Build the correct range for loops with unusual bounds. Fix from Jay Foad.
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolution.cpp
1 //===- ScalarEvolution.cpp - Scalar Evolution Analysis ----------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains the implementation of the scalar evolution analysis
11 // engine, which is used primarily to analyze expressions involving induction
12 // variables in loops.
13 //
14 // There are several aspects to this library.  First is the representation of
15 // scalar expressions, which are represented as subclasses of the SCEV class.
16 // These classes are used to represent certain types of subexpressions that we
17 // can handle.  These classes are reference counted, managed by the SCEVHandle
18 // class.  We only create one SCEV of a particular shape, so pointer-comparisons
19 // for equality are legal.
20 //
21 // One important aspect of the SCEV objects is that they are never cyclic, even
22 // if there is a cycle in the dataflow for an expression (ie, a PHI node).  If
23 // the PHI node is one of the idioms that we can represent (e.g., a polynomial
24 // recurrence) then we represent it directly as a recurrence node, otherwise we
25 // represent it as a SCEVUnknown node.
26 //
27 // In addition to being able to represent expressions of various types, we also
28 // have folders that are used to build the *canonical* representation for a
29 // particular expression.  These folders are capable of using a variety of
30 // rewrite rules to simplify the expressions.
31 //
32 // Once the folders are defined, we can implement the more interesting
33 // higher-level code, such as the code that recognizes PHI nodes of various
34 // types, computes the execution count of a loop, etc.
35 //
36 // TODO: We should use these routines and value representations to implement
37 // dependence analysis!
38 //
39 //===----------------------------------------------------------------------===//
40 //
41 // There are several good references for the techniques used in this analysis.
42 //
43 //  Chains of recurrences -- a method to expedite the evaluation
44 //  of closed-form functions
45 //  Olaf Bachmann, Paul S. Wang, Eugene V. Zima
46 //
47 //  On computational properties of chains of recurrences
48 //  Eugene V. Zima
49 //
50 //  Symbolic Evaluation of Chains of Recurrences for Loop Optimization
51 //  Robert A. van Engelen
52 //
53 //  Efficient Symbolic Analysis for Optimizing Compilers
54 //  Robert A. van Engelen
55 //
56 //  Using the chains of recurrences algebra for data dependence testing and
57 //  induction variable substitution
58 //  MS Thesis, Johnie Birch
59 //
60 //===----------------------------------------------------------------------===//
61
62 #define DEBUG_TYPE "scalar-evolution"
63 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
64 #include "llvm/Constants.h"
65 #include "llvm/DerivedTypes.h"
66 #include "llvm/GlobalVariable.h"
67 #include "llvm/Instructions.h"
68 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
69 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
70 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
71 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
72 #include "llvm/Support/CFG.h"
73 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
74 #include "llvm/Support/Compiler.h"
75 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
76 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
77 #include "llvm/Support/ManagedStatic.h"
78 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
79 #include "llvm/Support/Streams.h"
80 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
81 #include <ostream>
82 #include <algorithm>
83 #include <cmath>
84 using namespace llvm;
85
86 STATISTIC(NumBruteForceEvaluations,
87           "Number of brute force evaluations needed to "
88           "calculate high-order polynomial exit values");
89 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
90           "Number of trip counts computed with array length");
91 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
92           "Number of loops with predictable loop counts");
93 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
94           "Number of loops without predictable loop counts");
95 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
96           "Number of loops with trip counts computed by force");
97
98 cl::opt<unsigned>
99 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
100                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
101                                  "symbolically execute a constant derived loop"),
102                         cl::init(100));
103
104 namespace {
105   RegisterPass<ScalarEvolution>
106   R("scalar-evolution", "Scalar Evolution Analysis");
107 }
108 char ScalarEvolution::ID = 0;
109
110 //===----------------------------------------------------------------------===//
111 //                           SCEV class definitions
112 //===----------------------------------------------------------------------===//
113
114 //===----------------------------------------------------------------------===//
115 // Implementation of the SCEV class.
116 //
117 SCEV::~SCEV() {}
118 void SCEV::dump() const {
119   print(cerr);
120 }
121
122 /// getValueRange - Return the tightest constant bounds that this value is
123 /// known to have.  This method is only valid on integer SCEV objects.
124 ConstantRange SCEV::getValueRange() const {
125   const Type *Ty = getType();
126   assert(Ty->isInteger() && "Can't get range for a non-integer SCEV!");
127   // Default to a full range if no better information is available.
128   return ConstantRange(getBitWidth());
129 }
130
131 uint32_t SCEV::getBitWidth() const {
132   if (const IntegerType* ITy = dyn_cast<IntegerType>(getType()))
133     return ITy->getBitWidth();
134   return 0;
135 }
136
137
138 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() : SCEV(scCouldNotCompute) {}
139
140 bool SCEVCouldNotCompute::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
141   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
142   return false;
143 }
144
145 const Type *SCEVCouldNotCompute::getType() const {
146   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
147   return 0;
148 }
149
150 bool SCEVCouldNotCompute::hasComputableLoopEvolution(const Loop *L) const {
151   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
152   return false;
153 }
154
155 SCEVHandle SCEVCouldNotCompute::
156 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
157                                   const SCEVHandle &Conc) const {
158   return this;
159 }
160
161 void SCEVCouldNotCompute::print(std::ostream &OS) const {
162   OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
163 }
164
165 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
166   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
167 }
168
169
170 // SCEVConstants - Only allow the creation of one SCEVConstant for any
171 // particular value.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will
172 // never be deleted!
173 static ManagedStatic<std::map<ConstantInt*, SCEVConstant*> > SCEVConstants;
174
175
176 SCEVConstant::~SCEVConstant() {
177   SCEVConstants->erase(V);
178 }
179
180 SCEVHandle SCEVConstant::get(ConstantInt *V) {
181   SCEVConstant *&R = (*SCEVConstants)[V];
182   if (R == 0) R = new SCEVConstant(V);
183   return R;
184 }
185
186 SCEVHandle SCEVConstant::get(const APInt& Val) {
187   return get(ConstantInt::get(Val));
188 }
189
190 ConstantRange SCEVConstant::getValueRange() const {
191   return ConstantRange(V->getValue());
192 }
193
194 const Type *SCEVConstant::getType() const { return V->getType(); }
195
196 void SCEVConstant::print(std::ostream &OS) const {
197   WriteAsOperand(OS, V, false);
198 }
199
200 // SCEVTruncates - Only allow the creation of one SCEVTruncateExpr for any
201 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will
202 // never be deleted!
203 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, const Type*>, 
204                      SCEVTruncateExpr*> > SCEVTruncates;
205
206 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
207   : SCEV(scTruncate), Op(op), Ty(ty) {
208   assert(Op->getType()->isInteger() && Ty->isInteger() &&
209          "Cannot truncate non-integer value!");
210   assert(Op->getType()->getPrimitiveSizeInBits() > Ty->getPrimitiveSizeInBits()
211          && "This is not a truncating conversion!");
212 }
213
214 SCEVTruncateExpr::~SCEVTruncateExpr() {
215   SCEVTruncates->erase(std::make_pair(Op, Ty));
216 }
217
218 ConstantRange SCEVTruncateExpr::getValueRange() const {
219   return getOperand()->getValueRange().truncate(getBitWidth());
220 }
221
222 void SCEVTruncateExpr::print(std::ostream &OS) const {
223   OS << "(truncate " << *Op << " to " << *Ty << ")";
224 }
225
226 // SCEVZeroExtends - Only allow the creation of one SCEVZeroExtendExpr for any
227 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
228 // be deleted!
229 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, const Type*>,
230                      SCEVZeroExtendExpr*> > SCEVZeroExtends;
231
232 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
233   : SCEV(scZeroExtend), Op(op), Ty(ty) {
234   assert(Op->getType()->isInteger() && Ty->isInteger() &&
235          "Cannot zero extend non-integer value!");
236   assert(Op->getType()->getPrimitiveSizeInBits() < Ty->getPrimitiveSizeInBits()
237          && "This is not an extending conversion!");
238 }
239
240 SCEVZeroExtendExpr::~SCEVZeroExtendExpr() {
241   SCEVZeroExtends->erase(std::make_pair(Op, Ty));
242 }
243
244 ConstantRange SCEVZeroExtendExpr::getValueRange() const {
245   return getOperand()->getValueRange().zeroExtend(getBitWidth());
246 }
247
248 void SCEVZeroExtendExpr::print(std::ostream &OS) const {
249   OS << "(zeroextend " << *Op << " to " << *Ty << ")";
250 }
251
252 // SCEVSignExtends - Only allow the creation of one SCEVSignExtendExpr for any
253 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
254 // be deleted!
255 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, const Type*>,
256                      SCEVSignExtendExpr*> > SCEVSignExtends;
257
258 SCEVSignExtendExpr::SCEVSignExtendExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
259   : SCEV(scSignExtend), Op(op), Ty(ty) {
260   assert(Op->getType()->isInteger() && Ty->isInteger() &&
261          "Cannot sign extend non-integer value!");
262   assert(Op->getType()->getPrimitiveSizeInBits() < Ty->getPrimitiveSizeInBits()
263          && "This is not an extending conversion!");
264 }
265
266 SCEVSignExtendExpr::~SCEVSignExtendExpr() {
267   SCEVSignExtends->erase(std::make_pair(Op, Ty));
268 }
269
270 ConstantRange SCEVSignExtendExpr::getValueRange() const {
271   return getOperand()->getValueRange().signExtend(getBitWidth());
272 }
273
274 void SCEVSignExtendExpr::print(std::ostream &OS) const {
275   OS << "(signextend " << *Op << " to " << *Ty << ")";
276 }
277
278 // SCEVCommExprs - Only allow the creation of one SCEVCommutativeExpr for any
279 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
280 // be deleted!
281 static ManagedStatic<std::map<std::pair<unsigned, std::vector<SCEV*> >,
282                      SCEVCommutativeExpr*> > SCEVCommExprs;
283
284 SCEVCommutativeExpr::~SCEVCommutativeExpr() {
285   SCEVCommExprs->erase(std::make_pair(getSCEVType(),
286                                       std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
287                                                          Operands.end())));
288 }
289
290 void SCEVCommutativeExpr::print(std::ostream &OS) const {
291   assert(Operands.size() > 1 && "This plus expr shouldn't exist!");
292   const char *OpStr = getOperationStr();
293   OS << "(" << *Operands[0];
294   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
295     OS << OpStr << *Operands[i];
296   OS << ")";
297 }
298
299 SCEVHandle SCEVCommutativeExpr::
300 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
301                                   const SCEVHandle &Conc) const {
302   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
303     SCEVHandle H = getOperand(i)->replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc);
304     if (H != getOperand(i)) {
305       std::vector<SCEVHandle> NewOps;
306       NewOps.reserve(getNumOperands());
307       for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
308         NewOps.push_back(getOperand(j));
309       NewOps.push_back(H);
310       for (++i; i != e; ++i)
311         NewOps.push_back(getOperand(i)->
312                          replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc));
313
314       if (isa<SCEVAddExpr>(this))
315         return SCEVAddExpr::get(NewOps);
316       else if (isa<SCEVMulExpr>(this))
317         return SCEVMulExpr::get(NewOps);
318       else
319         assert(0 && "Unknown commutative expr!");
320     }
321   }
322   return this;
323 }
324
325
326 // SCEVSDivs - Only allow the creation of one SCEVSDivExpr for any particular
327 // input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never be
328 // deleted!
329 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, SCEV*>, 
330                      SCEVSDivExpr*> > SCEVSDivs;
331
332 SCEVSDivExpr::~SCEVSDivExpr() {
333   SCEVSDivs->erase(std::make_pair(LHS, RHS));
334 }
335
336 void SCEVSDivExpr::print(std::ostream &OS) const {
337   OS << "(" << *LHS << " /s " << *RHS << ")";
338 }
339
340 const Type *SCEVSDivExpr::getType() const {
341   return LHS->getType();
342 }
343
344 // SCEVAddRecExprs - Only allow the creation of one SCEVAddRecExpr for any
345 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
346 // be deleted!
347 static ManagedStatic<std::map<std::pair<const Loop *, std::vector<SCEV*> >,
348                      SCEVAddRecExpr*> > SCEVAddRecExprs;
349
350 SCEVAddRecExpr::~SCEVAddRecExpr() {
351   SCEVAddRecExprs->erase(std::make_pair(L,
352                                         std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
353                                                            Operands.end())));
354 }
355
356 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::
357 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
358                                   const SCEVHandle &Conc) const {
359   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
360     SCEVHandle H = getOperand(i)->replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc);
361     if (H != getOperand(i)) {
362       std::vector<SCEVHandle> NewOps;
363       NewOps.reserve(getNumOperands());
364       for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
365         NewOps.push_back(getOperand(j));
366       NewOps.push_back(H);
367       for (++i; i != e; ++i)
368         NewOps.push_back(getOperand(i)->
369                          replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc));
370
371       return get(NewOps, L);
372     }
373   }
374   return this;
375 }
376
377
378 bool SCEVAddRecExpr::isLoopInvariant(const Loop *QueryLoop) const {
379   // This recurrence is invariant w.r.t to QueryLoop iff QueryLoop doesn't
380   // contain L and if the start is invariant.
381   return !QueryLoop->contains(L->getHeader()) &&
382          getOperand(0)->isLoopInvariant(QueryLoop);
383 }
384
385
386 void SCEVAddRecExpr::print(std::ostream &OS) const {
387   OS << "{" << *Operands[0];
388   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
389     OS << ",+," << *Operands[i];
390   OS << "}<" << L->getHeader()->getName() + ">";
391 }
392
393 // SCEVUnknowns - Only allow the creation of one SCEVUnknown for any particular
394 // value.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never be
395 // deleted!
396 static ManagedStatic<std::map<Value*, SCEVUnknown*> > SCEVUnknowns;
397
398 SCEVUnknown::~SCEVUnknown() { SCEVUnknowns->erase(V); }
399
400 bool SCEVUnknown::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
401   // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
402   // invariant if they are not contained in the specified loop.
403   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
404     return !L->contains(I->getParent());
405   return true;
406 }
407
408 const Type *SCEVUnknown::getType() const {
409   return V->getType();
410 }
411
412 void SCEVUnknown::print(std::ostream &OS) const {
413   WriteAsOperand(OS, V, false);
414 }
415
416 //===----------------------------------------------------------------------===//
417 //                               SCEV Utilities
418 //===----------------------------------------------------------------------===//
419
420 namespace {
421   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
422   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
423   /// expressions.
424   struct VISIBILITY_HIDDEN SCEVComplexityCompare {
425     bool operator()(SCEV *LHS, SCEV *RHS) {
426       return LHS->getSCEVType() < RHS->getSCEVType();
427     }
428   };
429 }
430
431 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
432 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
433 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
434 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
435 ///
436 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get determinstic
437 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
438 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
439 /// land in memory.
440 ///
441 static void GroupByComplexity(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
442   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
443   if (Ops.size() == 2) {
444     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
445     // Special case it.
446     if (Ops[0]->getSCEVType() > Ops[1]->getSCEVType())
447       std::swap(Ops[0], Ops[1]);
448     return;
449   }
450
451   // Do the rough sort by complexity.
452   std::sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare());
453
454   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
455   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
456   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
457   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
458   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
459     SCEV *S = Ops[i];
460     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
461
462     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
463     // one, group them.
464     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
465       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
466         // Move it to immediately after i'th element.
467         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
468         ++i;   // no need to rescan it.
469         if (i == e-2) return;  // Done!
470       }
471     }
472   }
473 }
474
475
476
477 //===----------------------------------------------------------------------===//
478 //                      Simple SCEV method implementations
479 //===----------------------------------------------------------------------===//
480
481 /// getIntegerSCEV - Given an integer or FP type, create a constant for the
482 /// specified signed integer value and return a SCEV for the constant.
483 SCEVHandle SCEVUnknown::getIntegerSCEV(int Val, const Type *Ty) {
484   Constant *C;
485   if (Val == 0)
486     C = Constant::getNullValue(Ty);
487   else if (Ty->isFloatingPoint())
488     C = ConstantFP::get(Ty, APFloat(Ty==Type::FloatTy ? APFloat::IEEEsingle : 
489                             APFloat::IEEEdouble, Val));
490   else 
491     C = ConstantInt::get(Ty, Val);
492   return SCEVUnknown::get(C);
493 }
494
495 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
496 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
497 /// extended.
498 static SCEVHandle getTruncateOrZeroExtend(const SCEVHandle &V, const Type *Ty) {
499   const Type *SrcTy = V->getType();
500   assert(SrcTy->isInteger() && Ty->isInteger() &&
501          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
502   if (SrcTy->getPrimitiveSizeInBits() == Ty->getPrimitiveSizeInBits())
503     return V;  // No conversion
504   if (SrcTy->getPrimitiveSizeInBits() > Ty->getPrimitiveSizeInBits())
505     return SCEVTruncateExpr::get(V, Ty);
506   return SCEVZeroExtendExpr::get(V, Ty);
507 }
508
509 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
510 ///
511 SCEVHandle SCEV::getNegativeSCEV(const SCEVHandle &V) {
512   if (SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
513     return SCEVUnknown::get(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue()));
514
515   return SCEVMulExpr::get(V, SCEVUnknown::getIntegerSCEV(-1, V->getType()));
516 }
517
518 /// getMinusSCEV - Return a SCEV corresponding to LHS - RHS.
519 ///
520 SCEVHandle SCEV::getMinusSCEV(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
521   // X - Y --> X + -Y
522   return SCEVAddExpr::get(LHS, SCEV::getNegativeSCEV(RHS));
523 }
524
525
526 /// PartialFact - Compute V!/(V-NumSteps)!
527 static SCEVHandle PartialFact(SCEVHandle V, unsigned NumSteps) {
528   // Handle this case efficiently, it is common to have constant iteration
529   // counts while computing loop exit values.
530   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
531     const APInt& Val = SC->getValue()->getValue();
532     APInt Result(Val.getBitWidth(), 1);
533     for (; NumSteps; --NumSteps)
534       Result *= Val-(NumSteps-1);
535     return SCEVConstant::get(Result);
536   }
537
538   const Type *Ty = V->getType();
539   if (NumSteps == 0)
540     return SCEVUnknown::getIntegerSCEV(1, Ty);
541
542   SCEVHandle Result = V;
543   for (unsigned i = 1; i != NumSteps; ++i)
544     Result = SCEVMulExpr::get(Result, SCEV::getMinusSCEV(V,
545                                           SCEVUnknown::getIntegerSCEV(i, Ty)));
546   return Result;
547 }
548
549
550 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
551 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
552 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
553 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
554 ///
555 ///   A*choose(It, 0) + B*choose(It, 1) + C*choose(It, 2) + D*choose(It, 3)
556 ///
557 /// FIXME/VERIFY: I don't trust that this is correct in the face of overflow.
558 /// Is the binomial equation safe using modular arithmetic??
559 ///
560 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(SCEVHandle It) const {
561   SCEVHandle Result = getStart();
562   int Divisor = 1;
563   const Type *Ty = It->getType();
564   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
565     SCEVHandle BC = PartialFact(It, i);
566     Divisor *= i;
567     SCEVHandle Val = SCEVSDivExpr::get(SCEVMulExpr::get(BC, getOperand(i)),
568                                        SCEVUnknown::getIntegerSCEV(Divisor,Ty));
569     Result = SCEVAddExpr::get(Result, Val);
570   }
571   return Result;
572 }
573
574
575 //===----------------------------------------------------------------------===//
576 //                    SCEV Expression folder implementations
577 //===----------------------------------------------------------------------===//
578
579 SCEVHandle SCEVTruncateExpr::get(const SCEVHandle &Op, const Type *Ty) {
580   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
581     return SCEVUnknown::get(
582         ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(), Ty));
583
584   // If the input value is a chrec scev made out of constants, truncate
585   // all of the constants.
586   if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
587     std::vector<SCEVHandle> Operands;
588     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
589       // FIXME: This should allow truncation of other expression types!
590       if (isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(i)))
591         Operands.push_back(get(AddRec->getOperand(i), Ty));
592       else
593         break;
594     if (Operands.size() == AddRec->getNumOperands())
595       return SCEVAddRecExpr::get(Operands, AddRec->getLoop());
596   }
597
598   SCEVTruncateExpr *&Result = (*SCEVTruncates)[std::make_pair(Op, Ty)];
599   if (Result == 0) Result = new SCEVTruncateExpr(Op, Ty);
600   return Result;
601 }
602
603 SCEVHandle SCEVZeroExtendExpr::get(const SCEVHandle &Op, const Type *Ty) {
604   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
605     return SCEVUnknown::get(
606         ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(), Ty));
607
608   // FIXME: If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
609   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
610   // operands (often constants).  This would allow analysis of something like
611   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
612
613   SCEVZeroExtendExpr *&Result = (*SCEVZeroExtends)[std::make_pair(Op, Ty)];
614   if (Result == 0) Result = new SCEVZeroExtendExpr(Op, Ty);
615   return Result;
616 }
617
618 SCEVHandle SCEVSignExtendExpr::get(const SCEVHandle &Op, const Type *Ty) {
619   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
620     return SCEVUnknown::get(
621         ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(), Ty));
622
623   // FIXME: If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
624   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
625   // operands (often constants).  This would allow analysis of something like
626   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
627
628   SCEVSignExtendExpr *&Result = (*SCEVSignExtends)[std::make_pair(Op, Ty)];
629   if (Result == 0) Result = new SCEVSignExtendExpr(Op, Ty);
630   return Result;
631 }
632
633 // get - Get a canonical add expression, or something simpler if possible.
634 SCEVHandle SCEVAddExpr::get(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
635   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
636   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
637
638   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
639   GroupByComplexity(Ops);
640
641   // If there are any constants, fold them together.
642   unsigned Idx = 0;
643   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
644     ++Idx;
645     assert(Idx < Ops.size());
646     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
647       // We found two constants, fold them together!
648       Constant *Fold = ConstantInt::get(LHSC->getValue()->getValue() + 
649                                         RHSC->getValue()->getValue());
650       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Fold)) {
651         Ops[0] = SCEVConstant::get(CI);
652         Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
653         if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
654         LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
655       } else {
656         // If we couldn't fold the expression, move to the next constant.  Note
657         // that this is impossible to happen in practice because we always
658         // constant fold constant ints to constant ints.
659         ++Idx;
660       }
661     }
662
663     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
664     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
665       Ops.erase(Ops.begin());
666       --Idx;
667     }
668   }
669
670   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
671
672   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
673   // so, merge them together into an multiply expression.  Since we sorted the
674   // list, these values are required to be adjacent.
675   const Type *Ty = Ops[0]->getType();
676   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
677     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
678       // Found a match, merge the two values into a multiply, and add any
679       // remaining values to the result.
680       SCEVHandle Two = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(2, Ty);
681       SCEVHandle Mul = SCEVMulExpr::get(Ops[i], Two);
682       if (Ops.size() == 2)
683         return Mul;
684       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
685       Ops.push_back(Mul);
686       return SCEVAddExpr::get(Ops);
687     }
688
689   // Now we know the first non-constant operand.  Skip past any cast SCEVs.
690   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
691     ++Idx;
692
693   // If there are add operands they would be next.
694   if (Idx < Ops.size()) {
695     bool DeletedAdd = false;
696     while (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
697       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
698       // list.
699       Ops.insert(Ops.end(), Add->op_begin(), Add->op_end());
700       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
701       DeletedAdd = true;
702     }
703
704     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
705     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
706     // any operands we just aquired.
707     if (DeletedAdd)
708       return get(Ops);
709   }
710
711   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
712   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
713     ++Idx;
714
715   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
716   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
717   // the multiply.
718   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
719     SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
720     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
721       SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
722       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
723         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp] && !isa<SCEVConstant>(MulOpSCEV)) {
724           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
725           SCEVHandle InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
726           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
727             // If the multiply has more than two operands, we must get the
728             // Y*Z term.
729             std::vector<SCEVHandle> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
730             MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
731             InnerMul = SCEVMulExpr::get(MulOps);
732           }
733           SCEVHandle One = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(1, Ty);
734           SCEVHandle AddOne = SCEVAddExpr::get(InnerMul, One);
735           SCEVHandle OuterMul = SCEVMulExpr::get(AddOne, Ops[AddOp]);
736           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
737           if (AddOp < Idx) {
738             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
739             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
740           } else {
741             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
742             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
743           }
744           Ops.push_back(OuterMul);
745           return SCEVAddExpr::get(Ops);
746         }
747
748       // Check this multiply against other multiplies being added together.
749       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
750            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
751            ++OtherMulIdx) {
752         SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
753         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
754         // together.
755         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
756              OMulOp != e; ++OMulOp)
757           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
758             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
759             SCEVHandle InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
760             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
761               std::vector<SCEVHandle> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
762               MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
763               InnerMul1 = SCEVMulExpr::get(MulOps);
764             }
765             SCEVHandle InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
766             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
767               std::vector<SCEVHandle> MulOps(OtherMul->op_begin(),
768                                              OtherMul->op_end());
769               MulOps.erase(MulOps.begin()+OMulOp);
770               InnerMul2 = SCEVMulExpr::get(MulOps);
771             }
772             SCEVHandle InnerMulSum = SCEVAddExpr::get(InnerMul1,InnerMul2);
773             SCEVHandle OuterMul = SCEVMulExpr::get(MulOpSCEV, InnerMulSum);
774             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
775             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
776             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
777             Ops.push_back(OuterMul);
778             return SCEVAddExpr::get(Ops);
779           }
780       }
781     }
782   }
783
784   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
785   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
786   // recurrence.
787   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
788     ++Idx;
789
790   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
791   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
792     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
793     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
794     std::vector<SCEVHandle> LIOps;
795     SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
796     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
797       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
798         LIOps.push_back(Ops[i]);
799         Ops.erase(Ops.begin()+i);
800         --i; --e;
801       }
802
803     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
804     if (!LIOps.empty()) {
805       //  NLI + LI + { Start,+,Step}  -->  NLI + { LI+Start,+,Step }
806       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
807
808       std::vector<SCEVHandle> AddRecOps(AddRec->op_begin(), AddRec->op_end());
809       AddRecOps[0] = SCEVAddExpr::get(LIOps);
810
811       SCEVHandle NewRec = SCEVAddRecExpr::get(AddRecOps, AddRec->getLoop());
812       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
813       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
814
815       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-liv parts.
816       for (unsigned i = 0;; ++i)
817         if (Ops[i] == AddRec) {
818           Ops[i] = NewRec;
819           break;
820         }
821       return SCEVAddExpr::get(Ops);
822     }
823
824     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
825     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
826     // added together.  If so, we can fold them.
827     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
828          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
829       if (OtherIdx != Idx) {
830         SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
831         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
832           // Other + {A,+,B} + {C,+,D}  -->  Other + {A+C,+,B+D}
833           std::vector<SCEVHandle> NewOps(AddRec->op_begin(), AddRec->op_end());
834           for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
835             if (i >= NewOps.size()) {
836               NewOps.insert(NewOps.end(), OtherAddRec->op_begin()+i,
837                             OtherAddRec->op_end());
838               break;
839             }
840             NewOps[i] = SCEVAddExpr::get(NewOps[i], OtherAddRec->getOperand(i));
841           }
842           SCEVHandle NewAddRec = SCEVAddRecExpr::get(NewOps, AddRec->getLoop());
843
844           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
845
846           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
847           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
848           Ops.push_back(NewAddRec);
849           return SCEVAddExpr::get(Ops);
850         }
851       }
852
853     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
854     // next one.
855   }
856
857   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
858   // already have one, otherwise create a new one.
859   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
860   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scAddExpr,
861                                                                  SCEVOps)];
862   if (Result == 0) Result = new SCEVAddExpr(Ops);
863   return Result;
864 }
865
866
867 SCEVHandle SCEVMulExpr::get(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
868   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
869
870   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
871   GroupByComplexity(Ops);
872
873   // If there are any constants, fold them together.
874   unsigned Idx = 0;
875   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
876
877     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
878     if (Ops.size() == 2)
879       if (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
880         if (Add->getNumOperands() == 2 &&
881             isa<SCEVConstant>(Add->getOperand(0)))
882           return SCEVAddExpr::get(SCEVMulExpr::get(LHSC, Add->getOperand(0)),
883                                   SCEVMulExpr::get(LHSC, Add->getOperand(1)));
884
885
886     ++Idx;
887     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
888       // We found two constants, fold them together!
889       Constant *Fold = ConstantInt::get(LHSC->getValue()->getValue() * 
890                                         RHSC->getValue()->getValue());
891       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Fold)) {
892         Ops[0] = SCEVConstant::get(CI);
893         Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
894         if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
895         LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
896       } else {
897         // If we couldn't fold the expression, move to the next constant.  Note
898         // that this is impossible to happen in practice because we always
899         // constant fold constant ints to constant ints.
900         ++Idx;
901       }
902     }
903
904     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
905     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
906       Ops.erase(Ops.begin());
907       --Idx;
908     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
909       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
910       return Ops[0];
911     }
912   }
913
914   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
915   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
916     ++Idx;
917
918   if (Ops.size() == 1)
919     return Ops[0];
920
921   // If there are mul operands inline them all into this expression.
922   if (Idx < Ops.size()) {
923     bool DeletedMul = false;
924     while (SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
925       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
926       // list.
927       Ops.insert(Ops.end(), Mul->op_begin(), Mul->op_end());
928       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
929       DeletedMul = true;
930     }
931
932     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
933     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
934     // any operands we just aquired.
935     if (DeletedMul)
936       return get(Ops);
937   }
938
939   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
940   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
941   // recurrence.
942   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
943     ++Idx;
944
945   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
946   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
947     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
948     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
949     std::vector<SCEVHandle> LIOps;
950     SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
951     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
952       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
953         LIOps.push_back(Ops[i]);
954         Ops.erase(Ops.begin()+i);
955         --i; --e;
956       }
957
958     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
959     if (!LIOps.empty()) {
960       //  NLI * LI * { Start,+,Step}  -->  NLI * { LI*Start,+,LI*Step }
961       std::vector<SCEVHandle> NewOps;
962       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
963       if (LIOps.size() == 1) {
964         SCEV *Scale = LIOps[0];
965         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
966           NewOps.push_back(SCEVMulExpr::get(Scale, AddRec->getOperand(i)));
967       } else {
968         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
969           std::vector<SCEVHandle> MulOps(LIOps);
970           MulOps.push_back(AddRec->getOperand(i));
971           NewOps.push_back(SCEVMulExpr::get(MulOps));
972         }
973       }
974
975       SCEVHandle NewRec = SCEVAddRecExpr::get(NewOps, AddRec->getLoop());
976
977       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
978       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
979
980       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-liv parts.
981       for (unsigned i = 0;; ++i)
982         if (Ops[i] == AddRec) {
983           Ops[i] = NewRec;
984           break;
985         }
986       return SCEVMulExpr::get(Ops);
987     }
988
989     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
990     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
991     // multiplied together.  If so, we can fold them.
992     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
993          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
994       if (OtherIdx != Idx) {
995         SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
996         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
997           // F * G  -->  {A,+,B} * {C,+,D}  -->  {A*C,+,F*D + G*B + B*D}
998           SCEVAddRecExpr *F = AddRec, *G = OtherAddRec;
999           SCEVHandle NewStart = SCEVMulExpr::get(F->getStart(),
1000                                                  G->getStart());
1001           SCEVHandle B = F->getStepRecurrence();
1002           SCEVHandle D = G->getStepRecurrence();
1003           SCEVHandle NewStep = SCEVAddExpr::get(SCEVMulExpr::get(F, D),
1004                                                 SCEVMulExpr::get(G, B),
1005                                                 SCEVMulExpr::get(B, D));
1006           SCEVHandle NewAddRec = SCEVAddRecExpr::get(NewStart, NewStep,
1007                                                      F->getLoop());
1008           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1009
1010           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1011           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1012           Ops.push_back(NewAddRec);
1013           return SCEVMulExpr::get(Ops);
1014         }
1015       }
1016
1017     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1018     // next one.
1019   }
1020
1021   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
1022   // already have one, otherwise create a new one.
1023   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1024   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scMulExpr,
1025                                                                  SCEVOps)];
1026   if (Result == 0)
1027     Result = new SCEVMulExpr(Ops);
1028   return Result;
1029 }
1030
1031 SCEVHandle SCEVSDivExpr::get(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1032   if (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
1033     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
1034       return LHS;                            // X sdiv 1 --> x
1035     if (RHSC->getValue()->isAllOnesValue())
1036       return SCEV::getNegativeSCEV(LHS);           // X sdiv -1  -->  -x
1037
1038     if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
1039       Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
1040       Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
1041       return SCEVUnknown::get(ConstantExpr::getSDiv(LHSCV, RHSCV));
1042     }
1043   }
1044
1045   // FIXME: implement folding of (X*4)/4 when we know X*4 doesn't overflow.
1046
1047   SCEVSDivExpr *&Result = (*SCEVSDivs)[std::make_pair(LHS, RHS)];
1048   if (Result == 0) Result = new SCEVSDivExpr(LHS, RHS);
1049   return Result;
1050 }
1051
1052
1053 /// SCEVAddRecExpr::get - Get a add recurrence expression for the
1054 /// specified loop.  Simplify the expression as much as possible.
1055 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::get(const SCEVHandle &Start,
1056                                const SCEVHandle &Step, const Loop *L) {
1057   std::vector<SCEVHandle> Operands;
1058   Operands.push_back(Start);
1059   if (SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
1060     if (StepChrec->getLoop() == L) {
1061       Operands.insert(Operands.end(), StepChrec->op_begin(),
1062                       StepChrec->op_end());
1063       return get(Operands, L);
1064     }
1065
1066   Operands.push_back(Step);
1067   return get(Operands, L);
1068 }
1069
1070 /// SCEVAddRecExpr::get - Get a add recurrence expression for the
1071 /// specified loop.  Simplify the expression as much as possible.
1072 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::get(std::vector<SCEVHandle> &Operands,
1073                                const Loop *L) {
1074   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
1075
1076   if (SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Operands.back()))
1077     if (StepC->getValue()->isZero()) {
1078       Operands.pop_back();
1079       return get(Operands, L);             // { X,+,0 }  -->  X
1080     }
1081
1082   SCEVAddRecExpr *&Result =
1083     (*SCEVAddRecExprs)[std::make_pair(L, std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
1084                                                             Operands.end()))];
1085   if (Result == 0) Result = new SCEVAddRecExpr(Operands, L);
1086   return Result;
1087 }
1088
1089 SCEVHandle SCEVUnknown::get(Value *V) {
1090   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
1091     return SCEVConstant::get(CI);
1092   SCEVUnknown *&Result = (*SCEVUnknowns)[V];
1093   if (Result == 0) Result = new SCEVUnknown(V);
1094   return Result;
1095 }
1096
1097
1098 //===----------------------------------------------------------------------===//
1099 //             ScalarEvolutionsImpl Definition and Implementation
1100 //===----------------------------------------------------------------------===//
1101 //
1102 /// ScalarEvolutionsImpl - This class implements the main driver for the scalar
1103 /// evolution code.
1104 ///
1105 namespace {
1106   struct VISIBILITY_HIDDEN ScalarEvolutionsImpl {
1107     /// F - The function we are analyzing.
1108     ///
1109     Function &F;
1110
1111     /// LI - The loop information for the function we are currently analyzing.
1112     ///
1113     LoopInfo &LI;
1114
1115     /// UnknownValue - This SCEV is used to represent unknown trip counts and
1116     /// things.
1117     SCEVHandle UnknownValue;
1118
1119     /// Scalars - This is a cache of the scalars we have analyzed so far.
1120     ///
1121     std::map<Value*, SCEVHandle> Scalars;
1122
1123     /// IterationCounts - Cache the iteration count of the loops for this
1124     /// function as they are computed.
1125     std::map<const Loop*, SCEVHandle> IterationCounts;
1126
1127     /// ConstantEvolutionLoopExitValue - This map contains entries for all of
1128     /// the PHI instructions that we attempt to compute constant evolutions for.
1129     /// This allows us to avoid potentially expensive recomputation of these
1130     /// properties.  An instruction maps to null if we are unable to compute its
1131     /// exit value.
1132     std::map<PHINode*, Constant*> ConstantEvolutionLoopExitValue;
1133
1134   public:
1135     ScalarEvolutionsImpl(Function &f, LoopInfo &li)
1136       : F(f), LI(li), UnknownValue(new SCEVCouldNotCompute()) {}
1137
1138     /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
1139     /// expression and create a new one.
1140     SCEVHandle getSCEV(Value *V);
1141
1142     /// hasSCEV - Return true if the SCEV for this value has already been
1143     /// computed.
1144     bool hasSCEV(Value *V) const {
1145       return Scalars.count(V);
1146     }
1147
1148     /// setSCEV - Insert the specified SCEV into the map of current SCEVs for
1149     /// the specified value.
1150     void setSCEV(Value *V, const SCEVHandle &H) {
1151       bool isNew = Scalars.insert(std::make_pair(V, H)).second;
1152       assert(isNew && "This entry already existed!");
1153     }
1154
1155
1156     /// getSCEVAtScope - Compute the value of the specified expression within
1157     /// the indicated loop (which may be null to indicate in no loop).  If the
1158     /// expression cannot be evaluated, return UnknownValue itself.
1159     SCEVHandle getSCEVAtScope(SCEV *V, const Loop *L);
1160
1161
1162     /// hasLoopInvariantIterationCount - Return true if the specified loop has
1163     /// an analyzable loop-invariant iteration count.
1164     bool hasLoopInvariantIterationCount(const Loop *L);
1165
1166     /// getIterationCount - If the specified loop has a predictable iteration
1167     /// count, return it.  Note that it is not valid to call this method on a
1168     /// loop without a loop-invariant iteration count.
1169     SCEVHandle getIterationCount(const Loop *L);
1170
1171     /// deleteValueFromRecords - This method should be called by the
1172     /// client before it removes a value from the program, to make sure
1173     /// that no dangling references are left around.
1174     void deleteValueFromRecords(Value *V);
1175
1176   private:
1177     /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
1178     /// Analyze the expression.
1179     SCEVHandle createSCEV(Value *V);
1180
1181     /// createNodeForPHI - Provide the special handling we need to analyze PHI
1182     /// SCEVs.
1183     SCEVHandle createNodeForPHI(PHINode *PN);
1184
1185     /// ReplaceSymbolicValueWithConcrete - This looks up the computed SCEV value
1186     /// for the specified instruction and replaces any references to the
1187     /// symbolic value SymName with the specified value.  This is used during
1188     /// PHI resolution.
1189     void ReplaceSymbolicValueWithConcrete(Instruction *I,
1190                                           const SCEVHandle &SymName,
1191                                           const SCEVHandle &NewVal);
1192
1193     /// ComputeIterationCount - Compute the number of times the specified loop
1194     /// will iterate.
1195     SCEVHandle ComputeIterationCount(const Loop *L);
1196
1197     /// ComputeLoadConstantCompareIterationCount - Given an exit condition of
1198     /// 'setcc load X, cst', try to see if we can compute the trip count.
1199     SCEVHandle ComputeLoadConstantCompareIterationCount(LoadInst *LI,
1200                                                         Constant *RHS,
1201                                                         const Loop *L,
1202                                                         ICmpInst::Predicate p);
1203
1204     /// ComputeIterationCountExhaustively - If the trip is known to execute a
1205     /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
1206     /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
1207     /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
1208     /// evaluate the trip count of the loop, return UnknownValue.
1209     SCEVHandle ComputeIterationCountExhaustively(const Loop *L, Value *Cond,
1210                                                  bool ExitWhen);
1211
1212     /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the
1213     /// specified value to zero will execute.  If not computable, return
1214     /// UnknownValue.
1215     SCEVHandle HowFarToZero(SCEV *V, const Loop *L);
1216
1217     /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
1218     /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
1219     /// UnknownValue.
1220     SCEVHandle HowFarToNonZero(SCEV *V, const Loop *L);
1221
1222     /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
1223     /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
1224     /// UnknownValue. isSigned specifies whether the less-than is signed.
1225     SCEVHandle HowManyLessThans(SCEV *LHS, SCEV *RHS, const Loop *L,
1226                                 bool isSigned);
1227
1228     /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
1229     /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
1230     /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
1231     /// involving constants, fold it.
1232     Constant *getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN, const APInt& Its,
1233                                                 const Loop *L);
1234   };
1235 }
1236
1237 //===----------------------------------------------------------------------===//
1238 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
1239 //
1240
1241 /// deleteValueFromRecords - This method should be called by the
1242 /// client before it removes an instruction from the program, to make sure
1243 /// that no dangling references are left around.
1244 void ScalarEvolutionsImpl::deleteValueFromRecords(Value *V) {
1245   SmallVector<Value *, 16> Worklist;
1246
1247   if (Scalars.erase(V)) {
1248     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V))
1249       ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
1250     Worklist.push_back(V);
1251   }
1252
1253   while (!Worklist.empty()) {
1254     Value *VV = Worklist.back();
1255     Worklist.pop_back();
1256
1257     for (Instruction::use_iterator UI = VV->use_begin(), UE = VV->use_end();
1258          UI != UE; ++UI) {
1259       Instruction *Inst = cast<Instruction>(*UI);
1260       if (Scalars.erase(Inst)) {
1261         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(VV))
1262           ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
1263         Worklist.push_back(Inst);
1264       }
1265     }
1266   }
1267 }
1268
1269
1270 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
1271 /// expression and create a new one.
1272 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getSCEV(Value *V) {
1273   assert(V->getType() != Type::VoidTy && "Can't analyze void expressions!");
1274
1275   std::map<Value*, SCEVHandle>::iterator I = Scalars.find(V);
1276   if (I != Scalars.end()) return I->second;
1277   SCEVHandle S = createSCEV(V);
1278   Scalars.insert(std::make_pair(V, S));
1279   return S;
1280 }
1281
1282 /// ReplaceSymbolicValueWithConcrete - This looks up the computed SCEV value for
1283 /// the specified instruction and replaces any references to the symbolic value
1284 /// SymName with the specified value.  This is used during PHI resolution.
1285 void ScalarEvolutionsImpl::
1286 ReplaceSymbolicValueWithConcrete(Instruction *I, const SCEVHandle &SymName,
1287                                  const SCEVHandle &NewVal) {
1288   std::map<Value*, SCEVHandle>::iterator SI = Scalars.find(I);
1289   if (SI == Scalars.end()) return;
1290
1291   SCEVHandle NV =
1292     SI->second->replaceSymbolicValuesWithConcrete(SymName, NewVal);
1293   if (NV == SI->second) return;  // No change.
1294
1295   SI->second = NV;       // Update the scalars map!
1296
1297   // Any instruction values that use this instruction might also need to be
1298   // updated!
1299   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
1300        UI != E; ++UI)
1301     ReplaceSymbolicValueWithConcrete(cast<Instruction>(*UI), SymName, NewVal);
1302 }
1303
1304 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
1305 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
1306 ///
1307 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
1308   if (PN->getNumIncomingValues() == 2)  // The loops have been canonicalized.
1309     if (const Loop *L = LI.getLoopFor(PN->getParent()))
1310       if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
1311         // If it lives in the loop header, it has two incoming values, one
1312         // from outside the loop, and one from inside.
1313         unsigned IncomingEdge = L->contains(PN->getIncomingBlock(0));
1314         unsigned BackEdge     = IncomingEdge^1;
1315
1316         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
1317         SCEVHandle SymbolicName = SCEVUnknown::get(PN);
1318         assert(Scalars.find(PN) == Scalars.end() &&
1319                "PHI node already processed?");
1320         Scalars.insert(std::make_pair(PN, SymbolicName));
1321
1322         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
1323         // the back-edge.
1324         SCEVHandle BEValue = getSCEV(PN->getIncomingValue(BackEdge));
1325
1326         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
1327         // has a special value for the first iteration of the loop.
1328
1329         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
1330         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
1331         if (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
1332           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
1333           // with a recurrence.
1334           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
1335           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
1336             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
1337               if (FoundIndex == e) {
1338                 FoundIndex = i;
1339                 break;
1340               }
1341
1342           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
1343             // Create an add with everything but the specified operand.
1344             std::vector<SCEVHandle> Ops;
1345             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
1346               if (i != FoundIndex)
1347                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
1348             SCEVHandle Accum = SCEVAddExpr::get(Ops);
1349
1350             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
1351             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
1352             if (Accum->isLoopInvariant(L) ||
1353                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
1354                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
1355               SCEVHandle StartVal = getSCEV(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
1356               SCEVHandle PHISCEV  = SCEVAddRecExpr::get(StartVal, Accum, L);
1357
1358               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
1359               // to be symbolic.  We now need to go back and update all of the
1360               // entries for the scalars that use the PHI (except for the PHI
1361               // itself) to use the new analyzed value instead of the "symbolic"
1362               // value.
1363               ReplaceSymbolicValueWithConcrete(PN, SymbolicName, PHISCEV);
1364               return PHISCEV;
1365             }
1366           }
1367         } else if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
1368           // Otherwise, this could be a loop like this:
1369           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
1370           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
1371           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
1372           // i really is an addrec evolution.
1373           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
1374             SCEVHandle StartVal = getSCEV(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
1375
1376             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
1377             // initial step of the addrec evolution.
1378             if (StartVal == SCEV::getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
1379                                                AddRec->getOperand(1))) {
1380               SCEVHandle PHISCEV = 
1381                  SCEVAddRecExpr::get(StartVal, AddRec->getOperand(1), L);
1382
1383               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
1384               // to be symbolic.  We now need to go back and update all of the
1385               // entries for the scalars that use the PHI (except for the PHI
1386               // itself) to use the new analyzed value instead of the "symbolic"
1387               // value.
1388               ReplaceSymbolicValueWithConcrete(PN, SymbolicName, PHISCEV);
1389               return PHISCEV;
1390             }
1391           }
1392         }
1393
1394         return SymbolicName;
1395       }
1396
1397   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
1398   return SCEVUnknown::get(PN);
1399 }
1400
1401 /// GetConstantFactor - Determine the largest constant factor that S has.  For
1402 /// example, turn {4,+,8} -> 4.    (S umod result) should always equal zero.
1403 static APInt GetConstantFactor(SCEVHandle S) {
1404   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
1405     const APInt& V = C->getValue()->getValue();
1406     if (!V.isMinValue())
1407       return V;
1408     else   // Zero is a multiple of everything.
1409       return APInt(C->getBitWidth(), 1).shl(C->getBitWidth()-1);
1410   }
1411
1412   if (SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
1413     return GetConstantFactor(T->getOperand()).trunc(
1414                                cast<IntegerType>(T->getType())->getBitWidth());
1415   }
1416   if (SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S))
1417     return GetConstantFactor(E->getOperand()).zext(
1418                                cast<IntegerType>(E->getType())->getBitWidth());
1419   if (SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S))
1420     return GetConstantFactor(E->getOperand()).sext(
1421                                cast<IntegerType>(E->getType())->getBitWidth());
1422   
1423   if (SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
1424     // The result is the min of all operands.
1425     APInt Res(GetConstantFactor(A->getOperand(0)));
1426     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); 
1427          i != e && Res.ugt(APInt(Res.getBitWidth(),1)); ++i) {
1428       APInt Tmp(GetConstantFactor(A->getOperand(i)));
1429       Res = APIntOps::umin(Res, Tmp);
1430     }
1431     return Res;
1432   }
1433
1434   if (SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
1435     // The result is the product of all the operands.
1436     APInt Res(GetConstantFactor(M->getOperand(0)));
1437     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1438       APInt Tmp(GetConstantFactor(M->getOperand(i)));
1439       Res *= Tmp;
1440     }
1441     return Res;
1442   }
1443     
1444   if (SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
1445     // For now, we just handle linear expressions.
1446     if (A->getNumOperands() == 2) {
1447       // We want the GCD between the start and the stride value.
1448       APInt Start(GetConstantFactor(A->getOperand(0)));
1449       if (Start == 1) 
1450         return Start;
1451       APInt Stride(GetConstantFactor(A->getOperand(1)));
1452       return APIntOps::GreatestCommonDivisor(Start, Stride);
1453     }
1454   }
1455   
1456   // SCEVSDivExpr, SCEVUnknown.
1457   return APInt(S->getBitWidth(), 1);
1458 }
1459
1460 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
1461 /// Analyze the expression.
1462 ///
1463 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::createSCEV(Value *V) {
1464   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
1465     switch (I->getOpcode()) {
1466     case Instruction::Add:
1467       return SCEVAddExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)),
1468                               getSCEV(I->getOperand(1)));
1469     case Instruction::Mul:
1470       return SCEVMulExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)),
1471                               getSCEV(I->getOperand(1)));
1472     case Instruction::SDiv:
1473       return SCEVSDivExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)),
1474                               getSCEV(I->getOperand(1)));
1475       break;
1476
1477     case Instruction::Sub:
1478       return SCEV::getMinusSCEV(getSCEV(I->getOperand(0)),
1479                                 getSCEV(I->getOperand(1)));
1480     case Instruction::Or:
1481       // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
1482       // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an add so loop
1483       // optimizations will transparently handle this case.
1484       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1485         SCEVHandle LHS = getSCEV(I->getOperand(0));
1486         APInt CommonFact(GetConstantFactor(LHS));
1487         assert(!CommonFact.isMinValue() &&
1488                "Common factor should at least be 1!");
1489         if (CommonFact.ugt(CI->getValue())) {
1490           // If the LHS is a multiple that is larger than the RHS, use +.
1491           return SCEVAddExpr::get(LHS,
1492                                   getSCEV(I->getOperand(1)));
1493         }
1494       }
1495       break;
1496     case Instruction::Xor:
1497       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
1498       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
1499       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1500         if (CI->getValue().isSignBit())
1501           return SCEVAddExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)),
1502                                   getSCEV(I->getOperand(1)));
1503       }
1504       break;
1505
1506     case Instruction::Shl:
1507       // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
1508       if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1509         uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth();
1510         Constant *X = ConstantInt::get(
1511           APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getLimitedValue(BitWidth)));
1512         return SCEVMulExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)), getSCEV(X));
1513       }
1514       break;
1515
1516     case Instruction::Trunc:
1517       return SCEVTruncateExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)), I->getType());
1518
1519     case Instruction::ZExt:
1520       return SCEVZeroExtendExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)), I->getType());
1521
1522     case Instruction::SExt:
1523       return SCEVSignExtendExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)), I->getType());
1524
1525     case Instruction::BitCast:
1526       // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
1527       if (I->getType()->isInteger() &&
1528           I->getOperand(0)->getType()->isInteger())
1529         return getSCEV(I->getOperand(0));
1530       break;
1531
1532     case Instruction::PHI:
1533       return createNodeForPHI(cast<PHINode>(I));
1534
1535     default: // We cannot analyze this expression.
1536       break;
1537     }
1538   }
1539
1540   return SCEVUnknown::get(V);
1541 }
1542
1543
1544
1545 //===----------------------------------------------------------------------===//
1546 //                   Iteration Count Computation Code
1547 //
1548
1549 /// getIterationCount - If the specified loop has a predictable iteration
1550 /// count, return it.  Note that it is not valid to call this method on a
1551 /// loop without a loop-invariant iteration count.
1552 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getIterationCount(const Loop *L) {
1553   std::map<const Loop*, SCEVHandle>::iterator I = IterationCounts.find(L);
1554   if (I == IterationCounts.end()) {
1555     SCEVHandle ItCount = ComputeIterationCount(L);
1556     I = IterationCounts.insert(std::make_pair(L, ItCount)).first;
1557     if (ItCount != UnknownValue) {
1558       assert(ItCount->isLoopInvariant(L) &&
1559              "Computed trip count isn't loop invariant for loop!");
1560       ++NumTripCountsComputed;
1561     } else if (isa<PHINode>(L->getHeader()->begin())) {
1562       // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
1563       ++NumTripCountsNotComputed;
1564     }
1565   }
1566   return I->second;
1567 }
1568
1569 /// ComputeIterationCount - Compute the number of times the specified loop
1570 /// will iterate.
1571 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::ComputeIterationCount(const Loop *L) {
1572   // If the loop has a non-one exit block count, we can't analyze it.
1573   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
1574   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
1575   if (ExitBlocks.size() != 1) return UnknownValue;
1576
1577   // Okay, there is one exit block.  Try to find the condition that causes the
1578   // loop to be exited.
1579   BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[0];
1580
1581   BasicBlock *ExitingBlock = 0;
1582   for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), E = pred_end(ExitBlock);
1583        PI != E; ++PI)
1584     if (L->contains(*PI)) {
1585       if (ExitingBlock == 0)
1586         ExitingBlock = *PI;
1587       else
1588         return UnknownValue;   // More than one block exiting!
1589     }
1590   assert(ExitingBlock && "No exits from loop, something is broken!");
1591
1592   // Okay, we've computed the exiting block.  See what condition causes us to
1593   // exit.
1594   //
1595   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
1596   BranchInst *ExitBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
1597   if (ExitBr == 0) return UnknownValue;
1598   assert(ExitBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
1599   
1600   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
1601   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
1602   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
1603   // not be equal to the trip count of the loop.
1604   //
1605   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
1606   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
1607   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
1608   // loop header.  This is common for un-rotated loops.  More extensive analysis
1609   // could be done to handle more cases here.
1610   if (ExitBr->getSuccessor(0) != L->getHeader() &&
1611       ExitBr->getSuccessor(1) != L->getHeader() &&
1612       ExitBr->getParent() != L->getHeader())
1613     return UnknownValue;
1614   
1615   ICmpInst *ExitCond = dyn_cast<ICmpInst>(ExitBr->getCondition());
1616
1617   // If its not an integer comparison then compute it the hard way. 
1618   // Note that ICmpInst deals with pointer comparisons too so we must check
1619   // the type of the operand.
1620   if (ExitCond == 0 || isa<PointerType>(ExitCond->getOperand(0)->getType()))
1621     return ComputeIterationCountExhaustively(L, ExitBr->getCondition(),
1622                                           ExitBr->getSuccessor(0) == ExitBlock);
1623
1624   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
1625   ICmpInst::Predicate Cond;
1626   if (ExitBr->getSuccessor(1) == ExitBlock)
1627     Cond = ExitCond->getPredicate();
1628   else
1629     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
1630
1631   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
1632   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
1633     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
1634       SCEVHandle ItCnt =
1635         ComputeLoadConstantCompareIterationCount(LI, RHS, L, Cond);
1636       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(ItCnt)) return ItCnt;
1637     }
1638
1639   SCEVHandle LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
1640   SCEVHandle RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
1641
1642   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
1643   SCEVHandle Tmp = getSCEVAtScope(LHS, L);
1644   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) LHS = Tmp;
1645   Tmp = getSCEVAtScope(RHS, L);
1646   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) RHS = Tmp;
1647
1648   // At this point, we would like to compute how many iterations of the 
1649   // loop the predicate will return true for these inputs.
1650   if (isa<SCEVConstant>(LHS) && !isa<SCEVConstant>(RHS)) {
1651     // If there is a constant, force it into the RHS.
1652     std::swap(LHS, RHS);
1653     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
1654   }
1655
1656   // FIXME: think about handling pointer comparisons!  i.e.:
1657   // while (P != P+100) ++P;
1658
1659   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
1660   // ranges to answer this query.
1661   if (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
1662     if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
1663       if (AddRec->getLoop() == L) {
1664         // Form the comparison range using the constant of the correct type so
1665         // that the ConstantRange class knows to do a signed or unsigned
1666         // comparison.
1667         ConstantInt *CompVal = RHSC->getValue();
1668         const Type *RealTy = ExitCond->getOperand(0)->getType();
1669         CompVal = dyn_cast<ConstantInt>(
1670           ConstantExpr::getBitCast(CompVal, RealTy));
1671         if (CompVal) {
1672           // Form the constant range.
1673           ConstantRange CompRange(
1674               ICmpInst::makeConstantRange(Cond, CompVal->getValue()));
1675
1676           SCEVHandle Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange);
1677           if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
1678         }
1679       }
1680
1681   switch (Cond) {
1682   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
1683     // Convert to: while (X-Y != 0)
1684     SCEVHandle TC = HowFarToZero(SCEV::getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
1685     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1686     break;
1687   }
1688   case ICmpInst::ICMP_EQ: {
1689     // Convert to: while (X-Y == 0)           // while (X == Y)
1690     SCEVHandle TC = HowFarToNonZero(SCEV::getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
1691     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1692     break;
1693   }
1694   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
1695     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, true);
1696     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1697     break;
1698   }
1699   case ICmpInst::ICMP_SGT: {
1700     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(SCEV::getNegativeSCEV(LHS),
1701                                      SCEV::getNegativeSCEV(RHS), L, true);
1702     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1703     break;
1704   }
1705   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
1706     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, false);
1707     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1708     break;
1709   }
1710   case ICmpInst::ICMP_UGT: {
1711     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(SCEV::getNegativeSCEV(LHS),
1712                                      SCEV::getNegativeSCEV(RHS), L, false);
1713     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1714     break;
1715   }
1716   default:
1717 #if 0
1718     cerr << "ComputeIterationCount ";
1719     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
1720       cerr << "[unsigned] ";
1721     cerr << *LHS << "   "
1722          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp) 
1723          << "   " << *RHS << "\n";
1724 #endif
1725     break;
1726   }
1727   return ComputeIterationCountExhaustively(L, ExitCond,
1728                                        ExitBr->getSuccessor(0) == ExitBlock);
1729 }
1730
1731 static ConstantInt *
1732 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C) {
1733   SCEVHandle InVal = SCEVConstant::get(C);
1734   SCEVHandle Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal);
1735   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
1736          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
1737   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
1738 }
1739
1740 /// GetAddressedElementFromGlobal - Given a global variable with an initializer
1741 /// and a GEP expression (missing the pointer index) indexing into it, return
1742 /// the addressed element of the initializer or null if the index expression is
1743 /// invalid.
1744 static Constant *
1745 GetAddressedElementFromGlobal(GlobalVariable *GV,
1746                               const std::vector<ConstantInt*> &Indices) {
1747   Constant *Init = GV->getInitializer();
1748   for (unsigned i = 0, e = Indices.size(); i != e; ++i) {
1749     uint64_t Idx = Indices[i]->getZExtValue();
1750     if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Init)) {
1751       assert(Idx < CS->getNumOperands() && "Bad struct index!");
1752       Init = cast<Constant>(CS->getOperand(Idx));
1753     } else if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Init)) {
1754       if (Idx >= CA->getNumOperands()) return 0;  // Bogus program
1755       Init = cast<Constant>(CA->getOperand(Idx));
1756     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
1757       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
1758         assert(Idx < STy->getNumElements() && "Bad struct index!");
1759         Init = Constant::getNullValue(STy->getElementType(Idx));
1760       } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Init->getType())) {
1761         if (Idx >= ATy->getNumElements()) return 0;  // Bogus program
1762         Init = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
1763       } else {
1764         assert(0 && "Unknown constant aggregate type!");
1765       }
1766       return 0;
1767     } else {
1768       return 0; // Unknown initializer type
1769     }
1770   }
1771   return Init;
1772 }
1773
1774 /// ComputeLoadConstantCompareIterationCount - Given an exit condition of
1775 /// 'setcc load X, cst', try to se if we can compute the trip count.
1776 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::
1777 ComputeLoadConstantCompareIterationCount(LoadInst *LI, Constant *RHS,
1778                                          const Loop *L, 
1779                                          ICmpInst::Predicate predicate) {
1780   if (LI->isVolatile()) return UnknownValue;
1781
1782   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
1783   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
1784   if (!GEP) return UnknownValue;
1785
1786   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
1787   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
1788   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
1789   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer() ||
1790       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
1791       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
1792     return UnknownValue;
1793
1794   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
1795   Value *VarIdx = 0;
1796   std::vector<ConstantInt*> Indexes;
1797   unsigned VarIdxNum = 0;
1798   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
1799     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
1800       Indexes.push_back(CI);
1801     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
1802       if (VarIdx) return UnknownValue;  // Multiple non-constant idx's.
1803       VarIdx = GEP->getOperand(i);
1804       VarIdxNum = i-2;
1805       Indexes.push_back(0);
1806     }
1807
1808   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
1809   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
1810   SCEVHandle Idx = getSCEV(VarIdx);
1811   SCEVHandle Tmp = getSCEVAtScope(Idx, L);
1812   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) Idx = Tmp;
1813
1814   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
1815   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
1816   SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
1817   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || IdxExpr->isLoopInvariant(L) ||
1818       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
1819       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
1820     return UnknownValue;
1821
1822   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
1823   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
1824     ConstantInt *ItCst =
1825       ConstantInt::get(IdxExpr->getType(), IterationNum);
1826     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst);
1827
1828     // Form the GEP offset.
1829     Indexes[VarIdxNum] = Val;
1830
1831     Constant *Result = GetAddressedElementFromGlobal(GV, Indexes);
1832     if (Result == 0) break;  // Cannot compute!
1833
1834     // Evaluate the condition for this iteration.
1835     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
1836     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
1837     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
1838 #if 0
1839       cerr << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
1840            << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
1841            << "***\n";
1842 #endif
1843       ++NumArrayLenItCounts;
1844       return SCEVConstant::get(ItCst);   // Found terminating iteration!
1845     }
1846   }
1847   return UnknownValue;
1848 }
1849
1850
1851 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
1852 /// specified type, assuming that all operands were constants.
1853 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
1854   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
1855       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I))
1856     return true;
1857
1858   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
1859     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
1860       return canConstantFoldCallTo((Function*)F);  // FIXME: elim cast
1861   return false;
1862 }
1863
1864 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
1865 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
1866 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
1867 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
1868 /// constraints, return null.
1869 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
1870   // If this is not an instruction, or if this is an instruction outside of the
1871   // loop, it can't be derived from a loop PHI.
1872   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
1873   if (I == 0 || !L->contains(I->getParent())) return 0;
1874
1875   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
1876     if (L->getHeader() == I->getParent())
1877       return PN;
1878     else
1879       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
1880       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
1881       return 0;
1882
1883   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
1884   // are constants, return early.
1885   if (!CanConstantFold(I)) return 0;
1886
1887   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
1888   // constant or derived from a PHI node themselves.
1889   PHINode *PHI = 0;
1890   for (unsigned Op = 0, e = I->getNumOperands(); Op != e; ++Op)
1891     if (!(isa<Constant>(I->getOperand(Op)) ||
1892           isa<GlobalValue>(I->getOperand(Op)))) {
1893       PHINode *P = getConstantEvolvingPHI(I->getOperand(Op), L);
1894       if (P == 0) return 0;  // Not evolving from PHI
1895       if (PHI == 0)
1896         PHI = P;
1897       else if (PHI != P)
1898         return 0;  // Evolving from multiple different PHIs.
1899     }
1900
1901   // This is a expression evolving from a constant PHI!
1902   return PHI;
1903 }
1904
1905 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
1906 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
1907 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
1908 /// reason, return null.
1909 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, Constant *PHIVal) {
1910   if (isa<PHINode>(V)) return PHIVal;
1911   if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V))
1912     return GV;
1913   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
1914   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
1915
1916   std::vector<Constant*> Operands;
1917   Operands.resize(I->getNumOperands());
1918
1919   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1920     Operands[i] = EvaluateExpression(I->getOperand(i), PHIVal);
1921     if (Operands[i] == 0) return 0;
1922   }
1923
1924   return ConstantFoldInstOperands(I, &Operands[0], Operands.size());
1925 }
1926
1927 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
1928 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
1929 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
1930 /// involving constants, fold it.
1931 Constant *ScalarEvolutionsImpl::
1932 getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN, const APInt& Its, const Loop *L){
1933   std::map<PHINode*, Constant*>::iterator I =
1934     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
1935   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
1936     return I->second;
1937
1938   if (Its.ugt(APInt(Its.getBitWidth(),MaxBruteForceIterations)))
1939     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = 0;  // Not going to evaluate it.
1940
1941   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
1942
1943   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
1944   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
1945   // second must be derived from the same PHI.
1946   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
1947   Constant *StartCST =
1948     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
1949   if (StartCST == 0)
1950     return RetVal = 0;  // Must be a constant.
1951
1952   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
1953   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
1954   if (PN2 != PN)
1955     return RetVal = 0;  // Not derived from same PHI.
1956
1957   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
1958   if (Its.getActiveBits() >= 32)
1959     return RetVal = 0; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
1960
1961   unsigned NumIterations = Its.getZExtValue(); // must be in range
1962   unsigned IterationNum = 0;
1963   for (Constant *PHIVal = StartCST; ; ++IterationNum) {
1964     if (IterationNum == NumIterations)
1965       return RetVal = PHIVal;  // Got exit value!
1966
1967     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
1968     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
1969     if (NextPHI == PHIVal)
1970       return RetVal = NextPHI;  // Stopped evolving!
1971     if (NextPHI == 0)
1972       return 0;        // Couldn't evaluate!
1973     PHIVal = NextPHI;
1974   }
1975 }
1976
1977 /// ComputeIterationCountExhaustively - If the trip is known to execute a
1978 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
1979 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
1980 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
1981 /// evaluate the trip count of the loop, return UnknownValue.
1982 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::
1983 ComputeIterationCountExhaustively(const Loop *L, Value *Cond, bool ExitWhen) {
1984   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
1985   if (PN == 0) return UnknownValue;
1986
1987   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
1988   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
1989   // second must be derived from the same PHI.
1990   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
1991   Constant *StartCST =
1992     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
1993   if (StartCST == 0) return UnknownValue;  // Must be a constant.
1994
1995   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
1996   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
1997   if (PN2 != PN) return UnknownValue;  // Not derived from same PHI.
1998
1999   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
2000   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
2001   // "ExitWhen".
2002   unsigned IterationNum = 0;
2003   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
2004   for (Constant *PHIVal = StartCST;
2005        IterationNum != MaxIterations; ++IterationNum) {
2006     ConstantInt *CondVal =
2007       dyn_cast_or_null<ConstantInt>(EvaluateExpression(Cond, PHIVal));
2008
2009     // Couldn't symbolically evaluate.
2010     if (!CondVal) return UnknownValue;
2011
2012     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
2013       ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = PHIVal;
2014       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
2015       return SCEVConstant::get(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, IterationNum));
2016     }
2017
2018     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
2019     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
2020     if (NextPHI == 0 || NextPHI == PHIVal)
2021       return UnknownValue;  // Couldn't evaluate or not making progress...
2022     PHIVal = NextPHI;
2023   }
2024
2025   // Too many iterations were needed to evaluate.
2026   return UnknownValue;
2027 }
2028
2029 /// getSCEVAtScope - Compute the value of the specified expression within the
2030 /// indicated loop (which may be null to indicate in no loop).  If the
2031 /// expression cannot be evaluated, return UnknownValue.
2032 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getSCEVAtScope(SCEV *V, const Loop *L) {
2033   // FIXME: this should be turned into a virtual method on SCEV!
2034
2035   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
2036
2037   // If this instruction is evolves from a constant-evolving PHI, compute the
2038   // exit value from the loop without using SCEVs.
2039   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
2040     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
2041       const Loop *LI = this->LI[I->getParent()];
2042       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
2043         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
2044           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
2045             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
2046             // to see if the loop that contains it has a known iteration count.
2047             // If so, we may be able to force computation of the exit value.
2048             SCEVHandle IterationCount = getIterationCount(LI);
2049             if (SCEVConstant *ICC = dyn_cast<SCEVConstant>(IterationCount)) {
2050               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
2051               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
2052               // the specified iteration number.
2053               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
2054                                                     ICC->getValue()->getValue(),
2055                                                                LI);
2056               if (RV) return SCEVUnknown::get(RV);
2057             }
2058           }
2059
2060       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
2061       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
2062       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
2063       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
2064       if (CanConstantFold(I)) {
2065         std::vector<Constant*> Operands;
2066         Operands.reserve(I->getNumOperands());
2067         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2068           Value *Op = I->getOperand(i);
2069           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
2070             Operands.push_back(C);
2071           } else {
2072             SCEVHandle OpV = getSCEVAtScope(getSCEV(Op), L);
2073             if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OpV))
2074               Operands.push_back(ConstantExpr::getIntegerCast(SC->getValue(), 
2075                                                               Op->getType(), 
2076                                                               false));
2077             else if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(OpV)) {
2078               if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(SU->getValue()))
2079                 Operands.push_back(ConstantExpr::getIntegerCast(C, 
2080                                                                 Op->getType(), 
2081                                                                 false));
2082               else
2083                 return V;
2084             } else {
2085               return V;
2086             }
2087           }
2088         }
2089         Constant *C =ConstantFoldInstOperands(I, &Operands[0], Operands.size());
2090         return SCEVUnknown::get(C);
2091       }
2092     }
2093
2094     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
2095     return V;
2096   }
2097
2098   if (SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
2099     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
2100     // expression has no loop-variant portions.
2101     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2102       SCEVHandle OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
2103       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
2104         if (OpAtScope == UnknownValue) return UnknownValue;
2105         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
2106         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
2107         std::vector<SCEVHandle> NewOps(Comm->op_begin(), Comm->op_begin()+i);
2108         NewOps.push_back(OpAtScope);
2109
2110         for (++i; i != e; ++i) {
2111           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
2112           if (OpAtScope == UnknownValue) return UnknownValue;
2113           NewOps.push_back(OpAtScope);
2114         }
2115         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
2116           return SCEVAddExpr::get(NewOps);
2117         assert(isa<SCEVMulExpr>(Comm) && "Only know about add and mul!");
2118         return SCEVMulExpr::get(NewOps);
2119       }
2120     }
2121     // If we got here, all operands are loop invariant.
2122     return Comm;
2123   }
2124
2125   if (SCEVSDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVSDivExpr>(V)) {
2126     SCEVHandle LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
2127     if (LHS == UnknownValue) return LHS;
2128     SCEVHandle RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
2129     if (RHS == UnknownValue) return RHS;
2130     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
2131       return Div;   // must be loop invariant
2132     return SCEVSDivExpr::get(LHS, RHS);
2133   }
2134
2135   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
2136   // are dealing with the final value computed by the loop.
2137   if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
2138     if (!L || !AddRec->getLoop()->contains(L->getHeader())) {
2139       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
2140       // loop iterates.  Compute this now.
2141       SCEVHandle IterationCount = getIterationCount(AddRec->getLoop());
2142       if (IterationCount == UnknownValue) return UnknownValue;
2143       IterationCount = getTruncateOrZeroExtend(IterationCount,
2144                                                AddRec->getType());
2145
2146       // If the value is affine, simplify the expression evaluation to just
2147       // Start + Step*IterationCount.
2148       if (AddRec->isAffine())
2149         return SCEVAddExpr::get(AddRec->getStart(),
2150                                 SCEVMulExpr::get(IterationCount,
2151                                                  AddRec->getOperand(1)));
2152
2153       // Otherwise, evaluate it the hard way.
2154       return AddRec->evaluateAtIteration(IterationCount);
2155     }
2156     return UnknownValue;
2157   }
2158
2159   //assert(0 && "Unknown SCEV type!");
2160   return UnknownValue;
2161 }
2162
2163
2164 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
2165 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
2166 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
2167 ///
2168 static std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle>
2169 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec) {
2170   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
2171   SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
2172   SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
2173   SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
2174
2175   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
2176   if (!LC || !MC || !NC) {
2177     SCEV *CNC = new SCEVCouldNotCompute();
2178     return std::make_pair(CNC, CNC);
2179   }
2180
2181   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
2182   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
2183   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
2184   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
2185   APInt Two(BitWidth, 2);
2186   APInt Four(BitWidth, 4);
2187
2188   { 
2189     using namespace APIntOps;
2190     const APInt& C = L;
2191     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
2192     // The B coefficient is M-N/2
2193     APInt B(M);
2194     B -= sdiv(N,Two);
2195
2196     // The A coefficient is N/2
2197     APInt A(N.sdiv(Two));
2198
2199     // Compute the B^2-4ac term.
2200     APInt SqrtTerm(B);
2201     SqrtTerm *= B;
2202     SqrtTerm -= Four * (A * C);
2203
2204     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
2205     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
2206     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
2207
2208     // Compute the two solutions for the quadratic formula. 
2209     // The divisions must be performed as signed divisions.
2210     APInt NegB(-B);
2211     APInt TwoA( A << 1 );
2212     ConstantInt *Solution1 = ConstantInt::get((NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
2213     ConstantInt *Solution2 = ConstantInt::get((NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
2214
2215     return std::make_pair(SCEVConstant::get(Solution1), 
2216                           SCEVConstant::get(Solution2));
2217     } // end APIntOps namespace
2218 }
2219
2220 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
2221 /// value to zero will execute.  If not computable, return UnknownValue
2222 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::HowFarToZero(SCEV *V, const Loop *L) {
2223   // If the value is a constant
2224   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
2225     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
2226     if (C->getValue()->isZero()) return C;
2227     return UnknownValue;  // Otherwise it will loop infinitely.
2228   }
2229
2230   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
2231   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
2232     return UnknownValue;
2233
2234   if (AddRec->isAffine()) {
2235     // If this is an affine expression the execution count of this branch is
2236     // equal to:
2237     //
2238     //     (0 - Start/Step)    iff   Start % Step == 0
2239     //
2240     // Get the initial value for the loop.
2241     SCEVHandle Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(), L->getParentLoop());
2242     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Start)) return UnknownValue;
2243     SCEVHandle Step = AddRec->getOperand(1);
2244
2245     Step = getSCEVAtScope(Step, L->getParentLoop());
2246
2247     // Figure out if Start % Step == 0.
2248     // FIXME: We should add DivExpr and RemExpr operations to our AST.
2249     if (SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step)) {
2250       if (StepC->getValue()->equalsInt(1))      // N % 1 == 0
2251         return SCEV::getNegativeSCEV(Start);  // 0 - Start/1 == -Start
2252       if (StepC->getValue()->isAllOnesValue())  // N % -1 == 0
2253         return Start;                   // 0 - Start/-1 == Start
2254
2255       // Check to see if Start is divisible by SC with no remainder.
2256       if (SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start)) {
2257         ConstantInt *StartCC = StartC->getValue();
2258         Constant *StartNegC = ConstantExpr::getNeg(StartCC);
2259         Constant *Rem = ConstantExpr::getSRem(StartNegC, StepC->getValue());
2260         if (Rem->isNullValue()) {
2261           Constant *Result =ConstantExpr::getSDiv(StartNegC,StepC->getValue());
2262           return SCEVUnknown::get(Result);
2263         }
2264       }
2265     }
2266   } else if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isInteger()) {
2267     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
2268     // the quadratic equation to solve it.
2269     std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle> Roots = SolveQuadraticEquation(AddRec);
2270     SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
2271     SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
2272     if (R1) {
2273 #if 0
2274       cerr << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
2275            << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
2276 #endif
2277       // Pick the smallest positive root value.
2278       if (ConstantInt *CB =
2279           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT, 
2280                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
2281         if (CB->getZExtValue() == false)
2282           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
2283
2284         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
2285         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
2286         // should not accept a root of 2.
2287         SCEVHandle Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1);
2288         if (SCEVConstant *EvalVal = dyn_cast<SCEVConstant>(Val))
2289           if (EvalVal->getValue()->isZero())
2290             return R1;  // We found a quadratic root!
2291       }
2292     }
2293   }
2294
2295   return UnknownValue;
2296 }
2297
2298 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
2299 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
2300 /// UnknownValue
2301 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::HowFarToNonZero(SCEV *V, const Loop *L) {
2302   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
2303   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
2304   // future as needed.
2305
2306   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
2307   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
2308   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
2309     Constant *Zero = Constant::getNullValue(C->getValue()->getType());
2310     Constant *NonZero = 
2311       ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_NE, C->getValue(), Zero);
2312     if (NonZero == ConstantInt::getTrue())
2313       return getSCEV(Zero);
2314     return UnknownValue;  // Otherwise it will loop infinitely.
2315   }
2316
2317   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
2318   // this, and if they did, they would already be constant folded.
2319   return UnknownValue;
2320 }
2321
2322 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
2323 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
2324 /// UnknownValue.
2325 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::
2326 HowManyLessThans(SCEV *LHS, SCEV *RHS, const Loop *L, bool isSigned) {
2327   // Only handle:  "ADDREC < LoopInvariant".
2328   if (!RHS->isLoopInvariant(L)) return UnknownValue;
2329
2330   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
2331   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
2332     return UnknownValue;
2333
2334   if (AddRec->isAffine()) {
2335     // FORNOW: We only support unit strides.
2336     SCEVHandle One = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(1, RHS->getType());
2337     if (AddRec->getOperand(1) != One)
2338       return UnknownValue;
2339
2340     // The number of iterations for "[n,+,1] < m", is m-n.  However, we don't
2341     // know that m is >= n on input to the loop.  If it is, the condition return
2342     // true zero times.  What we really should return, for full generality, is
2343     // SMAX(0, m-n).  Since we cannot check this, we will instead check for a
2344     // canonical loop form: most do-loops will have a check that dominates the
2345     // loop, that only enters the loop if [n-1]<m.  If we can find this check,
2346     // we know that the SMAX will evaluate to m-n, because we know that m >= n.
2347
2348     // Search for the check.
2349     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
2350     BasicBlock *PreheaderDest = L->getHeader();
2351     if (Preheader == 0) return UnknownValue;
2352
2353     BranchInst *LoopEntryPredicate =
2354       dyn_cast<BranchInst>(Preheader->getTerminator());
2355     if (!LoopEntryPredicate) return UnknownValue;
2356
2357     // This might be a critical edge broken out.  If the loop preheader ends in
2358     // an unconditional branch to the loop, check to see if the preheader has a
2359     // single predecessor, and if so, look for its terminator.
2360     while (LoopEntryPredicate->isUnconditional()) {
2361       PreheaderDest = Preheader;
2362       Preheader = Preheader->getSinglePredecessor();
2363       if (!Preheader) return UnknownValue;  // Multiple preds.
2364       
2365       LoopEntryPredicate =
2366         dyn_cast<BranchInst>(Preheader->getTerminator());
2367       if (!LoopEntryPredicate) return UnknownValue;
2368     }
2369
2370     // Now that we found a conditional branch that dominates the loop, check to
2371     // see if it is the comparison we are looking for.
2372     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(LoopEntryPredicate->getCondition())){
2373       Value *PreCondLHS = ICI->getOperand(0);
2374       Value *PreCondRHS = ICI->getOperand(1);
2375       ICmpInst::Predicate Cond;
2376       if (LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) == PreheaderDest)
2377         Cond = ICI->getPredicate();
2378       else
2379         Cond = ICI->getInversePredicate();
2380     
2381       switch (Cond) {
2382       case ICmpInst::ICMP_UGT:
2383         if (isSigned) return UnknownValue;
2384         std::swap(PreCondLHS, PreCondRHS);
2385         Cond = ICmpInst::ICMP_ULT;
2386         break;
2387       case ICmpInst::ICMP_SGT:
2388         if (!isSigned) return UnknownValue;
2389         std::swap(PreCondLHS, PreCondRHS);
2390         Cond = ICmpInst::ICMP_SLT;
2391         break;
2392       case ICmpInst::ICMP_ULT:
2393         if (isSigned) return UnknownValue;
2394         break;
2395       case ICmpInst::ICMP_SLT:
2396         if (!isSigned) return UnknownValue;
2397         break;
2398       default:
2399         return UnknownValue;
2400       }
2401
2402       if (PreCondLHS->getType()->isInteger()) {
2403         if (RHS != getSCEV(PreCondRHS))
2404           return UnknownValue;  // Not a comparison against 'm'.
2405
2406         if (SCEV::getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0), One)
2407                     != getSCEV(PreCondLHS))
2408           return UnknownValue;  // Not a comparison against 'n-1'.
2409       }
2410       else return UnknownValue;
2411
2412       // cerr << "Computed Loop Trip Count as: " 
2413       //      << //  *SCEV::getMinusSCEV(RHS, AddRec->getOperand(0)) << "\n";
2414       return SCEV::getMinusSCEV(RHS, AddRec->getOperand(0));
2415     }
2416     else 
2417       return UnknownValue;
2418   }
2419
2420   return UnknownValue;
2421 }
2422
2423 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
2424 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
2425 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
2426 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
2427 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
2428 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range) const {
2429   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
2430     return new SCEVCouldNotCompute();
2431
2432   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
2433   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
2434     if (!SC->getValue()->isZero()) {
2435       std::vector<SCEVHandle> Operands(op_begin(), op_end());
2436       Operands[0] = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, SC->getType());
2437       SCEVHandle Shifted = SCEVAddRecExpr::get(Operands, getLoop());
2438       if (SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
2439         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
2440                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()));
2441       // This is strange and shouldn't happen.
2442       return new SCEVCouldNotCompute();
2443     }
2444
2445   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
2446   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
2447   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
2448     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
2449       return new SCEVCouldNotCompute();
2450
2451
2452   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
2453   // that the start element is zero.
2454
2455   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
2456   // iteration exits.
2457   if (!Range.contains(APInt(getBitWidth(),0))) 
2458     return SCEVConstant::get(ConstantInt::get(getType(),0));
2459
2460   if (isAffine()) {
2461     // If this is an affine expression then we have this situation:
2462     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
2463
2464     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
2465     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
2466     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
2467     // value.  Also note that we already checked for a full range.
2468     APInt One(getBitWidth(),1);
2469     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
2470     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
2471
2472     // The exit value should be (End+A)/A.
2473     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
2474     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(ExitVal);
2475
2476     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
2477     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
2478     // things must have happened.
2479     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue);
2480     if (Range.contains(Val->getValue()))
2481       return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
2482
2483     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
2484     assert(Range.contains(
2485            EvaluateConstantChrecAtConstant(this, 
2486            ConstantInt::get(ExitVal - One))->getValue()) &&
2487            "Linear scev computation is off in a bad way!");
2488     return SCEVConstant::get(ExitValue);
2489   } else if (isQuadratic()) {
2490     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
2491     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
2492     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
2493     // Range.getUpper() is crossed.
2494     std::vector<SCEVHandle> NewOps(op_begin(), op_end());
2495     NewOps[0] = SCEV::getNegativeSCEV(SCEVConstant::get(Range.getUpper()));
2496     SCEVHandle NewAddRec = SCEVAddRecExpr::get(NewOps, getLoop());
2497
2498     // Next, solve the constructed addrec
2499     std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle> Roots =
2500       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec));
2501     SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
2502     SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
2503     if (R1) {
2504       // Pick the smallest positive root value.
2505       if (ConstantInt *CB =
2506           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT, 
2507                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
2508         if (CB->getZExtValue() == false)
2509           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
2510
2511         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
2512         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
2513         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
2514         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
2515                                                              R1->getValue());
2516         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
2517           // The next iteration must be out of the range...
2518           ConstantInt *NextVal = ConstantInt::get(R1->getValue()->getValue()+1);
2519
2520           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal);
2521           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
2522             return SCEVConstant::get(NextVal);
2523           return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
2524         }
2525
2526         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
2527         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
2528         ConstantInt *NextVal = ConstantInt::get(R1->getValue()->getValue()-1);
2529         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal);
2530         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
2531           return R1;
2532         return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
2533       }
2534     }
2535   }
2536
2537   // Fallback, if this is a general polynomial, figure out the progression
2538   // through brute force: evaluate until we find an iteration that fails the
2539   // test.  This is likely to be slow, but getting an accurate trip count is
2540   // incredibly important, we will be able to simplify the exit test a lot, and
2541   // we are almost guaranteed to get a trip count in this case.
2542   ConstantInt *TestVal = ConstantInt::get(getType(), 0);
2543   ConstantInt *EndVal  = TestVal;  // Stop when we wrap around.
2544   do {
2545     ++NumBruteForceEvaluations;
2546     SCEVHandle Val = evaluateAtIteration(SCEVConstant::get(TestVal));
2547     if (!isa<SCEVConstant>(Val))  // This shouldn't happen.
2548       return new SCEVCouldNotCompute();
2549
2550     // Check to see if we found the value!
2551     if (!Range.contains(cast<SCEVConstant>(Val)->getValue()->getValue()))
2552       return SCEVConstant::get(TestVal);
2553
2554     // Increment to test the next index.
2555     TestVal = ConstantInt::get(TestVal->getValue()+1);
2556   } while (TestVal != EndVal);
2557
2558   return new SCEVCouldNotCompute();
2559 }
2560
2561
2562
2563 //===----------------------------------------------------------------------===//
2564 //                   ScalarEvolution Class Implementation
2565 //===----------------------------------------------------------------------===//
2566
2567 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
2568   Impl = new ScalarEvolutionsImpl(F, getAnalysis<LoopInfo>());
2569   return false;
2570 }
2571
2572 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
2573   delete (ScalarEvolutionsImpl*)Impl;
2574   Impl = 0;
2575 }
2576
2577 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
2578   AU.setPreservesAll();
2579   AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
2580 }
2581
2582 SCEVHandle ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) const {
2583   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getSCEV(V);
2584 }
2585
2586 /// hasSCEV - Return true if the SCEV for this value has already been
2587 /// computed.
2588 bool ScalarEvolution::hasSCEV(Value *V) const {
2589   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->hasSCEV(V);
2590 }
2591
2592
2593 /// setSCEV - Insert the specified SCEV into the map of current SCEVs for
2594 /// the specified value.
2595 void ScalarEvolution::setSCEV(Value *V, const SCEVHandle &H) {
2596   ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->setSCEV(V, H);
2597 }
2598
2599
2600 SCEVHandle ScalarEvolution::getIterationCount(const Loop *L) const {
2601   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getIterationCount(L);
2602 }
2603
2604 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantIterationCount(const Loop *L) const {
2605   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getIterationCount(L));
2606 }
2607
2608 SCEVHandle ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) const {
2609   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
2610 }
2611
2612 void ScalarEvolution::deleteValueFromRecords(Value *V) const {
2613   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->deleteValueFromRecords(V);
2614 }
2615
2616 static void PrintLoopInfo(std::ostream &OS, const ScalarEvolution *SE,
2617                           const Loop *L) {
2618   // Print all inner loops first
2619   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
2620     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
2621
2622   cerr << "Loop " << L->getHeader()->getName() << ": ";
2623
2624   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
2625   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
2626   if (ExitBlocks.size() != 1)
2627     cerr << "<multiple exits> ";
2628
2629   if (SE->hasLoopInvariantIterationCount(L)) {
2630     cerr << *SE->getIterationCount(L) << " iterations! ";
2631   } else {
2632     cerr << "Unpredictable iteration count. ";
2633   }
2634
2635   cerr << "\n";
2636 }
2637
2638 void ScalarEvolution::print(std::ostream &OS, const Module* ) const {
2639   Function &F = ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->F;
2640   LoopInfo &LI = ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->LI;
2641
2642   OS << "Classifying expressions for: " << F.getName() << "\n";
2643   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
2644     if (I->getType()->isInteger()) {
2645       OS << *I;
2646       OS << "  --> ";
2647       SCEVHandle SV = getSCEV(&*I);
2648       SV->print(OS);
2649       OS << "\t\t";
2650
2651       if ((*I).getType()->isInteger()) {
2652         ConstantRange Bounds = SV->getValueRange();
2653         if (!Bounds.isFullSet())
2654           OS << "Bounds: " << Bounds << " ";
2655       }
2656
2657       if (const Loop *L = LI.getLoopFor((*I).getParent())) {
2658         OS << "Exits: ";
2659         SCEVHandle ExitValue = getSCEVAtScope(&*I, L->getParentLoop());
2660         if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ExitValue)) {
2661           OS << "<<Unknown>>";
2662         } else {
2663           OS << *ExitValue;
2664         }
2665       }
2666
2667
2668       OS << "\n";
2669     }
2670
2671   OS << "Determining loop execution counts for: " << F.getName() << "\n";
2672   for (LoopInfo::iterator I = LI.begin(), E = LI.end(); I != E; ++I)
2673     PrintLoopInfo(OS, this, *I);
2674 }
2675