26dd4dd5fcf315abd17732aeba4660e382c5072a
[oota-llvm.git] / include / llvm / Analysis / ScalarEvolution.h
1 //===- llvm/Analysis/ScalarEvolution.h - Scalar Evolution -------*- 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 // The ScalarEvolution class is an LLVM pass which can be used to analyze and
11 // categorize scalar expressions in loops.  It specializes in recognizing
12 // general induction variables, representing them with the abstract and opaque
13 // SCEV class.  Given this analysis, trip counts of loops and other important
14 // properties can be obtained.
15 //
16 // This analysis is primarily useful for induction variable substitution and
17 // strength reduction.
18 //
19 //===----------------------------------------------------------------------===//
20
21 #ifndef LLVM_ANALYSIS_SCALAREVOLUTION_H
22 #define LLVM_ANALYSIS_SCALAREVOLUTION_H
23
24 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
25 #include "llvm/ADT/FoldingSet.h"
26 #include "llvm/IR/Function.h"
27 #include "llvm/IR/Instructions.h"
28 #include "llvm/IR/Operator.h"
29 #include "llvm/Pass.h"
30 #include "llvm/Support/Allocator.h"
31 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
32 #include "llvm/Support/DataTypes.h"
33 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
34 #include <map>
35
36 namespace llvm {
37   class APInt;
38   class Constant;
39   class ConstantInt;
40   class DominatorTree;
41   class Type;
42   class ScalarEvolution;
43   class DataLayout;
44   class TargetLibraryInfo;
45   class LLVMContext;
46   class Loop;
47   class LoopInfo;
48   class Operator;
49   class SCEVUnknown;
50   class SCEV;
51   template<> struct FoldingSetTrait<SCEV>;
52
53   /// SCEV - This class represents an analyzed expression in the program.  These
54   /// are opaque objects that the client is not allowed to do much with
55   /// directly.
56   ///
57   class SCEV : public FoldingSetNode {
58     friend struct FoldingSetTrait<SCEV>;
59
60     /// FastID - A reference to an Interned FoldingSetNodeID for this node.
61     /// The ScalarEvolution's BumpPtrAllocator holds the data.
62     FoldingSetNodeIDRef FastID;
63
64     // The SCEV baseclass this node corresponds to
65     const unsigned short SCEVType;
66
67   protected:
68     /// SubclassData - This field is initialized to zero and may be used in
69     /// subclasses to store miscellaneous information.
70     unsigned short SubclassData;
71
72   private:
73     SCEV(const SCEV &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
74     void operator=(const SCEV &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
75
76   public:
77     /// NoWrapFlags are bitfield indices into SubclassData.
78     ///
79     /// Add and Mul expressions may have no-unsigned-wrap <NUW> or
80     /// no-signed-wrap <NSW> properties, which are derived from the IR
81     /// operator. NSW is a misnomer that we use to mean no signed overflow or
82     /// underflow.
83     ///
84     /// AddRec expression may have a no-self-wraparound <NW> property if the
85     /// result can never reach the start value. This property is independent of
86     /// the actual start value and step direction. Self-wraparound is defined
87     /// purely in terms of the recurrence's loop, step size, and
88     /// bitwidth. Formally, a recurrence with no self-wraparound satisfies:
89     /// abs(step) * max-iteration(loop) <= unsigned-max(bitwidth).
90     ///
91     /// Note that NUW and NSW are also valid properties of a recurrence, and
92     /// either implies NW. For convenience, NW will be set for a recurrence
93     /// whenever either NUW or NSW are set.
94     enum NoWrapFlags { FlagAnyWrap = 0,          // No guarantee.
95                        FlagNW      = (1 << 0),   // No self-wrap.
96                        FlagNUW     = (1 << 1),   // No unsigned wrap.
97                        FlagNSW     = (1 << 2),   // No signed wrap.
98                        NoWrapMask  = (1 << 3) -1 };
99
100     explicit SCEV(const FoldingSetNodeIDRef ID, unsigned SCEVTy) :
101       FastID(ID), SCEVType(SCEVTy), SubclassData(0) {}
102
103     unsigned getSCEVType() const { return SCEVType; }
104
105     /// getType - Return the LLVM type of this SCEV expression.
106     ///
107     Type *getType() const;
108
109     /// isZero - Return true if the expression is a constant zero.
110     ///
111     bool isZero() const;
112
113     /// isOne - Return true if the expression is a constant one.
114     ///
115     bool isOne() const;
116
117     /// isAllOnesValue - Return true if the expression is a constant
118     /// all-ones value.
119     ///
120     bool isAllOnesValue() const;
121
122     /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated,
123     /// but not a constant.
124     bool isNonConstantNegative() const;
125
126     /// print - Print out the internal representation of this scalar to the
127     /// specified stream.  This should really only be used for debugging
128     /// purposes.
129     void print(raw_ostream &OS) const;
130
131     /// dump - This method is used for debugging.
132     ///
133     void dump() const;
134   };
135
136   // Specialize FoldingSetTrait for SCEV to avoid needing to compute
137   // temporary FoldingSetNodeID values.
138   template<> struct FoldingSetTrait<SCEV> : DefaultFoldingSetTrait<SCEV> {
139     static void Profile(const SCEV &X, FoldingSetNodeID& ID) {
140       ID = X.FastID;
141     }
142     static bool Equals(const SCEV &X, const FoldingSetNodeID &ID,
143                        unsigned IDHash, FoldingSetNodeID &TempID) {
144       return ID == X.FastID;
145     }
146     static unsigned ComputeHash(const SCEV &X, FoldingSetNodeID &TempID) {
147       return X.FastID.ComputeHash();
148     }
149   };
150
151   inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const SCEV &S) {
152     S.print(OS);
153     return OS;
154   }
155
156   /// SCEVCouldNotCompute - An object of this class is returned by queries that
157   /// could not be answered.  For example, if you ask for the number of
158   /// iterations of a linked-list traversal loop, you will get one of these.
159   /// None of the standard SCEV operations are valid on this class, it is just a
160   /// marker.
161   struct SCEVCouldNotCompute : public SCEV {
162     SCEVCouldNotCompute();
163
164     /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
165     static bool classof(const SCEV *S);
166   };
167
168   /// ScalarEvolution - This class is the main scalar evolution driver.  Because
169   /// client code (intentionally) can't do much with the SCEV objects directly,
170   /// they must ask this class for services.
171   ///
172   class ScalarEvolution : public FunctionPass {
173   public:
174     /// LoopDisposition - An enum describing the relationship between a
175     /// SCEV and a loop.
176     enum LoopDisposition {
177       LoopVariant,    ///< The SCEV is loop-variant (unknown).
178       LoopInvariant,  ///< The SCEV is loop-invariant.
179       LoopComputable  ///< The SCEV varies predictably with the loop.
180     };
181
182     /// BlockDisposition - An enum describing the relationship between a
183     /// SCEV and a basic block.
184     enum BlockDisposition {
185       DoesNotDominateBlock,  ///< The SCEV does not dominate the block.
186       DominatesBlock,        ///< The SCEV dominates the block.
187       ProperlyDominatesBlock ///< The SCEV properly dominates the block.
188     };
189
190     /// Convenient NoWrapFlags manipulation that hides enum casts and is
191     /// visible in the ScalarEvolution name space.
192     static SCEV::NoWrapFlags LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED_RESULT
193     maskFlags(SCEV::NoWrapFlags Flags, int Mask) {
194       return (SCEV::NoWrapFlags)(Flags & Mask);
195     }
196     static SCEV::NoWrapFlags LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED_RESULT
197     setFlags(SCEV::NoWrapFlags Flags, SCEV::NoWrapFlags OnFlags) {
198       return (SCEV::NoWrapFlags)(Flags | OnFlags);
199     }
200     static SCEV::NoWrapFlags LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED_RESULT
201     clearFlags(SCEV::NoWrapFlags Flags, SCEV::NoWrapFlags OffFlags) {
202       return (SCEV::NoWrapFlags)(Flags & ~OffFlags);
203     }
204
205   private:
206     /// SCEVCallbackVH - A CallbackVH to arrange for ScalarEvolution to be
207     /// notified whenever a Value is deleted.
208     class SCEVCallbackVH : public CallbackVH {
209       ScalarEvolution *SE;
210       virtual void deleted();
211       virtual void allUsesReplacedWith(Value *New);
212     public:
213       SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *SE = 0);
214     };
215
216     friend class SCEVCallbackVH;
217     friend class SCEVExpander;
218     friend class SCEVUnknown;
219
220     /// F - The function we are analyzing.
221     ///
222     Function *F;
223
224     /// LI - The loop information for the function we are currently analyzing.
225     ///
226     LoopInfo *LI;
227
228     /// TD - The target data information for the target we are targeting.
229     ///
230     DataLayout *TD;
231
232     /// TLI - The target library information for the target we are targeting.
233     ///
234     TargetLibraryInfo *TLI;
235
236     /// DT - The dominator tree.
237     ///
238     DominatorTree *DT;
239
240     /// CouldNotCompute - This SCEV is used to represent unknown trip
241     /// counts and things.
242     SCEVCouldNotCompute CouldNotCompute;
243
244     /// ValueExprMapType - The typedef for ValueExprMap.
245     ///
246     typedef DenseMap<SCEVCallbackVH, const SCEV *, DenseMapInfo<Value *> >
247       ValueExprMapType;
248
249     /// ValueExprMap - This is a cache of the values we have analyzed so far.
250     ///
251     ValueExprMapType ValueExprMap;
252
253     /// Mark predicate values currently being processed by isImpliedCond.
254     DenseSet<Value*> PendingLoopPredicates;
255
256     /// ExitLimit - Information about the number of loop iterations for
257     /// which a loop exit's branch condition evaluates to the not-taken path.
258     /// This is a temporary pair of exact and max expressions that are
259     /// eventually summarized in ExitNotTakenInfo and BackedgeTakenInfo.
260     struct ExitLimit {
261       const SCEV *Exact;
262       const SCEV *Max;
263
264       /*implicit*/ ExitLimit(const SCEV *E) : Exact(E), Max(E) {}
265
266       ExitLimit(const SCEV *E, const SCEV *M) : Exact(E), Max(M) {}
267
268       /// hasAnyInfo - Test whether this ExitLimit contains any computed
269       /// information, or whether it's all SCEVCouldNotCompute values.
270       bool hasAnyInfo() const {
271         return !isa<SCEVCouldNotCompute>(Exact) ||
272           !isa<SCEVCouldNotCompute>(Max);
273       }
274     };
275
276     /// ExitNotTakenInfo - Information about the number of times a particular
277     /// loop exit may be reached before exiting the loop.
278     struct ExitNotTakenInfo {
279       AssertingVH<BasicBlock> ExitingBlock;
280       const SCEV *ExactNotTaken;
281       PointerIntPair<ExitNotTakenInfo*, 1> NextExit;
282
283       ExitNotTakenInfo() : ExitingBlock(0), ExactNotTaken(0) {}
284
285       /// isCompleteList - Return true if all loop exits are computable.
286       bool isCompleteList() const {
287         return NextExit.getInt() == 0;
288       }
289
290       void setIncomplete() { NextExit.setInt(1); }
291
292       /// getNextExit - Return a pointer to the next exit's not-taken info.
293       ExitNotTakenInfo *getNextExit() const {
294         return NextExit.getPointer();
295       }
296
297       void setNextExit(ExitNotTakenInfo *ENT) { NextExit.setPointer(ENT); }
298     };
299
300     /// BackedgeTakenInfo - Information about the backedge-taken count
301     /// of a loop. This currently includes an exact count and a maximum count.
302     ///
303     class BackedgeTakenInfo {
304       /// ExitNotTaken - A list of computable exits and their not-taken counts.
305       /// Loops almost never have more than one computable exit.
306       ExitNotTakenInfo ExitNotTaken;
307
308       /// Max - An expression indicating the least maximum backedge-taken
309       /// count of the loop that is known, or a SCEVCouldNotCompute.
310       const SCEV *Max;
311
312     public:
313       BackedgeTakenInfo() : Max(0) {}
314
315       /// Initialize BackedgeTakenInfo from a list of exact exit counts.
316       BackedgeTakenInfo(
317         SmallVectorImpl< std::pair<BasicBlock *, const SCEV *> > &ExitCounts,
318         bool Complete, const SCEV *MaxCount);
319
320       /// hasAnyInfo - Test whether this BackedgeTakenInfo contains any
321       /// computed information, or whether it's all SCEVCouldNotCompute
322       /// values.
323       bool hasAnyInfo() const {
324         return ExitNotTaken.ExitingBlock || !isa<SCEVCouldNotCompute>(Max);
325       }
326
327       /// getExact - Return an expression indicating the exact backedge-taken
328       /// count of the loop if it is known, or SCEVCouldNotCompute
329       /// otherwise. This is the number of times the loop header can be
330       /// guaranteed to execute, minus one.
331       const SCEV *getExact(ScalarEvolution *SE) const;
332
333       /// getExact - Return the number of times this loop exit may fall through
334       /// to the back edge, or SCEVCouldNotCompute. The loop is guaranteed not
335       /// to exit via this block before this number of iterations, but may exit
336       /// via another block.
337       const SCEV *getExact(BasicBlock *ExitingBlock, ScalarEvolution *SE) const;
338
339       /// getMax - Get the max backedge taken count for the loop.
340       const SCEV *getMax(ScalarEvolution *SE) const;
341
342       /// Return true if any backedge taken count expressions refer to the given
343       /// subexpression.
344       bool hasOperand(const SCEV *S, ScalarEvolution *SE) const;
345
346       /// clear - Invalidate this result and free associated memory.
347       void clear();
348     };
349
350     /// BackedgeTakenCounts - Cache the backedge-taken count of the loops for
351     /// this function as they are computed.
352     DenseMap<const Loop*, BackedgeTakenInfo> BackedgeTakenCounts;
353
354     /// ConstantEvolutionLoopExitValue - This map contains entries for all of
355     /// the PHI instructions that we attempt to compute constant evolutions for.
356     /// This allows us to avoid potentially expensive recomputation of these
357     /// properties.  An instruction maps to null if we are unable to compute its
358     /// exit value.
359     DenseMap<PHINode*, Constant*> ConstantEvolutionLoopExitValue;
360
361     /// ValuesAtScopes - This map contains entries for all the expressions
362     /// that we attempt to compute getSCEVAtScope information for, which can
363     /// be expensive in extreme cases.
364     DenseMap<const SCEV *,
365              SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 2> > ValuesAtScopes;
366
367     /// LoopDispositions - Memoized computeLoopDisposition results.
368     DenseMap<const SCEV *,
369              SmallVector<std::pair<const Loop *, LoopDisposition>, 2> > LoopDispositions;
370
371     /// computeLoopDisposition - Compute a LoopDisposition value.
372     LoopDisposition computeLoopDisposition(const SCEV *S, const Loop *L);
373
374     /// BlockDispositions - Memoized computeBlockDisposition results.
375     DenseMap<const SCEV *,
376              SmallVector<std::pair<const BasicBlock *, BlockDisposition>, 2> > BlockDispositions;
377
378     /// computeBlockDisposition - Compute a BlockDisposition value.
379     BlockDisposition computeBlockDisposition(const SCEV *S, const BasicBlock *BB);
380
381     /// UnsignedRanges - Memoized results from getUnsignedRange
382     DenseMap<const SCEV *, ConstantRange> UnsignedRanges;
383
384     /// SignedRanges - Memoized results from getSignedRange
385     DenseMap<const SCEV *, ConstantRange> SignedRanges;
386
387     /// setUnsignedRange - Set the memoized unsigned range for the given SCEV.
388     const ConstantRange &setUnsignedRange(const SCEV *S,
389                                           const ConstantRange &CR) {
390       std::pair<DenseMap<const SCEV *, ConstantRange>::iterator, bool> Pair =
391         UnsignedRanges.insert(std::make_pair(S, CR));
392       if (!Pair.second)
393         Pair.first->second = CR;
394       return Pair.first->second;
395     }
396
397     /// setUnsignedRange - Set the memoized signed range for the given SCEV.
398     const ConstantRange &setSignedRange(const SCEV *S,
399                                         const ConstantRange &CR) {
400       std::pair<DenseMap<const SCEV *, ConstantRange>::iterator, bool> Pair =
401         SignedRanges.insert(std::make_pair(S, CR));
402       if (!Pair.second)
403         Pair.first->second = CR;
404       return Pair.first->second;
405     }
406
407     /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
408     /// Analyze the expression.
409     const SCEV *createSCEV(Value *V);
410
411     /// createNodeForPHI - Provide the special handling we need to analyze PHI
412     /// SCEVs.
413     const SCEV *createNodeForPHI(PHINode *PN);
414
415     /// createNodeForGEP - Provide the special handling we need to analyze GEP
416     /// SCEVs.
417     const SCEV *createNodeForGEP(GEPOperator *GEP);
418
419     /// computeSCEVAtScope - Implementation code for getSCEVAtScope; called
420     /// at most once for each SCEV+Loop pair.
421     ///
422     const SCEV *computeSCEVAtScope(const SCEV *S, const Loop *L);
423
424     /// ForgetSymbolicValue - This looks up computed SCEV values for all
425     /// instructions that depend on the given instruction and removes them from
426     /// the ValueExprMap map if they reference SymName. This is used during PHI
427     /// resolution.
428     void ForgetSymbolicName(Instruction *I, const SCEV *SymName);
429
430     /// getBackedgeTakenInfo - Return the BackedgeTakenInfo for the given
431     /// loop, lazily computing new values if the loop hasn't been analyzed
432     /// yet.
433     const BackedgeTakenInfo &getBackedgeTakenInfo(const Loop *L);
434
435     /// ComputeBackedgeTakenCount - Compute the number of times the specified
436     /// loop will iterate.
437     BackedgeTakenInfo ComputeBackedgeTakenCount(const Loop *L);
438
439     /// ComputeExitLimit - Compute the number of times the backedge of the
440     /// specified loop will execute if it exits via the specified block.
441     ExitLimit ComputeExitLimit(const Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock);
442
443     /// ComputeExitLimitFromCond - Compute the number of times the backedge of
444     /// the specified loop will execute if its exit condition were a conditional
445     /// branch of ExitCond, TBB, and FBB.
446     ExitLimit ComputeExitLimitFromCond(const Loop *L,
447                                        Value *ExitCond,
448                                        BasicBlock *TBB,
449                                        BasicBlock *FBB,
450                                        bool IsSubExpr);
451
452     /// ComputeExitLimitFromICmp - Compute the number of times the backedge of
453     /// the specified loop will execute if its exit condition were a conditional
454     /// branch of the ICmpInst ExitCond, TBB, and FBB.
455     ExitLimit ComputeExitLimitFromICmp(const Loop *L,
456                                        ICmpInst *ExitCond,
457                                        BasicBlock *TBB,
458                                        BasicBlock *FBB,
459                                        bool IsSubExpr);
460
461     /// ComputeLoadConstantCompareExitLimit - Given an exit condition
462     /// of 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the
463     /// backedge-taken count.
464     ExitLimit ComputeLoadConstantCompareExitLimit(LoadInst *LI,
465                                                   Constant *RHS,
466                                                   const Loop *L,
467                                                   ICmpInst::Predicate p);
468
469     /// ComputeExitCountExhaustively - If the loop is known to execute a
470     /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
471     /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
472     /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
473     /// evaluate the exit count of the loop, return CouldNotCompute.
474     const SCEV *ComputeExitCountExhaustively(const Loop *L,
475                                              Value *Cond,
476                                              bool ExitWhen);
477
478     /// HowFarToZero - Return the number of times an exit condition comparing
479     /// the specified value to zero will execute.  If not computable, return
480     /// CouldNotCompute.
481     ExitLimit HowFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L, bool IsSubExpr);
482
483     /// HowFarToNonZero - Return the number of times an exit condition checking
484     /// the specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
485     /// CouldNotCompute.
486     ExitLimit HowFarToNonZero(const SCEV *V, const Loop *L);
487
488     /// HowManyLessThans - Return the number of times an exit condition
489     /// containing the specified less-than comparison will execute.  If not
490     /// computable, return CouldNotCompute. isSigned specifies whether the
491     /// less-than is signed.
492     ExitLimit HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
493                                const Loop *L, bool isSigned, bool IsSubExpr);
494     ExitLimit HowManyGreaterThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
495                                   const Loop *L, bool isSigned, bool IsSubExpr);
496
497     /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
498     /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
499     /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
500     /// found.
501     std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
502     getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB);
503
504     /// isImpliedCond - Test whether the condition described by Pred, LHS, and
505     /// RHS is true whenever the given FoundCondValue value evaluates to true.
506     bool isImpliedCond(ICmpInst::Predicate Pred,
507                        const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
508                        Value *FoundCondValue,
509                        bool Inverse);
510
511     /// isImpliedCondOperands - Test whether the condition described by Pred,
512     /// LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred, FoundLHS,
513     /// and FoundRHS is true.
514     bool isImpliedCondOperands(ICmpInst::Predicate Pred,
515                                const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
516                                const SCEV *FoundLHS, const SCEV *FoundRHS);
517
518     /// isImpliedCondOperandsHelper - Test whether the condition described by
519     /// Pred, LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred,
520     /// FoundLHS, and FoundRHS is true.
521     bool isImpliedCondOperandsHelper(ICmpInst::Predicate Pred,
522                                      const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
523                                      const SCEV *FoundLHS,
524                                      const SCEV *FoundRHS);
525
526     /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
527     /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
528     /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
529     /// involving constants, fold it.
530     Constant *getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN, const APInt& BEs,
531                                                 const Loop *L);
532
533     /// isKnownPredicateWithRanges - Test if the given expression is known to
534     /// satisfy the condition described by Pred and the known constant ranges
535     /// of LHS and RHS.
536     ///
537     bool isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
538                                     const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
539
540     /// forgetMemoizedResults - Drop memoized information computed for S.
541     void forgetMemoizedResults(const SCEV *S);
542
543     /// Return false iff given SCEV contains a SCEVUnknown with NULL value-
544     /// pointer.
545     bool checkValidity(const SCEV *S) const;
546
547   public:
548     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
549     ScalarEvolution();
550
551     LLVMContext &getContext() const { return F->getContext(); }
552
553     /// isSCEVable - Test if values of the given type are analyzable within
554     /// the SCEV framework. This primarily includes integer types, and it
555     /// can optionally include pointer types if the ScalarEvolution class
556     /// has access to target-specific information.
557     bool isSCEVable(Type *Ty) const;
558
559     /// getTypeSizeInBits - Return the size in bits of the specified type,
560     /// for which isSCEVable must return true.
561     uint64_t getTypeSizeInBits(Type *Ty) const;
562
563     /// getEffectiveSCEVType - Return a type with the same bitwidth as
564     /// the given type and which represents how SCEV will treat the given
565     /// type, for which isSCEVable must return true. For pointer types,
566     /// this is the pointer-sized integer type.
567     Type *getEffectiveSCEVType(Type *Ty) const;
568
569     /// getSCEV - Return a SCEV expression for the full generality of the
570     /// specified expression.
571     const SCEV *getSCEV(Value *V);
572
573     const SCEV *getConstant(ConstantInt *V);
574     const SCEV *getConstant(const APInt& Val);
575     const SCEV *getConstant(Type *Ty, uint64_t V, bool isSigned = false);
576     const SCEV *getTruncateExpr(const SCEV *Op, Type *Ty);
577     const SCEV *getZeroExtendExpr(const SCEV *Op, Type *Ty);
578     const SCEV *getSignExtendExpr(const SCEV *Op, Type *Ty);
579     const SCEV *getAnyExtendExpr(const SCEV *Op, Type *Ty);
580     const SCEV *getAddExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
581                            SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap);
582     const SCEV *getAddExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
583                            SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap) {
584       SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
585       Ops.push_back(LHS);
586       Ops.push_back(RHS);
587       return getAddExpr(Ops, Flags);
588     }
589     const SCEV *getAddExpr(const SCEV *Op0, const SCEV *Op1, const SCEV *Op2,
590                            SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap) {
591       SmallVector<const SCEV *, 3> Ops;
592       Ops.push_back(Op0);
593       Ops.push_back(Op1);
594       Ops.push_back(Op2);
595       return getAddExpr(Ops, Flags);
596     }
597     const SCEV *getMulExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
598                            SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap);
599     const SCEV *getMulExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
600                            SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap)
601     {
602       SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
603       Ops.push_back(LHS);
604       Ops.push_back(RHS);
605       return getMulExpr(Ops, Flags);
606     }
607     const SCEV *getMulExpr(const SCEV *Op0, const SCEV *Op1, const SCEV *Op2,
608                            SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap) {
609       SmallVector<const SCEV *, 3> Ops;
610       Ops.push_back(Op0);
611       Ops.push_back(Op1);
612       Ops.push_back(Op2);
613       return getMulExpr(Ops, Flags);
614     }
615     const SCEV *getUDivExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
616     const SCEV *getAddRecExpr(const SCEV *Start, const SCEV *Step,
617                               const Loop *L, SCEV::NoWrapFlags Flags);
618     const SCEV *getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
619                               const Loop *L, SCEV::NoWrapFlags Flags);
620     const SCEV *getAddRecExpr(const SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
621                               const Loop *L, SCEV::NoWrapFlags Flags) {
622       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOp(Operands.begin(), Operands.end());
623       return getAddRecExpr(NewOp, L, Flags);
624     }
625     const SCEV *getSMaxExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
626     const SCEV *getSMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands);
627     const SCEV *getUMaxExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
628     const SCEV *getUMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands);
629     const SCEV *getSMinExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
630     const SCEV *getUMinExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
631     const SCEV *getUnknown(Value *V);
632     const SCEV *getCouldNotCompute();
633
634     /// getSizeOfExpr - Return an expression for sizeof AllocTy that is type
635     /// IntTy
636     ///
637     const SCEV *getSizeOfExpr(Type *IntTy, Type *AllocTy);
638
639     /// getOffsetOfExpr - Return an expression for offsetof on the given field
640     /// with type IntTy
641     ///
642     const SCEV *getOffsetOfExpr(Type *IntTy, StructType *STy, unsigned FieldNo);
643
644     /// getNegativeSCEV - Return the SCEV object corresponding to -V.
645     ///
646     const SCEV *getNegativeSCEV(const SCEV *V);
647
648     /// getNotSCEV - Return the SCEV object corresponding to ~V.
649     ///
650     const SCEV *getNotSCEV(const SCEV *V);
651
652     /// getMinusSCEV - Return LHS-RHS.  Minus is represented in SCEV as A+B*-1.
653     const SCEV *getMinusSCEV(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
654                              SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap);
655
656     /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion
657     /// of the input value to the specified type.  If the type must be
658     /// extended, it is zero extended.
659     const SCEV *getTruncateOrZeroExtend(const SCEV *V, Type *Ty);
660
661     /// getTruncateOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion
662     /// of the input value to the specified type.  If the type must be
663     /// extended, it is sign extended.
664     const SCEV *getTruncateOrSignExtend(const SCEV *V, Type *Ty);
665
666     /// getNoopOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
667     /// the input value to the specified type.  If the type must be extended,
668     /// it is zero extended.  The conversion must not be narrowing.
669     const SCEV *getNoopOrZeroExtend(const SCEV *V, Type *Ty);
670
671     /// getNoopOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
672     /// the input value to the specified type.  If the type must be extended,
673     /// it is sign extended.  The conversion must not be narrowing.
674     const SCEV *getNoopOrSignExtend(const SCEV *V, Type *Ty);
675
676     /// getNoopOrAnyExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
677     /// the input value to the specified type. If the type must be extended,
678     /// it is extended with unspecified bits. The conversion must not be
679     /// narrowing.
680     const SCEV *getNoopOrAnyExtend(const SCEV *V, Type *Ty);
681
682     /// getTruncateOrNoop - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
683     /// input value to the specified type.  The conversion must not be
684     /// widening.
685     const SCEV *getTruncateOrNoop(const SCEV *V, Type *Ty);
686
687     /// getUMaxFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
688     /// the types using zero-extension, and then perform a umax operation
689     /// with them.
690     const SCEV *getUMaxFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
691                                            const SCEV *RHS);
692
693     /// getUMinFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
694     /// the types using zero-extension, and then perform a umin operation
695     /// with them.
696     const SCEV *getUMinFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
697                                            const SCEV *RHS);
698
699     /// getPointerBase - Transitively follow the chain of pointer-type operands
700     /// until reaching a SCEV that does not have a single pointer operand. This
701     /// returns a SCEVUnknown pointer for well-formed pointer-type expressions,
702     /// but corner cases do exist.
703     const SCEV *getPointerBase(const SCEV *V);
704
705     /// getSCEVAtScope - Return a SCEV expression for the specified value
706     /// at the specified scope in the program.  The L value specifies a loop
707     /// nest to evaluate the expression at, where null is the top-level or a
708     /// specified loop is immediately inside of the loop.
709     ///
710     /// This method can be used to compute the exit value for a variable defined
711     /// in a loop by querying what the value will hold in the parent loop.
712     ///
713     /// In the case that a relevant loop exit value cannot be computed, the
714     /// original value V is returned.
715     const SCEV *getSCEVAtScope(const SCEV *S, const Loop *L);
716
717     /// getSCEVAtScope - This is a convenience function which does
718     /// getSCEVAtScope(getSCEV(V), L).
719     const SCEV *getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L);
720
721     /// isLoopEntryGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected
722     /// by a conditional between LHS and RHS.  This is used to help avoid max
723     /// expressions in loop trip counts, and to eliminate casts.
724     bool isLoopEntryGuardedByCond(const Loop *L, ICmpInst::Predicate Pred,
725                                   const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
726
727     /// isLoopBackedgeGuardedByCond - Test whether the backedge of the loop is
728     /// protected by a conditional between LHS and RHS.  This is used to
729     /// to eliminate casts.
730     bool isLoopBackedgeGuardedByCond(const Loop *L, ICmpInst::Predicate Pred,
731                                      const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
732
733     /// getSmallConstantTripCount - Returns the maximum trip count of this loop
734     /// as a normal unsigned value. Returns 0 if the trip count is unknown or
735     /// not constant. This "trip count" assumes that control exits via
736     /// ExitingBlock. More precisely, it is the number of times that control may
737     /// reach ExitingBlock before taking the branch. For loops with multiple
738     /// exits, it may not be the number times that the loop header executes if
739     /// the loop exits prematurely via another branch.
740     unsigned getSmallConstantTripCount(Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock);
741
742     /// getSmallConstantTripMultiple - Returns the largest constant divisor of
743     /// the trip count of this loop as a normal unsigned value, if
744     /// possible. This means that the actual trip count is always a multiple of
745     /// the returned value (don't forget the trip count could very well be zero
746     /// as well!). As explained in the comments for getSmallConstantTripCount,
747     /// this assumes that control exits the loop via ExitingBlock.
748     unsigned getSmallConstantTripMultiple(Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock);
749
750     // getExitCount - Get the expression for the number of loop iterations for
751     // which this loop is guaranteed not to exit via ExitingBlock. Otherwise
752     // return SCEVCouldNotCompute.
753     const SCEV *getExitCount(Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock);
754
755     /// getBackedgeTakenCount - If the specified loop has a predictable
756     /// backedge-taken count, return it, otherwise return a SCEVCouldNotCompute
757     /// object. The backedge-taken count is the number of times the loop header
758     /// will be branched to from within the loop. This is one less than the
759     /// trip count of the loop, since it doesn't count the first iteration,
760     /// when the header is branched to from outside the loop.
761     ///
762     /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
763     /// loop-invariant backedge-taken count (see
764     /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
765     ///
766     const SCEV *getBackedgeTakenCount(const Loop *L);
767
768     /// getMaxBackedgeTakenCount - Similar to getBackedgeTakenCount, except
769     /// return the least SCEV value that is known never to be less than the
770     /// actual backedge taken count.
771     const SCEV *getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L);
772
773     /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount - Return true if the specified loop
774     /// has an analyzable loop-invariant backedge-taken count.
775     bool hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L);
776
777     /// forgetLoop - This method should be called by the client when it has
778     /// changed a loop in a way that may effect ScalarEvolution's ability to
779     /// compute a trip count, or if the loop is deleted.
780     void forgetLoop(const Loop *L);
781
782     /// forgetValue - This method should be called by the client when it has
783     /// changed a value in a way that may effect its value, or which may
784     /// disconnect it from a def-use chain linking it to a loop.
785     void forgetValue(Value *V);
786
787     /// \brief Called when the client has changed the disposition of values in
788     /// this loop.
789     ///
790     /// We don't have a way to invalidate per-loop dispositions. Clear and
791     /// recompute is simpler.
792     void forgetLoopDispositions(const Loop *L) { LoopDispositions.clear(); }
793
794     /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S
795     /// is guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same
796     /// time, the minimum number of times S is divisible by 2.  For example,
797     /// given {4,+,8} it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the
798     /// bitwidth of S.
799     uint32_t GetMinTrailingZeros(const SCEV *S);
800
801     /// getUnsignedRange - Determine the unsigned range for a particular SCEV.
802     ///
803     ConstantRange getUnsignedRange(const SCEV *S);
804
805     /// getSignedRange - Determine the signed range for a particular SCEV.
806     ///
807     ConstantRange getSignedRange(const SCEV *S);
808
809     /// isKnownNegative - Test if the given expression is known to be negative.
810     ///
811     bool isKnownNegative(const SCEV *S);
812
813     /// isKnownPositive - Test if the given expression is known to be positive.
814     ///
815     bool isKnownPositive(const SCEV *S);
816
817     /// isKnownNonNegative - Test if the given expression is known to be
818     /// non-negative.
819     ///
820     bool isKnownNonNegative(const SCEV *S);
821
822     /// isKnownNonPositive - Test if the given expression is known to be
823     /// non-positive.
824     ///
825     bool isKnownNonPositive(const SCEV *S);
826
827     /// isKnownNonZero - Test if the given expression is known to be
828     /// non-zero.
829     ///
830     bool isKnownNonZero(const SCEV *S);
831
832     /// isKnownPredicate - Test if the given expression is known to satisfy
833     /// the condition described by Pred, LHS, and RHS.
834     ///
835     bool isKnownPredicate(ICmpInst::Predicate Pred,
836                           const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
837
838     /// SimplifyICmpOperands - Simplify LHS and RHS in a comparison with
839     /// predicate Pred. Return true iff any changes were made. If the
840     /// operands are provably equal or unequal, LHS and RHS are set to
841     /// the same value and Pred is set to either ICMP_EQ or ICMP_NE.
842     ///
843     bool SimplifyICmpOperands(ICmpInst::Predicate &Pred,
844                               const SCEV *&LHS,
845                               const SCEV *&RHS,
846                               unsigned Depth = 0);
847
848     /// getLoopDisposition - Return the "disposition" of the given SCEV with
849     /// respect to the given loop.
850     LoopDisposition getLoopDisposition(const SCEV *S, const Loop *L);
851
852     /// isLoopInvariant - Return true if the value of the given SCEV is
853     /// unchanging in the specified loop.
854     bool isLoopInvariant(const SCEV *S, const Loop *L);
855
856     /// hasComputableLoopEvolution - Return true if the given SCEV changes value
857     /// in a known way in the specified loop.  This property being true implies
858     /// that the value is variant in the loop AND that we can emit an expression
859     /// to compute the value of the expression at any particular loop iteration.
860     bool hasComputableLoopEvolution(const SCEV *S, const Loop *L);
861
862     /// getLoopDisposition - Return the "disposition" of the given SCEV with
863     /// respect to the given block.
864     BlockDisposition getBlockDisposition(const SCEV *S, const BasicBlock *BB);
865
866     /// dominates - Return true if elements that makes up the given SCEV
867     /// dominate the specified basic block.
868     bool dominates(const SCEV *S, const BasicBlock *BB);
869
870     /// properlyDominates - Return true if elements that makes up the given SCEV
871     /// properly dominate the specified basic block.
872     bool properlyDominates(const SCEV *S, const BasicBlock *BB);
873
874     /// hasOperand - Test whether the given SCEV has Op as a direct or
875     /// indirect operand.
876     bool hasOperand(const SCEV *S, const SCEV *Op) const;
877
878     virtual bool runOnFunction(Function &F);
879     virtual void releaseMemory();
880     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
881     virtual void print(raw_ostream &OS, const Module* = 0) const;
882     virtual void verifyAnalysis() const;
883
884   private:
885     /// Compute the backedge taken count knowing the interval difference, the
886     /// stride and presence of the equality in the comparison.
887     const SCEV *computeBECount(const SCEV *Delta, const SCEV *Stride,
888                                bool Equality);
889
890     /// Verify if an linear IV with positive stride can overflow when in a
891     /// less-than comparison, knowing the invariant term of the comparison,
892     /// the stride and the knowledge of NSW/NUW flags on the recurrence.
893     bool doesIVOverflowOnLT(const SCEV *RHS, const SCEV *Stride,
894                             bool IsSigned, bool NoWrap);
895
896     /// Verify if an linear IV with negative stride can overflow when in a
897     /// greater-than comparison, knowing the invariant term of the comparison,
898     /// the stride and the knowledge of NSW/NUW flags on the recurrence.
899     bool doesIVOverflowOnGT(const SCEV *RHS, const SCEV *Stride,
900                             bool IsSigned, bool NoWrap);
901
902   private:
903     FoldingSet<SCEV> UniqueSCEVs;
904     BumpPtrAllocator SCEVAllocator;
905
906     /// FirstUnknown - The head of a linked list of all SCEVUnknown
907     /// values that have been allocated. This is used by releaseMemory
908     /// to locate them all and call their destructors.
909     SCEVUnknown *FirstUnknown;
910   };
911 }
912
913 #endif