[C++] Use 'nullptr'. Transforms edition.
[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/LoopInfo.h"
20 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
21 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
22 #include "llvm/IR/Dominators.h"
23 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
24 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
25 #include "llvm/Support/Debug.h"
26
27 using namespace llvm;
28
29 /// ReuseOrCreateCast - Arrange for there to be a cast of V to Ty at IP,
30 /// reusing an existing cast if a suitable one exists, moving an existing
31 /// cast if a suitable one exists but isn't in the right place, or
32 /// creating a new one.
33 Value *SCEVExpander::ReuseOrCreateCast(Value *V, Type *Ty,
34                                        Instruction::CastOps Op,
35                                        BasicBlock::iterator IP) {
36   // This function must be called with the builder having a valid insertion
37   // point. It doesn't need to be the actual IP where the uses of the returned
38   // cast will be added, but it must dominate such IP.
39   // We use this precondition to produce a cast that will dominate all its
40   // uses. In particular, this is crucial for the case where the builder's
41   // insertion point *is* the point where we were asked to put the cast.
42   // Since we don't know the builder's insertion point is actually
43   // where the uses will be added (only that it dominates it), we are
44   // not allowed to move it.
45   BasicBlock::iterator BIP = Builder.GetInsertPoint();
46
47   Instruction *Ret = nullptr;
48
49   // Check to see if there is already a cast!
50   for (User *U : V->users())
51     if (U->getType() == Ty)
52       if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(U))
53         if (CI->getOpcode() == Op) {
54           // If the cast isn't where we want it, create a new cast at IP.
55           // Likewise, do not reuse a cast at BIP because it must dominate
56           // instructions that might be inserted before BIP.
57           if (BasicBlock::iterator(CI) != IP || BIP == IP) {
58             // Create a new cast, and leave the old cast in place in case
59             // it is being used as an insert point. Clear its operand
60             // so that it doesn't hold anything live.
61             Ret = CastInst::Create(Op, V, Ty, "", IP);
62             Ret->takeName(CI);
63             CI->replaceAllUsesWith(Ret);
64             CI->setOperand(0, UndefValue::get(V->getType()));
65             break;
66           }
67           Ret = CI;
68           break;
69         }
70
71   // Create a new cast.
72   if (!Ret)
73     Ret = CastInst::Create(Op, V, Ty, V->getName(), IP);
74
75   // We assert at the end of the function since IP might point to an
76   // instruction with different dominance properties than a cast
77   // (an invoke for example) and not dominate BIP (but the cast does).
78   assert(SE.DT->dominates(Ret, BIP));
79
80   rememberInstruction(Ret);
81   return Ret;
82 }
83
84 /// InsertNoopCastOfTo - Insert a cast of V to the specified type,
85 /// which must be possible with a noop cast, doing what we can to share
86 /// the casts.
87 Value *SCEVExpander::InsertNoopCastOfTo(Value *V, Type *Ty) {
88   Instruction::CastOps Op = CastInst::getCastOpcode(V, false, Ty, false);
89   assert((Op == Instruction::BitCast ||
90           Op == Instruction::PtrToInt ||
91           Op == Instruction::IntToPtr) &&
92          "InsertNoopCastOfTo cannot perform non-noop casts!");
93   assert(SE.getTypeSizeInBits(V->getType()) == SE.getTypeSizeInBits(Ty) &&
94          "InsertNoopCastOfTo cannot change sizes!");
95
96   // Short-circuit unnecessary bitcasts.
97   if (Op == Instruction::BitCast) {
98     if (V->getType() == Ty)
99       return V;
100     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V)) {
101       if (CI->getOperand(0)->getType() == Ty)
102         return CI->getOperand(0);
103     }
104   }
105   // Short-circuit unnecessary inttoptr<->ptrtoint casts.
106   if ((Op == Instruction::PtrToInt || Op == Instruction::IntToPtr) &&
107       SE.getTypeSizeInBits(Ty) == SE.getTypeSizeInBits(V->getType())) {
108     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V))
109       if ((CI->getOpcode() == Instruction::PtrToInt ||
110            CI->getOpcode() == Instruction::IntToPtr) &&
111           SE.getTypeSizeInBits(CI->getType()) ==
112           SE.getTypeSizeInBits(CI->getOperand(0)->getType()))
113         return CI->getOperand(0);
114     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
115       if ((CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt ||
116            CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr) &&
117           SE.getTypeSizeInBits(CE->getType()) ==
118           SE.getTypeSizeInBits(CE->getOperand(0)->getType()))
119         return CE->getOperand(0);
120   }
121
122   // Fold a cast of a constant.
123   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
124     return ConstantExpr::getCast(Op, C, Ty);
125
126   // Cast the argument at the beginning of the entry block, after
127   // any bitcasts of other arguments.
128   if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
129     BasicBlock::iterator IP = A->getParent()->getEntryBlock().begin();
130     while ((isa<BitCastInst>(IP) &&
131             isa<Argument>(cast<BitCastInst>(IP)->getOperand(0)) &&
132             cast<BitCastInst>(IP)->getOperand(0) != A) ||
133            isa<DbgInfoIntrinsic>(IP) ||
134            isa<LandingPadInst>(IP))
135       ++IP;
136     return ReuseOrCreateCast(A, Ty, Op, IP);
137   }
138
139   // Cast the instruction immediately after the instruction.
140   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
141   BasicBlock::iterator IP = I; ++IP;
142   if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(I))
143     IP = II->getNormalDest()->begin();
144   while (isa<PHINode>(IP) || isa<LandingPadInst>(IP))
145     ++IP;
146   return ReuseOrCreateCast(I, Ty, Op, IP);
147 }
148
149 /// InsertBinop - Insert the specified binary operator, doing a small amount
150 /// of work to avoid inserting an obviously redundant operation.
151 Value *SCEVExpander::InsertBinop(Instruction::BinaryOps Opcode,
152                                  Value *LHS, Value *RHS) {
153   // Fold a binop with constant operands.
154   if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(LHS))
155     if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(RHS))
156       return ConstantExpr::get(Opcode, CLHS, CRHS);
157
158   // Do a quick scan to see if we have this binop nearby.  If so, reuse it.
159   unsigned ScanLimit = 6;
160   BasicBlock::iterator BlockBegin = Builder.GetInsertBlock()->begin();
161   // Scanning starts from the last instruction before the insertion point.
162   BasicBlock::iterator IP = Builder.GetInsertPoint();
163   if (IP != BlockBegin) {
164     --IP;
165     for (; ScanLimit; --IP, --ScanLimit) {
166       // Don't count dbg.value against the ScanLimit, to avoid perturbing the
167       // generated code.
168       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP))
169         ScanLimit++;
170       if (IP->getOpcode() == (unsigned)Opcode && IP->getOperand(0) == LHS &&
171           IP->getOperand(1) == RHS)
172         return IP;
173       if (IP == BlockBegin) break;
174     }
175   }
176
177   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
178   DebugLoc Loc = Builder.GetInsertPoint()->getDebugLoc();
179   BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
180
181   // Move the insertion point out of as many loops as we can.
182   while (const Loop *L = SE.LI->getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
183     if (!L->isLoopInvariant(LHS) || !L->isLoopInvariant(RHS)) break;
184     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
185     if (!Preheader) break;
186
187     // Ok, move up a level.
188     Builder.SetInsertPoint(Preheader, Preheader->getTerminator());
189   }
190
191   // If we haven't found this binop, insert it.
192   Instruction *BO = cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opcode, LHS, RHS));
193   BO->setDebugLoc(Loc);
194   rememberInstruction(BO);
195
196   return BO;
197 }
198
199 /// FactorOutConstant - Test if S is divisible by Factor, using signed
200 /// division. If so, update S with Factor divided out and return true.
201 /// S need not be evenly divisible if a reasonable remainder can be
202 /// computed.
203 /// TODO: When ScalarEvolution gets a SCEVSDivExpr, this can be made
204 /// unnecessary; in its place, just signed-divide Ops[i] by the scale and
205 /// check to see if the divide was folded.
206 static bool FactorOutConstant(const SCEV *&S,
207                               const SCEV *&Remainder,
208                               const SCEV *Factor,
209                               ScalarEvolution &SE,
210                               const DataLayout *DL) {
211   // Everything is divisible by one.
212   if (Factor->isOne())
213     return true;
214
215   // x/x == 1.
216   if (S == Factor) {
217     S = SE.getConstant(S->getType(), 1);
218     return true;
219   }
220
221   // For a Constant, check for a multiple of the given factor.
222   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
223     // 0/x == 0.
224     if (C->isZero())
225       return true;
226     // Check for divisibility.
227     if (const SCEVConstant *FC = dyn_cast<SCEVConstant>(Factor)) {
228       ConstantInt *CI =
229         ConstantInt::get(SE.getContext(),
230                          C->getValue()->getValue().sdiv(
231                                                    FC->getValue()->getValue()));
232       // If the quotient is zero and the remainder is non-zero, reject
233       // the value at this scale. It will be considered for subsequent
234       // smaller scales.
235       if (!CI->isZero()) {
236         const SCEV *Div = SE.getConstant(CI);
237         S = Div;
238         Remainder =
239           SE.getAddExpr(Remainder,
240                         SE.getConstant(C->getValue()->getValue().srem(
241                                                   FC->getValue()->getValue())));
242         return true;
243       }
244     }
245   }
246
247   // In a Mul, check if there is a constant operand which is a multiple
248   // of the given factor.
249   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
250     if (DL) {
251       // With DataLayout, the size is known. Check if there is a constant
252       // operand which is a multiple of the given factor. If so, we can
253       // factor it.
254       const SCEVConstant *FC = cast<SCEVConstant>(Factor);
255       if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(0)))
256         if (!C->getValue()->getValue().srem(FC->getValue()->getValue())) {
257           SmallVector<const SCEV *, 4> NewMulOps(M->op_begin(), M->op_end());
258           NewMulOps[0] =
259             SE.getConstant(C->getValue()->getValue().sdiv(
260                                                    FC->getValue()->getValue()));
261           S = SE.getMulExpr(NewMulOps);
262           return true;
263         }
264     } else {
265       // Without DataLayout, check if Factor can be factored out of any of the
266       // Mul's operands. If so, we can just remove it.
267       for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
268         const SCEV *SOp = M->getOperand(i);
269         const SCEV *Remainder = SE.getConstant(SOp->getType(), 0);
270         if (FactorOutConstant(SOp, Remainder, Factor, SE, DL) &&
271             Remainder->isZero()) {
272           SmallVector<const SCEV *, 4> NewMulOps(M->op_begin(), M->op_end());
273           NewMulOps[i] = SOp;
274           S = SE.getMulExpr(NewMulOps);
275           return true;
276         }
277       }
278     }
279   }
280
281   // In an AddRec, check if both start and step are divisible.
282   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
283     const SCEV *Step = A->getStepRecurrence(SE);
284     const SCEV *StepRem = SE.getConstant(Step->getType(), 0);
285     if (!FactorOutConstant(Step, StepRem, Factor, SE, DL))
286       return false;
287     if (!StepRem->isZero())
288       return false;
289     const SCEV *Start = A->getStart();
290     if (!FactorOutConstant(Start, Remainder, Factor, SE, DL))
291       return false;
292     S = SE.getAddRecExpr(Start, Step, A->getLoop(),
293                          A->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
294     return true;
295   }
296
297   return false;
298 }
299
300 /// SimplifyAddOperands - Sort and simplify a list of add operands. NumAddRecs
301 /// is the number of SCEVAddRecExprs present, which are kept at the end of
302 /// the list.
303 ///
304 static void SimplifyAddOperands(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
305                                 Type *Ty,
306                                 ScalarEvolution &SE) {
307   unsigned NumAddRecs = 0;
308   for (unsigned i = Ops.size(); i > 0 && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[i-1]); --i)
309     ++NumAddRecs;
310   // Group Ops into non-addrecs and addrecs.
311   SmallVector<const SCEV *, 8> NoAddRecs(Ops.begin(), Ops.end() - NumAddRecs);
312   SmallVector<const SCEV *, 8> AddRecs(Ops.end() - NumAddRecs, Ops.end());
313   // Let ScalarEvolution sort and simplify the non-addrecs list.
314   const SCEV *Sum = NoAddRecs.empty() ?
315                     SE.getConstant(Ty, 0) :
316                     SE.getAddExpr(NoAddRecs);
317   // If it returned an add, use the operands. Otherwise it simplified
318   // the sum into a single value, so just use that.
319   Ops.clear();
320   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Sum))
321     Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
322   else if (!Sum->isZero())
323     Ops.push_back(Sum);
324   // Then append the addrecs.
325   Ops.append(AddRecs.begin(), AddRecs.end());
326 }
327
328 /// SplitAddRecs - Flatten a list of add operands, moving addrec start values
329 /// out to the top level. For example, convert {a + b,+,c} to a, b, {0,+,d}.
330 /// This helps expose more opportunities for folding parts of the expressions
331 /// into GEP indices.
332 ///
333 static void SplitAddRecs(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
334                          Type *Ty,
335                          ScalarEvolution &SE) {
336   // Find the addrecs.
337   SmallVector<const SCEV *, 8> AddRecs;
338   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
339     while (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[i])) {
340       const SCEV *Start = A->getStart();
341       if (Start->isZero()) break;
342       const SCEV *Zero = SE.getConstant(Ty, 0);
343       AddRecs.push_back(SE.getAddRecExpr(Zero,
344                                          A->getStepRecurrence(SE),
345                                          A->getLoop(),
346                                          A->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
347       if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Start)) {
348         Ops[i] = Zero;
349         Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
350         e += Add->getNumOperands();
351       } else {
352         Ops[i] = Start;
353       }
354     }
355   if (!AddRecs.empty()) {
356     // Add the addrecs onto the end of the list.
357     Ops.append(AddRecs.begin(), AddRecs.end());
358     // Resort the operand list, moving any constants to the front.
359     SimplifyAddOperands(Ops, Ty, SE);
360   }
361 }
362
363 /// expandAddToGEP - Expand an addition expression with a pointer type into
364 /// a GEP instead of using ptrtoint+arithmetic+inttoptr. This helps
365 /// BasicAliasAnalysis and other passes analyze the result. See the rules
366 /// for getelementptr vs. inttoptr in
367 /// http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointeraliasing
368 /// for details.
369 ///
370 /// Design note: The correctness of using getelementptr here depends on
371 /// ScalarEvolution not recognizing inttoptr and ptrtoint operators, as
372 /// they may introduce pointer arithmetic which may not be safely converted
373 /// into getelementptr.
374 ///
375 /// Design note: It might seem desirable for this function to be more
376 /// loop-aware. If some of the indices are loop-invariant while others
377 /// aren't, it might seem desirable to emit multiple GEPs, keeping the
378 /// loop-invariant portions of the overall computation outside the loop.
379 /// However, there are a few reasons this is not done here. Hoisting simple
380 /// arithmetic is a low-level optimization that often isn't very
381 /// important until late in the optimization process. In fact, passes
382 /// like InstructionCombining will combine GEPs, even if it means
383 /// pushing loop-invariant computation down into loops, so even if the
384 /// GEPs were split here, the work would quickly be undone. The
385 /// LoopStrengthReduction pass, which is usually run quite late (and
386 /// after the last InstructionCombining pass), takes care of hoisting
387 /// loop-invariant portions of expressions, after considering what
388 /// can be folded using target addressing modes.
389 ///
390 Value *SCEVExpander::expandAddToGEP(const SCEV *const *op_begin,
391                                     const SCEV *const *op_end,
392                                     PointerType *PTy,
393                                     Type *Ty,
394                                     Value *V) {
395   Type *ElTy = PTy->getElementType();
396   SmallVector<Value *, 4> GepIndices;
397   SmallVector<const SCEV *, 8> Ops(op_begin, op_end);
398   bool AnyNonZeroIndices = false;
399
400   // Split AddRecs up into parts as either of the parts may be usable
401   // without the other.
402   SplitAddRecs(Ops, Ty, SE);
403
404   Type *IntPtrTy = SE.DL
405                  ? SE.DL->getIntPtrType(PTy)
406                  : Type::getInt64Ty(PTy->getContext());
407
408   // Descend down the pointer's type and attempt to convert the other
409   // operands into GEP indices, at each level. The first index in a GEP
410   // indexes into the array implied by the pointer operand; the rest of
411   // the indices index into the element or field type selected by the
412   // preceding index.
413   for (;;) {
414     // If the scale size is not 0, attempt to factor out a scale for
415     // array indexing.
416     SmallVector<const SCEV *, 8> ScaledOps;
417     if (ElTy->isSized()) {
418       const SCEV *ElSize = SE.getSizeOfExpr(IntPtrTy, ElTy);
419       if (!ElSize->isZero()) {
420         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
421         for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
422           const SCEV *Op = Ops[i];
423           const SCEV *Remainder = SE.getConstant(Ty, 0);
424           if (FactorOutConstant(Op, Remainder, ElSize, SE, SE.DL)) {
425             // Op now has ElSize factored out.
426             ScaledOps.push_back(Op);
427             if (!Remainder->isZero())
428               NewOps.push_back(Remainder);
429             AnyNonZeroIndices = true;
430           } else {
431             // The operand was not divisible, so add it to the list of operands
432             // we'll scan next iteration.
433             NewOps.push_back(Ops[i]);
434           }
435         }
436         // If we made any changes, update Ops.
437         if (!ScaledOps.empty()) {
438           Ops = NewOps;
439           SimplifyAddOperands(Ops, Ty, SE);
440         }
441       }
442     }
443
444     // Record the scaled array index for this level of the type. If
445     // we didn't find any operands that could be factored, tentatively
446     // assume that element zero was selected (since the zero offset
447     // would obviously be folded away).
448     Value *Scaled = ScaledOps.empty() ?
449                     Constant::getNullValue(Ty) :
450                     expandCodeFor(SE.getAddExpr(ScaledOps), Ty);
451     GepIndices.push_back(Scaled);
452
453     // Collect struct field index operands.
454     while (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElTy)) {
455       bool FoundFieldNo = false;
456       // An empty struct has no fields.
457       if (STy->getNumElements() == 0) break;
458       if (SE.DL) {
459         // With DataLayout, field offsets are known. See if a constant offset
460         // falls within any of the struct fields.
461         if (Ops.empty()) break;
462         if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0]))
463           if (SE.getTypeSizeInBits(C->getType()) <= 64) {
464             const StructLayout &SL = *SE.DL->getStructLayout(STy);
465             uint64_t FullOffset = C->getValue()->getZExtValue();
466             if (FullOffset < SL.getSizeInBytes()) {
467               unsigned ElIdx = SL.getElementContainingOffset(FullOffset);
468               GepIndices.push_back(
469                   ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()), ElIdx));
470               ElTy = STy->getTypeAtIndex(ElIdx);
471               Ops[0] =
472                 SE.getConstant(Ty, FullOffset - SL.getElementOffset(ElIdx));
473               AnyNonZeroIndices = true;
474               FoundFieldNo = true;
475             }
476           }
477       } else {
478         // Without DataLayout, just check for an offsetof expression of the
479         // appropriate struct type.
480         for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
481           if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(Ops[i])) {
482             Type *CTy;
483             Constant *FieldNo;
484             if (U->isOffsetOf(CTy, FieldNo) && CTy == STy) {
485               GepIndices.push_back(FieldNo);
486               ElTy =
487                 STy->getTypeAtIndex(cast<ConstantInt>(FieldNo)->getZExtValue());
488               Ops[i] = SE.getConstant(Ty, 0);
489               AnyNonZeroIndices = true;
490               FoundFieldNo = true;
491               break;
492             }
493           }
494       }
495       // If no struct field offsets were found, tentatively assume that
496       // field zero was selected (since the zero offset would obviously
497       // be folded away).
498       if (!FoundFieldNo) {
499         ElTy = STy->getTypeAtIndex(0u);
500         GepIndices.push_back(
501           Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(Ty->getContext())));
502       }
503     }
504
505     if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(ElTy))
506       ElTy = ATy->getElementType();
507     else
508       break;
509   }
510
511   // If none of the operands were convertible to proper GEP indices, cast
512   // the base to i8* and do an ugly getelementptr with that. It's still
513   // better than ptrtoint+arithmetic+inttoptr at least.
514   if (!AnyNonZeroIndices) {
515     // Cast the base to i8*.
516     V = InsertNoopCastOfTo(V,
517        Type::getInt8PtrTy(Ty->getContext(), PTy->getAddressSpace()));
518
519     assert(!isa<Instruction>(V) ||
520            SE.DT->dominates(cast<Instruction>(V), Builder.GetInsertPoint()));
521
522     // Expand the operands for a plain byte offset.
523     Value *Idx = expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty);
524
525     // Fold a GEP with constant operands.
526     if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(V))
527       if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(Idx))
528         return ConstantExpr::getGetElementPtr(CLHS, CRHS);
529
530     // Do a quick scan to see if we have this GEP nearby.  If so, reuse it.
531     unsigned ScanLimit = 6;
532     BasicBlock::iterator BlockBegin = Builder.GetInsertBlock()->begin();
533     // Scanning starts from the last instruction before the insertion point.
534     BasicBlock::iterator IP = Builder.GetInsertPoint();
535     if (IP != BlockBegin) {
536       --IP;
537       for (; ScanLimit; --IP, --ScanLimit) {
538         // Don't count dbg.value against the ScanLimit, to avoid perturbing the
539         // generated code.
540         if (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP))
541           ScanLimit++;
542         if (IP->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
543             IP->getOperand(0) == V && IP->getOperand(1) == Idx)
544           return IP;
545         if (IP == BlockBegin) break;
546       }
547     }
548
549     // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
550     BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
551
552     // Move the insertion point out of as many loops as we can.
553     while (const Loop *L = SE.LI->getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
554       if (!L->isLoopInvariant(V) || !L->isLoopInvariant(Idx)) break;
555       BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
556       if (!Preheader) break;
557
558       // Ok, move up a level.
559       Builder.SetInsertPoint(Preheader, Preheader->getTerminator());
560     }
561
562     // Emit a GEP.
563     Value *GEP = Builder.CreateGEP(V, Idx, "uglygep");
564     rememberInstruction(GEP);
565
566     return GEP;
567   }
568
569   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
570   BuilderType::InsertPoint SaveInsertPt = Builder.saveIP();
571
572   // Move the insertion point out of as many loops as we can.
573   while (const Loop *L = SE.LI->getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
574     if (!L->isLoopInvariant(V)) break;
575
576     bool AnyIndexNotLoopInvariant = false;
577     for (SmallVectorImpl<Value *>::const_iterator I = GepIndices.begin(),
578          E = GepIndices.end(); I != E; ++I)
579       if (!L->isLoopInvariant(*I)) {
580         AnyIndexNotLoopInvariant = true;
581         break;
582       }
583     if (AnyIndexNotLoopInvariant)
584       break;
585
586     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
587     if (!Preheader) break;
588
589     // Ok, move up a level.
590     Builder.SetInsertPoint(Preheader, Preheader->getTerminator());
591   }
592
593   // Insert a pretty getelementptr. Note that this GEP is not marked inbounds,
594   // because ScalarEvolution may have changed the address arithmetic to
595   // compute a value which is beyond the end of the allocated object.
596   Value *Casted = V;
597   if (V->getType() != PTy)
598     Casted = InsertNoopCastOfTo(Casted, PTy);
599   Value *GEP = Builder.CreateGEP(Casted,
600                                  GepIndices,
601                                  "scevgep");
602   Ops.push_back(SE.getUnknown(GEP));
603   rememberInstruction(GEP);
604
605   // Restore the original insert point.
606   Builder.restoreIP(SaveInsertPt);
607
608   return expand(SE.getAddExpr(Ops));
609 }
610
611 /// PickMostRelevantLoop - Given two loops pick the one that's most relevant for
612 /// SCEV expansion. If they are nested, this is the most nested. If they are
613 /// neighboring, pick the later.
614 static const Loop *PickMostRelevantLoop(const Loop *A, const Loop *B,
615                                         DominatorTree &DT) {
616   if (!A) return B;
617   if (!B) return A;
618   if (A->contains(B)) return B;
619   if (B->contains(A)) return A;
620   if (DT.dominates(A->getHeader(), B->getHeader())) return B;
621   if (DT.dominates(B->getHeader(), A->getHeader())) return A;
622   return A; // Arbitrarily break the tie.
623 }
624
625 /// getRelevantLoop - Get the most relevant loop associated with the given
626 /// expression, according to PickMostRelevantLoop.
627 const Loop *SCEVExpander::getRelevantLoop(const SCEV *S) {
628   // Test whether we've already computed the most relevant loop for this SCEV.
629   std::pair<DenseMap<const SCEV *, const Loop *>::iterator, bool> Pair =
630     RelevantLoops.insert(std::make_pair(S, nullptr));
631   if (!Pair.second)
632     return Pair.first->second;
633
634   if (isa<SCEVConstant>(S))
635     // A constant has no relevant loops.
636     return nullptr;
637   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
638     if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U->getValue()))
639       return Pair.first->second = SE.LI->getLoopFor(I->getParent());
640     // A non-instruction has no relevant loops.
641     return nullptr;
642   }
643   if (const SCEVNAryExpr *N = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S)) {
644     const Loop *L = nullptr;
645     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
646       L = AR->getLoop();
647     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = N->op_begin(), E = N->op_end();
648          I != E; ++I)
649       L = PickMostRelevantLoop(L, getRelevantLoop(*I), *SE.DT);
650     return RelevantLoops[N] = L;
651   }
652   if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S)) {
653     const Loop *Result = getRelevantLoop(C->getOperand());
654     return RelevantLoops[C] = Result;
655   }
656   if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
657     const Loop *Result =
658       PickMostRelevantLoop(getRelevantLoop(D->getLHS()),
659                            getRelevantLoop(D->getRHS()),
660                            *SE.DT);
661     return RelevantLoops[D] = Result;
662   }
663   llvm_unreachable("Unexpected SCEV type!");
664 }
665
666 namespace {
667
668 /// LoopCompare - Compare loops by PickMostRelevantLoop.
669 class LoopCompare {
670   DominatorTree &DT;
671 public:
672   explicit LoopCompare(DominatorTree &dt) : DT(dt) {}
673
674   bool operator()(std::pair<const Loop *, const SCEV *> LHS,
675                   std::pair<const Loop *, const SCEV *> RHS) const {
676     // Keep pointer operands sorted at the end.
677     if (LHS.second->getType()->isPointerTy() !=
678         RHS.second->getType()->isPointerTy())
679       return LHS.second->getType()->isPointerTy();
680
681     // Compare loops with PickMostRelevantLoop.
682     if (LHS.first != RHS.first)
683       return PickMostRelevantLoop(LHS.first, RHS.first, DT) != LHS.first;
684
685     // If one operand is a non-constant negative and the other is not,
686     // put the non-constant negative on the right so that a sub can
687     // be used instead of a negate and add.
688     if (LHS.second->isNonConstantNegative()) {
689       if (!RHS.second->isNonConstantNegative())
690         return false;
691     } else if (RHS.second->isNonConstantNegative())
692       return true;
693
694     // Otherwise they are equivalent according to this comparison.
695     return false;
696   }
697 };
698
699 }
700
701 Value *SCEVExpander::visitAddExpr(const SCEVAddExpr *S) {
702   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
703
704   // Collect all the add operands in a loop, along with their associated loops.
705   // Iterate in reverse so that constants are emitted last, all else equal, and
706   // so that pointer operands are inserted first, which the code below relies on
707   // to form more involved GEPs.
708   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 8> OpsAndLoops;
709   for (std::reverse_iterator<SCEVAddExpr::op_iterator> I(S->op_end()),
710        E(S->op_begin()); I != E; ++I)
711     OpsAndLoops.push_back(std::make_pair(getRelevantLoop(*I), *I));
712
713   // Sort by loop. Use a stable sort so that constants follow non-constants and
714   // pointer operands precede non-pointer operands.
715   std::stable_sort(OpsAndLoops.begin(), OpsAndLoops.end(), LoopCompare(*SE.DT));
716
717   // Emit instructions to add all the operands. Hoist as much as possible
718   // out of loops, and form meaningful getelementptrs where possible.
719   Value *Sum = nullptr;
720   for (SmallVectorImpl<std::pair<const Loop *, const SCEV *> >::iterator
721        I = OpsAndLoops.begin(), E = OpsAndLoops.end(); I != E; ) {
722     const Loop *CurLoop = I->first;
723     const SCEV *Op = I->second;
724     if (!Sum) {
725       // This is the first operand. Just expand it.
726       Sum = expand(Op);
727       ++I;
728     } else if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Sum->getType())) {
729       // The running sum expression is a pointer. Try to form a getelementptr
730       // at this level with that as the base.
731       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
732       for (; I != E && I->first == CurLoop; ++I) {
733         // If the operand is SCEVUnknown and not instructions, peek through
734         // it, to enable more of it to be folded into the GEP.
735         const SCEV *X = I->second;
736         if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(X))
737           if (!isa<Instruction>(U->getValue()))
738             X = SE.getSCEV(U->getValue());
739         NewOps.push_back(X);
740       }
741       Sum = expandAddToGEP(NewOps.begin(), NewOps.end(), PTy, Ty, Sum);
742     } else if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Op->getType())) {
743       // The running sum is an integer, and there's a pointer at this level.
744       // Try to form a getelementptr. If the running sum is instructions,
745       // use a SCEVUnknown to avoid re-analyzing them.
746       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
747       NewOps.push_back(isa<Instruction>(Sum) ? SE.getUnknown(Sum) :
748                                                SE.getSCEV(Sum));
749       for (++I; I != E && I->first == CurLoop; ++I)
750         NewOps.push_back(I->second);
751       Sum = expandAddToGEP(NewOps.begin(), NewOps.end(), PTy, Ty, expand(Op));
752     } else if (Op->isNonConstantNegative()) {
753       // Instead of doing a negate and add, just do a subtract.
754       Value *W = expandCodeFor(SE.getNegativeSCEV(Op), Ty);
755       Sum = InsertNoopCastOfTo(Sum, Ty);
756       Sum = InsertBinop(Instruction::Sub, Sum, W);
757       ++I;
758     } else {
759       // A simple add.
760       Value *W = expandCodeFor(Op, Ty);
761       Sum = InsertNoopCastOfTo(Sum, Ty);
762       // Canonicalize a constant to the RHS.
763       if (isa<Constant>(Sum)) std::swap(Sum, W);
764       Sum = InsertBinop(Instruction::Add, Sum, W);
765       ++I;
766     }
767   }
768
769   return Sum;
770 }
771
772 Value *SCEVExpander::visitMulExpr(const SCEVMulExpr *S) {
773   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
774
775   // Collect all the mul operands in a loop, along with their associated loops.
776   // Iterate in reverse so that constants are emitted last, all else equal.
777   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 8> OpsAndLoops;
778   for (std::reverse_iterator<SCEVMulExpr::op_iterator> I(S->op_end()),
779        E(S->op_begin()); I != E; ++I)
780     OpsAndLoops.push_back(std::make_pair(getRelevantLoop(*I), *I));
781
782   // Sort by loop. Use a stable sort so that constants follow non-constants.
783   std::stable_sort(OpsAndLoops.begin(), OpsAndLoops.end(), LoopCompare(*SE.DT));
784
785   // Emit instructions to mul all the operands. Hoist as much as possible
786   // out of loops.
787   Value *Prod = nullptr;
788   for (SmallVectorImpl<std::pair<const Loop *, const SCEV *> >::iterator
789        I = OpsAndLoops.begin(), E = OpsAndLoops.end(); I != E; ) {
790     const SCEV *Op = I->second;
791     if (!Prod) {
792       // This is the first operand. Just expand it.
793       Prod = expand(Op);
794       ++I;
795     } else if (Op->isAllOnesValue()) {
796       // Instead of doing a multiply by negative one, just do a negate.
797       Prod = InsertNoopCastOfTo(Prod, Ty);
798       Prod = InsertBinop(Instruction::Sub, Constant::getNullValue(Ty), Prod);
799       ++I;
800     } else {
801       // A simple mul.
802       Value *W = expandCodeFor(Op, Ty);
803       Prod = InsertNoopCastOfTo(Prod, Ty);
804       // Canonicalize a constant to the RHS.
805       if (isa<Constant>(Prod)) std::swap(Prod, W);
806       Prod = InsertBinop(Instruction::Mul, Prod, W);
807       ++I;
808     }
809   }
810
811   return Prod;
812 }
813
814 Value *SCEVExpander::visitUDivExpr(const SCEVUDivExpr *S) {
815   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
816
817   Value *LHS = expandCodeFor(S->getLHS(), Ty);
818   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(S->getRHS())) {
819     const APInt &RHS = SC->getValue()->getValue();
820     if (RHS.isPowerOf2())
821       return InsertBinop(Instruction::LShr, LHS,
822                          ConstantInt::get(Ty, RHS.logBase2()));
823   }
824
825   Value *RHS = expandCodeFor(S->getRHS(), Ty);
826   return InsertBinop(Instruction::UDiv, LHS, RHS);
827 }
828
829 /// Move parts of Base into Rest to leave Base with the minimal
830 /// expression that provides a pointer operand suitable for a
831 /// GEP expansion.
832 static void ExposePointerBase(const SCEV *&Base, const SCEV *&Rest,
833                               ScalarEvolution &SE) {
834   while (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Base)) {
835     Base = A->getStart();
836     Rest = SE.getAddExpr(Rest,
837                          SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(A->getType(), 0),
838                                           A->getStepRecurrence(SE),
839                                           A->getLoop(),
840                                           A->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
841   }
842   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Base)) {
843     Base = A->getOperand(A->getNumOperands()-1);
844     SmallVector<const SCEV *, 8> NewAddOps(A->op_begin(), A->op_end());
845     NewAddOps.back() = Rest;
846     Rest = SE.getAddExpr(NewAddOps);
847     ExposePointerBase(Base, Rest, SE);
848   }
849 }
850
851 /// Determine if this is a well-behaved chain of instructions leading back to
852 /// the PHI. If so, it may be reused by expanded expressions.
853 bool SCEVExpander::isNormalAddRecExprPHI(PHINode *PN, Instruction *IncV,
854                                          const Loop *L) {
855   if (IncV->getNumOperands() == 0 || isa<PHINode>(IncV) ||
856       (isa<CastInst>(IncV) && !isa<BitCastInst>(IncV)))
857     return false;
858   // If any of the operands don't dominate the insert position, bail.
859   // Addrec operands are always loop-invariant, so this can only happen
860   // if there are instructions which haven't been hoisted.
861   if (L == IVIncInsertLoop) {
862     for (User::op_iterator OI = IncV->op_begin()+1,
863            OE = IncV->op_end(); OI != OE; ++OI)
864       if (Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(OI))
865         if (!SE.DT->dominates(OInst, IVIncInsertPos))
866           return false;
867   }
868   // Advance to the next instruction.
869   IncV = dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
870   if (!IncV)
871     return false;
872
873   if (IncV->mayHaveSideEffects())
874     return false;
875
876   if (IncV != PN)
877     return true;
878
879   return isNormalAddRecExprPHI(PN, IncV, L);
880 }
881
882 /// getIVIncOperand returns an induction variable increment's induction
883 /// variable operand.
884 ///
885 /// If allowScale is set, any type of GEP is allowed as long as the nonIV
886 /// operands dominate InsertPos.
887 ///
888 /// If allowScale is not set, ensure that a GEP increment conforms to one of the
889 /// simple patterns generated by getAddRecExprPHILiterally and
890 /// expandAddtoGEP. If the pattern isn't recognized, return NULL.
891 Instruction *SCEVExpander::getIVIncOperand(Instruction *IncV,
892                                            Instruction *InsertPos,
893                                            bool allowScale) {
894   if (IncV == InsertPos)
895     return nullptr;
896
897   switch (IncV->getOpcode()) {
898   default:
899     return nullptr;
900   // Check for a simple Add/Sub or GEP of a loop invariant step.
901   case Instruction::Add:
902   case Instruction::Sub: {
903     Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(1));
904     if (!OInst || SE.DT->dominates(OInst, InsertPos))
905       return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
906     return nullptr;
907   }
908   case Instruction::BitCast:
909     return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
910   case Instruction::GetElementPtr:
911     for (Instruction::op_iterator I = IncV->op_begin()+1, E = IncV->op_end();
912          I != E; ++I) {
913       if (isa<Constant>(*I))
914         continue;
915       if (Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(*I)) {
916         if (!SE.DT->dominates(OInst, InsertPos))
917           return nullptr;
918       }
919       if (allowScale) {
920         // allow any kind of GEP as long as it can be hoisted.
921         continue;
922       }
923       // This must be a pointer addition of constants (pretty), which is already
924       // handled, or some number of address-size elements (ugly). Ugly geps
925       // have 2 operands. i1* is used by the expander to represent an
926       // address-size element.
927       if (IncV->getNumOperands() != 2)
928         return nullptr;
929       unsigned AS = cast<PointerType>(IncV->getType())->getAddressSpace();
930       if (IncV->getType() != Type::getInt1PtrTy(SE.getContext(), AS)
931           && IncV->getType() != Type::getInt8PtrTy(SE.getContext(), AS))
932         return nullptr;
933       break;
934     }
935     return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
936   }
937 }
938
939 /// hoistStep - Attempt to hoist a simple IV increment above InsertPos to make
940 /// it available to other uses in this loop. Recursively hoist any operands,
941 /// until we reach a value that dominates InsertPos.
942 bool SCEVExpander::hoistIVInc(Instruction *IncV, Instruction *InsertPos) {
943   if (SE.DT->dominates(IncV, InsertPos))
944       return true;
945
946   // InsertPos must itself dominate IncV so that IncV's new position satisfies
947   // its existing users.
948   if (isa<PHINode>(InsertPos)
949       || !SE.DT->dominates(InsertPos->getParent(), IncV->getParent()))
950     return false;
951
952   // Check that the chain of IV operands leading back to Phi can be hoisted.
953   SmallVector<Instruction*, 4> IVIncs;
954   for(;;) {
955     Instruction *Oper = getIVIncOperand(IncV, InsertPos, /*allowScale*/true);
956     if (!Oper)
957       return false;
958     // IncV is safe to hoist.
959     IVIncs.push_back(IncV);
960     IncV = Oper;
961     if (SE.DT->dominates(IncV, InsertPos))
962       break;
963   }
964   for (SmallVectorImpl<Instruction*>::reverse_iterator I = IVIncs.rbegin(),
965          E = IVIncs.rend(); I != E; ++I) {
966     (*I)->moveBefore(InsertPos);
967   }
968   return true;
969 }
970
971 /// Determine if this cyclic phi is in a form that would have been generated by
972 /// LSR. We don't care if the phi was actually expanded in this pass, as long
973 /// as it is in a low-cost form, for example, no implied multiplication. This
974 /// should match any patterns generated by getAddRecExprPHILiterally and
975 /// expandAddtoGEP.
976 bool SCEVExpander::isExpandedAddRecExprPHI(PHINode *PN, Instruction *IncV,
977                                            const Loop *L) {
978   for(Instruction *IVOper = IncV;
979       (IVOper = getIVIncOperand(IVOper, L->getLoopPreheader()->getTerminator(),
980                                 /*allowScale=*/false));) {
981     if (IVOper == PN)
982       return true;
983   }
984   return false;
985 }
986
987 /// expandIVInc - Expand an IV increment at Builder's current InsertPos.
988 /// Typically this is the LatchBlock terminator or IVIncInsertPos, but we may
989 /// need to materialize IV increments elsewhere to handle difficult situations.
990 Value *SCEVExpander::expandIVInc(PHINode *PN, Value *StepV, const Loop *L,
991                                  Type *ExpandTy, Type *IntTy,
992                                  bool useSubtract) {
993   Value *IncV;
994   // If the PHI is a pointer, use a GEP, otherwise use an add or sub.
995   if (ExpandTy->isPointerTy()) {
996     PointerType *GEPPtrTy = cast<PointerType>(ExpandTy);
997     // If the step isn't constant, don't use an implicitly scaled GEP, because
998     // that would require a multiply inside the loop.
999     if (!isa<ConstantInt>(StepV))
1000       GEPPtrTy = PointerType::get(Type::getInt1Ty(SE.getContext()),
1001                                   GEPPtrTy->getAddressSpace());
1002     const SCEV *const StepArray[1] = { SE.getSCEV(StepV) };
1003     IncV = expandAddToGEP(StepArray, StepArray+1, GEPPtrTy, IntTy, PN);
1004     if (IncV->getType() != PN->getType()) {
1005       IncV = Builder.CreateBitCast(IncV, PN->getType());
1006       rememberInstruction(IncV);
1007     }
1008   } else {
1009     IncV = useSubtract ?
1010       Builder.CreateSub(PN, StepV, Twine(IVName) + ".iv.next") :
1011       Builder.CreateAdd(PN, StepV, Twine(IVName) + ".iv.next");
1012     rememberInstruction(IncV);
1013   }
1014   return IncV;
1015 }
1016
1017 /// \brief Hoist the addrec instruction chain rooted in the loop phi above the
1018 /// position. This routine assumes that this is possible (has been checked).
1019 static void hoistBeforePos(DominatorTree *DT, Instruction *InstToHoist,
1020                            Instruction *Pos, PHINode *LoopPhi) {
1021   do {
1022     if (DT->dominates(InstToHoist, Pos))
1023       break;
1024     // Make sure the increment is where we want it. But don't move it
1025     // down past a potential existing post-inc user.
1026     InstToHoist->moveBefore(Pos);
1027     Pos = InstToHoist;
1028     InstToHoist = cast<Instruction>(InstToHoist->getOperand(0));
1029   } while (InstToHoist != LoopPhi);
1030 }
1031
1032 /// \brief Check whether we can cheaply express the requested SCEV in terms of
1033 /// the available PHI SCEV by truncation and/or invertion of the step.
1034 static bool canBeCheaplyTransformed(ScalarEvolution &SE,
1035                                     const SCEVAddRecExpr *Phi,
1036                                     const SCEVAddRecExpr *Requested,
1037                                     bool &InvertStep) {
1038   Type *PhiTy = SE.getEffectiveSCEVType(Phi->getType());
1039   Type *RequestedTy = SE.getEffectiveSCEVType(Requested->getType());
1040
1041   if (RequestedTy->getIntegerBitWidth() > PhiTy->getIntegerBitWidth())
1042     return false;
1043
1044   // Try truncate it if necessary.
1045   Phi = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getTruncateOrNoop(Phi, RequestedTy));
1046   if (!Phi)
1047     return false;
1048
1049   // Check whether truncation will help.
1050   if (Phi == Requested) {
1051     InvertStep = false;
1052     return true;
1053   }
1054
1055   // Check whether inverting will help: {R,+,-1} == R - {0,+,1}.
1056   if (SE.getAddExpr(Requested->getStart(),
1057                     SE.getNegativeSCEV(Requested)) == Phi) {
1058     InvertStep = true;
1059     return true;
1060   }
1061
1062   return false;
1063 }
1064
1065 /// getAddRecExprPHILiterally - Helper for expandAddRecExprLiterally. Expand
1066 /// the base addrec, which is the addrec without any non-loop-dominating
1067 /// values, and return the PHI.
1068 PHINode *
1069 SCEVExpander::getAddRecExprPHILiterally(const SCEVAddRecExpr *Normalized,
1070                                         const Loop *L,
1071                                         Type *ExpandTy,
1072                                         Type *IntTy,
1073                                         Type *&TruncTy,
1074                                         bool &InvertStep) {
1075   assert((!IVIncInsertLoop||IVIncInsertPos) && "Uninitialized insert position");
1076
1077   // Reuse a previously-inserted PHI, if present.
1078   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1079   if (LatchBlock) {
1080     PHINode *AddRecPhiMatch = nullptr;
1081     Instruction *IncV = nullptr;
1082     TruncTy = nullptr;
1083     InvertStep = false;
1084
1085     // Only try partially matching scevs that need truncation and/or
1086     // step-inversion if we know this loop is outside the current loop.
1087     bool TryNonMatchingSCEV = IVIncInsertLoop &&
1088       SE.DT->properlyDominates(LatchBlock, IVIncInsertLoop->getHeader());
1089
1090     for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
1091          PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1092       if (!SE.isSCEVable(PN->getType()))
1093         continue;
1094
1095       const SCEVAddRecExpr *PhiSCEV = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getSCEV(PN));
1096       if (!PhiSCEV)
1097         continue;
1098
1099       bool IsMatchingSCEV = PhiSCEV == Normalized;
1100       // We only handle truncation and inversion of phi recurrences for the
1101       // expanded expression if the expanded expression's loop dominates the
1102       // loop we insert to. Check now, so we can bail out early.
1103       if (!IsMatchingSCEV && !TryNonMatchingSCEV)
1104           continue;
1105
1106       Instruction *TempIncV =
1107           cast<Instruction>(PN->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
1108
1109       // Check whether we can reuse this PHI node.
1110       if (LSRMode) {
1111         if (!isExpandedAddRecExprPHI(PN, TempIncV, L))
1112           continue;
1113         if (L == IVIncInsertLoop && !hoistIVInc(TempIncV, IVIncInsertPos))
1114           continue;
1115       } else {
1116         if (!isNormalAddRecExprPHI(PN, TempIncV, L))
1117           continue;
1118       }
1119
1120       // Stop if we have found an exact match SCEV.
1121       if (IsMatchingSCEV) {
1122         IncV = TempIncV;
1123         TruncTy = nullptr;
1124         InvertStep = false;
1125         AddRecPhiMatch = PN;
1126         break;
1127       }
1128
1129       // Try whether the phi can be translated into the requested form
1130       // (truncated and/or offset by a constant).
1131       if ((!TruncTy || InvertStep) &&
1132           canBeCheaplyTransformed(SE, PhiSCEV, Normalized, InvertStep)) {
1133         // Record the phi node. But don't stop we might find an exact match
1134         // later.
1135         AddRecPhiMatch = PN;
1136         IncV = TempIncV;
1137         TruncTy = SE.getEffectiveSCEVType(Normalized->getType());
1138       }
1139     }
1140
1141     if (AddRecPhiMatch) {
1142       // Potentially, move the increment. We have made sure in
1143       // isExpandedAddRecExprPHI or hoistIVInc that this is possible.
1144       if (L == IVIncInsertLoop)
1145         hoistBeforePos(SE.DT, IncV, IVIncInsertPos, AddRecPhiMatch);
1146
1147       // Ok, the add recurrence looks usable.
1148       // Remember this PHI, even in post-inc mode.
1149       InsertedValues.insert(AddRecPhiMatch);
1150       // Remember the increment.
1151       rememberInstruction(IncV);
1152       return AddRecPhiMatch;
1153     }
1154   }
1155
1156   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
1157   BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
1158
1159   // Another AddRec may need to be recursively expanded below. For example, if
1160   // this AddRec is quadratic, the StepV may itself be an AddRec in this
1161   // loop. Remove this loop from the PostIncLoops set before expanding such
1162   // AddRecs. Otherwise, we cannot find a valid position for the step
1163   // (i.e. StepV can never dominate its loop header).  Ideally, we could do
1164   // SavedIncLoops.swap(PostIncLoops), but we generally have a single element,
1165   // so it's not worth implementing SmallPtrSet::swap.
1166   PostIncLoopSet SavedPostIncLoops = PostIncLoops;
1167   PostIncLoops.clear();
1168
1169   // Expand code for the start value.
1170   Value *StartV = expandCodeFor(Normalized->getStart(), ExpandTy,
1171                                 L->getHeader()->begin());
1172
1173   // StartV must be hoisted into L's preheader to dominate the new phi.
1174   assert(!isa<Instruction>(StartV) ||
1175          SE.DT->properlyDominates(cast<Instruction>(StartV)->getParent(),
1176                                   L->getHeader()));
1177
1178   // Expand code for the step value. Do this before creating the PHI so that PHI
1179   // reuse code doesn't see an incomplete PHI.
1180   const SCEV *Step = Normalized->getStepRecurrence(SE);
1181   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the increment
1182   // (unless it's a constant, because subtracts of constants are canonicalized
1183   // to adds).
1184   bool useSubtract = !ExpandTy->isPointerTy() && Step->isNonConstantNegative();
1185   if (useSubtract)
1186     Step = SE.getNegativeSCEV(Step);
1187   // Expand the step somewhere that dominates the loop header.
1188   Value *StepV = expandCodeFor(Step, IntTy, L->getHeader()->begin());
1189
1190   // Create the PHI.
1191   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1192   Builder.SetInsertPoint(Header, Header->begin());
1193   pred_iterator HPB = pred_begin(Header), HPE = pred_end(Header);
1194   PHINode *PN = Builder.CreatePHI(ExpandTy, std::distance(HPB, HPE),
1195                                   Twine(IVName) + ".iv");
1196   rememberInstruction(PN);
1197
1198   // Create the step instructions and populate the PHI.
1199   for (pred_iterator HPI = HPB; HPI != HPE; ++HPI) {
1200     BasicBlock *Pred = *HPI;
1201
1202     // Add a start value.
1203     if (!L->contains(Pred)) {
1204       PN->addIncoming(StartV, Pred);
1205       continue;
1206     }
1207
1208     // Create a step value and add it to the PHI.
1209     // If IVIncInsertLoop is non-null and equal to the addrec's loop, insert the
1210     // instructions at IVIncInsertPos.
1211     Instruction *InsertPos = L == IVIncInsertLoop ?
1212       IVIncInsertPos : Pred->getTerminator();
1213     Builder.SetInsertPoint(InsertPos);
1214     Value *IncV = expandIVInc(PN, StepV, L, ExpandTy, IntTy, useSubtract);
1215     if (isa<OverflowingBinaryOperator>(IncV)) {
1216       if (Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW))
1217         cast<BinaryOperator>(IncV)->setHasNoUnsignedWrap();
1218       if (Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW))
1219         cast<BinaryOperator>(IncV)->setHasNoSignedWrap();
1220     }
1221     PN->addIncoming(IncV, Pred);
1222   }
1223
1224   // After expanding subexpressions, restore the PostIncLoops set so the caller
1225   // can ensure that IVIncrement dominates the current uses.
1226   PostIncLoops = SavedPostIncLoops;
1227
1228   // Remember this PHI, even in post-inc mode.
1229   InsertedValues.insert(PN);
1230
1231   return PN;
1232 }
1233
1234 Value *SCEVExpander::expandAddRecExprLiterally(const SCEVAddRecExpr *S) {
1235   Type *STy = S->getType();
1236   Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(STy);
1237   const Loop *L = S->getLoop();
1238
1239   // Determine a normalized form of this expression, which is the expression
1240   // before any post-inc adjustment is made.
1241   const SCEVAddRecExpr *Normalized = S;
1242   if (PostIncLoops.count(L)) {
1243     PostIncLoopSet Loops;
1244     Loops.insert(L);
1245     Normalized =
1246       cast<SCEVAddRecExpr>(TransformForPostIncUse(Normalize, S, nullptr,
1247                                                   nullptr, Loops, SE, *SE.DT));
1248   }
1249
1250   // Strip off any non-loop-dominating component from the addrec start.
1251   const SCEV *Start = Normalized->getStart();
1252   const SCEV *PostLoopOffset = nullptr;
1253   if (!SE.properlyDominates(Start, L->getHeader())) {
1254     PostLoopOffset = Start;
1255     Start = SE.getConstant(Normalized->getType(), 0);
1256     Normalized = cast<SCEVAddRecExpr>(
1257       SE.getAddRecExpr(Start, Normalized->getStepRecurrence(SE),
1258                        Normalized->getLoop(),
1259                        Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
1260   }
1261
1262   // Strip off any non-loop-dominating component from the addrec step.
1263   const SCEV *Step = Normalized->getStepRecurrence(SE);
1264   const SCEV *PostLoopScale = nullptr;
1265   if (!SE.dominates(Step, L->getHeader())) {
1266     PostLoopScale = Step;
1267     Step = SE.getConstant(Normalized->getType(), 1);
1268     Normalized =
1269       cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getAddRecExpr(
1270                              Start, Step, Normalized->getLoop(),
1271                              Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
1272   }
1273
1274   // Expand the core addrec. If we need post-loop scaling, force it to
1275   // expand to an integer type to avoid the need for additional casting.
1276   Type *ExpandTy = PostLoopScale ? IntTy : STy;
1277   // In some cases, we decide to reuse an existing phi node but need to truncate
1278   // it and/or invert the step.
1279   Type *TruncTy = nullptr;
1280   bool InvertStep = false;
1281   PHINode *PN = getAddRecExprPHILiterally(Normalized, L, ExpandTy, IntTy,
1282                                           TruncTy, InvertStep);
1283
1284   // Accommodate post-inc mode, if necessary.
1285   Value *Result;
1286   if (!PostIncLoops.count(L))
1287     Result = PN;
1288   else {
1289     // In PostInc mode, use the post-incremented value.
1290     BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1291     assert(LatchBlock && "PostInc mode requires a unique loop latch!");
1292     Result = PN->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
1293
1294     // For an expansion to use the postinc form, the client must call
1295     // expandCodeFor with an InsertPoint that is either outside the PostIncLoop
1296     // or dominated by IVIncInsertPos.
1297     if (isa<Instruction>(Result)
1298         && !SE.DT->dominates(cast<Instruction>(Result),
1299                              Builder.GetInsertPoint())) {
1300       // The induction variable's postinc expansion does not dominate this use.
1301       // IVUsers tries to prevent this case, so it is rare. However, it can
1302       // happen when an IVUser outside the loop is not dominated by the latch
1303       // block. Adjusting IVIncInsertPos before expansion begins cannot handle
1304       // all cases. Consider a phi outide whose operand is replaced during
1305       // expansion with the value of the postinc user. Without fundamentally
1306       // changing the way postinc users are tracked, the only remedy is
1307       // inserting an extra IV increment. StepV might fold into PostLoopOffset,
1308       // but hopefully expandCodeFor handles that.
1309       bool useSubtract =
1310         !ExpandTy->isPointerTy() && Step->isNonConstantNegative();
1311       if (useSubtract)
1312         Step = SE.getNegativeSCEV(Step);
1313       Value *StepV;
1314       {
1315         // Expand the step somewhere that dominates the loop header.
1316         BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
1317         StepV = expandCodeFor(Step, IntTy, L->getHeader()->begin());
1318       }
1319       Result = expandIVInc(PN, StepV, L, ExpandTy, IntTy, useSubtract);
1320     }
1321   }
1322
1323   // We have decided to reuse an induction variable of a dominating loop. Apply
1324   // truncation and/or invertion of the step.
1325   if (TruncTy) {
1326     Type *ResTy = Result->getType();
1327     // Normalize the result type.
1328     if (ResTy != SE.getEffectiveSCEVType(ResTy))
1329       Result = InsertNoopCastOfTo(Result, SE.getEffectiveSCEVType(ResTy));
1330     // Truncate the result.
1331     if (TruncTy != Result->getType()) {
1332       Result = Builder.CreateTrunc(Result, TruncTy);
1333       rememberInstruction(Result);
1334     }
1335     // Invert the result.
1336     if (InvertStep) {
1337       Result = Builder.CreateSub(expandCodeFor(Normalized->getStart(), TruncTy),
1338                                  Result);
1339       rememberInstruction(Result);
1340     }
1341   }
1342
1343   // Re-apply any non-loop-dominating scale.
1344   if (PostLoopScale) {
1345     assert(S->isAffine() && "Can't linearly scale non-affine recurrences.");
1346     Result = InsertNoopCastOfTo(Result, IntTy);
1347     Result = Builder.CreateMul(Result,
1348                                expandCodeFor(PostLoopScale, IntTy));
1349     rememberInstruction(Result);
1350   }
1351
1352   // Re-apply any non-loop-dominating offset.
1353   if (PostLoopOffset) {
1354     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(ExpandTy)) {
1355       const SCEV *const OffsetArray[1] = { PostLoopOffset };
1356       Result = expandAddToGEP(OffsetArray, OffsetArray+1, PTy, IntTy, Result);
1357     } else {
1358       Result = InsertNoopCastOfTo(Result, IntTy);
1359       Result = Builder.CreateAdd(Result,
1360                                  expandCodeFor(PostLoopOffset, IntTy));
1361       rememberInstruction(Result);
1362     }
1363   }
1364
1365   return Result;
1366 }
1367
1368 Value *SCEVExpander::visitAddRecExpr(const SCEVAddRecExpr *S) {
1369   if (!CanonicalMode) return expandAddRecExprLiterally(S);
1370
1371   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1372   const Loop *L = S->getLoop();
1373
1374   // First check for an existing canonical IV in a suitable type.
1375   PHINode *CanonicalIV = nullptr;
1376   if (PHINode *PN = L->getCanonicalInductionVariable())
1377     if (SE.getTypeSizeInBits(PN->getType()) >= SE.getTypeSizeInBits(Ty))
1378       CanonicalIV = PN;
1379
1380   // Rewrite an AddRec in terms of the canonical induction variable, if
1381   // its type is more narrow.
1382   if (CanonicalIV &&
1383       SE.getTypeSizeInBits(CanonicalIV->getType()) >
1384       SE.getTypeSizeInBits(Ty)) {
1385     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(S->getNumOperands());
1386     for (unsigned i = 0, e = S->getNumOperands(); i != e; ++i)
1387       NewOps[i] = SE.getAnyExtendExpr(S->op_begin()[i], CanonicalIV->getType());
1388     Value *V = expand(SE.getAddRecExpr(NewOps, S->getLoop(),
1389                                        S->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
1390     BasicBlock::iterator NewInsertPt =
1391       std::next(BasicBlock::iterator(cast<Instruction>(V)));
1392     BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
1393     while (isa<PHINode>(NewInsertPt) || isa<DbgInfoIntrinsic>(NewInsertPt) ||
1394            isa<LandingPadInst>(NewInsertPt))
1395       ++NewInsertPt;
1396     V = expandCodeFor(SE.getTruncateExpr(SE.getUnknown(V), Ty), nullptr,
1397                       NewInsertPt);
1398     return V;
1399   }
1400
1401   // {X,+,F} --> X + {0,+,F}
1402   if (!S->getStart()->isZero()) {
1403     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(S->op_begin(), S->op_end());
1404     NewOps[0] = SE.getConstant(Ty, 0);
1405     const SCEV *Rest = SE.getAddRecExpr(NewOps, L,
1406                                         S->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
1407
1408     // Turn things like ptrtoint+arithmetic+inttoptr into GEP. See the
1409     // comments on expandAddToGEP for details.
1410     const SCEV *Base = S->getStart();
1411     const SCEV *RestArray[1] = { Rest };
1412     // Dig into the expression to find the pointer base for a GEP.
1413     ExposePointerBase(Base, RestArray[0], SE);
1414     // If we found a pointer, expand the AddRec with a GEP.
1415     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Base->getType())) {
1416       // Make sure the Base isn't something exotic, such as a multiplied
1417       // or divided pointer value. In those cases, the result type isn't
1418       // actually a pointer type.
1419       if (!isa<SCEVMulExpr>(Base) && !isa<SCEVUDivExpr>(Base)) {
1420         Value *StartV = expand(Base);
1421         assert(StartV->getType() == PTy && "Pointer type mismatch for GEP!");
1422         return expandAddToGEP(RestArray, RestArray+1, PTy, Ty, StartV);
1423       }
1424     }
1425
1426     // Just do a normal add. Pre-expand the operands to suppress folding.
1427     return expand(SE.getAddExpr(SE.getUnknown(expand(S->getStart())),
1428                                 SE.getUnknown(expand(Rest))));
1429   }
1430
1431   // If we don't yet have a canonical IV, create one.
1432   if (!CanonicalIV) {
1433     // Create and insert the PHI node for the induction variable in the
1434     // specified loop.
1435     BasicBlock *Header = L->getHeader();
1436     pred_iterator HPB = pred_begin(Header), HPE = pred_end(Header);
1437     CanonicalIV = PHINode::Create(Ty, std::distance(HPB, HPE), "indvar",
1438                                   Header->begin());
1439     rememberInstruction(CanonicalIV);
1440
1441     SmallSet<BasicBlock *, 4> PredSeen;
1442     Constant *One = ConstantInt::get(Ty, 1);
1443     for (pred_iterator HPI = HPB; HPI != HPE; ++HPI) {
1444       BasicBlock *HP = *HPI;
1445       if (!PredSeen.insert(HP))
1446         continue;
1447
1448       if (L->contains(HP)) {
1449         // Insert a unit add instruction right before the terminator
1450         // corresponding to the back-edge.
1451         Instruction *Add = BinaryOperator::CreateAdd(CanonicalIV, One,
1452                                                      "indvar.next",
1453                                                      HP->getTerminator());
1454         Add->setDebugLoc(HP->getTerminator()->getDebugLoc());
1455         rememberInstruction(Add);
1456         CanonicalIV->addIncoming(Add, HP);
1457       } else {
1458         CanonicalIV->addIncoming(Constant::getNullValue(Ty), HP);
1459       }
1460     }
1461   }
1462
1463   // {0,+,1} --> Insert a canonical induction variable into the loop!
1464   if (S->isAffine() && S->getOperand(1)->isOne()) {
1465     assert(Ty == SE.getEffectiveSCEVType(CanonicalIV->getType()) &&
1466            "IVs with types different from the canonical IV should "
1467            "already have been handled!");
1468     return CanonicalIV;
1469   }
1470
1471   // {0,+,F} --> {0,+,1} * F
1472
1473   // If this is a simple linear addrec, emit it now as a special case.
1474   if (S->isAffine())    // {0,+,F} --> i*F
1475     return
1476       expand(SE.getTruncateOrNoop(
1477         SE.getMulExpr(SE.getUnknown(CanonicalIV),
1478                       SE.getNoopOrAnyExtend(S->getOperand(1),
1479                                             CanonicalIV->getType())),
1480         Ty));
1481
1482   // If this is a chain of recurrences, turn it into a closed form, using the
1483   // folders, then expandCodeFor the closed form.  This allows the folders to
1484   // simplify the expression without having to build a bunch of special code
1485   // into this folder.
1486   const SCEV *IH = SE.getUnknown(CanonicalIV);   // Get I as a "symbolic" SCEV.
1487
1488   // Promote S up to the canonical IV type, if the cast is foldable.
1489   const SCEV *NewS = S;
1490   const SCEV *Ext = SE.getNoopOrAnyExtend(S, CanonicalIV->getType());
1491   if (isa<SCEVAddRecExpr>(Ext))
1492     NewS = Ext;
1493
1494   const SCEV *V = cast<SCEVAddRecExpr>(NewS)->evaluateAtIteration(IH, SE);
1495   //cerr << "Evaluated: " << *this << "\n     to: " << *V << "\n";
1496
1497   // Truncate the result down to the original type, if needed.
1498   const SCEV *T = SE.getTruncateOrNoop(V, Ty);
1499   return expand(T);
1500 }
1501
1502 Value *SCEVExpander::visitTruncateExpr(const SCEVTruncateExpr *S) {
1503   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1504   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1505                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1506   Value *I = Builder.CreateTrunc(V, Ty);
1507   rememberInstruction(I);
1508   return I;
1509 }
1510
1511 Value *SCEVExpander::visitZeroExtendExpr(const SCEVZeroExtendExpr *S) {
1512   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1513   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1514                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1515   Value *I = Builder.CreateZExt(V, Ty);
1516   rememberInstruction(I);
1517   return I;
1518 }
1519
1520 Value *SCEVExpander::visitSignExtendExpr(const SCEVSignExtendExpr *S) {
1521   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1522   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1523                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1524   Value *I = Builder.CreateSExt(V, Ty);
1525   rememberInstruction(I);
1526   return I;
1527 }
1528
1529 Value *SCEVExpander::visitSMaxExpr(const SCEVSMaxExpr *S) {
1530   Value *LHS = expand(S->getOperand(S->getNumOperands()-1));
1531   Type *Ty = LHS->getType();
1532   for (int i = S->getNumOperands()-2; i >= 0; --i) {
1533     // In the case of mixed integer and pointer types, do the
1534     // rest of the comparisons as integer.
1535     if (S->getOperand(i)->getType() != Ty) {
1536       Ty = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1537       LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, Ty);
1538     }
1539     Value *RHS = expandCodeFor(S->getOperand(i), Ty);
1540     Value *ICmp = Builder.CreateICmpSGT(LHS, RHS);
1541     rememberInstruction(ICmp);
1542     Value *Sel = Builder.CreateSelect(ICmp, LHS, RHS, "smax");
1543     rememberInstruction(Sel);
1544     LHS = Sel;
1545   }
1546   // In the case of mixed integer and pointer types, cast the
1547   // final result back to the pointer type.
1548   if (LHS->getType() != S->getType())
1549     LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, S->getType());
1550   return LHS;
1551 }
1552
1553 Value *SCEVExpander::visitUMaxExpr(const SCEVUMaxExpr *S) {
1554   Value *LHS = expand(S->getOperand(S->getNumOperands()-1));
1555   Type *Ty = LHS->getType();
1556   for (int i = S->getNumOperands()-2; i >= 0; --i) {
1557     // In the case of mixed integer and pointer types, do the
1558     // rest of the comparisons as integer.
1559     if (S->getOperand(i)->getType() != Ty) {
1560       Ty = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1561       LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, Ty);
1562     }
1563     Value *RHS = expandCodeFor(S->getOperand(i), Ty);
1564     Value *ICmp = Builder.CreateICmpUGT(LHS, RHS);
1565     rememberInstruction(ICmp);
1566     Value *Sel = Builder.CreateSelect(ICmp, LHS, RHS, "umax");
1567     rememberInstruction(Sel);
1568     LHS = Sel;
1569   }
1570   // In the case of mixed integer and pointer types, cast the
1571   // final result back to the pointer type.
1572   if (LHS->getType() != S->getType())
1573     LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, S->getType());
1574   return LHS;
1575 }
1576
1577 Value *SCEVExpander::expandCodeFor(const SCEV *SH, Type *Ty,
1578                                    Instruction *IP) {
1579   Builder.SetInsertPoint(IP->getParent(), IP);
1580   return expandCodeFor(SH, Ty);
1581 }
1582
1583 Value *SCEVExpander::expandCodeFor(const SCEV *SH, Type *Ty) {
1584   // Expand the code for this SCEV.
1585   Value *V = expand(SH);
1586   if (Ty) {
1587     assert(SE.getTypeSizeInBits(Ty) == SE.getTypeSizeInBits(SH->getType()) &&
1588            "non-trivial casts should be done with the SCEVs directly!");
1589     V = InsertNoopCastOfTo(V, Ty);
1590   }
1591   return V;
1592 }
1593
1594 Value *SCEVExpander::expand(const SCEV *S) {
1595   // Compute an insertion point for this SCEV object. Hoist the instructions
1596   // as far out in the loop nest as possible.
1597   Instruction *InsertPt = Builder.GetInsertPoint();
1598   for (Loop *L = SE.LI->getLoopFor(Builder.GetInsertBlock()); ;
1599        L = L->getParentLoop())
1600     if (SE.isLoopInvariant(S, L)) {
1601       if (!L) break;
1602       if (BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader())
1603         InsertPt = Preheader->getTerminator();
1604       else {
1605         // LSR sets the insertion point for AddRec start/step values to the
1606         // block start to simplify value reuse, even though it's an invalid
1607         // position. SCEVExpander must correct for this in all cases.
1608         InsertPt = L->getHeader()->getFirstInsertionPt();
1609       }
1610     } else {
1611       // If the SCEV is computable at this level, insert it into the header
1612       // after the PHIs (and after any other instructions that we've inserted
1613       // there) so that it is guaranteed to dominate any user inside the loop.
1614       if (L && SE.hasComputableLoopEvolution(S, L) && !PostIncLoops.count(L))
1615         InsertPt = L->getHeader()->getFirstInsertionPt();
1616       while (InsertPt != Builder.GetInsertPoint()
1617              && (isInsertedInstruction(InsertPt)
1618                  || isa<DbgInfoIntrinsic>(InsertPt))) {
1619         InsertPt = std::next(BasicBlock::iterator(InsertPt));
1620       }
1621       break;
1622     }
1623
1624   // Check to see if we already expanded this here.
1625   std::map<std::pair<const SCEV *, Instruction *>, TrackingVH<Value> >::iterator
1626     I = InsertedExpressions.find(std::make_pair(S, InsertPt));
1627   if (I != InsertedExpressions.end())
1628     return I->second;
1629
1630   BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
1631   Builder.SetInsertPoint(InsertPt->getParent(), InsertPt);
1632
1633   // Expand the expression into instructions.
1634   Value *V = visit(S);
1635
1636   // Remember the expanded value for this SCEV at this location.
1637   //
1638   // This is independent of PostIncLoops. The mapped value simply materializes
1639   // the expression at this insertion point. If the mapped value happened to be
1640   // a postinc expansion, it could be reused by a non-postinc user, but only if
1641   // its insertion point was already at the head of the loop.
1642   InsertedExpressions[std::make_pair(S, InsertPt)] = V;
1643   return V;
1644 }
1645
1646 void SCEVExpander::rememberInstruction(Value *I) {
1647   if (!PostIncLoops.empty())
1648     InsertedPostIncValues.insert(I);
1649   else
1650     InsertedValues.insert(I);
1651 }
1652
1653 /// getOrInsertCanonicalInductionVariable - This method returns the
1654 /// canonical induction variable of the specified type for the specified
1655 /// loop (inserting one if there is none).  A canonical induction variable
1656 /// starts at zero and steps by one on each iteration.
1657 PHINode *
1658 SCEVExpander::getOrInsertCanonicalInductionVariable(const Loop *L,
1659                                                     Type *Ty) {
1660   assert(Ty->isIntegerTy() && "Can only insert integer induction variables!");
1661
1662   // Build a SCEV for {0,+,1}<L>.
1663   // Conservatively use FlagAnyWrap for now.
1664   const SCEV *H = SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(Ty, 0),
1665                                    SE.getConstant(Ty, 1), L, SCEV::FlagAnyWrap);
1666
1667   // Emit code for it.
1668   BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
1669   PHINode *V = cast<PHINode>(expandCodeFor(H, nullptr,
1670                                            L->getHeader()->begin()));
1671
1672   return V;
1673 }
1674
1675 /// replaceCongruentIVs - Check for congruent phis in this loop header and
1676 /// replace them with their most canonical representative. Return the number of
1677 /// phis eliminated.
1678 ///
1679 /// This does not depend on any SCEVExpander state but should be used in
1680 /// the same context that SCEVExpander is used.
1681 unsigned SCEVExpander::replaceCongruentIVs(Loop *L, const DominatorTree *DT,
1682                                            SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1683                                            const TargetTransformInfo *TTI) {
1684   // Find integer phis in order of increasing width.
1685   SmallVector<PHINode*, 8> Phis;
1686   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
1687        PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1688     Phis.push_back(Phi);
1689   }
1690   if (TTI)
1691     std::sort(Phis.begin(), Phis.end(), [](Value *LHS, Value *RHS) {
1692       // Put pointers at the back and make sure pointer < pointer = false.
1693       if (!LHS->getType()->isIntegerTy() || !RHS->getType()->isIntegerTy())
1694         return RHS->getType()->isIntegerTy() && !LHS->getType()->isIntegerTy();
1695       return RHS->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1696              LHS->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1697     });
1698
1699   unsigned NumElim = 0;
1700   DenseMap<const SCEV *, PHINode *> ExprToIVMap;
1701   // Process phis from wide to narrow. Mapping wide phis to the their truncation
1702   // so narrow phis can reuse them.
1703   for (SmallVectorImpl<PHINode*>::const_iterator PIter = Phis.begin(),
1704          PEnd = Phis.end(); PIter != PEnd; ++PIter) {
1705     PHINode *Phi = *PIter;
1706
1707     // Fold constant phis. They may be congruent to other constant phis and
1708     // would confuse the logic below that expects proper IVs.
1709     if (Value *V = Phi->hasConstantValue()) {
1710       Phi->replaceAllUsesWith(V);
1711       DeadInsts.push_back(Phi);
1712       ++NumElim;
1713       DEBUG_WITH_TYPE(DebugType, dbgs()
1714                       << "INDVARS: Eliminated constant iv: " << *Phi << '\n');
1715       continue;
1716     }
1717
1718     if (!SE.isSCEVable(Phi->getType()))
1719       continue;
1720
1721     PHINode *&OrigPhiRef = ExprToIVMap[SE.getSCEV(Phi)];
1722     if (!OrigPhiRef) {
1723       OrigPhiRef = Phi;
1724       if (Phi->getType()->isIntegerTy() && TTI
1725           && TTI->isTruncateFree(Phi->getType(), Phis.back()->getType())) {
1726         // This phi can be freely truncated to the narrowest phi type. Map the
1727         // truncated expression to it so it will be reused for narrow types.
1728         const SCEV *TruncExpr =
1729           SE.getTruncateExpr(SE.getSCEV(Phi), Phis.back()->getType());
1730         ExprToIVMap[TruncExpr] = Phi;
1731       }
1732       continue;
1733     }
1734
1735     // Replacing a pointer phi with an integer phi or vice-versa doesn't make
1736     // sense.
1737     if (OrigPhiRef->getType()->isPointerTy() != Phi->getType()->isPointerTy())
1738       continue;
1739
1740     if (BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch()) {
1741       Instruction *OrigInc =
1742         cast<Instruction>(OrigPhiRef->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
1743       Instruction *IsomorphicInc =
1744         cast<Instruction>(Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
1745
1746       // If this phi has the same width but is more canonical, replace the
1747       // original with it. As part of the "more canonical" determination,
1748       // respect a prior decision to use an IV chain.
1749       if (OrigPhiRef->getType() == Phi->getType()
1750           && !(ChainedPhis.count(Phi)
1751                || isExpandedAddRecExprPHI(OrigPhiRef, OrigInc, L))
1752           && (ChainedPhis.count(Phi)
1753               || isExpandedAddRecExprPHI(Phi, IsomorphicInc, L))) {
1754         std::swap(OrigPhiRef, Phi);
1755         std::swap(OrigInc, IsomorphicInc);
1756       }
1757       // Replacing the congruent phi is sufficient because acyclic redundancy
1758       // elimination, CSE/GVN, should handle the rest. However, once SCEV proves
1759       // that a phi is congruent, it's often the head of an IV user cycle that
1760       // is isomorphic with the original phi. It's worth eagerly cleaning up the
1761       // common case of a single IV increment so that DeleteDeadPHIs can remove
1762       // cycles that had postinc uses.
1763       const SCEV *TruncExpr = SE.getTruncateOrNoop(SE.getSCEV(OrigInc),
1764                                                    IsomorphicInc->getType());
1765       if (OrigInc != IsomorphicInc
1766           && TruncExpr == SE.getSCEV(IsomorphicInc)
1767           && ((isa<PHINode>(OrigInc) && isa<PHINode>(IsomorphicInc))
1768               || hoistIVInc(OrigInc, IsomorphicInc))) {
1769         DEBUG_WITH_TYPE(DebugType, dbgs()
1770                         << "INDVARS: Eliminated congruent iv.inc: "
1771                         << *IsomorphicInc << '\n');
1772         Value *NewInc = OrigInc;
1773         if (OrigInc->getType() != IsomorphicInc->getType()) {
1774           Instruction *IP = isa<PHINode>(OrigInc)
1775             ? (Instruction*)L->getHeader()->getFirstInsertionPt()
1776             : OrigInc->getNextNode();
1777           IRBuilder<> Builder(IP);
1778           Builder.SetCurrentDebugLocation(IsomorphicInc->getDebugLoc());
1779           NewInc = Builder.
1780             CreateTruncOrBitCast(OrigInc, IsomorphicInc->getType(), IVName);
1781         }
1782         IsomorphicInc->replaceAllUsesWith(NewInc);
1783         DeadInsts.push_back(IsomorphicInc);
1784       }
1785     }
1786     DEBUG_WITH_TYPE(DebugType, dbgs()
1787                     << "INDVARS: Eliminated congruent iv: " << *Phi << '\n');
1788     ++NumElim;
1789     Value *NewIV = OrigPhiRef;
1790     if (OrigPhiRef->getType() != Phi->getType()) {
1791       IRBuilder<> Builder(L->getHeader()->getFirstInsertionPt());
1792       Builder.SetCurrentDebugLocation(Phi->getDebugLoc());
1793       NewIV = Builder.CreateTruncOrBitCast(OrigPhiRef, Phi->getType(), IVName);
1794     }
1795     Phi->replaceAllUsesWith(NewIV);
1796     DeadInsts.push_back(Phi);
1797   }
1798   return NumElim;
1799 }
1800
1801 namespace {
1802 // Search for a SCEV subexpression that is not safe to expand.  Any expression
1803 // that may expand to a !isSafeToSpeculativelyExecute value is unsafe, namely
1804 // UDiv expressions. We don't know if the UDiv is derived from an IR divide
1805 // instruction, but the important thing is that we prove the denominator is
1806 // nonzero before expansion.
1807 //
1808 // IVUsers already checks that IV-derived expressions are safe. So this check is
1809 // only needed when the expression includes some subexpression that is not IV
1810 // derived.
1811 //
1812 // Currently, we only allow division by a nonzero constant here. If this is
1813 // inadequate, we could easily allow division by SCEVUnknown by using
1814 // ValueTracking to check isKnownNonZero().
1815 //
1816 // We cannot generally expand recurrences unless the step dominates the loop
1817 // header. The expander handles the special case of affine recurrences by
1818 // scaling the recurrence outside the loop, but this technique isn't generally
1819 // applicable. Expanding a nested recurrence outside a loop requires computing
1820 // binomial coefficients. This could be done, but the recurrence has to be in a
1821 // perfectly reduced form, which can't be guaranteed.
1822 struct SCEVFindUnsafe {
1823   ScalarEvolution &SE;
1824   bool IsUnsafe;
1825
1826   SCEVFindUnsafe(ScalarEvolution &se): SE(se), IsUnsafe(false) {}
1827
1828   bool follow(const SCEV *S) {
1829     if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
1830       const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(D->getRHS());
1831       if (!SC || SC->getValue()->isZero()) {
1832         IsUnsafe = true;
1833         return false;
1834       }
1835     }
1836     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
1837       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(SE);
1838       if (!AR->isAffine() && !SE.dominates(Step, AR->getLoop()->getHeader())) {
1839         IsUnsafe = true;
1840         return false;
1841       }
1842     }
1843     return true;
1844   }
1845   bool isDone() const { return IsUnsafe; }
1846 };
1847 }
1848
1849 namespace llvm {
1850 bool isSafeToExpand(const SCEV *S, ScalarEvolution &SE) {
1851   SCEVFindUnsafe Search(SE);
1852   visitAll(S, Search);
1853   return !Search.IsUnsafe;
1854 }
1855 }