Sort and simplify a list of add operands. NumAddRecs
311 /// is the number of SCEVAddRecExprs present, which are kept at the end of
312 /// the list.
313 ///
314 static void SimplifyAddOperands(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
315                                 Type *Ty,
316                                 ScalarEvolution &SE) {
317   unsigned NumAddRecs = 0;
318   for (unsigned i = Ops.size(); i > 0 && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[i-1]); --i)
319     ++NumAddRecs;
320   // Group Ops into non-addrecs and addrecs.
321   SmallVector<const SCEV *, 8> NoAddRecs(Ops.begin(), Ops.end() - NumAddRecs);
322   SmallVector<const SCEV *, 8> AddRecs(Ops.end() - NumAddRecs, Ops.end());
323   // Let ScalarEvolution sort and simplify the non-addrecs list.
324   const SCEV *Sum = NoAddRecs.empty() ?
325                     SE.getConstant(Ty, 0) :
326                     SE.getAddExpr(NoAddRecs);
327   // If it returned an add, use the operands. Otherwise it simplified
328   // the sum into a single value, so just use that.
329   Ops.clear();
330   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Sum))
331     Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
332   else if (!Sum->isZero())
333     Ops.push_back(Sum);
334   // Then append the addrecs.
335   Ops.append(AddRecs.begin(), AddRecs.end());
336 }
337
338 /// SplitAddRecs - Flatten a list of add operands, moving addrec start values
339 /// out to the top level. For example, convert {a + b,+,c} to a, b, {0,+,d}.
340 /// This helps expose more opportunities for folding parts of the expressions
341 /// into GEP indices.
342 ///
343 static void SplitAddRecs(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
344                          Type *Ty,
345                          ScalarEvolution &SE) {
346   // Find the addrecs.
347   SmallVector<const SCEV *, 8> AddRecs;
348   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
349     while (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[i])) {
350       const SCEV *Start = A->getStart();
351       if (Start->isZero()) break;
352       const SCEV *Zero = SE.getConstant(Ty, 0);
353       AddRecs.push_back(SE.getAddRecExpr(Zero,
354                                          A->getStepRecurrence(SE),
355                                          A->getLoop(),
356                                          A->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
357       if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Start)) {
358         Ops[i] = Zero;
359         Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
360         e += Add->getNumOperands();
361       } else {
362         Ops[i] = Start;
363       }
364     }
365   if (!AddRecs.empty()) {
366     // Add the addrecs onto the end of the list.
367     Ops.append(AddRecs.begin(), AddRecs.end());
368     // Resort the operand list, moving any constants to the front.
369     SimplifyAddOperands(Ops, Ty, SE);
370   }
371 }
372
373 /// expandAddToGEP - Expand an addition expression with a pointer type into
374 /// a GEP instead of using ptrtoint+arithmetic+inttoptr. This helps
375 /// BasicAliasAnalysis and other passes analyze the result. See the rules
376 /// for getelementptr vs. inttoptr in
377 /// http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointeraliasing
378 /// for details.
379 ///
380 /// Design note: The correctness of using getelementptr here depends on
381 /// ScalarEvolution not recognizing inttoptr and ptrtoint operators, as
382 /// they may introduce pointer arithmetic which may not be safely converted
383 /// into getelementptr.
384 ///
385 /// Design note: It might seem desirable for this function to be more
386 /// loop-aware. If some of the indices are loop-invariant while others
387 /// aren't, it might seem desirable to emit multiple GEPs, keeping the
388 /// loop-invariant portions of the overall computation outside the loop.
389 /// However, there are a few reasons this is not done here. Hoisting simple
390 /// arithmetic is a low-level optimization that often isn't very
391 /// important until late in the optimization process. In fact, passes
392 /// like InstructionCombining will combine GEPs, even if it means
393 /// pushing loop-invariant computation down into loops, so even if the
394 /// GEPs were split here, the work would quickly be undone. The
395 /// LoopStrengthReduction pass, which is usually run quite late (and
396 /// after the last InstructionCombining pass), takes care of hoisting
397 /// loop-invariant portions of expressions, after considering what
398 /// can be folded using target addressing modes.
399 ///
400 Value *SCEVExpander::expandAddToGEP(const SCEV *const *op_begin,
401                                     const SCEV *const *op_end,
402                                     PointerType *PTy,
403                                     Type *Ty,
404                                     Value *V) {
405   Type *OriginalElTy = PTy->getElementType();
406   Type *ElTy = OriginalElTy;
407   SmallVector<Value *, 4> GepIndices;
408   SmallVector<const SCEV *, 8> Ops(op_begin, op_end);
409   bool AnyNonZeroIndices = false;
410
411   // Split AddRecs up into parts as either of the parts may be usable
412   // without the other.
413   SplitAddRecs(Ops, Ty, SE);
414
415   Type *IntPtrTy = DL.getIntPtrType(PTy);
416
417   // Descend down the pointer's type and attempt to convert the other
418   // operands into GEP indices, at each level. The first index in a GEP
419   // indexes into the array implied by the pointer operand; the rest of
420   // the indices index into the element or field type selected by the
421   // preceding index.
422   for (;;) {
423     // If the scale size is not 0, attempt to factor out a scale for
424     // array indexing.
425     SmallVector<const SCEV *, 8> ScaledOps;
426     if (ElTy->isSized()) {
427       const SCEV *ElSize = SE.getSizeOfExpr(IntPtrTy, ElTy);
428       if (!ElSize->isZero()) {
429         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
430         for (const SCEV *Op : Ops) {
431           const SCEV *Remainder = SE.getConstant(Ty, 0);
432           if (FactorOutConstant(Op, Remainder, ElSize, SE, DL)) {
433             // Op now has ElSize factored out.
434             ScaledOps.push_back(Op);
435             if (!Remainder->isZero())
436               NewOps.push_back(Remainder);
437             AnyNonZeroIndices = true;
438           } else {
439             // The operand was not divisible, so add it to the list of operands
440             // we'll scan next iteration.
441             NewOps.push_back(Op);
442           }
443         }
444         // If we made any changes, update Ops.
445         if (!ScaledOps.empty()) {
446           Ops = NewOps;
447           SimplifyAddOperands(Ops, Ty, SE);
448         }
449       }
450     }
451
452     // Record the scaled array index for this level of the type. If
453     // we didn't find any operands that could be factored, tentatively
454     // assume that element zero was selected (since the zero offset
455     // would obviously be folded away).
456     Value *Scaled = ScaledOps.empty() ?
457                     Constant::getNullValue(Ty) :
458                     expandCodeFor(SE.getAddExpr(ScaledOps), Ty);
459     GepIndices.push_back(Scaled);
460
461     // Collect struct field index operands.
462     while (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElTy)) {
463       bool FoundFieldNo = false;
464       // An empty struct has no fields.
465       if (STy->getNumElements() == 0) break;
466       // Field offsets are known. See if a constant offset falls within any of
467       // the struct fields.
468       if (Ops.empty())
469         break;
470       if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0]))
471         if (SE.getTypeSizeInBits(C->getType()) <= 64) {
472           const StructLayout &SL = *DL.getStructLayout(STy);
473           uint64_t FullOffset = C->getValue()->getZExtValue();
474           if (FullOffset < SL.getSizeInBytes()) {
475             unsigned ElIdx = SL.getElementContainingOffset(FullOffset);
476             GepIndices.push_back(
477                 ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()), ElIdx));
478             ElTy = STy->getTypeAtIndex(ElIdx);
479             Ops[0] =
480                 SE.getConstant(Ty, FullOffset - SL.getElementOffset(ElIdx));
481             AnyNonZeroIndices = true;
482             FoundFieldNo = true;
483           }
484         }
485       // If no struct field offsets were found, tentatively assume that
486       // field zero was selected (since the zero offset would obviously
487       // be folded away).
488       if (!FoundFieldNo) {
489         ElTy = STy->getTypeAtIndex(0u);
490         GepIndices.push_back(
491           Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(Ty->getContext())));
492       }
493     }
494
495     if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(ElTy))
496       ElTy = ATy->getElementType();
497     else
498       break;
499   }
500
501   // If none of the operands were convertible to proper GEP indices, cast
502   // the base to i8* and do an ugly getelementptr with that. It's still
503   // better than ptrtoint+arithmetic+inttoptr at least.
504   if (!AnyNonZeroIndices) {
505     // Cast the base to i8*.
506     V = InsertNoopCastOfTo(V,
507        Type::getInt8PtrTy(Ty->getContext(), PTy->getAddressSpace()));
508
509     assert(!isa<Instruction>(V) ||
510            SE.DT.dominates(cast<Instruction>(V), &*Builder.GetInsertPoint()));
511
512     // Expand the operands for a plain byte offset.
513     Value *Idx = expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty);
514
515     // Fold a GEP with constant operands.
516     if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(V))
517       if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(Idx))
518         return ConstantExpr::getGetElementPtr(Type::getInt8Ty(Ty->getContext()),
519                                               CLHS, CRHS);
520
521     // Do a quick scan to see if we have this GEP nearby.  If so, reuse it.
522     unsigned ScanLimit = 6;
523     BasicBlock::iterator BlockBegin = Builder.GetInsertBlock()->begin();
524     // Scanning starts from the last instruction before the insertion point.
525     BasicBlock::iterator IP = Builder.GetInsertPoint();
526     if (IP != BlockBegin) {
527       --IP;
528       for (; ScanLimit; --IP, --ScanLimit) {
529         // Don't count dbg.value against the ScanLimit, to avoid perturbing the
530         // generated code.
531         if (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP))
532           ScanLimit++;
533         if (IP->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
534             IP->getOperand(0) == V && IP->getOperand(1) == Idx)
535           return &*IP;
536         if (IP == BlockBegin) break;
537       }
538     }
539
540     // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
541     BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
542
543     // Move the insertion point out of as many loops as we can.
544     while (const Loop *L = SE.LI.getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
545       if (!L->isLoopInvariant(V) || !L->isLoopInvariant(Idx)) break;
546       BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
547       if (!Preheader) break;
548
549       // Ok, move up a level.
550       Builder.SetInsertPoint(Preheader->getTerminator());
551     }
552
553     // Emit a GEP.
554     Value *GEP = Builder.CreateGEP(Builder.getInt8Ty(), V, Idx, "uglygep");
555     rememberInstruction(GEP);
556
557     return GEP;
558   }
559
560   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
561   BuilderType::InsertPoint SaveInsertPt = Builder.saveIP();
562
563   // Move the insertion point out of as many loops as we can.
564   while (const Loop *L = SE.LI.getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
565     if (!L->isLoopInvariant(V)) break;
566
567     bool AnyIndexNotLoopInvariant =
568         std::any_of(GepIndices.begin(), GepIndices.end(),
569                     [L](Value *Op) { return !L->isLoopInvariant(Op); });
570
571     if (AnyIndexNotLoopInvariant)
572       break;
573
574     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
575     if (!Preheader) break;
576
577     // Ok, move up a level.
578     Builder.SetInsertPoint(Preheader->getTerminator());
579   }
580
581   // Insert a pretty getelementptr. Note that this GEP is not marked inbounds,
582   // because ScalarEvolution may have changed the address arithmetic to
583   // compute a value which is beyond the end of the allocated object.
584   Value *Casted = V;
585   if (V->getType() != PTy)
586     Casted = InsertNoopCastOfTo(Casted, PTy);
587   Value *GEP = Builder.CreateGEP(OriginalElTy, Casted, GepIndices, "scevgep");
588   Ops.push_back(SE.getUnknown(GEP));
589   rememberInstruction(GEP);
590
591   // Restore the original insert point.
592   Builder.restoreIP(SaveInsertPt);
593
594   return expand(SE.getAddExpr(Ops));
595 }
596
597 /// PickMostRelevantLoop - Given two loops pick the one that's most relevant for
598 /// SCEV expansion. If they are nested, this is the most nested. If they are
599 /// neighboring, pick the later.
600 static const Loop *PickMostRelevantLoop(const Loop *A, const Loop *B,
601                                         DominatorTree &DT) {
602   if (!A) return B;
603   if (!B) return A;
604   if (A->contains(B)) return B;
605   if (B->contains(A)) return A;
606   if (DT.dominates(A->getHeader(), B->getHeader())) return B;
607   if (DT.dominates(B->getHeader(), A->getHeader())) return A;
608   return A; // Arbitrarily break the tie.
609 }
610
611 /// getRelevantLoop - Get the most relevant loop associated with the given
612 /// expression, according to PickMostRelevantLoop.
613 const Loop *SCEVExpander::getRelevantLoop(const SCEV *S) {
614   // Test whether we've already computed the most relevant loop for this SCEV.
615   auto Pair = RelevantLoops.insert(std::make_pair(S, nullptr));
616   if (!Pair.second)
617     return Pair.first->second;
618
619   if (isa<SCEVConstant>(S))
620     // A constant has no relevant loops.
621     return nullptr;
622   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
623     if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U->getValue()))
624       return Pair.first->second = SE.LI.getLoopFor(I->getParent());
625     // A non-instruction has no relevant loops.
626     return nullptr;
627   }
628   if (const SCEVNAryExpr *N = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S)) {
629     const Loop *L = nullptr;
630     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
631       L = AR->getLoop();
632     for (const SCEV *Op : N->operands())
633       L = PickMostRelevantLoop(L, getRelevantLoop(Op), SE.DT);
634     return RelevantLoops[N] = L;
635   }
636   if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S)) {
637     const Loop *Result = getRelevantLoop(C->getOperand());
638     return RelevantLoops[C] = Result;
639   }
640   if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
641     const Loop *Result = PickMostRelevantLoop(
642         getRelevantLoop(D->getLHS()), getRelevantLoop(D->getRHS()), SE.DT);
643     return RelevantLoops[D] = Result;
644   }
645   llvm_unreachable("Unexpected SCEV type!");
646 }
647
648 namespace {
649
650 /// LoopCompare - Compare loops by PickMostRelevantLoop.
651 class LoopCompare {
652   DominatorTree &DT;
653 public:
654   explicit LoopCompare(DominatorTree &dt) : DT(dt) {}
655
656   bool operator()(std::pair<const Loop *, const SCEV *> LHS,
657                   std::pair<const Loop *, const SCEV *> RHS) const {
658     // Keep pointer operands sorted at the end.
659     if (LHS.second->getType()->isPointerTy() !=
660         RHS.second->getType()->isPointerTy())
661       return LHS.second->getType()->isPointerTy();
662
663     // Compare loops with PickMostRelevantLoop.
664     if (LHS.first != RHS.first)
665       return PickMostRelevantLoop(LHS.first, RHS.first, DT) != LHS.first;
666
667     // If one operand is a non-constant negative and the other is not,
668     // put the non-constant negative on the right so that a sub can
669     // be used instead of a negate and add.
670     if (LHS.second->isNonConstantNegative()) {
671       if (!RHS.second->isNonConstantNegative())
672         return false;
673     } else if (RHS.second->isNonConstantNegative())
674       return true;
675
676     // Otherwise they are equivalent according to this comparison.
677     return false;
678   }
679 };
680
681 }
682
683 Value *SCEVExpander::visitAddExpr(const SCEVAddExpr *S) {
684   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
685
686   // Collect all the add operands in a loop, along with their associated loops.
687   // Iterate in reverse so that constants are emitted last, all else equal, and
688   // so that pointer operands are inserted first, which the code below relies on
689   // to form more involved GEPs.
690   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 8> OpsAndLoops;
691   for (std::reverse_iterator<SCEVAddExpr::op_iterator> I(S->op_end()),
692        E(S->op_begin()); I != E; ++I)
693     OpsAndLoops.push_back(std::make_pair(getRelevantLoop(*I), *I));
694
695   // Sort by loop. Use a stable sort so that constants follow non-constants and
696   // pointer operands precede non-pointer operands.
697   std::stable_sort(OpsAndLoops.begin(), OpsAndLoops.end(), LoopCompare(SE.DT));
698
699   // Emit instructions to add all the operands. Hoist as much as possible
700   // out of loops, and form meaningful getelementptrs where possible.
701   Value *Sum = nullptr;
702   for (auto I = OpsAndLoops.begin(), E = OpsAndLoops.end(); I != E;) {
703     const Loop *CurLoop = I->first;
704     const SCEV *Op = I->second;
705     if (!Sum) {
706       // This is the first operand. Just expand it.
707       Sum = expand(Op);
708       ++I;
709     } else if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Sum->getType())) {
710       // The running sum expression is a pointer. Try to form a getelementptr
711       // at this level with that as the base.
712       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
713       for (; I != E && I->first == CurLoop; ++I) {
714         // If the operand is SCEVUnknown and not instructions, peek through
715         // it, to enable more of it to be folded into the GEP.
716         const SCEV *X = I->second;
717         if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(X))
718           if (!isa<Instruction>(U->getValue()))
719             X = SE.getSCEV(U->getValue());
720         NewOps.push_back(X);
721       }
722       Sum = expandAddToGEP(NewOps.begin(), NewOps.end(), PTy, Ty, Sum);
723     } else if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Op->getType())) {
724       // The running sum is an integer, and there's a pointer at this level.
725       // Try to form a getelementptr. If the running sum is instructions,
726       // use a SCEVUnknown to avoid re-analyzing them.
727       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
728       NewOps.push_back(isa<Instruction>(Sum) ? SE.getUnknown(Sum) :
729                                                SE.getSCEV(Sum));
730       for (++I; I != E && I->first == CurLoop; ++I)
731         NewOps.push_back(I->second);
732       Sum = expandAddToGEP(NewOps.begin(), NewOps.end(), PTy, Ty, expand(Op));
733     } else if (Op->isNonConstantNegative()) {
734       // Instead of doing a negate and add, just do a subtract.
735       Value *W = expandCodeFor(SE.getNegativeSCEV(Op), Ty);
736       Sum = InsertNoopCastOfTo(Sum, Ty);
737       Sum = InsertBinop(Instruction::Sub, Sum, W);
738       ++I;
739     } else {
740       // A simple add.
741       Value *W = expandCodeFor(Op, Ty);
742       Sum = InsertNoopCastOfTo(Sum, Ty);
743       // Canonicalize a constant to the RHS.
744       if (isa<Constant>(Sum)) std::swap(Sum, W);
745       Sum = InsertBinop(Instruction::Add, Sum, W);
746       ++I;
747     }
748   }
749
750   return Sum;
751 }
752
753 Value *SCEVExpander::visitMulExpr(const SCEVMulExpr *S) {
754   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
755
756   // Collect all the mul operands in a loop, along with their associated loops.
757   // Iterate in reverse so that constants are emitted last, all else equal.
758   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 8> OpsAndLoops;
759   for (std::reverse_iterator<SCEVMulExpr::op_iterator> I(S->op_end()),
760        E(S->op_begin()); I != E; ++I)
761     OpsAndLoops.push_back(std::make_pair(getRelevantLoop(*I), *I));
762
763   // Sort by loop. Use a stable sort so that constants follow non-constants.
764   std::stable_sort(OpsAndLoops.begin(), OpsAndLoops.end(), LoopCompare(SE.DT));
765
766   // Emit instructions to mul all the operands. Hoist as much as possible
767   // out of loops.
768   Value *Prod = nullptr;
769   for (const auto &I : OpsAndLoops) {
770     const SCEV *Op = I.second;
771     if (!Prod) {
772       // This is the first operand. Just expand it.
773       Prod = expand(Op);
774     } else if (Op->isAllOnesValue()) {
775       // Instead of doing a multiply by negative one, just do a negate.
776       Prod = InsertNoopCastOfTo(Prod, Ty);
777       Prod = InsertBinop(Instruction::Sub, Constant::getNullValue(Ty), Prod);
778     } else {
779       // A simple mul.
780       Value *W = expandCodeFor(Op, Ty);
781       Prod = InsertNoopCastOfTo(Prod, Ty);
782       // Canonicalize a constant to the RHS.
783       if (isa<Constant>(Prod)) std::swap(Prod, W);
784       const APInt *RHS;
785       if (match(W, m_Power2(RHS))) {
786         // Canonicalize Prod*(1<<C) to Prod<<C.
787         assert(!Ty->isVectorTy() && "vector types are not SCEVable");
788         Prod = InsertBinop(Instruction::Shl, Prod,
789                            ConstantInt::get(Ty, RHS->logBase2()));
790       } else {
791         Prod = InsertBinop(Instruction::Mul, Prod, W);
792       }
793     }
794   }
795
796   return Prod;
797 }
798
799 Value *SCEVExpander::visitUDivExpr(const SCEVUDivExpr *S) {
800   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
801
802   Value *LHS = expandCodeFor(S->getLHS(), Ty);
803   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(S->getRHS())) {
804     const APInt &RHS = SC->getValue()->getValue();
805     if (RHS.isPowerOf2())
806       return InsertBinop(Instruction::LShr, LHS,
807                          ConstantInt::get(Ty, RHS.logBase2()));
808   }
809
810   Value *RHS = expandCodeFor(S->getRHS(), Ty);
811   return InsertBinop(Instruction::UDiv, LHS, RHS);
812 }
813
814 /// Move parts of Base into Rest to leave Base with the minimal
815 /// expression that provides a pointer operand suitable for a
816 /// GEP expansion.
817 static void ExposePointerBase(const SCEV *&Base, const SCEV *&Rest,
818                               ScalarEvolution &SE) {
819   while (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Base)) {
820     Base = A->getStart();
821     Rest = SE.getAddExpr(Rest,
822                          SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(A->getType(), 0),
823                                           A->getStepRecurrence(SE),
824                                           A->getLoop(),
825                                           A->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
826   }
827   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Base)) {
828     Base = A->getOperand(A->getNumOperands()-1);
829     SmallVector<const SCEV *, 8> NewAddOps(A->op_begin(), A->op_end());
830     NewAddOps.back() = Rest;
831     Rest = SE.getAddExpr(NewAddOps);
832     ExposePointerBase(Base, Rest, SE);
833   }
834 }
835
836 /// Determine if this is a well-behaved chain of instructions leading back to
837 /// the PHI. If so, it may be reused by expanded expressions.
838 bool SCEVExpander::isNormalAddRecExprPHI(PHINode *PN, Instruction *IncV,
839                                          const Loop *L) {
840   if (IncV->getNumOperands() == 0 || isa<PHINode>(IncV) ||
841       (isa<CastInst>(IncV) && !isa<BitCastInst>(IncV)))
842     return false;
843   // If any of the operands don't dominate the insert position, bail.
844   // Addrec operands are always loop-invariant, so this can only happen
845   // if there are instructions which haven't been hoisted.
846   if (L == IVIncInsertLoop) {
847     for (User::op_iterator OI = IncV->op_begin()+1,
848            OE = IncV->op_end(); OI != OE; ++OI)
849       if (Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(OI))
850         if (!SE.DT.dominates(OInst, IVIncInsertPos))
851           return false;
852   }
853   // Advance to the next instruction.
854   IncV = dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
855   if (!IncV)
856     return false;
857
858   if (IncV->mayHaveSideEffects())
859     return false;
860
861   if (IncV != PN)
862     return true;
863
864   return isNormalAddRecExprPHI(PN, IncV, L);
865 }
866
867 /// getIVIncOperand returns an induction variable increment's induction
868 /// variable operand.
869 ///
870 /// If allowScale is set, any type of GEP is allowed as long as the nonIV
871 /// operands dominate InsertPos.
872 ///
873 /// If allowScale is not set, ensure that a GEP increment conforms to one of the
874 /// simple patterns generated by getAddRecExprPHILiterally and
875 /// expandAddtoGEP. If the pattern isn't recognized, return NULL.
876 Instruction *SCEVExpander::getIVIncOperand(Instruction *IncV,
877                                            Instruction *InsertPos,
878                                            bool allowScale) {
879   if (IncV == InsertPos)
880     return nullptr;
881
882   switch (IncV->getOpcode()) {
883   default:
884     return nullptr;
885   // Check for a simple Add/Sub or GEP of a loop invariant step.
886   case Instruction::Add:
887   case Instruction::Sub: {
888     Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(1));
889     if (!OInst || SE.DT.dominates(OInst, InsertPos))
890       return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
891     return nullptr;
892   }
893   case Instruction::BitCast:
894     return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
895   case Instruction::GetElementPtr:
896     for (auto I = IncV->op_begin() + 1, E = IncV->op_end(); I != E; ++I) {
897       if (isa<Constant>(*I))
898         continue;
899       if (Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(*I)) {
900         if (!SE.DT.dominates(OInst, InsertPos))
901           return nullptr;
902       }
903       if (allowScale) {
904         // allow any kind of GEP as long as it can be hoisted.
905         continue;
906       }
907       // This must be a pointer addition of constants (pretty), which is already
908       // handled, or some number of address-size elements (ugly). Ugly geps
909       // have 2 operands. i1* is used by the expander to represent an
910       // address-size element.
911       if (IncV->getNumOperands() != 2)
912         return nullptr;
913       unsigned AS = cast<PointerType>(IncV->getType())->getAddressSpace();
914       if (IncV->getType() != Type::getInt1PtrTy(SE.getContext(), AS)
915           && IncV->getType() != Type::getInt8PtrTy(SE.getContext(), AS))
916         return nullptr;
917       break;
918     }
919     return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
920   }
921 }
922
923 /// hoistStep - Attempt to hoist a simple IV increment above InsertPos to make
924 /// it available to other uses in this loop. Recursively hoist any operands,
925 /// until we reach a value that dominates InsertPos.
926 bool SCEVExpander::hoistIVInc(Instruction *IncV, Instruction *InsertPos) {
927   if (SE.DT.dominates(IncV, InsertPos))
928       return true;
929
930   // InsertPos must itself dominate IncV so that IncV's new position satisfies
931   // its existing users.
932   if (isa<PHINode>(InsertPos) ||
933       !SE.DT.dominates(InsertPos->getParent(), IncV->getParent()))
934     return false;
935
936   if (!SE.LI.movementPreservesLCSSAForm(IncV, InsertPos))
937     return false;
938
939   // Check that the chain of IV operands leading back to Phi can be hoisted.
940   SmallVector<Instruction*, 4> IVIncs;
941   for(;;) {
942     Instruction *Oper = getIVIncOperand(IncV, InsertPos, /*allowScale*/true);
943     if (!Oper)
944       return false;
945     // IncV is safe to hoist.
946     IVIncs.push_back(IncV);
947     IncV = Oper;
948     if (SE.DT.dominates(IncV, InsertPos))
949       break;
950   }
951   for (auto I = IVIncs.rbegin(), E = IVIncs.rend(); I != E; ++I) {
952     (*I)->moveBefore(InsertPos);
953   }
954   return true;
955 }
956
957 /// Determine if this cyclic phi is in a form that would have been generated by
958 /// LSR. We don't care if the phi was actually expanded in this pass, as long
959 /// as it is in a low-cost form, for example, no implied multiplication. This
960 /// should match any patterns generated by getAddRecExprPHILiterally and
961 /// expandAddtoGEP.
962 bool SCEVExpander::isExpandedAddRecExprPHI(PHINode *PN, Instruction *IncV,
963                                            const Loop *L) {
964   for(Instruction *IVOper = IncV;
965       (IVOper = getIVIncOperand(IVOper, L->getLoopPreheader()->getTerminator(),
966                                 /*allowScale=*/false));) {
967     if (IVOper == PN)
968       return true;
969   }
970   return false;
971 }
972
973 /// expandIVInc - Expand an IV increment at Builder's current InsertPos.
974 /// Typically this is the LatchBlock terminator or IVIncInsertPos, but we may
975 /// need to materialize IV increments elsewhere to handle difficult situations.
976 Value *SCEVExpander::expandIVInc(PHINode *PN, Value *StepV, const Loop *L,
977                                  Type *ExpandTy, Type *IntTy,
978                                  bool useSubtract) {
979   Value *IncV;
980   // If the PHI is a pointer, use a GEP, otherwise use an add or sub.
981   if (ExpandTy->isPointerTy()) {
982     PointerType *GEPPtrTy = cast<PointerType>(ExpandTy);
983     // If the step isn't constant, don't use an implicitly scaled GEP, because
984     // that would require a multiply inside the loop.
985     if (!isa<ConstantInt>(StepV))
986       GEPPtrTy = PointerType::get(Type::getInt1Ty(SE.getContext()),
987                                   GEPPtrTy->getAddressSpace());
988     const SCEV *const StepArray[1] = { SE.getSCEV(StepV) };
989     IncV = expandAddToGEP(StepArray, StepArray+1, GEPPtrTy, IntTy, PN);
990     if (IncV->getType() != PN->getType()) {
991       IncV = Builder.CreateBitCast(IncV, PN->getType());
992       rememberInstruction(IncV);
993     }
994   } else {
995     IncV = useSubtract ?
996       Builder.CreateSub(PN, StepV, Twine(IVName) + ".iv.next") :
997       Builder.CreateAdd(PN, StepV, Twine(IVName) + ".iv.next");
998     rememberInstruction(IncV);
999   }
1000   return IncV;
1001 }
1002
1003 /// \brief Hoist the addrec instruction chain rooted in the loop phi above the
1004 /// position. This routine assumes that this is possible (has been checked).
1005 static void hoistBeforePos(DominatorTree *DT, Instruction *InstToHoist,
1006                            Instruction *Pos, PHINode *LoopPhi) {
1007   do {
1008     if (DT->dominates(InstToHoist, Pos))
1009       break;
1010     // Make sure the increment is where we want it. But don't move it
1011     // down past a potential existing post-inc user.
1012     InstToHoist->moveBefore(Pos);
1013     Pos = InstToHoist;
1014     InstToHoist = cast<Instruction>(InstToHoist->getOperand(0));
1015   } while (InstToHoist != LoopPhi);
1016 }
1017
1018 /// \brief Check whether we can cheaply express the requested SCEV in terms of
1019 /// the available PHI SCEV by truncation and/or inversion of the step.
1020 static bool canBeCheaplyTransformed(ScalarEvolution &SE,
1021                                     const SCEVAddRecExpr *Phi,
1022                                     const SCEVAddRecExpr *Requested,
1023                                     bool &InvertStep) {
1024   Type *PhiTy = SE.getEffectiveSCEVType(Phi->getType());
1025   Type *RequestedTy = SE.getEffectiveSCEVType(Requested->getType());
1026
1027   if (RequestedTy->getIntegerBitWidth() > PhiTy->getIntegerBitWidth())
1028     return false;
1029
1030   // Try truncate it if necessary.
1031   Phi = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getTruncateOrNoop(Phi, RequestedTy));
1032   if (!Phi)
1033     return false;
1034
1035   // Check whether truncation will help.
1036   if (Phi == Requested) {
1037     InvertStep = false;
1038     return true;
1039   }
1040
1041   // Check whether inverting will help: {R,+,-1} == R - {0,+,1}.
1042   if (SE.getAddExpr(Requested->getStart(),
1043                     SE.getNegativeSCEV(Requested)) == Phi) {
1044     InvertStep = true;
1045     return true;
1046   }
1047
1048   return false;
1049 }
1050
1051 static bool IsIncrementNSW(ScalarEvolution &SE, const SCEVAddRecExpr *AR) {
1052   if (!isa<IntegerType>(AR->getType()))
1053     return false;
1054
1055   unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(AR->getType())->getBitWidth();
1056   Type *WideTy = IntegerType::get(AR->getType()->getContext(), BitWidth * 2);
1057   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(SE);
1058   const SCEV *OpAfterExtend = SE.getAddExpr(SE.getSignExtendExpr(Step, WideTy),
1059                                             SE.getSignExtendExpr(AR, WideTy));
1060   const SCEV *ExtendAfterOp =
1061     SE.getSignExtendExpr(SE.getAddExpr(AR, Step), WideTy);
1062   return ExtendAfterOp == OpAfterExtend;
1063 }
1064
1065 static bool IsIncrementNUW(ScalarEvolution &SE, const SCEVAddRecExpr *AR) {
1066   if (!isa<IntegerType>(AR->getType()))
1067     return false;
1068
1069   unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(AR->getType())->getBitWidth();
1070   Type *WideTy = IntegerType::get(AR->getType()->getContext(), BitWidth * 2);
1071   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(SE);
1072   const SCEV *OpAfterExtend = SE.getAddExpr(SE.getZeroExtendExpr(Step, WideTy),
1073                                             SE.getZeroExtendExpr(AR, WideTy));
1074   const SCEV *ExtendAfterOp =
1075     SE.getZeroExtendExpr(SE.getAddExpr(AR, Step), WideTy);
1076   return ExtendAfterOp == OpAfterExtend;
1077 }
1078
1079 /// getAddRecExprPHILiterally - Helper for expandAddRecExprLiterally. Expand
1080 /// the base addrec, which is the addrec without any non-loop-dominating
1081 /// values, and return the PHI.
1082 PHINode *
1083 SCEVExpander::getAddRecExprPHILiterally(const SCEVAddRecExpr *Normalized,
1084                                         const Loop *L,
1085                                         Type *ExpandTy,
1086                                         Type *IntTy,
1087                                         Type *&TruncTy,
1088                                         bool &InvertStep) {
1089   assert((!IVIncInsertLoop||IVIncInsertPos) && "Uninitialized insert position");
1090
1091   // Reuse a previously-inserted PHI, if present.
1092   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1093   if (LatchBlock) {
1094     PHINode *AddRecPhiMatch = nullptr;
1095     Instruction *IncV = nullptr;
1096     TruncTy = nullptr;
1097     InvertStep = false;
1098
1099     // Only try partially matching scevs that need truncation and/or
1100     // step-inversion if we know this loop is outside the current loop.
1101     bool TryNonMatchingSCEV =
1102         IVIncInsertLoop &&
1103         SE.DT.properlyDominates(LatchBlock, IVIncInsertLoop->getHeader());
1104
1105     for (auto &I : *L->getHeader()) {
1106       auto *PN = dyn_cast<PHINode>(&I);
1107       if (!PN || !SE.isSCEVable(PN->getType()))
1108         continue;
1109
1110       const SCEVAddRecExpr *PhiSCEV = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getSCEV(PN));
1111       if (!PhiSCEV)
1112         continue;
1113
1114       bool IsMatchingSCEV = PhiSCEV == Normalized;
1115       // We only handle truncation and inversion of phi recurrences for the
1116       // expanded expression if the expanded expression's loop dominates the
1117       // loop we insert to. Check now, so we can bail out early.
1118       if (!IsMatchingSCEV && !TryNonMatchingSCEV)
1119           continue;
1120
1121       Instruction *TempIncV =
1122           cast<Instruction>(PN->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
1123
1124       // Check whether we can reuse this PHI node.
1125       if (LSRMode) {
1126         if (!isExpandedAddRecExprPHI(PN, TempIncV, L))
1127           continue;
1128         if (L == IVIncInsertLoop && !hoistIVInc(TempIncV, IVIncInsertPos))
1129           continue;
1130       } else {
1131         if (!isNormalAddRecExprPHI(PN, TempIncV, L))
1132           continue;
1133       }
1134
1135       // Stop if we have found an exact match SCEV.
1136       if (IsMatchingSCEV) {
1137         IncV = TempIncV;
1138         TruncTy = nullptr;
1139         InvertStep = false;
1140         AddRecPhiMatch = PN;
1141         break;
1142       }
1143
1144       // Try whether the phi can be translated into the requested form
1145       // (truncated and/or offset by a constant).
1146       if ((!TruncTy || InvertStep) &&
1147           canBeCheaplyTransformed(SE, PhiSCEV, Normalized, InvertStep)) {
1148         // Record the phi node. But don't stop we might find an exact match
1149         // later.
1150         AddRecPhiMatch = PN;
1151         IncV = TempIncV;
1152         TruncTy = SE.getEffectiveSCEVType(Normalized->getType());
1153       }
1154     }
1155
1156     if (AddRecPhiMatch) {
1157       // Potentially, move the increment. We have made sure in
1158       // isExpandedAddRecExprPHI or hoistIVInc that this is possible.
1159       if (L == IVIncInsertLoop)
1160         hoistBeforePos(&SE.DT, IncV, IVIncInsertPos, AddRecPhiMatch);
1161
1162       // Ok, the add recurrence looks usable.
1163       // Remember this PHI, even in post-inc mode.
1164       InsertedValues.insert(AddRecPhiMatch);
1165       // Remember the increment.
1166       rememberInstruction(IncV);
1167       return AddRecPhiMatch;
1168     }
1169   }
1170
1171   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
1172   BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
1173
1174   // Another AddRec may need to be recursively expanded below. For example, if
1175   // this AddRec is quadratic, the StepV may itself be an AddRec in this
1176   // loop. Remove this loop from the PostIncLoops set before expanding such
1177   // AddRecs. Otherwise, we cannot find a valid position for the step
1178   // (i.e. StepV can never dominate its loop header).  Ideally, we could do
1179   // SavedIncLoops.swap(PostIncLoops), but we generally have a single element,
1180   // so it's not worth implementing SmallPtrSet::swap.
1181   PostIncLoopSet SavedPostIncLoops = PostIncLoops;
1182   PostIncLoops.clear();
1183
1184   // Expand code for the start value.
1185   Value *StartV =
1186       expandCodeFor(Normalized->getStart(), ExpandTy, &L->getHeader()->front());
1187
1188   // StartV must be hoisted into L's preheader to dominate the new phi.
1189   assert(!isa<Instruction>(StartV) ||
1190          SE.DT.properlyDominates(cast<Instruction>(StartV)->getParent(),
1191                                  L->getHeader()));
1192
1193   // Expand code for the step value. Do this before creating the PHI so that PHI
1194   // reuse code doesn't see an incomplete PHI.
1195   const SCEV *Step = Normalized->getStepRecurrence(SE);
1196   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the increment
1197   // (unless it's a constant, because subtracts of constants are canonicalized
1198   // to adds).
1199   bool useSubtract = !ExpandTy->isPointerTy() && Step->isNonConstantNegative();
1200   if (useSubtract)
1201     Step = SE.getNegativeSCEV(Step);
1202   // Expand the step somewhere that dominates the loop header.
1203   Value *StepV = expandCodeFor(Step, IntTy, &L->getHeader()->front());
1204
1205   // The no-wrap behavior proved by IsIncrement(NUW|NSW) is only applicable if
1206   // we actually do emit an addition.  It does not apply if we emit a
1207   // subtraction.
1208   bool IncrementIsNUW = !useSubtract && IsIncrementNUW(SE, Normalized);
1209   bool IncrementIsNSW = !useSubtract && IsIncrementNSW(SE, Normalized);
1210
1211   // Create the PHI.
1212   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1213   Builder.SetInsertPoint(Header, Header->begin());
1214   pred_iterator HPB = pred_begin(Header), HPE = pred_end(Header);
1215   PHINode *PN = Builder.CreatePHI(ExpandTy, std::distance(HPB, HPE),
1216                                   Twine(IVName) + ".iv");
1217   rememberInstruction(PN);
1218
1219   // Create the step instructions and populate the PHI.
1220   for (pred_iterator HPI = HPB; HPI != HPE; ++HPI) {
1221     BasicBlock *Pred = *HPI;
1222
1223     // Add a start value.
1224     if (!L->contains(Pred)) {
1225       PN->addIncoming(StartV, Pred);
1226       continue;
1227     }
1228
1229     // Create a step value and add it to the PHI.
1230     // If IVIncInsertLoop is non-null and equal to the addrec's loop, insert the
1231     // instructions at IVIncInsertPos.
1232     Instruction *InsertPos = L == IVIncInsertLoop ?
1233       IVIncInsertPos : Pred->getTerminator();
1234     Builder.SetInsertPoint(InsertPos);
1235     Value *IncV = expandIVInc(PN, StepV, L, ExpandTy, IntTy, useSubtract);
1236
1237     if (isa<OverflowingBinaryOperator>(IncV)) {
1238       if (IncrementIsNUW)
1239         cast<BinaryOperator>(IncV)->setHasNoUnsignedWrap();
1240       if (IncrementIsNSW)
1241         cast<BinaryOperator>(IncV)->setHasNoSignedWrap();
1242     }
1243     PN->addIncoming(IncV, Pred);
1244   }
1245
1246   // After expanding subexpressions, restore the PostIncLoops set so the caller
1247   // can ensure that IVIncrement dominates the current uses.
1248   PostIncLoops = SavedPostIncLoops;
1249
1250   // Remember this PHI, even in post-inc mode.
1251   InsertedValues.insert(PN);
1252
1253   return PN;
1254 }
1255
1256 Value *SCEVExpander::expandAddRecExprLiterally(const SCEVAddRecExpr *S) {
1257   Type *STy = S->getType();
1258   Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(STy);
1259   const Loop *L = S->getLoop();
1260
1261   // Determine a normalized form of this expression, which is the expression
1262   // before any post-inc adjustment is made.
1263   const SCEVAddRecExpr *Normalized = S;
1264   if (PostIncLoops.count(L)) {
1265     PostIncLoopSet Loops;
1266     Loops.insert(L);
1267     Normalized = cast<SCEVAddRecExpr>(TransformForPostIncUse(
1268         Normalize, S, nullptr, nullptr, Loops, SE, SE.DT));
1269   }
1270
1271   // Strip off any non-loop-dominating component from the addrec start.
1272   const SCEV *Start = Normalized->getStart();
1273   const SCEV *PostLoopOffset = nullptr;
1274   if (!SE.properlyDominates(Start, L->getHeader())) {
1275     PostLoopOffset = Start;
1276     Start = SE.getConstant(Normalized->getType(), 0);
1277     Normalized = cast<SCEVAddRecExpr>(
1278       SE.getAddRecExpr(Start, Normalized->getStepRecurrence(SE),
1279                        Normalized->getLoop(),
1280                        Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
1281   }
1282
1283   // Strip off any non-loop-dominating component from the addrec step.
1284   const SCEV *Step = Normalized->getStepRecurrence(SE);
1285   const SCEV *PostLoopScale = nullptr;
1286   if (!SE.dominates(Step, L->getHeader())) {
1287     PostLoopScale = Step;
1288     Step = SE.getConstant(Normalized->getType(), 1);
1289     Normalized =
1290       cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getAddRecExpr(
1291                              Start, Step, Normalized->getLoop(),
1292                              Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
1293   }
1294
1295   // Expand the core addrec. If we need post-loop scaling, force it to
1296   // expand to an integer type to avoid the need for additional casting.
1297   Type *ExpandTy = PostLoopScale ? IntTy : STy;
1298   // In some cases, we decide to reuse an existing phi node but need to truncate
1299   // it and/or invert the step.
1300   Type *TruncTy = nullptr;
1301   bool InvertStep = false;
1302   PHINode *PN = getAddRecExprPHILiterally(Normalized, L, ExpandTy, IntTy,
1303                                           TruncTy, InvertStep);
1304
1305   // Accommodate post-inc mode, if necessary.
1306   Value *Result;
1307   if (!PostIncLoops.count(L))
1308     Result = PN;
1309   else {
1310     // In PostInc mode, use the post-incremented value.
1311     BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1312     assert(LatchBlock && "PostInc mode requires a unique loop latch!");
1313     Result = PN->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
1314
1315     // For an expansion to use the postinc form, the client must call
1316     // expandCodeFor with an InsertPoint that is either outside the PostIncLoop
1317     // or dominated by IVIncInsertPos.
1318     if (isa<Instruction>(Result) &&
1319         !SE.DT.dominates(cast<Instruction>(Result),
1320                          &*Builder.GetInsertPoint())) {
1321       // The induction variable's postinc expansion does not dominate this use.
1322       // IVUsers tries to prevent this case, so it is rare. However, it can
1323       // happen when an IVUser outside the loop is not dominated by the latch
1324       // block. Adjusting IVIncInsertPos before expansion begins cannot handle
1325       // all cases. Consider a phi outide whose operand is replaced during
1326       // expansion with the value of the postinc user. Without fundamentally
1327       // changing the way postinc users are tracked, the only remedy is
1328       // inserting an extra IV increment. StepV might fold into PostLoopOffset,
1329       // but hopefully expandCodeFor handles that.
1330       bool useSubtract =
1331         !ExpandTy->isPointerTy() && Step->isNonConstantNegative();
1332       if (useSubtract)
1333         Step = SE.getNegativeSCEV(Step);
1334       Value *StepV;
1335       {
1336         // Expand the step somewhere that dominates the loop header.
1337         BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
1338         StepV = expandCodeFor(Step, IntTy, &L->getHeader()->front());
1339       }
1340       Result = expandIVInc(PN, StepV, L, ExpandTy, IntTy, useSubtract);
1341     }
1342   }
1343
1344   // We have decided to reuse an induction variable of a dominating loop. Apply
1345   // truncation and/or invertion of the step.
1346   if (TruncTy) {
1347     Type *ResTy = Result->getType();
1348     // Normalize the result type.
1349     if (ResTy != SE.getEffectiveSCEVType(ResTy))
1350       Result = InsertNoopCastOfTo(Result, SE.getEffectiveSCEVType(ResTy));
1351     // Truncate the result.
1352     if (TruncTy != Result->getType()) {
1353       Result = Builder.CreateTrunc(Result, TruncTy);
1354       rememberInstruction(Result);
1355     }
1356     // Invert the result.
1357     if (InvertStep) {
1358       Result = Builder.CreateSub(expandCodeFor(Normalized->getStart(), TruncTy),
1359                                  Result);
1360       rememberInstruction(Result);
1361     }
1362   }
1363
1364   // Re-apply any non-loop-dominating scale.
1365   if (PostLoopScale) {
1366     assert(S->isAffine() && "Can't linearly scale non-affine recurrences.");
1367     Result = InsertNoopCastOfTo(Result, IntTy);
1368     Result = Builder.CreateMul(Result,
1369                                expandCodeFor(PostLoopScale, IntTy));
1370     rememberInstruction(Result);
1371   }
1372
1373   // Re-apply any non-loop-dominating offset.
1374   if (PostLoopOffset) {
1375     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(ExpandTy)) {
1376       const SCEV *const OffsetArray[1] = { PostLoopOffset };
1377       Result = expandAddToGEP(OffsetArray, OffsetArray+1, PTy, IntTy, Result);
1378     } else {
1379       Result = InsertNoopCastOfTo(Result, IntTy);
1380       Result = Builder.CreateAdd(Result,
1381                                  expandCodeFor(PostLoopOffset, IntTy));
1382       rememberInstruction(Result);
1383     }
1384   }
1385
1386   return Result;
1387 }
1388
1389 Value *SCEVExpander::visitAddRecExpr(const SCEVAddRecExpr *S) {
1390   if (!CanonicalMode) return expandAddRecExprLiterally(S);
1391
1392   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1393   const Loop *L = S->getLoop();
1394
1395   // First check for an existing canonical IV in a suitable type.
1396   PHINode *CanonicalIV = nullptr;
1397   if (PHINode *PN = L->getCanonicalInductionVariable())
1398     if (SE.getTypeSizeInBits(PN->getType()) >= SE.getTypeSizeInBits(Ty))
1399       CanonicalIV = PN;
1400
1401   // Rewrite an AddRec in terms of the canonical induction variable, if
1402   // its type is more narrow.
1403   if (CanonicalIV &&
1404       SE.getTypeSizeInBits(CanonicalIV->getType()) >
1405       SE.getTypeSizeInBits(Ty)) {
1406     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(S->getNumOperands());
1407     for (unsigned i = 0, e = S->getNumOperands(); i != e; ++i)
1408       NewOps[i] = SE.getAnyExtendExpr(S->op_begin()[i], CanonicalIV->getType());
1409     Value *V = expand(SE.getAddRecExpr(NewOps, S->getLoop(),
1410                                        S->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
1411     BasicBlock::iterator NewInsertPt =
1412         findInsertPointAfter(cast<Instruction>(V), Builder.GetInsertBlock());
1413     V = expandCodeFor(SE.getTruncateExpr(SE.getUnknown(V), Ty), nullptr,
1414                       &*NewInsertPt);
1415     return V;
1416   }
1417
1418   // {X,+,F} --> X + {0,+,F}
1419   if (!S->getStart()->isZero()) {
1420     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(S->op_begin(), S->op_end());
1421     NewOps[0] = SE.getConstant(Ty, 0);
1422     const SCEV *Rest = SE.getAddRecExpr(NewOps, L,
1423                                         S->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
1424
1425     // Turn things like ptrtoint+arithmetic+inttoptr into GEP. See the
1426     // comments on expandAddToGEP for details.
1427     const SCEV *Base = S->getStart();
1428     const SCEV *RestArray[1] = { Rest };
1429     // Dig into the expression to find the pointer base for a GEP.
1430     ExposePointerBase(Base, RestArray[0], SE);
1431     // If we found a pointer, expand the AddRec with a GEP.
1432     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Base->getType())) {
1433       // Make sure the Base isn't something exotic, such as a multiplied
1434       // or divided pointer value. In those cases, the result type isn't
1435       // actually a pointer type.
1436       if (!isa<SCEVMulExpr>(Base) && !isa<SCEVUDivExpr>(Base)) {
1437         Value *StartV = expand(Base);
1438         assert(StartV->getType() == PTy && "Pointer type mismatch for GEP!");
1439         return expandAddToGEP(RestArray, RestArray+1, PTy, Ty, StartV);
1440       }
1441     }
1442
1443     // Just do a normal add. Pre-expand the operands to suppress folding.
1444     return expand(SE.getAddExpr(SE.getUnknown(expand(S->getStart())),
1445                                 SE.getUnknown(expand(Rest))));
1446   }
1447
1448   // If we don't yet have a canonical IV, create one.
1449   if (!CanonicalIV) {
1450     // Create and insert the PHI node for the induction variable in the
1451     // specified loop.
1452     BasicBlock *Header = L->getHeader();
1453     pred_iterator HPB = pred_begin(Header), HPE = pred_end(Header);
1454     CanonicalIV = PHINode::Create(Ty, std::distance(HPB, HPE), "indvar",
1455                                   &Header->front());
1456     rememberInstruction(CanonicalIV);
1457
1458     SmallSet<BasicBlock *, 4> PredSeen;
1459     Constant *One = ConstantInt::get(Ty, 1);
1460     for (pred_iterator HPI = HPB; HPI != HPE; ++HPI) {
1461       BasicBlock *HP = *HPI;
1462       if (!PredSeen.insert(HP).second) {
1463         // There must be an incoming value for each predecessor, even the
1464         // duplicates!
1465         CanonicalIV->addIncoming(CanonicalIV->getIncomingValueForBlock(HP), HP);
1466         continue;
1467       }
1468
1469       if (L->contains(HP)) {
1470         // Insert a unit add instruction right before the terminator
1471         // corresponding to the back-edge.
1472         Instruction *Add = BinaryOperator::CreateAdd(CanonicalIV, One,
1473                                                      "indvar.next",
1474                                                      HP->getTerminator());
1475         Add->setDebugLoc(HP->getTerminator()->getDebugLoc());
1476         rememberInstruction(Add);
1477         CanonicalIV->addIncoming(Add, HP);
1478       } else {
1479         CanonicalIV->addIncoming(Constant::getNullValue(Ty), HP);
1480       }
1481     }
1482   }
1483
1484   // {0,+,1} --> Insert a canonical induction variable into the loop!
1485   if (S->isAffine() && S->getOperand(1)->isOne()) {
1486     assert(Ty == SE.getEffectiveSCEVType(CanonicalIV->getType()) &&
1487            "IVs with types different from the canonical IV should "
1488            "already have been handled!");
1489     return CanonicalIV;
1490   }
1491
1492   // {0,+,F} --> {0,+,1} * F
1493
1494   // If this is a simple linear addrec, emit it now as a special case.
1495   if (S->isAffine())    // {0,+,F} --> i*F
1496     return
1497       expand(SE.getTruncateOrNoop(
1498         SE.getMulExpr(SE.getUnknown(CanonicalIV),
1499                       SE.getNoopOrAnyExtend(S->getOperand(1),
1500                                             CanonicalIV->getType())),
1501         Ty));
1502
1503   // If this is a chain of recurrences, turn it into a closed form, using the
1504   // folders, then expandCodeFor the closed form.  This allows the folders to
1505   // simplify the expression without having to build a bunch of special code
1506   // into this folder.
1507   const SCEV *IH = SE.getUnknown(CanonicalIV);   // Get I as a "symbolic" SCEV.
1508
1509   // Promote S up to the canonical IV type, if the cast is foldable.
1510   const SCEV *NewS = S;
1511   const SCEV *Ext = SE.getNoopOrAnyExtend(S, CanonicalIV->getType());
1512   if (isa<SCEVAddRecExpr>(Ext))
1513     NewS = Ext;
1514
1515   const SCEV *V = cast<SCEVAddRecExpr>(NewS)->evaluateAtIteration(IH, SE);
1516   //cerr << "Evaluated: " << *this << "\n     to: " << *V << "\n";
1517
1518   // Truncate the result down to the original type, if needed.
1519   const SCEV *T = SE.getTruncateOrNoop(V, Ty);
1520   return expand(T);
1521 }
1522
1523 Value *SCEVExpander::visitTruncateExpr(const SCEVTruncateExpr *S) {
1524   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1525   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1526                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1527   Value *I = Builder.CreateTrunc(V, Ty);
1528   rememberInstruction(I);
1529   return I;
1530 }
1531
1532 Value *SCEVExpander::visitZeroExtendExpr(const SCEVZeroExtendExpr *S) {
1533   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1534   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1535                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1536   Value *I = Builder.CreateZExt(V, Ty);
1537   rememberInstruction(I);
1538   return I;
1539 }
1540
1541 Value *SCEVExpander::visitSignExtendExpr(const SCEVSignExtendExpr *S) {
1542   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1543   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1544                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1545   Value *I = Builder.CreateSExt(V, Ty);
1546   rememberInstruction(I);
1547   return I;
1548 }
1549
1550 Value *SCEVExpander::visitSMaxExpr(const SCEVSMaxExpr *S) {
1551   Value *LHS = expand(S->getOperand(S->getNumOperands()-1));
1552   Type *Ty = LHS->getType();
1553   for (int i = S->getNumOperands()-2; i >= 0; --i) {
1554     // In the case of mixed integer and pointer types, do the
1555     // rest of the comparisons as integer.
1556     if (S->getOperand(i)->getType() != Ty) {
1557       Ty = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1558       LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, Ty);
1559     }
1560     Value *RHS = expandCodeFor(S->getOperand(i), Ty);
1561     Value *ICmp = Builder.CreateICmpSGT(LHS, RHS);
1562     rememberInstruction(ICmp);
1563     Value *Sel = Builder.CreateSelect(ICmp, LHS, RHS, "smax");
1564     rememberInstruction(Sel);
1565     LHS = Sel;
1566   }
1567   // In the case of mixed integer and pointer types, cast the
1568   // final result back to the pointer type.
1569   if (LHS->getType() != S->getType())
1570     LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, S->getType());
1571   return LHS;
1572 }
1573
1574 Value *SCEVExpander::visitUMaxExpr(const SCEVUMaxExpr *S) {
1575   Value *LHS = expand(S->getOperand(S->getNumOperands()-1));
1576   Type *Ty = LHS->getType();
1577   for (int i = S->getNumOperands()-2; i >= 0; --i) {
1578     // In the case of mixed integer and pointer types, do the
1579     // rest of the comparisons as integer.
1580     if (S->getOperand(i)->getType() != Ty) {
1581       Ty = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1582       LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, Ty);
1583     }
1584     Value *RHS = expandCodeFor(S->getOperand(i), Ty);
1585     Value *ICmp = Builder.CreateICmpUGT(LHS, RHS);
1586     rememberInstruction(ICmp);
1587     Value *Sel = Builder.CreateSelect(ICmp, LHS, RHS, "umax");
1588     rememberInstruction(Sel);
1589     LHS = Sel;
1590   }
1591   // In the case of mixed integer and pointer types, cast the
1592   // final result back to the pointer type.
1593   if (LHS->getType() != S->getType())
1594     LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, S->getType());
1595   return LHS;
1596 }
1597
1598 Value *SCEVExpander::expandCodeFor(const SCEV *SH, Type *Ty,
1599                                    Instruction *IP) {
1600   assert(IP);
1601   Builder.SetInsertPoint(IP);
1602   return expandCodeFor(SH, Ty);
1603 }
1604
1605 Value *SCEVExpander::expandCodeFor(const SCEV *SH, Type *Ty) {
1606   // Expand the code for this SCEV.
1607   Value *V = expand(SH);
1608   if (Ty) {
1609     assert(SE.getTypeSizeInBits(Ty) == SE.getTypeSizeInBits(SH->getType()) &&
1610            "non-trivial casts should be done with the SCEVs directly!");
1611     V = InsertNoopCastOfTo(V, Ty);
1612   }
1613   return V;
1614 }
1615
1616 Value *SCEVExpander::expand(const SCEV *S) {
1617   // Compute an insertion point for this SCEV object. Hoist the instructions
1618   // as far out in the loop nest as possible.
1619   Instruction *InsertPt = &*Builder.GetInsertPoint();
1620   for (Loop *L = SE.LI.getLoopFor(Builder.GetInsertBlock());;
1621        L = L->getParentLoop())
1622     if (SE.isLoopInvariant(S, L)) {
1623       if (!L) break;
1624       if (BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader())
1625         InsertPt = Preheader->getTerminator();
1626       else {
1627         // LSR sets the insertion point for AddRec start/step values to the
1628         // block start to simplify value reuse, even though it's an invalid
1629         // position. SCEVExpander must correct for this in all cases.
1630         InsertPt = &*L->getHeader()->getFirstInsertionPt();
1631       }
1632     } else {
1633       // If the SCEV is computable at this level, insert it into the header
1634       // after the PHIs (and after any other instructions that we've inserted
1635       // there) so that it is guaranteed to dominate any user inside the loop.
1636       if (L && SE.hasComputableLoopEvolution(S, L) && !PostIncLoops.count(L))
1637         InsertPt = &*L->getHeader()->getFirstInsertionPt();
1638       while (InsertPt != Builder.GetInsertPoint()
1639              && (isInsertedInstruction(InsertPt)
1640                  || isa<DbgInfoIntrinsic>(InsertPt))) {
1641         InsertPt = &*std::next(InsertPt->getIterator());
1642       }
1643       break;
1644     }
1645
1646   // Check to see if we already expanded this here.
1647   auto I = InsertedExpressions.find(std::make_pair(S, InsertPt));
1648   if (I != InsertedExpressions.end())
1649     return I->second;
1650
1651   BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
1652   Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1653
1654   // Expand the expression into instructions.
1655   Value *V = visit(S);
1656
1657   // Remember the expanded value for this SCEV at this location.
1658   //
1659   // This is independent of PostIncLoops. The mapped value simply materializes
1660   // the expression at this insertion point. If the mapped value happened to be
1661   // a postinc expansion, it could be reused by a non-postinc user, but only if
1662   // its insertion point was already at the head of the loop.
1663   InsertedExpressions[std::make_pair(S, InsertPt)] = V;
1664   return V;
1665 }
1666
1667 void SCEVExpander::rememberInstruction(Value *I) {
1668   if (!PostIncLoops.empty())
1669     InsertedPostIncValues.insert(I);
1670   else
1671     InsertedValues.insert(I);
1672 }
1673
1674 /// getOrInsertCanonicalInductionVariable - This method returns the
1675 /// canonical induction variable of the specified type for the specified
1676 /// loop (inserting one if there is none).  A canonical induction variable
1677 /// starts at zero and steps by one on each iteration.
1678 PHINode *
1679 SCEVExpander::getOrInsertCanonicalInductionVariable(const Loop *L,
1680                                                     Type *Ty) {
1681   assert(Ty->isIntegerTy() && "Can only insert integer induction variables!");
1682
1683   // Build a SCEV for {0,+,1}<L>.
1684   // Conservatively use FlagAnyWrap for now.
1685   const SCEV *H = SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(Ty, 0),
1686                                    SE.getConstant(Ty, 1), L, SCEV::FlagAnyWrap);
1687
1688   // Emit code for it.
1689   BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
1690   PHINode *V =
1691       cast<PHINode>(expandCodeFor(H, nullptr, &L->getHeader()->front()));
1692
1693   return V;
1694 }
1695
1696 /// replaceCongruentIVs - Check for congruent phis in this loop header and
1697 /// replace them with their most canonical representative. Return the number of
1698 /// phis eliminated.
1699 ///
1700 /// This does not depend on any SCEVExpander state but should be used in
1701 /// the same context that SCEVExpander is used.
1702 unsigned SCEVExpander::replaceCongruentIVs(Loop *L, const DominatorTree *DT,
1703                                            SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1704                                            const TargetTransformInfo *TTI) {
1705   // Find integer phis in order of increasing width.
1706   SmallVector<PHINode*, 8> Phis;
1707   for (auto &I : *L->getHeader()) {
1708     if (auto *PN = dyn_cast<PHINode>(&I))
1709       Phis.push_back(PN);
1710     else
1711       break;
1712   }
1713
1714   if (TTI)
1715     std::sort(Phis.begin(), Phis.end(), [](Value *LHS, Value *RHS) {
1716       // Put pointers at the back and make sure pointer < pointer = false.
1717       if (!LHS->getType()->isIntegerTy() || !RHS->getType()->isIntegerTy())
1718         return RHS->getType()->isIntegerTy() && !LHS->getType()->isIntegerTy();
1719       return RHS->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1720              LHS->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1721     });
1722
1723   unsigned NumElim = 0;
1724   DenseMap<const SCEV *, PHINode *> ExprToIVMap;
1725   // Process phis from wide to narrow. Map wide phis to their truncation
1726   // so narrow phis can reuse them.
1727   for (PHINode *Phi : Phis) {
1728     auto SimplifyPHINode = [&](PHINode *PN) -> Value * {
1729       if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, DL, &SE.TLI, &SE.DT, &SE.AC))
1730         return V;
1731       if (!SE.isSCEVable(PN->getType()))
1732         return nullptr;
1733       auto *Const = dyn_cast<SCEVConstant>(SE.getSCEV(PN));
1734       if (!Const)
1735         return nullptr;
1736       return Const->getValue();
1737     };
1738
1739     // Fold constant phis. They may be congruent to other constant phis and
1740     // would confuse the logic below that expects proper IVs.
1741     if (Value *V = SimplifyPHINode(Phi)) {
1742       if (V->getType() != Phi->getType())
1743         continue;
1744       Phi->replaceAllUsesWith(V);
1745       DeadInsts.emplace_back(Phi);
1746       ++NumElim;
1747       DEBUG_WITH_TYPE(DebugType, dbgs()
1748                       << "INDVARS: Eliminated constant iv: " << *Phi << '\n');
1749       continue;
1750     }
1751
1752     if (!SE.isSCEVable(Phi->getType()))
1753       continue;
1754
1755     PHINode *&OrigPhiRef = ExprToIVMap[SE.getSCEV(Phi)];
1756     if (!OrigPhiRef) {
1757       OrigPhiRef = Phi;
1758       if (Phi->getType()->isIntegerTy() && TTI
1759           && TTI->isTruncateFree(Phi->getType(), Phis.back()->getType())) {
1760         // This phi can be freely truncated to the narrowest phi type. Map the
1761         // truncated expression to it so it will be reused for narrow types.
1762         const SCEV *TruncExpr =
1763           SE.getTruncateExpr(SE.getSCEV(Phi), Phis.back()->getType());
1764         ExprToIVMap[TruncExpr] = Phi;
1765       }
1766       continue;
1767     }
1768
1769     // Replacing a pointer phi with an integer phi or vice-versa doesn't make
1770     // sense.
1771     if (OrigPhiRef->getType()->isPointerTy() != Phi->getType()->isPointerTy())
1772       continue;
1773
1774     if (BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch()) {
1775       Instruction *OrigInc =
1776         cast<Instruction>(OrigPhiRef->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
1777       Instruction *IsomorphicInc =
1778         cast<Instruction>(Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
1779
1780       // If this phi has the same width but is more canonical, replace the
1781       // original with it. As part of the "more canonical" determination,
1782       // respect a prior decision to use an IV chain.
1783       if (OrigPhiRef->getType() == Phi->getType()
1784           && !(ChainedPhis.count(Phi)
1785                || isExpandedAddRecExprPHI(OrigPhiRef, OrigInc, L))
1786           && (ChainedPhis.count(Phi)
1787               || isExpandedAddRecExprPHI(Phi, IsomorphicInc, L))) {
1788         std::swap(OrigPhiRef, Phi);
1789         std::swap(OrigInc, IsomorphicInc);
1790       }
1791       // Replacing the congruent phi is sufficient because acyclic redundancy
1792       // elimination, CSE/GVN, should handle the rest. However, once SCEV proves
1793       // that a phi is congruent, it's often the head of an IV user cycle that
1794       // is isomorphic with the original phi. It's worth eagerly cleaning up the
1795       // common case of a single IV increment so that DeleteDeadPHIs can remove
1796       // cycles that had postinc uses.
1797       const SCEV *TruncExpr = SE.getTruncateOrNoop(SE.getSCEV(OrigInc),
1798                                                    IsomorphicInc->getType());
1799       if (OrigInc != IsomorphicInc
1800           && TruncExpr == SE.getSCEV(IsomorphicInc)
1801           && ((isa<PHINode>(OrigInc) && isa<PHINode>(IsomorphicInc))
1802               || hoistIVInc(OrigInc, IsomorphicInc))) {
1803         DEBUG_WITH_TYPE(DebugType, dbgs()
1804                         << "INDVARS: Eliminated congruent iv.inc: "
1805                         << *IsomorphicInc << '\n');
1806         Value *NewInc = OrigInc;
1807         if (OrigInc->getType() != IsomorphicInc->getType()) {
1808           Instruction *IP = nullptr;
1809           if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(OrigInc))
1810             IP = &*PN->getParent()->getFirstInsertionPt();
1811           else
1812             IP = OrigInc->getNextNode();
1813
1814           IRBuilder<> Builder(IP);
1815           Builder.SetCurrentDebugLocation(IsomorphicInc->getDebugLoc());
1816           NewInc = Builder.
1817             CreateTruncOrBitCast(OrigInc, IsomorphicInc->getType(), IVName);
1818         }
1819         IsomorphicInc->replaceAllUsesWith(NewInc);
1820         DeadInsts.emplace_back(IsomorphicInc);
1821       }
1822     }
1823     DEBUG_WITH_TYPE(DebugType, dbgs()
1824                     << "INDVARS: Eliminated congruent iv: " << *Phi << '\n');
1825     ++NumElim;
1826     Value *NewIV = OrigPhiRef;
1827     if (OrigPhiRef->getType() != Phi->getType()) {
1828       IRBuilder<> Builder(&*L->getHeader()->getFirstInsertionPt());
1829       Builder.SetCurrentDebugLocation(Phi->getDebugLoc());
1830       NewIV = Builder.CreateTruncOrBitCast(OrigPhiRef, Phi->getType(), IVName);
1831     }
1832     Phi->replaceAllUsesWith(NewIV);
1833     DeadInsts.emplace_back(Phi);
1834   }
1835   return NumElim;
1836 }
1837
1838 Value *SCEVExpander::findExistingExpansion(const SCEV *S,
1839                                            const Instruction *At, Loop *L) {
1840   using namespace llvm::PatternMatch;
1841
1842   SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitingBlocks;
1843   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
1844
1845   // Look for suitable value in simple conditions at the loop exits.
1846   for (BasicBlock *BB : ExitingBlocks) {
1847     ICmpInst::Predicate Pred;
1848     Instruction *LHS, *RHS;
1849     BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
1850
1851     if (!match(BB->getTerminator(),
1852                m_Br(m_ICmp(Pred, m_Instruction(LHS), m_Instruction(RHS)),
1853                     TrueBB, FalseBB)))
1854       continue;
1855
1856     if (SE.getSCEV(LHS) == S && SE.DT.dominates(LHS, At))
1857       return LHS;
1858
1859     if (SE.getSCEV(RHS) == S && SE.DT.dominates(RHS, At))
1860       return RHS;
1861   }
1862
1863   // There is potential to make this significantly smarter, but this simple
1864   // heuristic already gets some interesting cases.
1865
1866   // Can not find suitable value.
1867   return nullptr;
1868 }
1869
1870 bool SCEVExpander::isHighCostExpansionHelper(
1871     const SCEV *S, Loop *L, const Instruction *At,
1872     SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Processed) {
1873
1874   // If we can find an existing value for this scev avaliable at the point "At"
1875   // then consider the expression cheap.
1876   if (At && findExistingExpansion(S, At, L) != nullptr)
1877     return false;
1878
1879   // Zero/One operand expressions
1880   switch (S->getSCEVType()) {
1881   case scUnknown:
1882   case scConstant:
1883     return false;
1884   case scTruncate:
1885     return isHighCostExpansionHelper(cast<SCEVTruncateExpr>(S)->getOperand(),
1886                                      L, At, Processed);
1887   case scZeroExtend:
1888     return isHighCostExpansionHelper(cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)->getOperand(),
1889                                      L, At, Processed);
1890   case scSignExtend:
1891     return isHighCostExpansionHelper(cast<SCEVSignExtendExpr>(S)->getOperand(),
1892                                      L, At, Processed);
1893   }
1894
1895   if (!Processed.insert(S).second)
1896     return false;
1897
1898   if (auto *UDivExpr = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
1899     // If the divisor is a power of two and the SCEV type fits in a native
1900     // integer, consider the division cheap irrespective of whether it occurs in
1901     // the user code since it can be lowered into a right shift.
1902     if (auto *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UDivExpr->getRHS()))
1903       if (SC->getValue()->getValue().isPowerOf2()) {
1904         const DataLayout &DL =
1905             L->getHeader()->getParent()->getParent()->getDataLayout();
1906         unsigned Width = cast<IntegerType>(UDivExpr->getType())->getBitWidth();
1907         return DL.isIllegalInteger(Width);
1908       }
1909
1910     // UDivExpr is very likely a UDiv that ScalarEvolution's HowFarToZero or
1911     // HowManyLessThans produced to compute a precise expression, rather than a
1912     // UDiv from the user's code. If we can't find a UDiv in the code with some
1913     // simple searching, assume the former consider UDivExpr expensive to
1914     // compute.
1915     BasicBlock *ExitingBB = L->getExitingBlock();
1916     if (!ExitingBB)
1917       return true;
1918
1919     // At the beginning of this function we already tried to find existing value
1920     // for plain 'S'. Now try to lookup 'S + 1' since it is common pattern
1921     // involving division. This is just a simple search heuristic.
1922     if (!At)
1923       At = &ExitingBB->back();
1924     if (!findExistingExpansion(
1925             SE.getAddExpr(S, SE.getConstant(S->getType(), 1)), At, L))
1926       return true;
1927   }
1928
1929   // HowManyLessThans uses a Max expression whenever the loop is not guarded by
1930   // the exit condition.
1931   if (isa<SCEVSMaxExpr>(S) || isa<SCEVUMaxExpr>(S))
1932     return true;
1933
1934   // Recurse past nary expressions, which commonly occur in the
1935   // BackedgeTakenCount. They may already exist in program code, and if not,
1936   // they are not too expensive rematerialize.
1937   if (const SCEVNAryExpr *NAry = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S)) {
1938     for (auto *Op : NAry->operands())
1939       if (isHighCostExpansionHelper(Op, L, At, Processed))
1940         return true;
1941   }
1942
1943   // If we haven't recognized an expensive SCEV pattern, assume it's an
1944   // expression produced by program code.
1945   return false;
1946 }
1947
1948 Value *SCEVExpander::expandCodeForPredicate(const SCEVPredicate *Pred,
1949                                             Instruction *IP) {
1950   assert(IP);
1951   switch (Pred->getKind()) {
1952   case SCEVPredicate::P_Union:
1953     return expandUnionPredicate(cast<SCEVUnionPredicate>(Pred), IP);
1954   case SCEVPredicate::P_Equal:
1955     return expandEqualPredicate(cast<SCEVEqualPredicate>(Pred), IP);
1956   }
1957   llvm_unreachable("Unknown SCEV predicate type");
1958 }
1959
1960 Value *SCEVExpander::expandEqualPredicate(const SCEVEqualPredicate *Pred,
1961                                           Instruction *IP) {
1962   Value *Expr0 = expandCodeFor(Pred->getLHS(), Pred->getLHS()->getType(), IP);
1963   Value *Expr1 = expandCodeFor(Pred->getRHS(), Pred->getRHS()->getType(), IP);
1964
1965   Builder.SetInsertPoint(IP);
1966   auto *I = Builder.CreateICmpNE(Expr0, Expr1, "ident.check");
1967   return I;
1968 }
1969
1970 Value *SCEVExpander::expandUnionPredicate(const SCEVUnionPredicate *Union,
1971                                           Instruction *IP) {
1972   auto *BoolType = IntegerType::get(IP->getContext(), 1);
1973   Value *Check = ConstantInt::getNullValue(BoolType);
1974
1975   // Loop over all checks in this set.
1976   for (auto Pred : Union->getPredicates()) {
1977     auto *NextCheck = expandCodeForPredicate(Pred, IP);
1978     Builder.SetInsertPoint(IP);
1979     Check = Builder.CreateOr(Check, NextCheck);
1980   }
1981
1982   return Check;
1983 }
1984
1985 namespace {
1986 // Search for a SCEV subexpression that is not safe to expand.  Any expression
1987 // that may expand to a !isSafeToSpeculativelyExecute value is unsafe, namely
1988 // UDiv expressions. We don't know if the UDiv is derived from an IR divide
1989 // instruction, but the important thing is that we prove the denominator is
1990 // nonzero before expansion.
1991 //
1992 // IVUsers already checks that IV-derived expressions are safe. So this check is
1993 // only needed when the expression includes some subexpression that is not IV
1994 // derived.
1995 //
1996 // Currently, we only allow division by a nonzero constant here. If this is
1997 // inadequate, we could easily allow division by SCEVUnknown by using
1998 // ValueTracking to check isKnownNonZero().
1999 //
2000 // We cannot generally expand recurrences unless the step dominates the loop
2001 // header. The expander handles the special case of affine recurrences by
2002 // scaling the recurrence outside the loop, but this technique isn't generally
2003 // applicable. Expanding a nested recurrence outside a loop requires computing
2004 // binomial coefficients. This could be done, but the recurrence has to be in a
2005 // perfectly reduced form, which can't be guaranteed.
2006 struct SCEVFindUnsafe {
2007   ScalarEvolution &SE;
2008   bool IsUnsafe;
2009
2010   SCEVFindUnsafe(ScalarEvolution &se): SE(se), IsUnsafe(false) {}
2011
2012   bool follow(const SCEV *S) {
2013     if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
2014       const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(D->getRHS());
2015       if (!SC || SC->getValue()->isZero()) {
2016         IsUnsafe = true;
2017         return false;
2018       }
2019     }
2020     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2021       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(SE);
2022       if (!AR->isAffine() && !SE.dominates(Step, AR->getLoop()->getHeader())) {
2023         IsUnsafe = true;
2024         return false;
2025       }
2026     }
2027     return true;
2028   }
2029   bool isDone() const { return IsUnsafe; }
2030 };
2031 }
2032
2033 namespace llvm {
2034 bool isSafeToExpand(const SCEV *S, ScalarEvolution &SE) {
2035   SCEVFindUnsafe Search(SE);
2036   visitAll(S, Search);
2037   return !Search.IsUnsafe;
2038 }
2039 }