[ScalarEvolution] Guard dump() with #if
[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/ConstantRange.h"
27 #include "llvm/IR/Function.h"
28 #include "llvm/IR/Instructions.h"
29 #include "llvm/IR/Operator.h"
30 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
31 #include "llvm/Pass.h"
32 #include "llvm/Support/Allocator.h"
33 #include "llvm/Support/DataTypes.h"
34 #include <map>
35
36 namespace llvm {
37   class APInt;
38   class AssumptionTracker;
39   class Constant;
40   class ConstantInt;
41   class DominatorTree;
42   class Type;
43   class ScalarEvolution;
44   class DataLayout;
45   class TargetLibraryInfo;
46   class LLVMContext;
47   class Loop;
48   class LoopInfo;
49   class Operator;
50   class SCEVUnknown;
51   class SCEV;
52   template<> struct FoldingSetTrait<SCEV>;
53
54   /// SCEV - This class represents an analyzed expression in the program.  These
55   /// are opaque objects that the client is not allowed to do much with
56   /// directly.
57   ///
58   class SCEV : public FoldingSetNode {
59     friend struct FoldingSetTrait<SCEV>;
60
61     /// FastID - A reference to an Interned FoldingSetNodeID for this node.
62     /// The ScalarEvolution's BumpPtrAllocator holds the data.
63     FoldingSetNodeIDRef FastID;
64
65     // The SCEV baseclass this node corresponds to
66     const unsigned short SCEVType;
67
68   protected:
69     /// SubclassData - This field is initialized to zero and may be used in
70     /// subclasses to store miscellaneous information.
71     unsigned short SubclassData;
72
73   private:
74     SCEV(const SCEV &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
75     void operator=(const SCEV &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
76
77   public:
78     /// NoWrapFlags are bitfield indices into SubclassData.
79     ///
80     /// Add and Mul expressions may have no-unsigned-wrap <NUW> or
81     /// no-signed-wrap <NSW> properties, which are derived from the IR
82     /// operator. NSW is a misnomer that we use to mean no signed overflow or
83     /// underflow.
84     ///
85     /// AddRec expression may have a no-self-wraparound <NW> property if the
86     /// result can never reach the start value. This property is independent of
87     /// the actual start value and step direction. Self-wraparound is defined
88     /// purely in terms of the recurrence's loop, step size, and
89     /// bitwidth. Formally, a recurrence with no self-wraparound satisfies:
90     /// abs(step) * max-iteration(loop) <= unsigned-max(bitwidth).
91     ///
92     /// Note that NUW and NSW are also valid properties of a recurrence, and
93     /// either implies NW. For convenience, NW will be set for a recurrence
94     /// whenever either NUW or NSW are set.
95     enum NoWrapFlags { FlagAnyWrap = 0,          // No guarantee.
96                        FlagNW      = (1 << 0),   // No self-wrap.
97                        FlagNUW     = (1 << 1),   // No unsigned wrap.
98                        FlagNSW     = (1 << 2),   // No signed wrap.
99                        NoWrapMask  = (1 << 3) -1 };
100
101     explicit SCEV(const FoldingSetNodeIDRef ID, unsigned SCEVTy) :
102       FastID(ID), SCEVType(SCEVTy), SubclassData(0) {}
103
104     unsigned getSCEVType() const { return SCEVType; }
105
106     /// getType - Return the LLVM type of this SCEV expression.
107     ///
108     Type *getType() const;
109
110     /// isZero - Return true if the expression is a constant zero.
111     ///
112     bool isZero() const;
113
114     /// isOne - Return true if the expression is a constant one.
115     ///
116     bool isOne() const;
117
118     /// isAllOnesValue - Return true if the expression is a constant
119     /// all-ones value.
120     ///
121     bool isAllOnesValue() const;
122
123     /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated,
124     /// but not a constant.
125     bool isNonConstantNegative() const;
126
127     /// print - Print out the internal representation of this scalar to the
128     /// specified stream.  This should really only be used for debugging
129     /// purposes.
130     void print(raw_ostream &OS) const;
131
132 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
133     /// dump - This method is used for debugging.
134     ///
135     void dump() const;
136 #endif
137   };
138
139   // Specialize FoldingSetTrait for SCEV to avoid needing to compute
140   // temporary FoldingSetNodeID values.
141   template<> struct FoldingSetTrait<SCEV> : DefaultFoldingSetTrait<SCEV> {
142     static void Profile(const SCEV &X, FoldingSetNodeID& ID) {
143       ID = X.FastID;
144     }
145     static bool Equals(const SCEV &X, const FoldingSetNodeID &ID,
146                        unsigned IDHash, FoldingSetNodeID &TempID) {
147       return ID == X.FastID;
148     }
149     static unsigned ComputeHash(const SCEV &X, FoldingSetNodeID &TempID) {
150       return X.FastID.ComputeHash();
151     }
152   };
153
154   inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const SCEV &S) {
155     S.print(OS);
156     return OS;
157   }
158
159   /// SCEVCouldNotCompute - An object of this class is returned by queries that
160   /// could not be answered.  For example, if you ask for the number of
161   /// iterations of a linked-list traversal loop, you will get one of these.
162   /// None of the standard SCEV operations are valid on this class, it is just a
163   /// marker.
164   struct SCEVCouldNotCompute : public SCEV {
165     SCEVCouldNotCompute();
166
167     /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
168     static bool classof(const SCEV *S);
169   };
170
171   /// ScalarEvolution - This class is the main scalar evolution driver.  Because
172   /// client code (intentionally) can't do much with the SCEV objects directly,
173   /// they must ask this class for services.
174   ///
175   class ScalarEvolution : public FunctionPass {
176   public:
177     /// LoopDisposition - An enum describing the relationship between a
178     /// SCEV and a loop.
179     enum LoopDisposition {
180       LoopVariant,    ///< The SCEV is loop-variant (unknown).
181       LoopInvariant,  ///< The SCEV is loop-invariant.
182       LoopComputable  ///< The SCEV varies predictably with the loop.
183     };
184
185     /// BlockDisposition - An enum describing the relationship between a
186     /// SCEV and a basic block.
187     enum BlockDisposition {
188       DoesNotDominateBlock,  ///< The SCEV does not dominate the block.
189       DominatesBlock,        ///< The SCEV dominates the block.
190       ProperlyDominatesBlock ///< The SCEV properly dominates the block.
191     };
192
193     /// Convenient NoWrapFlags manipulation that hides enum casts and is
194     /// visible in the ScalarEvolution name space.
195     static SCEV::NoWrapFlags LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED_RESULT
196     maskFlags(SCEV::NoWrapFlags Flags, int Mask) {
197       return (SCEV::NoWrapFlags)(Flags & Mask);
198     }
199     static SCEV::NoWrapFlags LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED_RESULT
200     setFlags(SCEV::NoWrapFlags Flags, SCEV::NoWrapFlags OnFlags) {
201       return (SCEV::NoWrapFlags)(Flags | OnFlags);
202     }
203     static SCEV::NoWrapFlags LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED_RESULT
204     clearFlags(SCEV::NoWrapFlags Flags, SCEV::NoWrapFlags OffFlags) {
205       return (SCEV::NoWrapFlags)(Flags & ~OffFlags);
206     }
207
208   private:
209     /// SCEVCallbackVH - A CallbackVH to arrange for ScalarEvolution to be
210     /// notified whenever a Value is deleted.
211     class SCEVCallbackVH : public CallbackVH {
212       ScalarEvolution *SE;
213       void deleted() override;
214       void allUsesReplacedWith(Value *New) override;
215     public:
216       SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *SE = nullptr);
217     };
218
219     friend class SCEVCallbackVH;
220     friend class SCEVExpander;
221     friend class SCEVUnknown;
222
223     /// F - The function we are analyzing.
224     ///
225     Function *F;
226
227     /// The tracker for @llvm.assume intrinsics in this function.
228     AssumptionTracker *AT;
229
230     /// LI - The loop information for the function we are currently analyzing.
231     ///
232     LoopInfo *LI;
233
234     /// The DataLayout information for the target we are targeting.
235     ///
236     const DataLayout *DL;
237
238     /// TLI - The target library information for the target we are targeting.
239     ///
240     TargetLibraryInfo *TLI;
241
242     /// DT - The dominator tree.
243     ///
244     DominatorTree *DT;
245
246     /// CouldNotCompute - This SCEV is used to represent unknown trip
247     /// counts and things.
248     SCEVCouldNotCompute CouldNotCompute;
249
250     /// ValueExprMapType - The typedef for ValueExprMap.
251     ///
252     typedef DenseMap<SCEVCallbackVH, const SCEV *, DenseMapInfo<Value *> >
253       ValueExprMapType;
254
255     /// ValueExprMap - This is a cache of the values we have analyzed so far.
256     ///
257     ValueExprMapType ValueExprMap;
258
259     /// Mark predicate values currently being processed by isImpliedCond.
260     DenseSet<Value*> PendingLoopPredicates;
261
262     /// ExitLimit - Information about the number of loop iterations for which a
263     /// loop exit's branch condition evaluates to the not-taken path.  This is a
264     /// temporary pair of exact and max expressions that are eventually
265     /// summarized in ExitNotTakenInfo and BackedgeTakenInfo.
266     struct ExitLimit {
267       const SCEV *Exact;
268       const SCEV *Max;
269
270       /*implicit*/ ExitLimit(const SCEV *E) : Exact(E), Max(E) {}
271
272       ExitLimit(const SCEV *E, const SCEV *M) : Exact(E), Max(M) {}
273
274       /// hasAnyInfo - Test whether this ExitLimit contains any computed
275       /// information, or whether it's all SCEVCouldNotCompute values.
276       bool hasAnyInfo() const {
277         return !isa<SCEVCouldNotCompute>(Exact) ||
278           !isa<SCEVCouldNotCompute>(Max);
279       }
280     };
281
282     /// ExitNotTakenInfo - Information about the number of times a particular
283     /// loop exit may be reached before exiting the loop.
284     struct ExitNotTakenInfo {
285       AssertingVH<BasicBlock> ExitingBlock;
286       const SCEV *ExactNotTaken;
287       PointerIntPair<ExitNotTakenInfo*, 1> NextExit;
288
289       ExitNotTakenInfo() : ExitingBlock(nullptr), ExactNotTaken(nullptr) {}
290
291       /// isCompleteList - Return true if all loop exits are computable.
292       bool isCompleteList() const {
293         return NextExit.getInt() == 0;
294       }
295
296       void setIncomplete() { NextExit.setInt(1); }
297
298       /// getNextExit - Return a pointer to the next exit's not-taken info.
299       ExitNotTakenInfo *getNextExit() const {
300         return NextExit.getPointer();
301       }
302
303       void setNextExit(ExitNotTakenInfo *ENT) { NextExit.setPointer(ENT); }
304     };
305
306     /// BackedgeTakenInfo - Information about the backedge-taken count
307     /// of a loop. This currently includes an exact count and a maximum count.
308     ///
309     class BackedgeTakenInfo {
310       /// ExitNotTaken - A list of computable exits and their not-taken counts.
311       /// Loops almost never have more than one computable exit.
312       ExitNotTakenInfo ExitNotTaken;
313
314       /// Max - An expression indicating the least maximum backedge-taken
315       /// count of the loop that is known, or a SCEVCouldNotCompute.
316       const SCEV *Max;
317
318     public:
319       BackedgeTakenInfo() : Max(nullptr) {}
320
321       /// Initialize BackedgeTakenInfo from a list of exact exit counts.
322       BackedgeTakenInfo(
323         SmallVectorImpl< std::pair<BasicBlock *, const SCEV *> > &ExitCounts,
324         bool Complete, const SCEV *MaxCount);
325
326       /// hasAnyInfo - Test whether this BackedgeTakenInfo contains any
327       /// computed information, or whether it's all SCEVCouldNotCompute
328       /// values.
329       bool hasAnyInfo() const {
330         return ExitNotTaken.ExitingBlock || !isa<SCEVCouldNotCompute>(Max);
331       }
332
333       /// getExact - Return an expression indicating the exact backedge-taken
334       /// count of the loop if it is known, or SCEVCouldNotCompute
335       /// otherwise. This is the number of times the loop header can be
336       /// guaranteed to execute, minus one.
337       const SCEV *getExact(ScalarEvolution *SE) const;
338
339       /// getExact - Return the number of times this loop exit may fall through
340       /// to the back edge, or SCEVCouldNotCompute. The loop is guaranteed not
341       /// to exit via this block before this number of iterations, but may exit
342       /// via another block.
343       const SCEV *getExact(BasicBlock *ExitingBlock, ScalarEvolution *SE) const;
344
345       /// getMax - Get the max backedge taken count for the loop.
346       const SCEV *getMax(ScalarEvolution *SE) const;
347
348       /// Return true if any backedge taken count expressions refer to the given
349       /// subexpression.
350       bool hasOperand(const SCEV *S, ScalarEvolution *SE) const;
351
352       /// clear - Invalidate this result and free associated memory.
353       void clear();
354     };
355
356     /// BackedgeTakenCounts - Cache the backedge-taken count of the loops for
357     /// this function as they are computed.
358     DenseMap<const Loop*, BackedgeTakenInfo> BackedgeTakenCounts;
359
360     /// ConstantEvolutionLoopExitValue - This map contains entries for all of
361     /// the PHI instructions that we attempt to compute constant evolutions for.
362     /// This allows us to avoid potentially expensive recomputation of these
363     /// properties.  An instruction maps to null if we are unable to compute its
364     /// exit value.
365     DenseMap<PHINode*, Constant*> ConstantEvolutionLoopExitValue;
366
367     /// ValuesAtScopes - This map contains entries for all the expressions
368     /// that we attempt to compute getSCEVAtScope information for, which can
369     /// be expensive in extreme cases.
370     DenseMap<const SCEV *,
371              SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 2> > ValuesAtScopes;
372
373     /// LoopDispositions - Memoized computeLoopDisposition results.
374     DenseMap<const SCEV *,
375              SmallVector<std::pair<const Loop *, LoopDisposition>, 2> > LoopDispositions;
376
377     /// computeLoopDisposition - Compute a LoopDisposition value.
378     LoopDisposition computeLoopDisposition(const SCEV *S, const Loop *L);
379
380     /// BlockDispositions - Memoized computeBlockDisposition results.
381     DenseMap<const SCEV *,
382              SmallVector<std::pair<const BasicBlock *, BlockDisposition>, 2> > BlockDispositions;
383
384     /// computeBlockDisposition - Compute a BlockDisposition value.
385     BlockDisposition computeBlockDisposition(const SCEV *S, const BasicBlock *BB);
386
387     /// UnsignedRanges - Memoized results from getUnsignedRange
388     DenseMap<const SCEV *, ConstantRange> UnsignedRanges;
389
390     /// SignedRanges - Memoized results from getSignedRange
391     DenseMap<const SCEV *, ConstantRange> SignedRanges;
392
393     /// setUnsignedRange - Set the memoized unsigned range for the given SCEV.
394     const ConstantRange &setUnsignedRange(const SCEV *S,
395                                           const ConstantRange &CR) {
396       std::pair<DenseMap<const SCEV *, ConstantRange>::iterator, bool> Pair =
397         UnsignedRanges.insert(std::make_pair(S, CR));
398       if (!Pair.second)
399         Pair.first->second = CR;
400       return Pair.first->second;
401     }
402
403     /// setUnsignedRange - Set the memoized signed range for the given SCEV.
404     const ConstantRange &setSignedRange(const SCEV *S,
405                                         const ConstantRange &CR) {
406       std::pair<DenseMap<const SCEV *, ConstantRange>::iterator, bool> Pair =
407         SignedRanges.insert(std::make_pair(S, CR));
408       if (!Pair.second)
409         Pair.first->second = CR;
410       return Pair.first->second;
411     }
412
413     /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
414     /// Analyze the expression.
415     const SCEV *createSCEV(Value *V);
416
417     /// createNodeForPHI - Provide the special handling we need to analyze PHI
418     /// SCEVs.
419     const SCEV *createNodeForPHI(PHINode *PN);
420
421     /// createNodeForGEP - Provide the special handling we need to analyze GEP
422     /// SCEVs.
423     const SCEV *createNodeForGEP(GEPOperator *GEP);
424
425     /// computeSCEVAtScope - Implementation code for getSCEVAtScope; called
426     /// at most once for each SCEV+Loop pair.
427     ///
428     const SCEV *computeSCEVAtScope(const SCEV *S, const Loop *L);
429
430     /// ForgetSymbolicValue - This looks up computed SCEV values for all
431     /// instructions that depend on the given instruction and removes them from
432     /// the ValueExprMap map if they reference SymName. This is used during PHI
433     /// resolution.
434     void ForgetSymbolicName(Instruction *I, const SCEV *SymName);
435
436     /// getBackedgeTakenInfo - Return the BackedgeTakenInfo for the given
437     /// loop, lazily computing new values if the loop hasn't been analyzed
438     /// yet.
439     const BackedgeTakenInfo &getBackedgeTakenInfo(const Loop *L);
440
441     /// ComputeBackedgeTakenCount - Compute the number of times the specified
442     /// loop will iterate.
443     BackedgeTakenInfo ComputeBackedgeTakenCount(const Loop *L);
444
445     /// ComputeExitLimit - Compute the number of times the backedge of the
446     /// specified loop will execute if it exits via the specified block.
447     ExitLimit ComputeExitLimit(const Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock);
448
449     /// ComputeExitLimitFromCond - Compute the number of times the backedge of
450     /// the specified loop will execute if its exit condition were a conditional
451     /// branch of ExitCond, TBB, and FBB.
452     ExitLimit ComputeExitLimitFromCond(const Loop *L,
453                                        Value *ExitCond,
454                                        BasicBlock *TBB,
455                                        BasicBlock *FBB,
456                                        bool IsSubExpr);
457
458     /// ComputeExitLimitFromICmp - Compute the number of times the backedge of
459     /// the specified loop will execute if its exit condition were a conditional
460     /// branch of the ICmpInst ExitCond, TBB, and FBB.
461     ExitLimit ComputeExitLimitFromICmp(const Loop *L,
462                                        ICmpInst *ExitCond,
463                                        BasicBlock *TBB,
464                                        BasicBlock *FBB,
465                                        bool IsSubExpr);
466
467     /// ComputeExitLimitFromSingleExitSwitch - Compute the number of times the
468     /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition were a
469     /// switch with a single exiting case to ExitingBB.
470     ExitLimit
471     ComputeExitLimitFromSingleExitSwitch(const Loop *L, SwitchInst *Switch,
472                                BasicBlock *ExitingBB, bool IsSubExpr);
473
474     /// ComputeLoadConstantCompareExitLimit - Given an exit condition
475     /// of 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the
476     /// backedge-taken count.
477     ExitLimit ComputeLoadConstantCompareExitLimit(LoadInst *LI,
478                                                   Constant *RHS,
479                                                   const Loop *L,
480                                                   ICmpInst::Predicate p);
481
482     /// ComputeExitCountExhaustively - If the loop is known to execute a
483     /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
484     /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
485     /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
486     /// evaluate the exit count of the loop, return CouldNotCompute.
487     const SCEV *ComputeExitCountExhaustively(const Loop *L,
488                                              Value *Cond,
489                                              bool ExitWhen);
490
491     /// HowFarToZero - Return the number of times an exit condition comparing
492     /// the specified value to zero will execute.  If not computable, return
493     /// CouldNotCompute.
494     ExitLimit HowFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L, bool IsSubExpr);
495
496     /// HowFarToNonZero - Return the number of times an exit condition checking
497     /// the specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
498     /// CouldNotCompute.
499     ExitLimit HowFarToNonZero(const SCEV *V, const Loop *L);
500
501     /// HowManyLessThans - Return the number of times an exit condition
502     /// containing the specified less-than comparison will execute.  If not
503     /// computable, return CouldNotCompute. isSigned specifies whether the
504     /// less-than is signed.
505     ExitLimit HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
506                                const Loop *L, bool isSigned, bool IsSubExpr);
507     ExitLimit HowManyGreaterThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
508                                   const Loop *L, bool isSigned, bool IsSubExpr);
509
510     /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
511     /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
512     /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
513     /// found.
514     std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
515     getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB);
516
517     /// isImpliedCond - Test whether the condition described by Pred, LHS, and
518     /// RHS is true whenever the given FoundCondValue value evaluates to true.
519     bool isImpliedCond(ICmpInst::Predicate Pred,
520                        const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
521                        Value *FoundCondValue,
522                        bool Inverse);
523
524     /// isImpliedCondOperands - Test whether the condition described by Pred,
525     /// LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred, FoundLHS,
526     /// and FoundRHS is true.
527     bool isImpliedCondOperands(ICmpInst::Predicate Pred,
528                                const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
529                                const SCEV *FoundLHS, const SCEV *FoundRHS);
530
531     /// isImpliedCondOperandsHelper - Test whether the condition described by
532     /// Pred, LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred,
533     /// FoundLHS, and FoundRHS is true.
534     bool isImpliedCondOperandsHelper(ICmpInst::Predicate Pred,
535                                      const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
536                                      const SCEV *FoundLHS,
537                                      const SCEV *FoundRHS);
538
539     /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
540     /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
541     /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
542     /// involving constants, fold it.
543     Constant *getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN, const APInt& BEs,
544                                                 const Loop *L);
545
546     /// isKnownPredicateWithRanges - Test if the given expression is known to
547     /// satisfy the condition described by Pred and the known constant ranges
548     /// of LHS and RHS.
549     ///
550     bool isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
551                                     const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
552
553     /// forgetMemoizedResults - Drop memoized information computed for S.
554     void forgetMemoizedResults(const SCEV *S);
555
556     /// Return false iff given SCEV contains a SCEVUnknown with NULL value-
557     /// pointer.
558     bool checkValidity(const SCEV *S) const;
559
560   public:
561     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
562     ScalarEvolution();
563
564     LLVMContext &getContext() const { return F->getContext(); }
565
566     /// isSCEVable - Test if values of the given type are analyzable within
567     /// the SCEV framework. This primarily includes integer types, and it
568     /// can optionally include pointer types if the ScalarEvolution class
569     /// has access to target-specific information.
570     bool isSCEVable(Type *Ty) const;
571
572     /// getTypeSizeInBits - Return the size in bits of the specified type,
573     /// for which isSCEVable must return true.
574     uint64_t getTypeSizeInBits(Type *Ty) const;
575
576     /// getEffectiveSCEVType - Return a type with the same bitwidth as
577     /// the given type and which represents how SCEV will treat the given
578     /// type, for which isSCEVable must return true. For pointer types,
579     /// this is the pointer-sized integer type.
580     Type *getEffectiveSCEVType(Type *Ty) const;
581
582     /// getSCEV - Return a SCEV expression for the full generality of the
583     /// specified expression.
584     const SCEV *getSCEV(Value *V);
585
586     const SCEV *getConstant(ConstantInt *V);
587     const SCEV *getConstant(const APInt& Val);
588     const SCEV *getConstant(Type *Ty, uint64_t V, bool isSigned = false);
589     const SCEV *getTruncateExpr(const SCEV *Op, Type *Ty);
590     const SCEV *getZeroExtendExpr(const SCEV *Op, Type *Ty);
591     const SCEV *getSignExtendExpr(const SCEV *Op, Type *Ty);
592     const SCEV *getAnyExtendExpr(const SCEV *Op, Type *Ty);
593     const SCEV *getAddExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
594                            SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap);
595     const SCEV *getAddExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
596                            SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap) {
597       SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
598       Ops.push_back(LHS);
599       Ops.push_back(RHS);
600       return getAddExpr(Ops, Flags);
601     }
602     const SCEV *getAddExpr(const SCEV *Op0, const SCEV *Op1, const SCEV *Op2,
603                            SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap) {
604       SmallVector<const SCEV *, 3> Ops;
605       Ops.push_back(Op0);
606       Ops.push_back(Op1);
607       Ops.push_back(Op2);
608       return getAddExpr(Ops, Flags);
609     }
610     const SCEV *getMulExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
611                            SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap);
612     const SCEV *getMulExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
613                            SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap)
614     {
615       SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
616       Ops.push_back(LHS);
617       Ops.push_back(RHS);
618       return getMulExpr(Ops, Flags);
619     }
620     const SCEV *getMulExpr(const SCEV *Op0, const SCEV *Op1, const SCEV *Op2,
621                            SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap) {
622       SmallVector<const SCEV *, 3> Ops;
623       Ops.push_back(Op0);
624       Ops.push_back(Op1);
625       Ops.push_back(Op2);
626       return getMulExpr(Ops, Flags);
627     }
628     const SCEV *getUDivExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
629     const SCEV *getUDivExactExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
630     const SCEV *getAddRecExpr(const SCEV *Start, const SCEV *Step,
631                               const Loop *L, SCEV::NoWrapFlags Flags);
632     const SCEV *getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
633                               const Loop *L, SCEV::NoWrapFlags Flags);
634     const SCEV *getAddRecExpr(const SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
635                               const Loop *L, SCEV::NoWrapFlags Flags) {
636       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOp(Operands.begin(), Operands.end());
637       return getAddRecExpr(NewOp, L, Flags);
638     }
639     const SCEV *getSMaxExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
640     const SCEV *getSMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands);
641     const SCEV *getUMaxExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
642     const SCEV *getUMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands);
643     const SCEV *getSMinExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
644     const SCEV *getUMinExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
645     const SCEV *getUnknown(Value *V);
646     const SCEV *getCouldNotCompute();
647
648     /// getSizeOfExpr - Return an expression for sizeof AllocTy that is type
649     /// IntTy
650     ///
651     const SCEV *getSizeOfExpr(Type *IntTy, Type *AllocTy);
652
653     /// getOffsetOfExpr - Return an expression for offsetof on the given field
654     /// with type IntTy
655     ///
656     const SCEV *getOffsetOfExpr(Type *IntTy, StructType *STy, unsigned FieldNo);
657
658     /// getNegativeSCEV - Return the SCEV object corresponding to -V.
659     ///
660     const SCEV *getNegativeSCEV(const SCEV *V);
661
662     /// getNotSCEV - Return the SCEV object corresponding to ~V.
663     ///
664     const SCEV *getNotSCEV(const SCEV *V);
665
666     /// getMinusSCEV - Return LHS-RHS.  Minus is represented in SCEV as A+B*-1.
667     const SCEV *getMinusSCEV(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
668                              SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap);
669
670     /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion
671     /// of the input value to the specified type.  If the type must be
672     /// extended, it is zero extended.
673     const SCEV *getTruncateOrZeroExtend(const SCEV *V, Type *Ty);
674
675     /// getTruncateOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion
676     /// of the input value to the specified type.  If the type must be
677     /// extended, it is sign extended.
678     const SCEV *getTruncateOrSignExtend(const SCEV *V, Type *Ty);
679
680     /// getNoopOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
681     /// the input value to the specified type.  If the type must be extended,
682     /// it is zero extended.  The conversion must not be narrowing.
683     const SCEV *getNoopOrZeroExtend(const SCEV *V, Type *Ty);
684
685     /// getNoopOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
686     /// the input value to the specified type.  If the type must be extended,
687     /// it is sign extended.  The conversion must not be narrowing.
688     const SCEV *getNoopOrSignExtend(const SCEV *V, Type *Ty);
689
690     /// getNoopOrAnyExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
691     /// the input value to the specified type. If the type must be extended,
692     /// it is extended with unspecified bits. The conversion must not be
693     /// narrowing.
694     const SCEV *getNoopOrAnyExtend(const SCEV *V, Type *Ty);
695
696     /// getTruncateOrNoop - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
697     /// input value to the specified type.  The conversion must not be
698     /// widening.
699     const SCEV *getTruncateOrNoop(const SCEV *V, Type *Ty);
700
701     /// getUMaxFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
702     /// the types using zero-extension, and then perform a umax operation
703     /// with them.
704     const SCEV *getUMaxFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
705                                            const SCEV *RHS);
706
707     /// getUMinFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
708     /// the types using zero-extension, and then perform a umin operation
709     /// with them.
710     const SCEV *getUMinFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
711                                            const SCEV *RHS);
712
713     /// getPointerBase - Transitively follow the chain of pointer-type operands
714     /// until reaching a SCEV that does not have a single pointer operand. This
715     /// returns a SCEVUnknown pointer for well-formed pointer-type expressions,
716     /// but corner cases do exist.
717     const SCEV *getPointerBase(const SCEV *V);
718
719     /// getSCEVAtScope - Return a SCEV expression for the specified value
720     /// at the specified scope in the program.  The L value specifies a loop
721     /// nest to evaluate the expression at, where null is the top-level or a
722     /// specified loop is immediately inside of the loop.
723     ///
724     /// This method can be used to compute the exit value for a variable defined
725     /// in a loop by querying what the value will hold in the parent loop.
726     ///
727     /// In the case that a relevant loop exit value cannot be computed, the
728     /// original value V is returned.
729     const SCEV *getSCEVAtScope(const SCEV *S, const Loop *L);
730
731     /// getSCEVAtScope - This is a convenience function which does
732     /// getSCEVAtScope(getSCEV(V), L).
733     const SCEV *getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L);
734
735     /// isLoopEntryGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected
736     /// by a conditional between LHS and RHS.  This is used to help avoid max
737     /// expressions in loop trip counts, and to eliminate casts.
738     bool isLoopEntryGuardedByCond(const Loop *L, ICmpInst::Predicate Pred,
739                                   const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
740
741     /// isLoopBackedgeGuardedByCond - Test whether the backedge of the loop is
742     /// protected by a conditional between LHS and RHS.  This is used to
743     /// to eliminate casts.
744     bool isLoopBackedgeGuardedByCond(const Loop *L, ICmpInst::Predicate Pred,
745                                      const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
746
747     /// \brief Returns the maximum trip count of the loop if it is a single-exit
748     /// loop and we can compute a small maximum for that loop.
749     ///
750     /// Implemented in terms of the \c getSmallConstantTripCount overload with
751     /// the single exiting block passed to it. See that routine for details.
752     unsigned getSmallConstantTripCount(Loop *L);
753
754     /// getSmallConstantTripCount - Returns the maximum trip count of this loop
755     /// as a normal unsigned value. Returns 0 if the trip count is unknown or
756     /// not constant. This "trip count" assumes that control exits via
757     /// ExitingBlock. More precisely, it is the number of times that control may
758     /// reach ExitingBlock before taking the branch. For loops with multiple
759     /// exits, it may not be the number times that the loop header executes if
760     /// the loop exits prematurely via another branch.
761     unsigned getSmallConstantTripCount(Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock);
762
763     /// \brief Returns the largest constant divisor of the trip count of the
764     /// loop if it is a single-exit loop and we can compute a small maximum for
765     /// that loop.
766     ///
767     /// Implemented in terms of the \c getSmallConstantTripMultiple overload with
768     /// the single exiting block passed to it. See that routine for details.
769     unsigned getSmallConstantTripMultiple(Loop *L);
770
771     /// getSmallConstantTripMultiple - Returns the largest constant divisor of
772     /// the trip count of this loop as a normal unsigned value, if
773     /// possible. This means that the actual trip count is always a multiple of
774     /// the returned value (don't forget the trip count could very well be zero
775     /// as well!). As explained in the comments for getSmallConstantTripCount,
776     /// this assumes that control exits the loop via ExitingBlock.
777     unsigned getSmallConstantTripMultiple(Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock);
778
779     // getExitCount - Get the expression for the number of loop iterations for
780     // which this loop is guaranteed not to exit via ExitingBlock. Otherwise
781     // return SCEVCouldNotCompute.
782     const SCEV *getExitCount(Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock);
783
784     /// getBackedgeTakenCount - If the specified loop has a predictable
785     /// backedge-taken count, return it, otherwise return a SCEVCouldNotCompute
786     /// object. The backedge-taken count is the number of times the loop header
787     /// will be branched to from within the loop. This is one less than the
788     /// trip count of the loop, since it doesn't count the first iteration,
789     /// when the header is branched to from outside the loop.
790     ///
791     /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
792     /// loop-invariant backedge-taken count (see
793     /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
794     ///
795     const SCEV *getBackedgeTakenCount(const Loop *L);
796
797     /// getMaxBackedgeTakenCount - Similar to getBackedgeTakenCount, except
798     /// return the least SCEV value that is known never to be less than the
799     /// actual backedge taken count.
800     const SCEV *getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L);
801
802     /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount - Return true if the specified loop
803     /// has an analyzable loop-invariant backedge-taken count.
804     bool hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L);
805
806     /// forgetLoop - This method should be called by the client when it has
807     /// changed a loop in a way that may effect ScalarEvolution's ability to
808     /// compute a trip count, or if the loop is deleted.  This call is
809     /// potentially expensive for large loop bodies.
810     void forgetLoop(const Loop *L);
811
812     /// forgetValue - This method should be called by the client when it has
813     /// changed a value in a way that may effect its value, or which may
814     /// disconnect it from a def-use chain linking it to a loop.
815     void forgetValue(Value *V);
816
817     /// \brief Called when the client has changed the disposition of values in
818     /// this loop.
819     ///
820     /// We don't have a way to invalidate per-loop dispositions. Clear and
821     /// recompute is simpler.
822     void forgetLoopDispositions(const Loop *L) { LoopDispositions.clear(); }
823
824     /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S
825     /// is guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same
826     /// time, the minimum number of times S is divisible by 2.  For example,
827     /// given {4,+,8} it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the
828     /// bitwidth of S.
829     uint32_t GetMinTrailingZeros(const SCEV *S);
830
831     /// getUnsignedRange - Determine the unsigned range for a particular SCEV.
832     ///
833     ConstantRange getUnsignedRange(const SCEV *S);
834
835     /// getSignedRange - Determine the signed range for a particular SCEV.
836     ///
837     ConstantRange getSignedRange(const SCEV *S);
838
839     /// isKnownNegative - Test if the given expression is known to be negative.
840     ///
841     bool isKnownNegative(const SCEV *S);
842
843     /// isKnownPositive - Test if the given expression is known to be positive.
844     ///
845     bool isKnownPositive(const SCEV *S);
846
847     /// isKnownNonNegative - Test if the given expression is known to be
848     /// non-negative.
849     ///
850     bool isKnownNonNegative(const SCEV *S);
851
852     /// isKnownNonPositive - Test if the given expression is known to be
853     /// non-positive.
854     ///
855     bool isKnownNonPositive(const SCEV *S);
856
857     /// isKnownNonZero - Test if the given expression is known to be
858     /// non-zero.
859     ///
860     bool isKnownNonZero(const SCEV *S);
861
862     /// isKnownPredicate - Test if the given expression is known to satisfy
863     /// the condition described by Pred, LHS, and RHS.
864     ///
865     bool isKnownPredicate(ICmpInst::Predicate Pred,
866                           const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
867
868     /// SimplifyICmpOperands - Simplify LHS and RHS in a comparison with
869     /// predicate Pred. Return true iff any changes were made. If the
870     /// operands are provably equal or unequal, LHS and RHS are set to
871     /// the same value and Pred is set to either ICMP_EQ or ICMP_NE.
872     ///
873     bool SimplifyICmpOperands(ICmpInst::Predicate &Pred,
874                               const SCEV *&LHS,
875                               const SCEV *&RHS,
876                               unsigned Depth = 0);
877
878     /// getLoopDisposition - Return the "disposition" of the given SCEV with
879     /// respect to the given loop.
880     LoopDisposition getLoopDisposition(const SCEV *S, const Loop *L);
881
882     /// isLoopInvariant - Return true if the value of the given SCEV is
883     /// unchanging in the specified loop.
884     bool isLoopInvariant(const SCEV *S, const Loop *L);
885
886     /// hasComputableLoopEvolution - Return true if the given SCEV changes value
887     /// in a known way in the specified loop.  This property being true implies
888     /// that the value is variant in the loop AND that we can emit an expression
889     /// to compute the value of the expression at any particular loop iteration.
890     bool hasComputableLoopEvolution(const SCEV *S, const Loop *L);
891
892     /// getLoopDisposition - Return the "disposition" of the given SCEV with
893     /// respect to the given block.
894     BlockDisposition getBlockDisposition(const SCEV *S, const BasicBlock *BB);
895
896     /// dominates - Return true if elements that makes up the given SCEV
897     /// dominate the specified basic block.
898     bool dominates(const SCEV *S, const BasicBlock *BB);
899
900     /// properlyDominates - Return true if elements that makes up the given SCEV
901     /// properly dominate the specified basic block.
902     bool properlyDominates(const SCEV *S, const BasicBlock *BB);
903
904     /// hasOperand - Test whether the given SCEV has Op as a direct or
905     /// indirect operand.
906     bool hasOperand(const SCEV *S, const SCEV *Op) const;
907
908     /// Return the size of an element read or written by Inst.
909     const SCEV *getElementSize(Instruction *Inst);
910
911     /// Compute the array dimensions Sizes from the set of Terms extracted from
912     /// the memory access function of this SCEVAddRecExpr.
913     void findArrayDimensions(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms,
914                              SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes,
915                              const SCEV *ElementSize) const;
916
917     bool runOnFunction(Function &F) override;
918     void releaseMemory() override;
919     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
920     void print(raw_ostream &OS, const Module* = nullptr) const override;
921     void verifyAnalysis() const override;
922
923   private:
924     /// Compute the backedge taken count knowing the interval difference, the
925     /// stride and presence of the equality in the comparison.
926     const SCEV *computeBECount(const SCEV *Delta, const SCEV *Stride,
927                                bool Equality);
928
929     /// Verify if an linear IV with positive stride can overflow when in a
930     /// less-than comparison, knowing the invariant term of the comparison,
931     /// the stride and the knowledge of NSW/NUW flags on the recurrence.
932     bool doesIVOverflowOnLT(const SCEV *RHS, const SCEV *Stride,
933                             bool IsSigned, bool NoWrap);
934
935     /// Verify if an linear IV with negative stride can overflow when in a
936     /// greater-than comparison, knowing the invariant term of the comparison,
937     /// the stride and the knowledge of NSW/NUW flags on the recurrence.
938     bool doesIVOverflowOnGT(const SCEV *RHS, const SCEV *Stride,
939                             bool IsSigned, bool NoWrap);
940
941   private:
942     FoldingSet<SCEV> UniqueSCEVs;
943     BumpPtrAllocator SCEVAllocator;
944
945     /// FirstUnknown - The head of a linked list of all SCEVUnknown
946     /// values that have been allocated. This is used by releaseMemory
947     /// to locate them all and call their destructors.
948     SCEVUnknown *FirstUnknown;
949   };
950 }
951
952 #endif