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