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[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolutionExpander.cpp
index b153c6f1568b51cdb25881cd54b83cd7c105a5c5..bcccb04a1e7ce4822bea1466cc1d5b660c7d0236 100644 (file)
@@ -2,8 +2,8 @@
 //
 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
-// This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
-// the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
+// This file is distributed under the University of Illinois Open Source
+// License. See LICENSE.TXT for details.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
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 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
+#include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
+#include "llvm/LLVMContext.h"
+#include "llvm/Target/TargetData.h"
+#include "llvm/ADT/STLExtras.h"
 using namespace llvm;
 
-Value *SCEVExpander::visitMulExpr(SCEVMulExpr *S) {
-  const Type *Ty = S->getType();
+/// InsertNoopCastOfTo - Insert a cast of V to the specified type,
+/// which must be possible with a noop cast, doing what we can to share
+/// the casts.
+Value *SCEVExpander::InsertNoopCastOfTo(Value *V, const Type *Ty) {
+  Instruction::CastOps Op = CastInst::getCastOpcode(V, false, Ty, false);
+  assert((Op == Instruction::BitCast ||
+          Op == Instruction::PtrToInt ||
+          Op == Instruction::IntToPtr) &&
+         "InsertNoopCastOfTo cannot perform non-noop casts!");
+  assert(SE.getTypeSizeInBits(V->getType()) == SE.getTypeSizeInBits(Ty) &&
+         "InsertNoopCastOfTo cannot change sizes!");
+
+  // Short-circuit unnecessary bitcasts.
+  if (Op == Instruction::BitCast && V->getType() == Ty)
+    return V;
+
+  // Short-circuit unnecessary inttoptr<->ptrtoint casts.
+  if ((Op == Instruction::PtrToInt || Op == Instruction::IntToPtr) &&
+      SE.getTypeSizeInBits(Ty) == SE.getTypeSizeInBits(V->getType())) {
+    if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V))
+      if ((CI->getOpcode() == Instruction::PtrToInt ||
+           CI->getOpcode() == Instruction::IntToPtr) &&
+          SE.getTypeSizeInBits(CI->getType()) ==
+          SE.getTypeSizeInBits(CI->getOperand(0)->getType()))
+        return CI->getOperand(0);
+    if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
+      if ((CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt ||
+           CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr) &&
+          SE.getTypeSizeInBits(CE->getType()) ==
+          SE.getTypeSizeInBits(CE->getOperand(0)->getType()))
+        return CE->getOperand(0);
+  }
+
+  if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
+    return ConstantExpr::getCast(Op, C, Ty);
+
+  if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
+    // Check to see if there is already a cast!
+    for (Value::use_iterator UI = A->use_begin(), E = A->use_end();
+         UI != E; ++UI)
+      if ((*UI)->getType() == Ty)
+        if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(cast<Instruction>(*UI)))
+          if (CI->getOpcode() == Op) {
+            // If the cast isn't the first instruction of the function, move it.
+            if (BasicBlock::iterator(CI) !=
+                A->getParent()->getEntryBlock().begin()) {
+              // Recreate the cast at the beginning of the entry block.
+              // The old cast is left in place in case it is being used
+              // as an insert point.
+              Instruction *NewCI =
+                CastInst::Create(Op, V, Ty, "",
+                                 A->getParent()->getEntryBlock().begin());
+              NewCI->takeName(CI);
+              CI->replaceAllUsesWith(NewCI);
+              return NewCI;
+            }
+            return CI;
+          }
+
+    Instruction *I = CastInst::Create(Op, V, Ty, V->getName(),
+                                      A->getParent()->getEntryBlock().begin());
+    InsertedValues.insert(I);
+    return I;
+  }
+
+  Instruction *I = cast<Instruction>(V);
+
+  // Check to see if there is already a cast.  If there is, use it.
+  for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
+       UI != E; ++UI) {
+    if ((*UI)->getType() == Ty)
+      if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(cast<Instruction>(*UI)))
+        if (CI->getOpcode() == Op) {
+          BasicBlock::iterator It = I; ++It;
+          if (isa<InvokeInst>(I))
+            It = cast<InvokeInst>(I)->getNormalDest()->begin();
+          while (isa<PHINode>(It)) ++It;
+          if (It != BasicBlock::iterator(CI)) {
+            // Recreate the cast at the beginning of the entry block.
+            // The old cast is left in place in case it is being used
+            // as an insert point.
+            Instruction *NewCI = CastInst::Create(Op, V, Ty, "", It);
+            NewCI->takeName(CI);
+            CI->replaceAllUsesWith(NewCI);
+            return NewCI;
+          }
+          return CI;
+        }
+  }
+  BasicBlock::iterator IP = I; ++IP;
+  if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(I))
+    IP = II->getNormalDest()->begin();
+  while (isa<PHINode>(IP)) ++IP;
+  Instruction *CI = CastInst::Create(Op, V, Ty, V->getName(), IP);
+  InsertedValues.insert(CI);
+  return CI;
+}
+
+/// InsertBinop - Insert the specified binary operator, doing a small amount
+/// of work to avoid inserting an obviously redundant operation.
+Value *SCEVExpander::InsertBinop(Instruction::BinaryOps Opcode,
+                                 Value *LHS, Value *RHS) {
+  // Fold a binop with constant operands.
+  if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(LHS))
+    if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(RHS))
+      return ConstantExpr::get(Opcode, CLHS, CRHS);
+
+  // Do a quick scan to see if we have this binop nearby.  If so, reuse it.
+  unsigned ScanLimit = 6;
+  BasicBlock::iterator BlockBegin = Builder.GetInsertBlock()->begin();
+  // Scanning starts from the last instruction before the insertion point.
+  BasicBlock::iterator IP = Builder.GetInsertPoint();
+  if (IP != BlockBegin) {
+    --IP;
+    for (; ScanLimit; --IP, --ScanLimit) {
+      if (IP->getOpcode() == (unsigned)Opcode && IP->getOperand(0) == LHS &&
+          IP->getOperand(1) == RHS)
+        return IP;
+      if (IP == BlockBegin) break;
+    }
+  }
+
+  // If we haven't found this binop, insert it.
+  Value *BO = Builder.CreateBinOp(Opcode, LHS, RHS, "tmp");
+  InsertedValues.insert(BO);
+  return BO;
+}
+
+/// FactorOutConstant - Test if S is divisible by Factor, using signed
+/// division. If so, update S with Factor divided out and return true.
+/// S need not be evenly divisble if a reasonable remainder can be
+/// computed.
+/// TODO: When ScalarEvolution gets a SCEVSDivExpr, this can be made
+/// unnecessary; in its place, just signed-divide Ops[i] by the scale and
+/// check to see if the divide was folded.
+static bool FactorOutConstant(const SCEV *&S,
+                              const SCEV *&Remainder,
+                              const SCEV *Factor,
+                              ScalarEvolution &SE,
+                              const TargetData *TD) {
+  // Everything is divisible by one.
+  if (Factor->isOne())
+    return true;
+
+  // x/x == 1.
+  if (S == Factor) {
+    S = SE.getIntegerSCEV(1, S->getType());
+    return true;
+  }
+
+  // For a Constant, check for a multiple of the given factor.
+  if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
+    // 0/x == 0.
+    if (C->isZero())
+      return true;
+    // Check for divisibility.
+    if (const SCEVConstant *FC = dyn_cast<SCEVConstant>(Factor)) {
+      ConstantInt *CI =
+        ConstantInt::get(SE.getContext(),
+                         C->getValue()->getValue().sdiv(
+                                                   FC->getValue()->getValue()));
+      // If the quotient is zero and the remainder is non-zero, reject
+      // the value at this scale. It will be considered for subsequent
+      // smaller scales.
+      if (!CI->isZero()) {
+        const SCEV *Div = SE.getConstant(CI);
+        S = Div;
+        Remainder =
+          SE.getAddExpr(Remainder,
+                        SE.getConstant(C->getValue()->getValue().srem(
+                                                  FC->getValue()->getValue())));
+        return true;
+      }
+    }
+  }
+
+  // In a Mul, check if there is a constant operand which is a multiple
+  // of the given factor.
+  if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
+    if (TD) {
+      // With TargetData, the size is known. Check if there is a constant
+      // operand which is a multiple of the given factor. If so, we can
+      // factor it.
+      const SCEVConstant *FC = cast<SCEVConstant>(Factor);
+      if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(0)))
+        if (!C->getValue()->getValue().srem(FC->getValue()->getValue())) {
+          const SmallVectorImpl<const SCEV *> &MOperands = M->getOperands();
+          SmallVector<const SCEV *, 4> NewMulOps(MOperands.begin(),
+                                                 MOperands.end());
+          NewMulOps[0] =
+            SE.getConstant(C->getValue()->getValue().sdiv(
+                                                   FC->getValue()->getValue()));
+          S = SE.getMulExpr(NewMulOps);
+          return true;
+        }
+    } else {
+      // Without TargetData, check if Factor can be factored out of any of the
+      // Mul's operands. If so, we can just remove it.
+      for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+        const SCEV *SOp = M->getOperand(i);
+        const SCEV *Remainder = SE.getIntegerSCEV(0, SOp->getType());
+        if (FactorOutConstant(SOp, Remainder, Factor, SE, TD) &&
+            Remainder->isZero()) {
+          const SmallVectorImpl<const SCEV *> &MOperands = M->getOperands();
+          SmallVector<const SCEV *, 4> NewMulOps(MOperands.begin(),
+                                                 MOperands.end());
+          NewMulOps[i] = SOp;
+          S = SE.getMulExpr(NewMulOps);
+          return true;
+        }
+      }
+    }
+  }
+
+  // In an AddRec, check if both start and step are divisible.
+  if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
+    const SCEV *Step = A->getStepRecurrence(SE);
+    const SCEV *StepRem = SE.getIntegerSCEV(0, Step->getType());
+    if (!FactorOutConstant(Step, StepRem, Factor, SE, TD))
+      return false;
+    if (!StepRem->isZero())
+      return false;
+    const SCEV *Start = A->getStart();
+    if (!FactorOutConstant(Start, Remainder, Factor, SE, TD))
+      return false;
+    S = SE.getAddRecExpr(Start, Step, A->getLoop());
+    return true;
+  }
+
+  return false;
+}
+
+/// SimplifyAddOperands - Sort and simplify a list of add operands. NumAddRecs
+/// is the number of SCEVAddRecExprs present, which are kept at the end of
+/// the list.
+///
+static void SimplifyAddOperands(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
+                                const Type *Ty,
+                                ScalarEvolution &SE) {
+  unsigned NumAddRecs = 0;
+  for (unsigned i = Ops.size(); i > 0 && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[i-1]); --i)
+    ++NumAddRecs;
+  // Group Ops into non-addrecs and addrecs.
+  SmallVector<const SCEV *, 8> NoAddRecs(Ops.begin(), Ops.end() - NumAddRecs);
+  SmallVector<const SCEV *, 8> AddRecs(Ops.end() - NumAddRecs, Ops.end());
+  // Let ScalarEvolution sort and simplify the non-addrecs list.
+  const SCEV *Sum = NoAddRecs.empty() ?
+                    SE.getIntegerSCEV(0, Ty) :
+                    SE.getAddExpr(NoAddRecs);
+  // If it returned an add, use the operands. Otherwise it simplified
+  // the sum into a single value, so just use that.
+  if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Sum))
+    Ops = Add->getOperands();
+  else {
+    Ops.clear();
+    if (!Sum->isZero())
+      Ops.push_back(Sum);
+  }
+  // Then append the addrecs.
+  Ops.insert(Ops.end(), AddRecs.begin(), AddRecs.end());
+}
+
+/// SplitAddRecs - Flatten a list of add operands, moving addrec start values
+/// out to the top level. For example, convert {a + b,+,c} to a, b, {0,+,d}.
+/// This helps expose more opportunities for folding parts of the expressions
+/// into GEP indices.
+///
+static void SplitAddRecs(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
+                         const Type *Ty,
+                         ScalarEvolution &SE) {
+  // Find the addrecs.
+  SmallVector<const SCEV *, 8> AddRecs;
+  for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
+    while (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[i])) {
+      const SCEV *Start = A->getStart();
+      if (Start->isZero()) break;
+      const SCEV *Zero = SE.getIntegerSCEV(0, Ty);
+      AddRecs.push_back(SE.getAddRecExpr(Zero,
+                                         A->getStepRecurrence(SE),
+                                         A->getLoop()));
+      if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Start)) {
+        Ops[i] = Zero;
+        Ops.insert(Ops.end(), Add->op_begin(), Add->op_end());
+        e += Add->getNumOperands();
+      } else {
+        Ops[i] = Start;
+      }
+    }
+  if (!AddRecs.empty()) {
+    // Add the addrecs onto the end of the list.
+    Ops.insert(Ops.end(), AddRecs.begin(), AddRecs.end());
+    // Resort the operand list, moving any constants to the front.
+    SimplifyAddOperands(Ops, Ty, SE);
+  }
+}
+
+/// expandAddToGEP - Expand an addition expression with a pointer type into
+/// a GEP instead of using ptrtoint+arithmetic+inttoptr. This helps
+/// BasicAliasAnalysis and other passes analyze the result. See the rules
+/// for getelementptr vs. inttoptr in
+/// http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointeraliasing
+/// for details.
+///
+/// Design note: The correctness of using getelmeentptr here depends on
+/// ScalarEvolution not recognizing inttoptr and ptrtoint operators, as
+/// they may introduce pointer arithmetic which may not be safely converted
+/// into getelementptr.
+///
+/// Design note: It might seem desirable for this function to be more
+/// loop-aware. If some of the indices are loop-invariant while others
+/// aren't, it might seem desirable to emit multiple GEPs, keeping the
+/// loop-invariant portions of the overall computation outside the loop.
+/// However, there are a few reasons this is not done here. Hoisting simple
+/// arithmetic is a low-level optimization that often isn't very
+/// important until late in the optimization process. In fact, passes
+/// like InstructionCombining will combine GEPs, even if it means
+/// pushing loop-invariant computation down into loops, so even if the
+/// GEPs were split here, the work would quickly be undone. The
+/// LoopStrengthReduction pass, which is usually run quite late (and
+/// after the last InstructionCombining pass), takes care of hoisting
+/// loop-invariant portions of expressions, after considering what
+/// can be folded using target addressing modes.
+///
+Value *SCEVExpander::expandAddToGEP(const SCEV *const *op_begin,
+                                    const SCEV *const *op_end,
+                                    const PointerType *PTy,
+                                    const Type *Ty,
+                                    Value *V) {
+  const Type *ElTy = PTy->getElementType();
+  SmallVector<Value *, 4> GepIndices;
+  SmallVector<const SCEV *, 8> Ops(op_begin, op_end);
+  bool AnyNonZeroIndices = false;
+
+  // Split AddRecs up into parts as either of the parts may be usable
+  // without the other.
+  SplitAddRecs(Ops, Ty, SE);
+
+  // Decend down the pointer's type and attempt to convert the other
+  // operands into GEP indices, at each level. The first index in a GEP
+  // indexes into the array implied by the pointer operand; the rest of
+  // the indices index into the element or field type selected by the
+  // preceding index.
+  for (;;) {
+    const SCEV *ElSize = SE.getAllocSizeExpr(ElTy);
+    // If the scale size is not 0, attempt to factor out a scale for
+    // array indexing.
+    SmallVector<const SCEV *, 8> ScaledOps;
+    if (ElTy->isSized() && !ElSize->isZero()) {
+      SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
+      for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
+        const SCEV *Op = Ops[i];
+        const SCEV *Remainder = SE.getIntegerSCEV(0, Ty);
+        if (FactorOutConstant(Op, Remainder, ElSize, SE, SE.TD)) {
+          // Op now has ElSize factored out.
+          ScaledOps.push_back(Op);
+          if (!Remainder->isZero())
+            NewOps.push_back(Remainder);
+          AnyNonZeroIndices = true;
+        } else {
+          // The operand was not divisible, so add it to the list of operands
+          // we'll scan next iteration.
+          NewOps.push_back(Ops[i]);
+        }
+      }
+      // If we made any changes, update Ops.
+      if (!ScaledOps.empty()) {
+        Ops = NewOps;
+        SimplifyAddOperands(Ops, Ty, SE);
+      }
+    }
+
+    // Record the scaled array index for this level of the type. If
+    // we didn't find any operands that could be factored, tentatively
+    // assume that element zero was selected (since the zero offset
+    // would obviously be folded away).
+    Value *Scaled = ScaledOps.empty() ?
+                    Constant::getNullValue(Ty) :
+                    expandCodeFor(SE.getAddExpr(ScaledOps), Ty);
+    GepIndices.push_back(Scaled);
+
+    // Collect struct field index operands.
+    while (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElTy)) {
+      bool FoundFieldNo = false;
+      // An empty struct has no fields.
+      if (STy->getNumElements() == 0) break;
+      if (SE.TD) {
+        // With TargetData, field offsets are known. See if a constant offset
+        // falls within any of the struct fields.
+        if (Ops.empty()) break;
+        if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0]))
+          if (SE.getTypeSizeInBits(C->getType()) <= 64) {
+            const StructLayout &SL = *SE.TD->getStructLayout(STy);
+            uint64_t FullOffset = C->getValue()->getZExtValue();
+            if (FullOffset < SL.getSizeInBytes()) {
+              unsigned ElIdx = SL.getElementContainingOffset(FullOffset);
+              GepIndices.push_back(
+                  ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()), ElIdx));
+              ElTy = STy->getTypeAtIndex(ElIdx);
+              Ops[0] =
+                SE.getConstant(Ty, FullOffset - SL.getElementOffset(ElIdx));
+              AnyNonZeroIndices = true;
+              FoundFieldNo = true;
+            }
+          }
+      } else {
+        // Without TargetData, just check for a SCEVFieldOffsetExpr of the
+        // appropriate struct type.
+        for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
+          if (const SCEVFieldOffsetExpr *FO =
+                dyn_cast<SCEVFieldOffsetExpr>(Ops[i]))
+            if (FO->getStructType() == STy) {
+              unsigned FieldNo = FO->getFieldNo();
+              GepIndices.push_back(
+                  ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()),
+                                   FieldNo));
+              ElTy = STy->getTypeAtIndex(FieldNo);
+              Ops[i] = SE.getConstant(Ty, 0);
+              AnyNonZeroIndices = true;
+              FoundFieldNo = true;
+              break;
+            }
+      }
+      // If no struct field offsets were found, tentatively assume that
+      // field zero was selected (since the zero offset would obviously
+      // be folded away).
+      if (!FoundFieldNo) {
+        ElTy = STy->getTypeAtIndex(0u);
+        GepIndices.push_back(
+          Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(Ty->getContext())));
+      }
+    }
+
+    if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(ElTy))
+      ElTy = ATy->getElementType();
+    else
+      break;
+  }
+
+  // If none of the operands were convertable to proper GEP indices, cast
+  // the base to i8* and do an ugly getelementptr with that. It's still
+  // better than ptrtoint+arithmetic+inttoptr at least.
+  if (!AnyNonZeroIndices) {
+    // Cast the base to i8*.
+    V = InsertNoopCastOfTo(V,
+       Type::getInt8PtrTy(Ty->getContext(), PTy->getAddressSpace()));
+
+    // Expand the operands for a plain byte offset.
+    Value *Idx = expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty);
+
+    // Fold a GEP with constant operands.
+    if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(V))
+      if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(Idx))
+        return ConstantExpr::getGetElementPtr(CLHS, &CRHS, 1);
+
+    // Do a quick scan to see if we have this GEP nearby.  If so, reuse it.
+    unsigned ScanLimit = 6;
+    BasicBlock::iterator BlockBegin = Builder.GetInsertBlock()->begin();
+    // Scanning starts from the last instruction before the insertion point.
+    BasicBlock::iterator IP = Builder.GetInsertPoint();
+    if (IP != BlockBegin) {
+      --IP;
+      for (; ScanLimit; --IP, --ScanLimit) {
+        if (IP->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
+            IP->getOperand(0) == V && IP->getOperand(1) == Idx)
+          return IP;
+        if (IP == BlockBegin) break;
+      }
+    }
+
+    // Emit a GEP.
+    Value *GEP = Builder.CreateGEP(V, Idx, "uglygep");
+    InsertedValues.insert(GEP);
+    return GEP;
+  }
+
+  // Insert a pretty getelementptr. Note that this GEP is not marked inbounds,
+  // because ScalarEvolution may have changed the address arithmetic to
+  // compute a value which is beyond the end of the allocated object.
+  Value *GEP = Builder.CreateGEP(V,
+                                 GepIndices.begin(),
+                                 GepIndices.end(),
+                                 "scevgep");
+  Ops.push_back(SE.getUnknown(GEP));
+  InsertedValues.insert(GEP);
+  return expand(SE.getAddExpr(Ops));
+}
+
+Value *SCEVExpander::visitAddExpr(const SCEVAddExpr *S) {
+  int NumOperands = S->getNumOperands();
+  const Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
+
+  // Find the index of an operand to start with. Choose the operand with
+  // pointer type, if there is one, or the last operand otherwise.
+  int PIdx = 0;
+  for (; PIdx != NumOperands - 1; ++PIdx)
+    if (isa<PointerType>(S->getOperand(PIdx)->getType())) break;
+
+  // Expand code for the operand that we chose.
+  Value *V = expand(S->getOperand(PIdx));
+
+  // Turn things like ptrtoint+arithmetic+inttoptr into GEP. See the
+  // comments on expandAddToGEP for details.
+  if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(V->getType())) {
+    // Take the operand at PIdx out of the list.
+    const SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops = S->getOperands();
+    SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
+    NewOps.insert(NewOps.end(), Ops.begin(), Ops.begin() + PIdx);
+    NewOps.insert(NewOps.end(), Ops.begin() + PIdx + 1, Ops.end());
+    // Make a GEP.
+    return expandAddToGEP(NewOps.begin(), NewOps.end(), PTy, Ty, V);
+  }
+
+  // Otherwise, we'll expand the rest of the SCEVAddExpr as plain integer
+  // arithmetic.
+  V = InsertNoopCastOfTo(V, Ty);
+
+  // Emit a bunch of add instructions
+  for (int i = NumOperands-1; i >= 0; --i) {
+    if (i == PIdx) continue;
+    Value *W = expandCodeFor(S->getOperand(i), Ty);
+    V = InsertBinop(Instruction::Add, V, W);
+  }
+  return V;
+}
+
+Value *SCEVExpander::visitMulExpr(const SCEVMulExpr *S) {
+  const Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
   int FirstOp = 0;  // Set if we should emit a subtract.
-  if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(S->getOperand(0)))
+  if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(S->getOperand(0)))
     if (SC->getValue()->isAllOnesValue())
       FirstOp = 1;
 
   int i = S->getNumOperands()-2;
-  Value *V = expandInTy(S->getOperand(i+1), Ty);
+  Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(i+1), Ty);
 
   // Emit a bunch of multiply instructions
-  for (; i >= FirstOp; --i)
-    V = BinaryOperator::createMul(V, expandInTy(S->getOperand(i), Ty),
-                                  "tmp.", InsertPt);
+  for (; i >= FirstOp; --i) {
+    Value *W = expandCodeFor(S->getOperand(i), Ty);
+    V = InsertBinop(Instruction::Mul, V, W);
+  }
+
   // -1 * ...  --->  0 - ...
   if (FirstOp == 1)
-    V = BinaryOperator::createNeg(V, "tmp.", InsertPt);
+    V = InsertBinop(Instruction::Sub, Constant::getNullValue(Ty), V);
   return V;
 }
 
-Value *SCEVExpander::visitAddRecExpr(SCEVAddRecExpr *S) {
-  const Type *Ty = S->getType();
+Value *SCEVExpander::visitUDivExpr(const SCEVUDivExpr *S) {
+  const Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
+
+  Value *LHS = expandCodeFor(S->getLHS(), Ty);
+  if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(S->getRHS())) {
+    const APInt &RHS = SC->getValue()->getValue();
+    if (RHS.isPowerOf2())
+      return InsertBinop(Instruction::LShr, LHS,
+                         ConstantInt::get(Ty, RHS.logBase2()));
+  }
+
+  Value *RHS = expandCodeFor(S->getRHS(), Ty);
+  return InsertBinop(Instruction::UDiv, LHS, RHS);
+}
+
+/// Move parts of Base into Rest to leave Base with the minimal
+/// expression that provides a pointer operand suitable for a
+/// GEP expansion.
+static void ExposePointerBase(const SCEV *&Base, const SCEV *&Rest,
+                              ScalarEvolution &SE) {
+  while (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Base)) {
+    Base = A->getStart();
+    Rest = SE.getAddExpr(Rest,
+                         SE.getAddRecExpr(SE.getIntegerSCEV(0, A->getType()),
+                                          A->getStepRecurrence(SE),
+                                          A->getLoop()));
+  }
+  if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Base)) {
+    Base = A->getOperand(A->getNumOperands()-1);
+    SmallVector<const SCEV *, 8> NewAddOps(A->op_begin(), A->op_end());
+    NewAddOps.back() = Rest;
+    Rest = SE.getAddExpr(NewAddOps);
+    ExposePointerBase(Base, Rest, SE);
+  }
+}
+
+Value *SCEVExpander::visitAddRecExpr(const SCEVAddRecExpr *S) {
+  const Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
   const Loop *L = S->getLoop();
-  // We cannot yet do fp recurrences, e.g. the xform of {X,+,F} --> X+{0,+,F}
-  assert(Ty->isIntegral() && "Cannot expand fp recurrences yet!");
+
+  // First check for an existing canonical IV in a suitable type.
+  PHINode *CanonicalIV = 0;
+  if (PHINode *PN = L->getCanonicalInductionVariable())
+    if (SE.isSCEVable(PN->getType()) &&
+        isa<IntegerType>(SE.getEffectiveSCEVType(PN->getType())) &&
+        SE.getTypeSizeInBits(PN->getType()) >= SE.getTypeSizeInBits(Ty))
+      CanonicalIV = PN;
+
+  // Rewrite an AddRec in terms of the canonical induction variable, if
+  // its type is more narrow.
+  if (CanonicalIV &&
+      SE.getTypeSizeInBits(CanonicalIV->getType()) >
+      SE.getTypeSizeInBits(Ty)) {
+    const SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops = S->getOperands();
+    SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(Ops.size());
+    for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
+      NewOps[i] = SE.getAnyExtendExpr(Ops[i], CanonicalIV->getType());
+    Value *V = expand(SE.getAddRecExpr(NewOps, S->getLoop()));
+    BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
+    BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
+    BasicBlock::iterator NewInsertPt =
+      llvm::next(BasicBlock::iterator(cast<Instruction>(V)));
+    while (isa<PHINode>(NewInsertPt)) ++NewInsertPt;
+    V = expandCodeFor(SE.getTruncateExpr(SE.getUnknown(V), Ty), 0,
+                      NewInsertPt);
+    Builder.SetInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
+    return V;
+  }
 
   // {X,+,F} --> X + {0,+,F}
-  if (!isa<SCEVConstant>(S->getStart()) ||
-      !cast<SCEVConstant>(S->getStart())->getValue()->isNullValue()) {
-    Value *Start = expandInTy(S->getStart(), Ty);
-    std::vector<SCEVHandle> NewOps(S->op_begin(), S->op_end());
-    NewOps[0] = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Ty);
-    Value *Rest = expandInTy(SCEVAddRecExpr::get(NewOps, L), Ty);
+  if (!S->getStart()->isZero()) {
+    const SmallVectorImpl<const SCEV *> &SOperands = S->getOperands();
+    SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(SOperands.begin(), SOperands.end());
+    NewOps[0] = SE.getIntegerSCEV(0, Ty);
+    const SCEV *Rest = SE.getAddRecExpr(NewOps, L);
+
+    // Turn things like ptrtoint+arithmetic+inttoptr into GEP. See the
+    // comments on expandAddToGEP for details.
+    const SCEV *Base = S->getStart();
+    const SCEV *RestArray[1] = { Rest };
+    // Dig into the expression to find the pointer base for a GEP.
+    ExposePointerBase(Base, RestArray[0], SE);
+    // If we found a pointer, expand the AddRec with a GEP.
+    if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Base->getType())) {
+      // Make sure the Base isn't something exotic, such as a multiplied
+      // or divided pointer value. In those cases, the result type isn't
+      // actually a pointer type.
+      if (!isa<SCEVMulExpr>(Base) && !isa<SCEVUDivExpr>(Base)) {
+        Value *StartV = expand(Base);
+        assert(StartV->getType() == PTy && "Pointer type mismatch for GEP!");
+        return expandAddToGEP(RestArray, RestArray+1, PTy, Ty, StartV);
+      }
+    }
 
-    // FIXME: look for an existing add to use.
-    return BinaryOperator::createAdd(Rest, Start, "tmp.", InsertPt);
+    // Just do a normal add. Pre-expand the operands to suppress folding.
+    return expand(SE.getAddExpr(SE.getUnknown(expand(S->getStart())),
+                                SE.getUnknown(expand(Rest))));
   }
 
   // {0,+,1} --> Insert a canonical induction variable into the loop!
-  if (S->getNumOperands() == 2 &&
-      S->getOperand(1) == SCEVUnknown::getIntegerSCEV(1, Ty)) {
+  if (S->isAffine() &&
+      S->getOperand(1) == SE.getIntegerSCEV(1, Ty)) {
+    // If there's a canonical IV, just use it.
+    if (CanonicalIV) {
+      assert(Ty == SE.getEffectiveSCEVType(CanonicalIV->getType()) &&
+             "IVs with types different from the canonical IV should "
+             "already have been handled!");
+      return CanonicalIV;
+    }
+
     // Create and insert the PHI node for the induction variable in the
     // specified loop.
     BasicBlock *Header = L->getHeader();
-    PHINode *PN = new PHINode(Ty, "indvar", Header->begin());
-    PN->addIncoming(Constant::getNullValue(Ty), L->getLoopPreheader());
+    PHINode *PN = PHINode::Create(Ty, "indvar", Header->begin());
+    InsertedValues.insert(PN);
 
-    pred_iterator HPI = pred_begin(Header);
-    assert(HPI != pred_end(Header) && "Loop with zero preds???");
-    if (!L->contains(*HPI)) ++HPI;
-    assert(HPI != pred_end(Header) && L->contains(*HPI) &&
-           "No backedge in loop?");
-
-    // Insert a unit add instruction right before the terminator corresponding
-    // to the back-edge.
-    Constant *One = Ty->isFloatingPoint() ? (Constant*)ConstantFP::get(Ty, 1.0)
-                                          : ConstantInt::get(Ty, 1);
-    Instruction *Add = BinaryOperator::createAdd(PN, One, "indvar.next",
-                                                 (*HPI)->getTerminator());
-
-    pred_iterator PI = pred_begin(Header);
-    if (*PI == L->getLoopPreheader())
-      ++PI;
-    PN->addIncoming(Add, *PI);
-    return PN;
+    Constant *One = ConstantInt::get(Ty, 1);
+    for (pred_iterator HPI = pred_begin(Header), HPE = pred_end(Header);
+         HPI != HPE; ++HPI)
+      if (L->contains(*HPI)) {
+        // Insert a unit add instruction right before the terminator corresponding
+        // to the back-edge.
+        Instruction *Add = BinaryOperator::CreateAdd(PN, One, "indvar.next",
+                                                     (*HPI)->getTerminator());
+        InsertedValues.insert(Add);
+        PN->addIncoming(Add, *HPI);
+      } else {
+        PN->addIncoming(Constant::getNullValue(Ty), *HPI);
+      }
   }
 
+  // {0,+,F} --> {0,+,1} * F
   // Get the canonical induction variable I for this loop.
-  Value *I = getOrInsertCanonicalInductionVariable(L, Ty);
+  Value *I = CanonicalIV ?
+             CanonicalIV :
+             getOrInsertCanonicalInductionVariable(L, Ty);
 
-  if (S->getNumOperands() == 2) {   // {0,+,F} --> i*F
-    Value *F = expandInTy(S->getOperand(1), Ty);
-    return BinaryOperator::createMul(I, F, "tmp.", InsertPt);
-  }
+  // If this is a simple linear addrec, emit it now as a special case.
+  if (S->isAffine())    // {0,+,F} --> i*F
+    return
+      expand(SE.getTruncateOrNoop(
+        SE.getMulExpr(SE.getUnknown(I),
+                      SE.getNoopOrAnyExtend(S->getOperand(1),
+                                            I->getType())),
+        Ty));
 
   // If this is a chain of recurrences, turn it into a closed form, using the
   // folders, then expandCodeFor the closed form.  This allows the folders to
   // simplify the expression without having to build a bunch of special code
   // into this folder.
-  SCEVHandle IH = SCEVUnknown::get(I);   // Get I as a "symbolic" SCEV.
+  const SCEV *IH = SE.getUnknown(I);   // Get I as a "symbolic" SCEV.
+
+  // Promote S up to the canonical IV type, if the cast is foldable.
+  const SCEV *NewS = S;
+  const SCEV *Ext = SE.getNoopOrAnyExtend(S, I->getType());
+  if (isa<SCEVAddRecExpr>(Ext))
+    NewS = Ext;
+
+  const SCEV *V = cast<SCEVAddRecExpr>(NewS)->evaluateAtIteration(IH, SE);
+  //cerr << "Evaluated: " << *this << "\n     to: " << *V << "\n";
+
+  // Truncate the result down to the original type, if needed.
+  const SCEV *T = SE.getTruncateOrNoop(V, Ty);
+  return expand(T);
+}
 
-  SCEVHandle V = S->evaluateAtIteration(IH);
-  //std::cerr << "Evaluated: " << *this << "\n     to: " << *V << "\n";
+Value *SCEVExpander::visitTruncateExpr(const SCEVTruncateExpr *S) {
+  const Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
+  Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
+                           SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
+  Value *I = Builder.CreateTrunc(V, Ty, "tmp");
+  InsertedValues.insert(I);
+  return I;
+}
+
+Value *SCEVExpander::visitZeroExtendExpr(const SCEVZeroExtendExpr *S) {
+  const Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
+  Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
+                           SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
+  Value *I = Builder.CreateZExt(V, Ty, "tmp");
+  InsertedValues.insert(I);
+  return I;
+}
+
+Value *SCEVExpander::visitSignExtendExpr(const SCEVSignExtendExpr *S) {
+  const Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
+  Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
+                           SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
+  Value *I = Builder.CreateSExt(V, Ty, "tmp");
+  InsertedValues.insert(I);
+  return I;
+}
+
+Value *SCEVExpander::visitSMaxExpr(const SCEVSMaxExpr *S) {
+  Value *LHS = expand(S->getOperand(S->getNumOperands()-1));
+  const Type *Ty = LHS->getType();
+  for (int i = S->getNumOperands()-2; i >= 0; --i) {
+    // In the case of mixed integer and pointer types, do the
+    // rest of the comparisons as integer.
+    if (S->getOperand(i)->getType() != Ty) {
+      Ty = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
+      LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, Ty);
+    }
+    Value *RHS = expandCodeFor(S->getOperand(i), Ty);
+    Value *ICmp = Builder.CreateICmpSGT(LHS, RHS, "tmp");
+    InsertedValues.insert(ICmp);
+    Value *Sel = Builder.CreateSelect(ICmp, LHS, RHS, "smax");
+    InsertedValues.insert(Sel);
+    LHS = Sel;
+  }
+  // In the case of mixed integer and pointer types, cast the
+  // final result back to the pointer type.
+  if (LHS->getType() != S->getType())
+    LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, S->getType());
+  return LHS;
+}
+
+Value *SCEVExpander::visitUMaxExpr(const SCEVUMaxExpr *S) {
+  Value *LHS = expand(S->getOperand(S->getNumOperands()-1));
+  const Type *Ty = LHS->getType();
+  for (int i = S->getNumOperands()-2; i >= 0; --i) {
+    // In the case of mixed integer and pointer types, do the
+    // rest of the comparisons as integer.
+    if (S->getOperand(i)->getType() != Ty) {
+      Ty = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
+      LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, Ty);
+    }
+    Value *RHS = expandCodeFor(S->getOperand(i), Ty);
+    Value *ICmp = Builder.CreateICmpUGT(LHS, RHS, "tmp");
+    InsertedValues.insert(ICmp);
+    Value *Sel = Builder.CreateSelect(ICmp, LHS, RHS, "umax");
+    InsertedValues.insert(Sel);
+    LHS = Sel;
+  }
+  // In the case of mixed integer and pointer types, cast the
+  // final result back to the pointer type.
+  if (LHS->getType() != S->getType())
+    LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, S->getType());
+  return LHS;
+}
+
+Value *SCEVExpander::visitFieldOffsetExpr(const SCEVFieldOffsetExpr *S) {
+  return ConstantExpr::getOffsetOf(S->getStructType(), S->getFieldNo());
+}
+
+Value *SCEVExpander::visitAllocSizeExpr(const SCEVAllocSizeExpr *S) {
+  return ConstantExpr::getSizeOf(S->getAllocType());
+}
+
+Value *SCEVExpander::expandCodeFor(const SCEV *SH, const Type *Ty) {
+  // Expand the code for this SCEV.
+  Value *V = expand(SH);
+  if (Ty) {
+    assert(SE.getTypeSizeInBits(Ty) == SE.getTypeSizeInBits(SH->getType()) &&
+           "non-trivial casts should be done with the SCEVs directly!");
+    V = InsertNoopCastOfTo(V, Ty);
+  }
+  return V;
+}
+
+Value *SCEVExpander::expand(const SCEV *S) {
+  // Compute an insertion point for this SCEV object. Hoist the instructions
+  // as far out in the loop nest as possible.
+  Instruction *InsertPt = Builder.GetInsertPoint();
+  for (Loop *L = SE.LI->getLoopFor(Builder.GetInsertBlock()); ;
+       L = L->getParentLoop())
+    if (S->isLoopInvariant(L)) {
+      if (!L) break;
+      if (BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader())
+        InsertPt = Preheader->getTerminator();
+    } else {
+      // If the SCEV is computable at this level, insert it into the header
+      // after the PHIs (and after any other instructions that we've inserted
+      // there) so that it is guaranteed to dominate any user inside the loop.
+      if (L && S->hasComputableLoopEvolution(L))
+        InsertPt = L->getHeader()->getFirstNonPHI();
+      while (isInsertedInstruction(InsertPt))
+        InsertPt = llvm::next(BasicBlock::iterator(InsertPt));
+      break;
+    }
+
+  // Check to see if we already expanded this here.
+  std::map<std::pair<const SCEV *, Instruction *>,
+           AssertingVH<Value> >::iterator I =
+    InsertedExpressions.find(std::make_pair(S, InsertPt));
+  if (I != InsertedExpressions.end())
+    return I->second;
 
-  return expandInTy(V, Ty);
+  BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
+  BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
+  Builder.SetInsertPoint(InsertPt->getParent(), InsertPt);
+
+  // Expand the expression into instructions.
+  Value *V = visit(S);
+
+  // Remember the expanded value for this SCEV at this location.
+  InsertedExpressions[std::make_pair(S, InsertPt)] = V;
+
+  Builder.SetInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
+  return V;
+}
+
+/// getOrInsertCanonicalInductionVariable - This method returns the
+/// canonical induction variable of the specified type for the specified
+/// loop (inserting one if there is none).  A canonical induction variable
+/// starts at zero and steps by one on each iteration.
+Value *
+SCEVExpander::getOrInsertCanonicalInductionVariable(const Loop *L,
+                                                    const Type *Ty) {
+  assert(Ty->isInteger() && "Can only insert integer induction variables!");
+  const SCEV *H = SE.getAddRecExpr(SE.getIntegerSCEV(0, Ty),
+                                   SE.getIntegerSCEV(1, Ty), L);
+  BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
+  BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
+  Value *V = expandCodeFor(H, 0, L->getHeader()->begin());
+  if (SaveInsertBB)
+    Builder.SetInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
+  return V;
 }