Revert r240137 (Fixed/added namespace ending comments using clang-tidy. NFC)
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolution.cpp
1 //===- ScalarEvolution.cpp - Scalar Evolution Analysis --------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // 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. We only create one SCEV of a particular shape, so
18 // pointer-comparisons for equality are legal.
19 //
20 // One important aspect of the SCEV objects is that they are never cyclic, even
21 // if there is a cycle in the dataflow for an expression (ie, a PHI node).  If
22 // the PHI node is one of the idioms that we can represent (e.g., a polynomial
23 // recurrence) then we represent it directly as a recurrence node, otherwise we
24 // represent it as a SCEVUnknown node.
25 //
26 // In addition to being able to represent expressions of various types, we also
27 // have folders that are used to build the *canonical* representation for a
28 // particular expression.  These folders are capable of using a variety of
29 // rewrite rules to simplify the expressions.
30 //
31 // Once the folders are defined, we can implement the more interesting
32 // higher-level code, such as the code that recognizes PHI nodes of various
33 // types, computes the execution count of a loop, etc.
34 //
35 // TODO: We should use these routines and value representations to implement
36 // dependence analysis!
37 //
38 //===----------------------------------------------------------------------===//
39 //
40 // There are several good references for the techniques used in this analysis.
41 //
42 //  Chains of recurrences -- a method to expedite the evaluation
43 //  of closed-form functions
44 //  Olaf Bachmann, Paul S. Wang, Eugene V. Zima
45 //
46 //  On computational properties of chains of recurrences
47 //  Eugene V. Zima
48 //
49 //  Symbolic Evaluation of Chains of Recurrences for Loop Optimization
50 //  Robert A. van Engelen
51 //
52 //  Efficient Symbolic Analysis for Optimizing Compilers
53 //  Robert A. van Engelen
54 //
55 //  Using the chains of recurrences algebra for data dependence testing and
56 //  induction variable substitution
57 //  MS Thesis, Johnie Birch
58 //
59 //===----------------------------------------------------------------------===//
60
61 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
62 #include "llvm/ADT/Optional.h"
63 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
64 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
65 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
66 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
67 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
68 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
69 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
70 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
71 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
72 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
73 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
74 #include "llvm/IR/Constants.h"
75 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
76 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
77 #include "llvm/IR/Dominators.h"
78 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
79 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
80 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
81 #include "llvm/IR/InstIterator.h"
82 #include "llvm/IR/Instructions.h"
83 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
84 #include "llvm/IR/Metadata.h"
85 #include "llvm/IR/Operator.h"
86 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
87 #include "llvm/Support/Debug.h"
88 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
89 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
90 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
91 #include <algorithm>
92 using namespace llvm;
93
94 #define DEBUG_TYPE "scalar-evolution"
95
96 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
97           "Number of trip counts computed with array length");
98 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
99           "Number of loops with predictable loop counts");
100 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
101           "Number of loops without predictable loop counts");
102 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
103           "Number of loops with trip counts computed by force");
104
105 static cl::opt<unsigned>
106 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
107                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
108                                  "symbolically execute a constant "
109                                  "derived loop"),
110                         cl::init(100));
111
112 // FIXME: Enable this with XDEBUG when the test suite is clean.
113 static cl::opt<bool>
114 VerifySCEV("verify-scev",
115            cl::desc("Verify ScalarEvolution's backedge taken counts (slow)"));
116
117 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ScalarEvolution, "scalar-evolution",
118                 "Scalar Evolution Analysis", false, true)
119 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
120 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
121 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
122 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
123 INITIALIZE_PASS_END(ScalarEvolution, "scalar-evolution",
124                 "Scalar Evolution Analysis", false, true)
125 char ScalarEvolution::ID = 0;
126
127 //===----------------------------------------------------------------------===//
128 //                           SCEV class definitions
129 //===----------------------------------------------------------------------===//
130
131 //===----------------------------------------------------------------------===//
132 // Implementation of the SCEV class.
133 //
134
135 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
136 void SCEV::dump() const {
137   print(dbgs());
138   dbgs() << '\n';
139 }
140 #endif
141
142 void SCEV::print(raw_ostream &OS) const {
143   switch (static_cast<SCEVTypes>(getSCEVType())) {
144   case scConstant:
145     cast<SCEVConstant>(this)->getValue()->printAsOperand(OS, false);
146     return;
147   case scTruncate: {
148     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(this);
149     const SCEV *Op = Trunc->getOperand();
150     OS << "(trunc " << *Op->getType() << " " << *Op << " to "
151        << *Trunc->getType() << ")";
152     return;
153   }
154   case scZeroExtend: {
155     const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = cast<SCEVZeroExtendExpr>(this);
156     const SCEV *Op = ZExt->getOperand();
157     OS << "(zext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to "
158        << *ZExt->getType() << ")";
159     return;
160   }
161   case scSignExtend: {
162     const SCEVSignExtendExpr *SExt = cast<SCEVSignExtendExpr>(this);
163     const SCEV *Op = SExt->getOperand();
164     OS << "(sext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to "
165        << *SExt->getType() << ")";
166     return;
167   }
168   case scAddRecExpr: {
169     const SCEVAddRecExpr *AR = cast<SCEVAddRecExpr>(this);
170     OS << "{" << *AR->getOperand(0);
171     for (unsigned i = 1, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
172       OS << ",+," << *AR->getOperand(i);
173     OS << "}<";
174     if (AR->getNoWrapFlags(FlagNUW))
175       OS << "nuw><";
176     if (AR->getNoWrapFlags(FlagNSW))
177       OS << "nsw><";
178     if (AR->getNoWrapFlags(FlagNW) &&
179         !AR->getNoWrapFlags((NoWrapFlags)(FlagNUW | FlagNSW)))
180       OS << "nw><";
181     AR->getLoop()->getHeader()->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
182     OS << ">";
183     return;
184   }
185   case scAddExpr:
186   case scMulExpr:
187   case scUMaxExpr:
188   case scSMaxExpr: {
189     const SCEVNAryExpr *NAry = cast<SCEVNAryExpr>(this);
190     const char *OpStr = nullptr;
191     switch (NAry->getSCEVType()) {
192     case scAddExpr: OpStr = " + "; break;
193     case scMulExpr: OpStr = " * "; break;
194     case scUMaxExpr: OpStr = " umax "; break;
195     case scSMaxExpr: OpStr = " smax "; break;
196     }
197     OS << "(";
198     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
199          I != E; ++I) {
200       OS << **I;
201       if (std::next(I) != E)
202         OS << OpStr;
203     }
204     OS << ")";
205     switch (NAry->getSCEVType()) {
206     case scAddExpr:
207     case scMulExpr:
208       if (NAry->getNoWrapFlags(FlagNUW))
209         OS << "<nuw>";
210       if (NAry->getNoWrapFlags(FlagNSW))
211         OS << "<nsw>";
212     }
213     return;
214   }
215   case scUDivExpr: {
216     const SCEVUDivExpr *UDiv = cast<SCEVUDivExpr>(this);
217     OS << "(" << *UDiv->getLHS() << " /u " << *UDiv->getRHS() << ")";
218     return;
219   }
220   case scUnknown: {
221     const SCEVUnknown *U = cast<SCEVUnknown>(this);
222     Type *AllocTy;
223     if (U->isSizeOf(AllocTy)) {
224       OS << "sizeof(" << *AllocTy << ")";
225       return;
226     }
227     if (U->isAlignOf(AllocTy)) {
228       OS << "alignof(" << *AllocTy << ")";
229       return;
230     }
231
232     Type *CTy;
233     Constant *FieldNo;
234     if (U->isOffsetOf(CTy, FieldNo)) {
235       OS << "offsetof(" << *CTy << ", ";
236       FieldNo->printAsOperand(OS, false);
237       OS << ")";
238       return;
239     }
240
241     // Otherwise just print it normally.
242     U->getValue()->printAsOperand(OS, false);
243     return;
244   }
245   case scCouldNotCompute:
246     OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
247     return;
248   }
249   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
250 }
251
252 Type *SCEV::getType() const {
253   switch (static_cast<SCEVTypes>(getSCEVType())) {
254   case scConstant:
255     return cast<SCEVConstant>(this)->getType();
256   case scTruncate:
257   case scZeroExtend:
258   case scSignExtend:
259     return cast<SCEVCastExpr>(this)->getType();
260   case scAddRecExpr:
261   case scMulExpr:
262   case scUMaxExpr:
263   case scSMaxExpr:
264     return cast<SCEVNAryExpr>(this)->getType();
265   case scAddExpr:
266     return cast<SCEVAddExpr>(this)->getType();
267   case scUDivExpr:
268     return cast<SCEVUDivExpr>(this)->getType();
269   case scUnknown:
270     return cast<SCEVUnknown>(this)->getType();
271   case scCouldNotCompute:
272     llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
273   }
274   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
275 }
276
277 bool SCEV::isZero() const {
278   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
279     return SC->getValue()->isZero();
280   return false;
281 }
282
283 bool SCEV::isOne() const {
284   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
285     return SC->getValue()->isOne();
286   return false;
287 }
288
289 bool SCEV::isAllOnesValue() const {
290   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
291     return SC->getValue()->isAllOnesValue();
292   return false;
293 }
294
295 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
296 /// not a constant.
297 bool SCEV::isNonConstantNegative() const {
298   const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(this);
299   if (!Mul) return false;
300
301   // If there is a constant factor, it will be first.
302   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
303   if (!SC) return false;
304
305   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
306   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
307 }
308
309 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() :
310   SCEV(FoldingSetNodeIDRef(), scCouldNotCompute) {}
311
312 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
313   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
314 }
315
316 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(ConstantInt *V) {
317   FoldingSetNodeID ID;
318   ID.AddInteger(scConstant);
319   ID.AddPointer(V);
320   void *IP = nullptr;
321   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
322   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVConstant(ID.Intern(SCEVAllocator), V);
323   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
324   return S;
325 }
326
327 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(const APInt &Val) {
328   return getConstant(ConstantInt::get(getContext(), Val));
329 }
330
331 const SCEV *
332 ScalarEvolution::getConstant(Type *Ty, uint64_t V, bool isSigned) {
333   IntegerType *ITy = cast<IntegerType>(getEffectiveSCEVType(Ty));
334   return getConstant(ConstantInt::get(ITy, V, isSigned));
335 }
336
337 SCEVCastExpr::SCEVCastExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
338                            unsigned SCEVTy, const SCEV *op, Type *ty)
339   : SCEV(ID, SCEVTy), Op(op), Ty(ty) {}
340
341 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
342                                    const SCEV *op, Type *ty)
343   : SCEVCastExpr(ID, scTruncate, op, ty) {
344   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
345          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
346          "Cannot truncate non-integer value!");
347 }
348
349 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
350                                        const SCEV *op, Type *ty)
351   : SCEVCastExpr(ID, scZeroExtend, op, ty) {
352   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
353          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
354          "Cannot zero extend non-integer value!");
355 }
356
357 SCEVSignExtendExpr::SCEVSignExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
358                                        const SCEV *op, Type *ty)
359   : SCEVCastExpr(ID, scSignExtend, op, ty) {
360   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
361          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
362          "Cannot sign extend non-integer value!");
363 }
364
365 void SCEVUnknown::deleted() {
366   // Clear this SCEVUnknown from various maps.
367   SE->forgetMemoizedResults(this);
368
369   // Remove this SCEVUnknown from the uniquing map.
370   SE->UniqueSCEVs.RemoveNode(this);
371
372   // Release the value.
373   setValPtr(nullptr);
374 }
375
376 void SCEVUnknown::allUsesReplacedWith(Value *New) {
377   // Clear this SCEVUnknown from various maps.
378   SE->forgetMemoizedResults(this);
379
380   // Remove this SCEVUnknown from the uniquing map.
381   SE->UniqueSCEVs.RemoveNode(this);
382
383   // Update this SCEVUnknown to point to the new value. This is needed
384   // because there may still be outstanding SCEVs which still point to
385   // this SCEVUnknown.
386   setValPtr(New);
387 }
388
389 bool SCEVUnknown::isSizeOf(Type *&AllocTy) const {
390   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(getValue()))
391     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
392       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
393         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
394             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
395             CE->getNumOperands() == 2)
396           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(1)))
397             if (CI->isOne()) {
398               AllocTy = cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())
399                                  ->getElementType();
400               return true;
401             }
402
403   return false;
404 }
405
406 bool SCEVUnknown::isAlignOf(Type *&AllocTy) const {
407   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(getValue()))
408     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
409       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
410         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
411             CE->getOperand(0)->isNullValue()) {
412           Type *Ty =
413             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
414           if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty))
415             if (!STy->isPacked() &&
416                 CE->getNumOperands() == 3 &&
417                 CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
418               if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(2)))
419                 if (CI->isOne() &&
420                     STy->getNumElements() == 2 &&
421                     STy->getElementType(0)->isIntegerTy(1)) {
422                   AllocTy = STy->getElementType(1);
423                   return true;
424                 }
425             }
426         }
427
428   return false;
429 }
430
431 bool SCEVUnknown::isOffsetOf(Type *&CTy, Constant *&FieldNo) const {
432   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(getValue()))
433     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
434       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
435         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
436             CE->getNumOperands() == 3 &&
437             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
438             CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
439           Type *Ty =
440             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
441           // Ignore vector types here so that ScalarEvolutionExpander doesn't
442           // emit getelementptrs that index into vectors.
443           if (Ty->isStructTy() || Ty->isArrayTy()) {
444             CTy = Ty;
445             FieldNo = CE->getOperand(2);
446             return true;
447           }
448         }
449
450   return false;
451 }
452
453 //===----------------------------------------------------------------------===//
454 //                               SCEV Utilities
455 //===----------------------------------------------------------------------===//
456
457 namespace {
458   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
459   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
460   /// expressions.
461   class SCEVComplexityCompare {
462     const LoopInfo *const LI;
463   public:
464     explicit SCEVComplexityCompare(const LoopInfo *li) : LI(li) {}
465
466     // Return true or false if LHS is less than, or at least RHS, respectively.
467     bool operator()(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
468       return compare(LHS, RHS) < 0;
469     }
470
471     // Return negative, zero, or positive, if LHS is less than, equal to, or
472     // greater than RHS, respectively. A three-way result allows recursive
473     // comparisons to be more efficient.
474     int compare(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
475       // Fast-path: SCEVs are uniqued so we can do a quick equality check.
476       if (LHS == RHS)
477         return 0;
478
479       // Primarily, sort the SCEVs by their getSCEVType().
480       unsigned LType = LHS->getSCEVType(), RType = RHS->getSCEVType();
481       if (LType != RType)
482         return (int)LType - (int)RType;
483
484       // Aside from the getSCEVType() ordering, the particular ordering
485       // isn't very important except that it's beneficial to be consistent,
486       // so that (a + b) and (b + a) don't end up as different expressions.
487       switch (static_cast<SCEVTypes>(LType)) {
488       case scUnknown: {
489         const SCEVUnknown *LU = cast<SCEVUnknown>(LHS);
490         const SCEVUnknown *RU = cast<SCEVUnknown>(RHS);
491
492         // Sort SCEVUnknown values with some loose heuristics. TODO: This is
493         // not as complete as it could be.
494         const Value *LV = LU->getValue(), *RV = RU->getValue();
495
496         // Order pointer values after integer values. This helps SCEVExpander
497         // form GEPs.
498         bool LIsPointer = LV->getType()->isPointerTy(),
499              RIsPointer = RV->getType()->isPointerTy();
500         if (LIsPointer != RIsPointer)
501           return (int)LIsPointer - (int)RIsPointer;
502
503         // Compare getValueID values.
504         unsigned LID = LV->getValueID(),
505                  RID = RV->getValueID();
506         if (LID != RID)
507           return (int)LID - (int)RID;
508
509         // Sort arguments by their position.
510         if (const Argument *LA = dyn_cast<Argument>(LV)) {
511           const Argument *RA = cast<Argument>(RV);
512           unsigned LArgNo = LA->getArgNo(), RArgNo = RA->getArgNo();
513           return (int)LArgNo - (int)RArgNo;
514         }
515
516         // For instructions, compare their loop depth, and their operand
517         // count.  This is pretty loose.
518         if (const Instruction *LInst = dyn_cast<Instruction>(LV)) {
519           const Instruction *RInst = cast<Instruction>(RV);
520
521           // Compare loop depths.
522           const BasicBlock *LParent = LInst->getParent(),
523                            *RParent = RInst->getParent();
524           if (LParent != RParent) {
525             unsigned LDepth = LI->getLoopDepth(LParent),
526                      RDepth = LI->getLoopDepth(RParent);
527             if (LDepth != RDepth)
528               return (int)LDepth - (int)RDepth;
529           }
530
531           // Compare the number of operands.
532           unsigned LNumOps = LInst->getNumOperands(),
533                    RNumOps = RInst->getNumOperands();
534           return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
535         }
536
537         return 0;
538       }
539
540       case scConstant: {
541         const SCEVConstant *LC = cast<SCEVConstant>(LHS);
542         const SCEVConstant *RC = cast<SCEVConstant>(RHS);
543
544         // Compare constant values.
545         const APInt &LA = LC->getValue()->getValue();
546         const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
547         unsigned LBitWidth = LA.getBitWidth(), RBitWidth = RA.getBitWidth();
548         if (LBitWidth != RBitWidth)
549           return (int)LBitWidth - (int)RBitWidth;
550         return LA.ult(RA) ? -1 : 1;
551       }
552
553       case scAddRecExpr: {
554         const SCEVAddRecExpr *LA = cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
555         const SCEVAddRecExpr *RA = cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
556
557         // Compare addrec loop depths.
558         const Loop *LLoop = LA->getLoop(), *RLoop = RA->getLoop();
559         if (LLoop != RLoop) {
560           unsigned LDepth = LLoop->getLoopDepth(),
561                    RDepth = RLoop->getLoopDepth();
562           if (LDepth != RDepth)
563             return (int)LDepth - (int)RDepth;
564         }
565
566         // Addrec complexity grows with operand count.
567         unsigned LNumOps = LA->getNumOperands(), RNumOps = RA->getNumOperands();
568         if (LNumOps != RNumOps)
569           return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
570
571         // Lexicographically compare.
572         for (unsigned i = 0; i != LNumOps; ++i) {
573           long X = compare(LA->getOperand(i), RA->getOperand(i));
574           if (X != 0)
575             return X;
576         }
577
578         return 0;
579       }
580
581       case scAddExpr:
582       case scMulExpr:
583       case scSMaxExpr:
584       case scUMaxExpr: {
585         const SCEVNAryExpr *LC = cast<SCEVNAryExpr>(LHS);
586         const SCEVNAryExpr *RC = cast<SCEVNAryExpr>(RHS);
587
588         // Lexicographically compare n-ary expressions.
589         unsigned LNumOps = LC->getNumOperands(), RNumOps = RC->getNumOperands();
590         if (LNumOps != RNumOps)
591           return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
592
593         for (unsigned i = 0; i != LNumOps; ++i) {
594           if (i >= RNumOps)
595             return 1;
596           long X = compare(LC->getOperand(i), RC->getOperand(i));
597           if (X != 0)
598             return X;
599         }
600         return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
601       }
602
603       case scUDivExpr: {
604         const SCEVUDivExpr *LC = cast<SCEVUDivExpr>(LHS);
605         const SCEVUDivExpr *RC = cast<SCEVUDivExpr>(RHS);
606
607         // Lexicographically compare udiv expressions.
608         long X = compare(LC->getLHS(), RC->getLHS());
609         if (X != 0)
610           return X;
611         return compare(LC->getRHS(), RC->getRHS());
612       }
613
614       case scTruncate:
615       case scZeroExtend:
616       case scSignExtend: {
617         const SCEVCastExpr *LC = cast<SCEVCastExpr>(LHS);
618         const SCEVCastExpr *RC = cast<SCEVCastExpr>(RHS);
619
620         // Compare cast expressions by operand.
621         return compare(LC->getOperand(), RC->getOperand());
622       }
623
624       case scCouldNotCompute:
625         llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
626       }
627       llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
628     }
629   };
630 }
631
632 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
633 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
634 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
635 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
636 ///
637 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get deterministic
638 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
639 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
640 /// land in memory.
641 ///
642 static void GroupByComplexity(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
643                               LoopInfo *LI) {
644   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
645   if (Ops.size() == 2) {
646     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
647     // Special case it.
648     const SCEV *&LHS = Ops[0], *&RHS = Ops[1];
649     if (SCEVComplexityCompare(LI)(RHS, LHS))
650       std::swap(LHS, RHS);
651     return;
652   }
653
654   // Do the rough sort by complexity.
655   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare(LI));
656
657   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
658   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
659   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
660   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
661   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
662     const SCEV *S = Ops[i];
663     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
664
665     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
666     // one, group them.
667     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
668       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
669         // Move it to immediately after i'th element.
670         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
671         ++i;   // no need to rescan it.
672         if (i == e-2) return;  // Done!
673       }
674     }
675   }
676 }
677
678 namespace {
679 struct FindSCEVSize {
680   int Size;
681   FindSCEVSize() : Size(0) {}
682
683   bool follow(const SCEV *S) {
684     ++Size;
685     // Keep looking at all operands of S.
686     return true;
687   }
688   bool isDone() const {
689     return false;
690   }
691 };
692 }
693
694 // Returns the size of the SCEV S.
695 static inline int sizeOfSCEV(const SCEV *S) {
696   FindSCEVSize F;
697   SCEVTraversal<FindSCEVSize> ST(F);
698   ST.visitAll(S);
699   return F.Size;
700 }
701
702 namespace {
703
704 struct SCEVDivision : public SCEVVisitor<SCEVDivision, void> {
705 public:
706   // Computes the Quotient and Remainder of the division of Numerator by
707   // Denominator.
708   static void divide(ScalarEvolution &SE, const SCEV *Numerator,
709                      const SCEV *Denominator, const SCEV **Quotient,
710                      const SCEV **Remainder) {
711     assert(Numerator && Denominator && "Uninitialized SCEV");
712
713     SCEVDivision D(SE, Numerator, Denominator);
714
715     // Check for the trivial case here to avoid having to check for it in the
716     // rest of the code.
717     if (Numerator == Denominator) {
718       *Quotient = D.One;
719       *Remainder = D.Zero;
720       return;
721     }
722
723     if (Numerator->isZero()) {
724       *Quotient = D.Zero;
725       *Remainder = D.Zero;
726       return;
727     }
728
729     // A simple case when N/1. The quotient is N.
730     if (Denominator->isOne()) {
731       *Quotient = Numerator;
732       *Remainder = D.Zero;
733       return;
734     }
735
736     // Split the Denominator when it is a product.
737     if (const SCEVMulExpr *T = dyn_cast<const SCEVMulExpr>(Denominator)) {
738       const SCEV *Q, *R;
739       *Quotient = Numerator;
740       for (const SCEV *Op : T->operands()) {
741         divide(SE, *Quotient, Op, &Q, &R);
742         *Quotient = Q;
743
744         // Bail out when the Numerator is not divisible by one of the terms of
745         // the Denominator.
746         if (!R->isZero()) {
747           *Quotient = D.Zero;
748           *Remainder = Numerator;
749           return;
750         }
751       }
752       *Remainder = D.Zero;
753       return;
754     }
755
756     D.visit(Numerator);
757     *Quotient = D.Quotient;
758     *Remainder = D.Remainder;
759   }
760
761   // Except in the trivial case described above, we do not know how to divide
762   // Expr by Denominator for the following functions with empty implementation.
763   void visitTruncateExpr(const SCEVTruncateExpr *Numerator) {}
764   void visitZeroExtendExpr(const SCEVZeroExtendExpr *Numerator) {}
765   void visitSignExtendExpr(const SCEVSignExtendExpr *Numerator) {}
766   void visitUDivExpr(const SCEVUDivExpr *Numerator) {}
767   void visitSMaxExpr(const SCEVSMaxExpr *Numerator) {}
768   void visitUMaxExpr(const SCEVUMaxExpr *Numerator) {}
769   void visitUnknown(const SCEVUnknown *Numerator) {}
770   void visitCouldNotCompute(const SCEVCouldNotCompute *Numerator) {}
771
772   void visitConstant(const SCEVConstant *Numerator) {
773     if (const SCEVConstant *D = dyn_cast<SCEVConstant>(Denominator)) {
774       APInt NumeratorVal = Numerator->getValue()->getValue();
775       APInt DenominatorVal = D->getValue()->getValue();
776       uint32_t NumeratorBW = NumeratorVal.getBitWidth();
777       uint32_t DenominatorBW = DenominatorVal.getBitWidth();
778
779       if (NumeratorBW > DenominatorBW)
780         DenominatorVal = DenominatorVal.sext(NumeratorBW);
781       else if (NumeratorBW < DenominatorBW)
782         NumeratorVal = NumeratorVal.sext(DenominatorBW);
783
784       APInt QuotientVal(NumeratorVal.getBitWidth(), 0);
785       APInt RemainderVal(NumeratorVal.getBitWidth(), 0);
786       APInt::sdivrem(NumeratorVal, DenominatorVal, QuotientVal, RemainderVal);
787       Quotient = SE.getConstant(QuotientVal);
788       Remainder = SE.getConstant(RemainderVal);
789       return;
790     }
791   }
792
793   void visitAddRecExpr(const SCEVAddRecExpr *Numerator) {
794     const SCEV *StartQ, *StartR, *StepQ, *StepR;
795     assert(Numerator->isAffine() && "Numerator should be affine");
796     divide(SE, Numerator->getStart(), Denominator, &StartQ, &StartR);
797     divide(SE, Numerator->getStepRecurrence(SE), Denominator, &StepQ, &StepR);
798     // Bail out if the types do not match.
799     Type *Ty = Denominator->getType();
800     if (Ty != StartQ->getType() || Ty != StartR->getType() ||
801         Ty != StepQ->getType() || Ty != StepR->getType()) {
802       Quotient = Zero;
803       Remainder = Numerator;
804       return;
805     }
806     Quotient = SE.getAddRecExpr(StartQ, StepQ, Numerator->getLoop(),
807                                 Numerator->getNoWrapFlags());
808     Remainder = SE.getAddRecExpr(StartR, StepR, Numerator->getLoop(),
809                                  Numerator->getNoWrapFlags());
810   }
811
812   void visitAddExpr(const SCEVAddExpr *Numerator) {
813     SmallVector<const SCEV *, 2> Qs, Rs;
814     Type *Ty = Denominator->getType();
815
816     for (const SCEV *Op : Numerator->operands()) {
817       const SCEV *Q, *R;
818       divide(SE, Op, Denominator, &Q, &R);
819
820       // Bail out if types do not match.
821       if (Ty != Q->getType() || Ty != R->getType()) {
822         Quotient = Zero;
823         Remainder = Numerator;
824         return;
825       }
826
827       Qs.push_back(Q);
828       Rs.push_back(R);
829     }
830
831     if (Qs.size() == 1) {
832       Quotient = Qs[0];
833       Remainder = Rs[0];
834       return;
835     }
836
837     Quotient = SE.getAddExpr(Qs);
838     Remainder = SE.getAddExpr(Rs);
839   }
840
841   void visitMulExpr(const SCEVMulExpr *Numerator) {
842     SmallVector<const SCEV *, 2> Qs;
843     Type *Ty = Denominator->getType();
844
845     bool FoundDenominatorTerm = false;
846     for (const SCEV *Op : Numerator->operands()) {
847       // Bail out if types do not match.
848       if (Ty != Op->getType()) {
849         Quotient = Zero;
850         Remainder = Numerator;
851         return;
852       }
853
854       if (FoundDenominatorTerm) {
855         Qs.push_back(Op);
856         continue;
857       }
858
859       // Check whether Denominator divides one of the product operands.
860       const SCEV *Q, *R;
861       divide(SE, Op, Denominator, &Q, &R);
862       if (!R->isZero()) {
863         Qs.push_back(Op);
864         continue;
865       }
866
867       // Bail out if types do not match.
868       if (Ty != Q->getType()) {
869         Quotient = Zero;
870         Remainder = Numerator;
871         return;
872       }
873
874       FoundDenominatorTerm = true;
875       Qs.push_back(Q);
876     }
877
878     if (FoundDenominatorTerm) {
879       Remainder = Zero;
880       if (Qs.size() == 1)
881         Quotient = Qs[0];
882       else
883         Quotient = SE.getMulExpr(Qs);
884       return;
885     }
886
887     if (!isa<SCEVUnknown>(Denominator)) {
888       Quotient = Zero;
889       Remainder = Numerator;
890       return;
891     }
892
893     // The Remainder is obtained by replacing Denominator by 0 in Numerator.
894     ValueToValueMap RewriteMap;
895     RewriteMap[cast<SCEVUnknown>(Denominator)->getValue()] =
896         cast<SCEVConstant>(Zero)->getValue();
897     Remainder = SCEVParameterRewriter::rewrite(Numerator, SE, RewriteMap, true);
898
899     if (Remainder->isZero()) {
900       // The Quotient is obtained by replacing Denominator by 1 in Numerator.
901       RewriteMap[cast<SCEVUnknown>(Denominator)->getValue()] =
902           cast<SCEVConstant>(One)->getValue();
903       Quotient =
904           SCEVParameterRewriter::rewrite(Numerator, SE, RewriteMap, true);
905       return;
906     }
907
908     // Quotient is (Numerator - Remainder) divided by Denominator.
909     const SCEV *Q, *R;
910     const SCEV *Diff = SE.getMinusSCEV(Numerator, Remainder);
911     if (sizeOfSCEV(Diff) > sizeOfSCEV(Numerator)) {
912       // This SCEV does not seem to simplify: fail the division here.
913       Quotient = Zero;
914       Remainder = Numerator;
915       return;
916     }
917     divide(SE, Diff, Denominator, &Q, &R);
918     assert(R == Zero &&
919            "(Numerator - Remainder) should evenly divide Denominator");
920     Quotient = Q;
921   }
922
923 private:
924   SCEVDivision(ScalarEvolution &S, const SCEV *Numerator,
925                const SCEV *Denominator)
926       : SE(S), Denominator(Denominator) {
927     Zero = SE.getConstant(Denominator->getType(), 0);
928     One = SE.getConstant(Denominator->getType(), 1);
929
930     // By default, we don't know how to divide Expr by Denominator.
931     // Providing the default here simplifies the rest of the code.
932     Quotient = Zero;
933     Remainder = Numerator;
934   }
935
936   ScalarEvolution &SE;
937   const SCEV *Denominator, *Quotient, *Remainder, *Zero, *One;
938 };
939
940 }
941
942 //===----------------------------------------------------------------------===//
943 //                      Simple SCEV method implementations
944 //===----------------------------------------------------------------------===//
945
946 /// BinomialCoefficient - Compute BC(It, K).  The result has width W.
947 /// Assume, K > 0.
948 static const SCEV *BinomialCoefficient(const SCEV *It, unsigned K,
949                                        ScalarEvolution &SE,
950                                        Type *ResultTy) {
951   // Handle the simplest case efficiently.
952   if (K == 1)
953     return SE.getTruncateOrZeroExtend(It, ResultTy);
954
955   // We are using the following formula for BC(It, K):
956   //
957   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / K!
958   //
959   // Suppose, W is the bitwidth of the return value.  We must be prepared for
960   // overflow.  Hence, we must assure that the result of our computation is
961   // equal to the accurate one modulo 2^W.  Unfortunately, division isn't
962   // safe in modular arithmetic.
963   //
964   // However, this code doesn't use exactly that formula; the formula it uses
965   // is something like the following, where T is the number of factors of 2 in
966   // K! (i.e. trailing zeros in the binary representation of K!), and ^ is
967   // exponentiation:
968   //
969   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / 2^T / (K! / 2^T)
970   //
971   // This formula is trivially equivalent to the previous formula.  However,
972   // this formula can be implemented much more efficiently.  The trick is that
973   // K! / 2^T is odd, and exact division by an odd number *is* safe in modular
974   // arithmetic.  To do exact division in modular arithmetic, all we have
975   // to do is multiply by the inverse.  Therefore, this step can be done at
976   // width W.
977   //
978   // The next issue is how to safely do the division by 2^T.  The way this
979   // is done is by doing the multiplication step at a width of at least W + T
980   // bits.  This way, the bottom W+T bits of the product are accurate. Then,
981   // when we perform the division by 2^T (which is equivalent to a right shift
982   // by T), the bottom W bits are accurate.  Extra bits are okay; they'll get
983   // truncated out after the division by 2^T.
984   //
985   // In comparison to just directly using the first formula, this technique
986   // is much more efficient; using the first formula requires W * K bits,
987   // but this formula less than W + K bits. Also, the first formula requires
988   // a division step, whereas this formula only requires multiplies and shifts.
989   //
990   // It doesn't matter whether the subtraction step is done in the calculation
991   // width or the input iteration count's width; if the subtraction overflows,
992   // the result must be zero anyway.  We prefer here to do it in the width of
993   // the induction variable because it helps a lot for certain cases; CodeGen
994   // isn't smart enough to ignore the overflow, which leads to much less
995   // efficient code if the width of the subtraction is wider than the native
996   // register width.
997   //
998   // (It's possible to not widen at all by pulling out factors of 2 before
999   // the multiplication; for example, K=2 can be calculated as
1000   // It/2*(It+(It*INT_MIN/INT_MIN)+-1). However, it requires
1001   // extra arithmetic, so it's not an obvious win, and it gets
1002   // much more complicated for K > 3.)
1003
1004   // Protection from insane SCEVs; this bound is conservative,
1005   // but it probably doesn't matter.
1006   if (K > 1000)
1007     return SE.getCouldNotCompute();
1008
1009   unsigned W = SE.getTypeSizeInBits(ResultTy);
1010
1011   // Calculate K! / 2^T and T; we divide out the factors of two before
1012   // multiplying for calculating K! / 2^T to avoid overflow.
1013   // Other overflow doesn't matter because we only care about the bottom
1014   // W bits of the result.
1015   APInt OddFactorial(W, 1);
1016   unsigned T = 1;
1017   for (unsigned i = 3; i <= K; ++i) {
1018     APInt Mult(W, i);
1019     unsigned TwoFactors = Mult.countTrailingZeros();
1020     T += TwoFactors;
1021     Mult = Mult.lshr(TwoFactors);
1022     OddFactorial *= Mult;
1023   }
1024
1025   // We need at least W + T bits for the multiplication step
1026   unsigned CalculationBits = W + T;
1027
1028   // Calculate 2^T, at width T+W.
1029   APInt DivFactor = APInt::getOneBitSet(CalculationBits, T);
1030
1031   // Calculate the multiplicative inverse of K! / 2^T;
1032   // this multiplication factor will perform the exact division by
1033   // K! / 2^T.
1034   APInt Mod = APInt::getSignedMinValue(W+1);
1035   APInt MultiplyFactor = OddFactorial.zext(W+1);
1036   MultiplyFactor = MultiplyFactor.multiplicativeInverse(Mod);
1037   MultiplyFactor = MultiplyFactor.trunc(W);
1038
1039   // Calculate the product, at width T+W
1040   IntegerType *CalculationTy = IntegerType::get(SE.getContext(),
1041                                                       CalculationBits);
1042   const SCEV *Dividend = SE.getTruncateOrZeroExtend(It, CalculationTy);
1043   for (unsigned i = 1; i != K; ++i) {
1044     const SCEV *S = SE.getMinusSCEV(It, SE.getConstant(It->getType(), i));
1045     Dividend = SE.getMulExpr(Dividend,
1046                              SE.getTruncateOrZeroExtend(S, CalculationTy));
1047   }
1048
1049   // Divide by 2^T
1050   const SCEV *DivResult = SE.getUDivExpr(Dividend, SE.getConstant(DivFactor));
1051
1052   // Truncate the result, and divide by K! / 2^T.
1053
1054   return SE.getMulExpr(SE.getConstant(MultiplyFactor),
1055                        SE.getTruncateOrZeroExtend(DivResult, ResultTy));
1056 }
1057
1058 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
1059 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
1060 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
1061 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
1062 ///
1063 ///   A*BC(It, 0) + B*BC(It, 1) + C*BC(It, 2) + D*BC(It, 3)
1064 ///
1065 /// where BC(It, k) stands for binomial coefficient.
1066 ///
1067 const SCEV *SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(const SCEV *It,
1068                                                 ScalarEvolution &SE) const {
1069   const SCEV *Result = getStart();
1070   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
1071     // The computation is correct in the face of overflow provided that the
1072     // multiplication is performed _after_ the evaluation of the binomial
1073     // coefficient.
1074     const SCEV *Coeff = BinomialCoefficient(It, i, SE, getType());
1075     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Coeff))
1076       return Coeff;
1077
1078     Result = SE.getAddExpr(Result, SE.getMulExpr(getOperand(i), Coeff));
1079   }
1080   return Result;
1081 }
1082
1083 //===----------------------------------------------------------------------===//
1084 //                    SCEV Expression folder implementations
1085 //===----------------------------------------------------------------------===//
1086
1087 const SCEV *ScalarEvolution::getTruncateExpr(const SCEV *Op,
1088                                              Type *Ty) {
1089   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) > getTypeSizeInBits(Ty) &&
1090          "This is not a truncating conversion!");
1091   assert(isSCEVable(Ty) &&
1092          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1093   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1094
1095   FoldingSetNodeID ID;
1096   ID.AddInteger(scTruncate);
1097   ID.AddPointer(Op);
1098   ID.AddPointer(Ty);
1099   void *IP = nullptr;
1100   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1101
1102   // Fold if the operand is constant.
1103   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1104     return getConstant(
1105       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(), Ty)));
1106
1107   // trunc(trunc(x)) --> trunc(x)
1108   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op))
1109     return getTruncateExpr(ST->getOperand(), Ty);
1110
1111   // trunc(sext(x)) --> sext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
1112   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
1113     return getTruncateOrSignExtend(SS->getOperand(), Ty);
1114
1115   // trunc(zext(x)) --> zext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
1116   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
1117     return getTruncateOrZeroExtend(SZ->getOperand(), Ty);
1118
1119   // trunc(x1+x2+...+xN) --> trunc(x1)+trunc(x2)+...+trunc(xN) if we can
1120   // eliminate all the truncates, or we replace other casts with truncates.
1121   if (const SCEVAddExpr *SA = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Op)) {
1122     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1123     bool hasTrunc = false;
1124     for (unsigned i = 0, e = SA->getNumOperands(); i != e && !hasTrunc; ++i) {
1125       const SCEV *S = getTruncateExpr(SA->getOperand(i), Ty);
1126       if (!isa<SCEVCastExpr>(SA->getOperand(i)))
1127         hasTrunc = isa<SCEVTruncateExpr>(S);
1128       Operands.push_back(S);
1129     }
1130     if (!hasTrunc)
1131       return getAddExpr(Operands);
1132     UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP);  // Mutates IP, returns NULL.
1133   }
1134
1135   // trunc(x1*x2*...*xN) --> trunc(x1)*trunc(x2)*...*trunc(xN) if we can
1136   // eliminate all the truncates, or we replace other casts with truncates.
1137   if (const SCEVMulExpr *SM = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Op)) {
1138     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1139     bool hasTrunc = false;
1140     for (unsigned i = 0, e = SM->getNumOperands(); i != e && !hasTrunc; ++i) {
1141       const SCEV *S = getTruncateExpr(SM->getOperand(i), Ty);
1142       if (!isa<SCEVCastExpr>(SM->getOperand(i)))
1143         hasTrunc = isa<SCEVTruncateExpr>(S);
1144       Operands.push_back(S);
1145     }
1146     if (!hasTrunc)
1147       return getMulExpr(Operands);
1148     UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP);  // Mutates IP, returns NULL.
1149   }
1150
1151   // If the input value is a chrec scev, truncate the chrec's operands.
1152   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
1153     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1154     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
1155       Operands.push_back(getTruncateExpr(AddRec->getOperand(i), Ty));
1156     return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap);
1157   }
1158
1159   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node. We can reuse
1160   // the existing insert position since if we get here, we won't have
1161   // made any changes which would invalidate it.
1162   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVTruncateExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1163                                                  Op, Ty);
1164   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1165   return S;
1166 }
1167
1168 // Get the limit of a recurrence such that incrementing by Step cannot cause
1169 // signed overflow as long as the value of the recurrence within the
1170 // loop does not exceed this limit before incrementing.
1171 static const SCEV *getSignedOverflowLimitForStep(const SCEV *Step,
1172                                                  ICmpInst::Predicate *Pred,
1173                                                  ScalarEvolution *SE) {
1174   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits(Step->getType());
1175   if (SE->isKnownPositive(Step)) {
1176     *Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
1177     return SE->getConstant(APInt::getSignedMinValue(BitWidth) -
1178                            SE->getSignedRange(Step).getSignedMax());
1179   }
1180   if (SE->isKnownNegative(Step)) {
1181     *Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
1182     return SE->getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth) -
1183                            SE->getSignedRange(Step).getSignedMin());
1184   }
1185   return nullptr;
1186 }
1187
1188 // Get the limit of a recurrence such that incrementing by Step cannot cause
1189 // unsigned overflow as long as the value of the recurrence within the loop does
1190 // not exceed this limit before incrementing.
1191 static const SCEV *getUnsignedOverflowLimitForStep(const SCEV *Step,
1192                                                    ICmpInst::Predicate *Pred,
1193                                                    ScalarEvolution *SE) {
1194   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits(Step->getType());
1195   *Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
1196
1197   return SE->getConstant(APInt::getMinValue(BitWidth) -
1198                          SE->getUnsignedRange(Step).getUnsignedMax());
1199 }
1200
1201 namespace {
1202
1203 struct ExtendOpTraitsBase {
1204   typedef const SCEV *(ScalarEvolution::*GetExtendExprTy)(const SCEV *, Type *);
1205 };
1206
1207 // Used to make code generic over signed and unsigned overflow.
1208 template <typename ExtendOp> struct ExtendOpTraits {
1209   // Members present:
1210   //
1211   // static const SCEV::NoWrapFlags WrapType;
1212   //
1213   // static const ExtendOpTraitsBase::GetExtendExprTy GetExtendExpr;
1214   //
1215   // static const SCEV *getOverflowLimitForStep(const SCEV *Step,
1216   //                                           ICmpInst::Predicate *Pred,
1217   //                                           ScalarEvolution *SE);
1218 };
1219
1220 template <>
1221 struct ExtendOpTraits<SCEVSignExtendExpr> : public ExtendOpTraitsBase {
1222   static const SCEV::NoWrapFlags WrapType = SCEV::FlagNSW;
1223
1224   static const GetExtendExprTy GetExtendExpr;
1225
1226   static const SCEV *getOverflowLimitForStep(const SCEV *Step,
1227                                              ICmpInst::Predicate *Pred,
1228                                              ScalarEvolution *SE) {
1229     return getSignedOverflowLimitForStep(Step, Pred, SE);
1230   }
1231 };
1232
1233 const ExtendOpTraitsBase::GetExtendExprTy ExtendOpTraits<
1234     SCEVSignExtendExpr>::GetExtendExpr = &ScalarEvolution::getSignExtendExpr;
1235
1236 template <>
1237 struct ExtendOpTraits<SCEVZeroExtendExpr> : public ExtendOpTraitsBase {
1238   static const SCEV::NoWrapFlags WrapType = SCEV::FlagNUW;
1239
1240   static const GetExtendExprTy GetExtendExpr;
1241
1242   static const SCEV *getOverflowLimitForStep(const SCEV *Step,
1243                                              ICmpInst::Predicate *Pred,
1244                                              ScalarEvolution *SE) {
1245     return getUnsignedOverflowLimitForStep(Step, Pred, SE);
1246   }
1247 };
1248
1249 const ExtendOpTraitsBase::GetExtendExprTy ExtendOpTraits<
1250     SCEVZeroExtendExpr>::GetExtendExpr = &ScalarEvolution::getZeroExtendExpr;
1251 }
1252
1253 // The recurrence AR has been shown to have no signed/unsigned wrap or something
1254 // close to it. Typically, if we can prove NSW/NUW for AR, then we can just as
1255 // easily prove NSW/NUW for its preincrement or postincrement sibling. This
1256 // allows normalizing a sign/zero extended AddRec as such: {sext/zext(Step +
1257 // Start),+,Step} => {(Step + sext/zext(Start),+,Step} As a result, the
1258 // expression "Step + sext/zext(PreIncAR)" is congruent with
1259 // "sext/zext(PostIncAR)"
1260 template <typename ExtendOpTy>
1261 static const SCEV *getPreStartForExtend(const SCEVAddRecExpr *AR, Type *Ty,
1262                                         ScalarEvolution *SE) {
1263   auto WrapType = ExtendOpTraits<ExtendOpTy>::WrapType;
1264   auto GetExtendExpr = ExtendOpTraits<ExtendOpTy>::GetExtendExpr;
1265
1266   const Loop *L = AR->getLoop();
1267   const SCEV *Start = AR->getStart();
1268   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
1269
1270   // Check for a simple looking step prior to loop entry.
1271   const SCEVAddExpr *SA = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Start);
1272   if (!SA)
1273     return nullptr;
1274
1275   // Create an AddExpr for "PreStart" after subtracting Step. Full SCEV
1276   // subtraction is expensive. For this purpose, perform a quick and dirty
1277   // difference, by checking for Step in the operand list.
1278   SmallVector<const SCEV *, 4> DiffOps;
1279   for (const SCEV *Op : SA->operands())
1280     if (Op != Step)
1281       DiffOps.push_back(Op);
1282
1283   if (DiffOps.size() == SA->getNumOperands())
1284     return nullptr;
1285
1286   // Try to prove `WrapType` (SCEV::FlagNSW or SCEV::FlagNUW) on `PreStart` +
1287   // `Step`:
1288
1289   // 1. NSW/NUW flags on the step increment.
1290   const SCEV *PreStart = SE->getAddExpr(DiffOps, SA->getNoWrapFlags());
1291   const SCEVAddRecExpr *PreAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(
1292       SE->getAddRecExpr(PreStart, Step, L, SCEV::FlagAnyWrap));
1293
1294   // "{S,+,X} is <nsw>/<nuw>" and "the backedge is taken at least once" implies
1295   // "S+X does not sign/unsign-overflow".
1296   //
1297
1298   const SCEV *BECount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
1299   if (PreAR && PreAR->getNoWrapFlags(WrapType) &&
1300       !isa<SCEVCouldNotCompute>(BECount) && SE->isKnownPositive(BECount))
1301     return PreStart;
1302
1303   // 2. Direct overflow check on the step operation's expression.
1304   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits(AR->getType());
1305   Type *WideTy = IntegerType::get(SE->getContext(), BitWidth * 2);
1306   const SCEV *OperandExtendedStart =
1307       SE->getAddExpr((SE->*GetExtendExpr)(PreStart, WideTy),
1308                      (SE->*GetExtendExpr)(Step, WideTy));
1309   if ((SE->*GetExtendExpr)(Start, WideTy) == OperandExtendedStart) {
1310     if (PreAR && AR->getNoWrapFlags(WrapType)) {
1311       // If we know `AR` == {`PreStart`+`Step`,+,`Step`} is `WrapType` (FlagNSW
1312       // or FlagNUW) and that `PreStart` + `Step` is `WrapType` too, then
1313       // `PreAR` == {`PreStart`,+,`Step`} is also `WrapType`.  Cache this fact.
1314       const_cast<SCEVAddRecExpr *>(PreAR)->setNoWrapFlags(WrapType);
1315     }
1316     return PreStart;
1317   }
1318
1319   // 3. Loop precondition.
1320   ICmpInst::Predicate Pred;
1321   const SCEV *OverflowLimit =
1322       ExtendOpTraits<ExtendOpTy>::getOverflowLimitForStep(Step, &Pred, SE);
1323
1324   if (OverflowLimit &&
1325       SE->isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, PreStart, OverflowLimit)) {
1326     return PreStart;
1327   }
1328   return nullptr;
1329 }
1330
1331 // Get the normalized zero or sign extended expression for this AddRec's Start.
1332 template <typename ExtendOpTy>
1333 static const SCEV *getExtendAddRecStart(const SCEVAddRecExpr *AR, Type *Ty,
1334                                         ScalarEvolution *SE) {
1335   auto GetExtendExpr = ExtendOpTraits<ExtendOpTy>::GetExtendExpr;
1336
1337   const SCEV *PreStart = getPreStartForExtend<ExtendOpTy>(AR, Ty, SE);
1338   if (!PreStart)
1339     return (SE->*GetExtendExpr)(AR->getStart(), Ty);
1340
1341   return SE->getAddExpr((SE->*GetExtendExpr)(AR->getStepRecurrence(*SE), Ty),
1342                         (SE->*GetExtendExpr)(PreStart, Ty));
1343 }
1344
1345 // Try to prove away overflow by looking at "nearby" add recurrences.  A
1346 // motivating example for this rule: if we know `{0,+,4}` is `ult` `-1` and it
1347 // does not itself wrap then we can conclude that `{1,+,4}` is `nuw`.
1348 //
1349 // Formally:
1350 //
1351 //     {S,+,X} == {S-T,+,X} + T
1352 //  => Ext({S,+,X}) == Ext({S-T,+,X} + T)
1353 //
1354 // If ({S-T,+,X} + T) does not overflow  ... (1)
1355 //
1356 //  RHS == Ext({S-T,+,X} + T) == Ext({S-T,+,X}) + Ext(T)
1357 //
1358 // If {S-T,+,X} does not overflow  ... (2)
1359 //
1360 //  RHS == Ext({S-T,+,X}) + Ext(T) == {Ext(S-T),+,Ext(X)} + Ext(T)
1361 //      == {Ext(S-T)+Ext(T),+,Ext(X)}
1362 //
1363 // If (S-T)+T does not overflow  ... (3)
1364 //
1365 //  RHS == {Ext(S-T)+Ext(T),+,Ext(X)} == {Ext(S-T+T),+,Ext(X)}
1366 //      == {Ext(S),+,Ext(X)} == LHS
1367 //
1368 // Thus, if (1), (2) and (3) are true for some T, then
1369 //   Ext({S,+,X}) == {Ext(S),+,Ext(X)}
1370 //
1371 // (3) is implied by (1) -- "(S-T)+T does not overflow" is simply "({S-T,+,X}+T)
1372 // does not overflow" restricted to the 0th iteration.  Therefore we only need
1373 // to check for (1) and (2).
1374 //
1375 // In the current context, S is `Start`, X is `Step`, Ext is `ExtendOpTy` and T
1376 // is `Delta` (defined below).
1377 //
1378 template <typename ExtendOpTy>
1379 bool ScalarEvolution::proveNoWrapByVaryingStart(const SCEV *Start,
1380                                                 const SCEV *Step,
1381                                                 const Loop *L) {
1382   auto WrapType = ExtendOpTraits<ExtendOpTy>::WrapType;
1383
1384   // We restrict `Start` to a constant to prevent SCEV from spending too much
1385   // time here.  It is correct (but more expensive) to continue with a
1386   // non-constant `Start` and do a general SCEV subtraction to compute
1387   // `PreStart` below.
1388   //
1389   const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start);
1390   if (!StartC)
1391     return false;
1392
1393   APInt StartAI = StartC->getValue()->getValue();
1394
1395   for (unsigned Delta : {-2, -1, 1, 2}) {
1396     const SCEV *PreStart = getConstant(StartAI - Delta);
1397
1398     // Give up if we don't already have the add recurrence we need because
1399     // actually constructing an add recurrence is relatively expensive.
1400     const SCEVAddRecExpr *PreAR = [&]() {
1401       FoldingSetNodeID ID;
1402       ID.AddInteger(scAddRecExpr);
1403       ID.AddPointer(PreStart);
1404       ID.AddPointer(Step);
1405       ID.AddPointer(L);
1406       void *IP = nullptr;
1407       return static_cast<SCEVAddRecExpr *>(
1408           this->UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
1409     }();
1410
1411     if (PreAR && PreAR->getNoWrapFlags(WrapType)) {  // proves (2)
1412       const SCEV *DeltaS = getConstant(StartC->getType(), Delta);
1413       ICmpInst::Predicate Pred = ICmpInst::BAD_ICMP_PREDICATE;
1414       const SCEV *Limit = ExtendOpTraits<ExtendOpTy>::getOverflowLimitForStep(
1415           DeltaS, &Pred, this);
1416       if (Limit && isKnownPredicate(Pred, PreAR, Limit))  // proves (1)
1417         return true;
1418     }
1419   }
1420
1421   return false;
1422 }
1423
1424 const SCEV *ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEV *Op,
1425                                                Type *Ty) {
1426   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1427          "This is not an extending conversion!");
1428   assert(isSCEVable(Ty) &&
1429          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1430   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1431
1432   // Fold if the operand is constant.
1433   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1434     return getConstant(
1435       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(), Ty)));
1436
1437   // zext(zext(x)) --> zext(x)
1438   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
1439     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
1440
1441   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
1442   // computed a SCEV for this Op and Ty.
1443   FoldingSetNodeID ID;
1444   ID.AddInteger(scZeroExtend);
1445   ID.AddPointer(Op);
1446   ID.AddPointer(Ty);
1447   void *IP = nullptr;
1448   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1449
1450   // zext(trunc(x)) --> zext(x) or x or trunc(x)
1451   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1452     // It's possible the bits taken off by the truncate were all zero bits. If
1453     // so, we should be able to simplify this further.
1454     const SCEV *X = ST->getOperand();
1455     ConstantRange CR = getUnsignedRange(X);
1456     unsigned TruncBits = getTypeSizeInBits(ST->getType());
1457     unsigned NewBits = getTypeSizeInBits(Ty);
1458     if (CR.truncate(TruncBits).zeroExtend(NewBits).contains(
1459             CR.zextOrTrunc(NewBits)))
1460       return getTruncateOrZeroExtend(X, Ty);
1461   }
1462
1463   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
1464   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
1465   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
1466   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
1467   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
1468     if (AR->isAffine()) {
1469       const SCEV *Start = AR->getStart();
1470       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
1471       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
1472       const Loop *L = AR->getLoop();
1473
1474       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
1475       // we don't need to do any further analysis.
1476       if (AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW))
1477         return getAddRecExpr(
1478             getExtendAddRecStart<SCEVZeroExtendExpr>(AR, Ty, this),
1479             getZeroExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1480
1481       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
1482       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
1483       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
1484       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
1485       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
1486       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
1487       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
1488       // that value once it has finished.
1489       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
1490       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
1491         // Manually compute the final value for AR, checking for
1492         // overflow.
1493
1494         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
1495         // the addrec's type. The count is always unsigned.
1496         const SCEV *CastedMaxBECount =
1497           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
1498         const SCEV *RecastedMaxBECount =
1499           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
1500         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
1501           Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
1502           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no unsigned overflow.
1503           const SCEV *ZMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1504           const SCEV *ZAdd = getZeroExtendExpr(getAddExpr(Start, ZMul), WideTy);
1505           const SCEV *WideStart = getZeroExtendExpr(Start, WideTy);
1506           const SCEV *WideMaxBECount =
1507             getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy);
1508           const SCEV *OperandExtendedAdd =
1509             getAddExpr(WideStart,
1510                        getMulExpr(WideMaxBECount,
1511                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
1512           if (ZAdd == OperandExtendedAdd) {
1513             // Cache knowledge of AR NUW, which is propagated to this AddRec.
1514             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW);
1515             // Return the expression with the addrec on the outside.
1516             return getAddRecExpr(
1517                 getExtendAddRecStart<SCEVZeroExtendExpr>(AR, Ty, this),
1518                 getZeroExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1519           }
1520           // Similar to above, only this time treat the step value as signed.
1521           // This covers loops that count down.
1522           OperandExtendedAdd =
1523             getAddExpr(WideStart,
1524                        getMulExpr(WideMaxBECount,
1525                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
1526           if (ZAdd == OperandExtendedAdd) {
1527             // Cache knowledge of AR NW, which is propagated to this AddRec.
1528             // Negative step causes unsigned wrap, but it still can't self-wrap.
1529             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNW);
1530             // Return the expression with the addrec on the outside.
1531             return getAddRecExpr(
1532                 getExtendAddRecStart<SCEVZeroExtendExpr>(AR, Ty, this),
1533                 getSignExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1534           }
1535         }
1536
1537         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
1538         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
1539         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
1540         // with the post-inc value, the addrec is safe.
1541         if (isKnownPositive(Step)) {
1542           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMinValue(BitWidth) -
1543                                       getUnsignedRange(Step).getUnsignedMax());
1544           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, AR, N) ||
1545               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, Start, N) &&
1546                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT,
1547                                            AR->getPostIncExpr(*this), N))) {
1548             // Cache knowledge of AR NUW, which is propagated to this AddRec.
1549             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW);
1550             // Return the expression with the addrec on the outside.
1551             return getAddRecExpr(
1552                 getExtendAddRecStart<SCEVZeroExtendExpr>(AR, Ty, this),
1553                 getZeroExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1554           }
1555         } else if (isKnownNegative(Step)) {
1556           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth) -
1557                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
1558           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, AR, N) ||
1559               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, Start, N) &&
1560                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT,
1561                                            AR->getPostIncExpr(*this), N))) {
1562             // Cache knowledge of AR NW, which is propagated to this AddRec.
1563             // Negative step causes unsigned wrap, but it still can't self-wrap.
1564             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNW);
1565             // Return the expression with the addrec on the outside.
1566             return getAddRecExpr(
1567                 getExtendAddRecStart<SCEVZeroExtendExpr>(AR, Ty, this),
1568                 getSignExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1569           }
1570         }
1571       }
1572
1573       if (proveNoWrapByVaryingStart<SCEVZeroExtendExpr>(Start, Step, L)) {
1574         const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW);
1575         return getAddRecExpr(
1576             getExtendAddRecStart<SCEVZeroExtendExpr>(AR, Ty, this),
1577             getZeroExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1578       }
1579     }
1580
1581   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
1582   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
1583   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1584   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVZeroExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1585                                                    Op, Ty);
1586   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1587   return S;
1588 }
1589
1590 const SCEV *ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEV *Op,
1591                                                Type *Ty) {
1592   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1593          "This is not an extending conversion!");
1594   assert(isSCEVable(Ty) &&
1595          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1596   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1597
1598   // Fold if the operand is constant.
1599   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1600     return getConstant(
1601       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(), Ty)));
1602
1603   // sext(sext(x)) --> sext(x)
1604   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
1605     return getSignExtendExpr(SS->getOperand(), Ty);
1606
1607   // sext(zext(x)) --> zext(x)
1608   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
1609     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
1610
1611   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
1612   // computed a SCEV for this Op and Ty.
1613   FoldingSetNodeID ID;
1614   ID.AddInteger(scSignExtend);
1615   ID.AddPointer(Op);
1616   ID.AddPointer(Ty);
1617   void *IP = nullptr;
1618   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1619
1620   // If the input value is provably positive, build a zext instead.
1621   if (isKnownNonNegative(Op))
1622     return getZeroExtendExpr(Op, Ty);
1623
1624   // sext(trunc(x)) --> sext(x) or x or trunc(x)
1625   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1626     // It's possible the bits taken off by the truncate were all sign bits. If
1627     // so, we should be able to simplify this further.
1628     const SCEV *X = ST->getOperand();
1629     ConstantRange CR = getSignedRange(X);
1630     unsigned TruncBits = getTypeSizeInBits(ST->getType());
1631     unsigned NewBits = getTypeSizeInBits(Ty);
1632     if (CR.truncate(TruncBits).signExtend(NewBits).contains(
1633             CR.sextOrTrunc(NewBits)))
1634       return getTruncateOrSignExtend(X, Ty);
1635   }
1636
1637   // sext(C1 + (C2 * x)) --> C1 + sext(C2 * x) if C1 < C2
1638   if (auto SA = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Op)) {
1639     if (SA->getNumOperands() == 2) {
1640       auto SC1 = dyn_cast<SCEVConstant>(SA->getOperand(0));
1641       auto SMul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SA->getOperand(1));
1642       if (SMul && SC1) {
1643         if (auto SC2 = dyn_cast<SCEVConstant>(SMul->getOperand(0))) {
1644           const APInt &C1 = SC1->getValue()->getValue();
1645           const APInt &C2 = SC2->getValue()->getValue();
1646           if (C1.isStrictlyPositive() && C2.isStrictlyPositive() &&
1647               C2.ugt(C1) && C2.isPowerOf2())
1648             return getAddExpr(getSignExtendExpr(SC1, Ty),
1649                               getSignExtendExpr(SMul, Ty));
1650         }
1651       }
1652     }
1653   }
1654   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
1655   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
1656   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
1657   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
1658   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
1659     if (AR->isAffine()) {
1660       const SCEV *Start = AR->getStart();
1661       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
1662       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
1663       const Loop *L = AR->getLoop();
1664
1665       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
1666       // we don't need to do any further analysis.
1667       if (AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW))
1668         return getAddRecExpr(
1669             getExtendAddRecStart<SCEVSignExtendExpr>(AR, Ty, this),
1670             getSignExtendExpr(Step, Ty), L, SCEV::FlagNSW);
1671
1672       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
1673       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
1674       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
1675       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
1676       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
1677       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
1678       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
1679       // that value once it has finished.
1680       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
1681       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
1682         // Manually compute the final value for AR, checking for
1683         // overflow.
1684
1685         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
1686         // the addrec's type. The count is always unsigned.
1687         const SCEV *CastedMaxBECount =
1688           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
1689         const SCEV *RecastedMaxBECount =
1690           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
1691         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
1692           Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
1693           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no signed overflow.
1694           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1695           const SCEV *SAdd = getSignExtendExpr(getAddExpr(Start, SMul), WideTy);
1696           const SCEV *WideStart = getSignExtendExpr(Start, WideTy);
1697           const SCEV *WideMaxBECount =
1698             getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy);
1699           const SCEV *OperandExtendedAdd =
1700             getAddExpr(WideStart,
1701                        getMulExpr(WideMaxBECount,
1702                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
1703           if (SAdd == OperandExtendedAdd) {
1704             // Cache knowledge of AR NSW, which is propagated to this AddRec.
1705             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
1706             // Return the expression with the addrec on the outside.
1707             return getAddRecExpr(
1708                 getExtendAddRecStart<SCEVSignExtendExpr>(AR, Ty, this),
1709                 getSignExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1710           }
1711           // Similar to above, only this time treat the step value as unsigned.
1712           // This covers loops that count up with an unsigned step.
1713           OperandExtendedAdd =
1714             getAddExpr(WideStart,
1715                        getMulExpr(WideMaxBECount,
1716                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
1717           if (SAdd == OperandExtendedAdd) {
1718             // If AR wraps around then
1719             //
1720             //    abs(Step) * MaxBECount > unsigned-max(AR->getType())
1721             // => SAdd != OperandExtendedAdd
1722             //
1723             // Thus (AR is not NW => SAdd != OperandExtendedAdd) <=>
1724             // (SAdd == OperandExtendedAdd => AR is NW)
1725
1726             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNW);
1727
1728             // Return the expression with the addrec on the outside.
1729             return getAddRecExpr(
1730                 getExtendAddRecStart<SCEVSignExtendExpr>(AR, Ty, this),
1731                 getZeroExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1732           }
1733         }
1734
1735         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
1736         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
1737         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
1738         // with the post-inc value, the addrec is safe.
1739         ICmpInst::Predicate Pred;
1740         const SCEV *OverflowLimit =
1741             getSignedOverflowLimitForStep(Step, &Pred, this);
1742         if (OverflowLimit &&
1743             (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, AR, OverflowLimit) ||
1744              (isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, Start, OverflowLimit) &&
1745               isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, AR->getPostIncExpr(*this),
1746                                           OverflowLimit)))) {
1747           // Cache knowledge of AR NSW, then propagate NSW to the wide AddRec.
1748           const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
1749           return getAddRecExpr(
1750               getExtendAddRecStart<SCEVSignExtendExpr>(AR, Ty, this),
1751               getSignExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1752         }
1753       }
1754       // If Start and Step are constants, check if we can apply this
1755       // transformation:
1756       // sext{C1,+,C2} --> C1 + sext{0,+,C2} if C1 < C2
1757       auto SC1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Start);
1758       auto SC2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
1759       if (SC1 && SC2) {
1760         const APInt &C1 = SC1->getValue()->getValue();
1761         const APInt &C2 = SC2->getValue()->getValue();
1762         if (C1.isStrictlyPositive() && C2.isStrictlyPositive() && C2.ugt(C1) &&
1763             C2.isPowerOf2()) {
1764           Start = getSignExtendExpr(Start, Ty);
1765           const SCEV *NewAR = getAddRecExpr(getConstant(AR->getType(), 0), Step,
1766                                             L, AR->getNoWrapFlags());
1767           return getAddExpr(Start, getSignExtendExpr(NewAR, Ty));
1768         }
1769       }
1770
1771       if (proveNoWrapByVaryingStart<SCEVSignExtendExpr>(Start, Step, L)) {
1772         const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
1773         return getAddRecExpr(
1774             getExtendAddRecStart<SCEVSignExtendExpr>(AR, Ty, this),
1775             getSignExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1776       }
1777     }
1778
1779   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
1780   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
1781   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1782   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSignExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1783                                                    Op, Ty);
1784   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1785   return S;
1786 }
1787
1788 /// getAnyExtendExpr - Return a SCEV for the given operand extended with
1789 /// unspecified bits out to the given type.
1790 ///
1791 const SCEV *ScalarEvolution::getAnyExtendExpr(const SCEV *Op,
1792                                               Type *Ty) {
1793   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1794          "This is not an extending conversion!");
1795   assert(isSCEVable(Ty) &&
1796          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1797   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1798
1799   // Sign-extend negative constants.
1800   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1801     if (SC->getValue()->getValue().isNegative())
1802       return getSignExtendExpr(Op, Ty);
1803
1804   // Peel off a truncate cast.
1805   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1806     const SCEV *NewOp = T->getOperand();
1807     if (getTypeSizeInBits(NewOp->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty))
1808       return getAnyExtendExpr(NewOp, Ty);
1809     return getTruncateOrNoop(NewOp, Ty);
1810   }
1811
1812   // Next try a zext cast. If the cast is folded, use it.
1813   const SCEV *ZExt = getZeroExtendExpr(Op, Ty);
1814   if (!isa<SCEVZeroExtendExpr>(ZExt))
1815     return ZExt;
1816
1817   // Next try a sext cast. If the cast is folded, use it.
1818   const SCEV *SExt = getSignExtendExpr(Op, Ty);
1819   if (!isa<SCEVSignExtendExpr>(SExt))
1820     return SExt;
1821
1822   // Force the cast to be folded into the operands of an addrec.
1823   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
1824     SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
1825     for (const SCEV *Op : AR->operands())
1826       Ops.push_back(getAnyExtendExpr(Op, Ty));
1827     return getAddRecExpr(Ops, AR->getLoop(), SCEV::FlagNW);
1828   }
1829
1830   // If the expression is obviously signed, use the sext cast value.
1831   if (isa<SCEVSMaxExpr>(Op))
1832     return SExt;
1833
1834   // Absent any other information, use the zext cast value.
1835   return ZExt;
1836 }
1837
1838 /// CollectAddOperandsWithScales - Process the given Ops list, which is
1839 /// a list of operands to be added under the given scale, update the given
1840 /// map. This is a helper function for getAddRecExpr. As an example of
1841 /// what it does, given a sequence of operands that would form an add
1842 /// expression like this:
1843 ///
1844 ///    m + n + 13 + (A * (o + p + (B * (q + m + 29)))) + r + (-1 * r)
1845 ///
1846 /// where A and B are constants, update the map with these values:
1847 ///
1848 ///    (m, 1+A*B), (n, 1), (o, A), (p, A), (q, A*B), (r, 0)
1849 ///
1850 /// and add 13 + A*B*29 to AccumulatedConstant.
1851 /// This will allow getAddRecExpr to produce this:
1852 ///
1853 ///    13+A*B*29 + n + (m * (1+A*B)) + ((o + p) * A) + (q * A*B)
1854 ///
1855 /// This form often exposes folding opportunities that are hidden in
1856 /// the original operand list.
1857 ///
1858 /// Return true iff it appears that any interesting folding opportunities
1859 /// may be exposed. This helps getAddRecExpr short-circuit extra work in
1860 /// the common case where no interesting opportunities are present, and
1861 /// is also used as a check to avoid infinite recursion.
1862 ///
1863 static bool
1864 CollectAddOperandsWithScales(DenseMap<const SCEV *, APInt> &M,
1865                              SmallVectorImpl<const SCEV *> &NewOps,
1866                              APInt &AccumulatedConstant,
1867                              const SCEV *const *Ops, size_t NumOperands,
1868                              const APInt &Scale,
1869                              ScalarEvolution &SE) {
1870   bool Interesting = false;
1871
1872   // Iterate over the add operands. They are sorted, with constants first.
1873   unsigned i = 0;
1874   while (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1875     ++i;
1876     // Pull a buried constant out to the outside.
1877     if (Scale != 1 || AccumulatedConstant != 0 || C->getValue()->isZero())
1878       Interesting = true;
1879     AccumulatedConstant += Scale * C->getValue()->getValue();
1880   }
1881
1882   // Next comes everything else. We're especially interested in multiplies
1883   // here, but they're in the middle, so just visit the rest with one loop.
1884   for (; i != NumOperands; ++i) {
1885     const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i]);
1886     if (Mul && isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
1887       APInt NewScale =
1888         Scale * cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))->getValue()->getValue();
1889       if (Mul->getNumOperands() == 2 && isa<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1))) {
1890         // A multiplication of a constant with another add; recurse.
1891         const SCEVAddExpr *Add = cast<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1));
1892         Interesting |=
1893           CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1894                                        Add->op_begin(), Add->getNumOperands(),
1895                                        NewScale, SE);
1896       } else {
1897         // A multiplication of a constant with some other value. Update
1898         // the map.
1899         SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
1900         const SCEV *Key = SE.getMulExpr(MulOps);
1901         std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1902           M.insert(std::make_pair(Key, NewScale));
1903         if (Pair.second) {
1904           NewOps.push_back(Pair.first->first);
1905         } else {
1906           Pair.first->second += NewScale;
1907           // The map already had an entry for this value, which may indicate
1908           // a folding opportunity.
1909           Interesting = true;
1910         }
1911       }
1912     } else {
1913       // An ordinary operand. Update the map.
1914       std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1915         M.insert(std::make_pair(Ops[i], Scale));
1916       if (Pair.second) {
1917         NewOps.push_back(Pair.first->first);
1918       } else {
1919         Pair.first->second += Scale;
1920         // The map already had an entry for this value, which may indicate
1921         // a folding opportunity.
1922         Interesting = true;
1923       }
1924     }
1925   }
1926
1927   return Interesting;
1928 }
1929
1930 namespace {
1931   struct APIntCompare {
1932     bool operator()(const APInt &LHS, const APInt &RHS) const {
1933       return LHS.ult(RHS);
1934     }
1935   };
1936 }
1937
1938 // We're trying to construct a SCEV of type `Type' with `Ops' as operands and
1939 // `OldFlags' as can't-wrap behavior.  Infer a more aggressive set of
1940 // can't-overflow flags for the operation if possible.
1941 static SCEV::NoWrapFlags
1942 StrengthenNoWrapFlags(ScalarEvolution *SE, SCEVTypes Type,
1943                       const SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1944                       SCEV::NoWrapFlags OldFlags) {
1945   using namespace std::placeholders;
1946
1947   bool CanAnalyze =
1948       Type == scAddExpr || Type == scAddRecExpr || Type == scMulExpr;
1949   (void)CanAnalyze;
1950   assert(CanAnalyze && "don't call from other places!");
1951
1952   int SignOrUnsignMask = SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW;
1953   SCEV::NoWrapFlags SignOrUnsignWrap =
1954       ScalarEvolution::maskFlags(OldFlags, SignOrUnsignMask);
1955
1956   // If FlagNSW is true and all the operands are non-negative, infer FlagNUW.
1957   auto IsKnownNonNegative =
1958     std::bind(std::mem_fn(&ScalarEvolution::isKnownNonNegative), SE, _1);
1959
1960   if (SignOrUnsignWrap == SCEV::FlagNSW &&
1961       std::all_of(Ops.begin(), Ops.end(), IsKnownNonNegative))
1962     return ScalarEvolution::setFlags(OldFlags,
1963                                      (SCEV::NoWrapFlags)SignOrUnsignMask);
1964
1965   return OldFlags;
1966 }
1967
1968 /// getAddExpr - Get a canonical add expression, or something simpler if
1969 /// possible.
1970 const SCEV *ScalarEvolution::getAddExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1971                                         SCEV::NoWrapFlags Flags) {
1972   assert(!(Flags & ~(SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW)) &&
1973          "only nuw or nsw allowed");
1974   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
1975   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1976 #ifndef NDEBUG
1977   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
1978   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1979     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
1980            "SCEVAddExpr operand types don't match!");
1981 #endif
1982
1983   Flags = StrengthenNoWrapFlags(this, scAddExpr, Ops, Flags);
1984
1985   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1986   GroupByComplexity(Ops, LI);
1987
1988   // If there are any constants, fold them together.
1989   unsigned Idx = 0;
1990   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1991     ++Idx;
1992     assert(Idx < Ops.size());
1993     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1994       // We found two constants, fold them together!
1995       Ops[0] = getConstant(LHSC->getValue()->getValue() +
1996                            RHSC->getValue()->getValue());
1997       if (Ops.size() == 2) return Ops[0];
1998       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1999       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2000     }
2001
2002     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
2003     if (LHSC->getValue()->isZero()) {
2004       Ops.erase(Ops.begin());
2005       --Idx;
2006     }
2007
2008     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2009   }
2010
2011   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list more than
2012   // once.  If so, merge them together into an multiply expression.  Since we
2013   // sorted the list, these values are required to be adjacent.
2014   Type *Ty = Ops[0]->getType();
2015   bool FoundMatch = false;
2016   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-1; ++i)
2017     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
2018       // Scan ahead to count how many equal operands there are.
2019       unsigned Count = 2;
2020       while (i+Count != e && Ops[i+Count] == Ops[i])
2021         ++Count;
2022       // Merge the values into a multiply.
2023       const SCEV *Scale = getConstant(Ty, Count);
2024       const SCEV *Mul = getMulExpr(Scale, Ops[i]);
2025       if (Ops.size() == Count)
2026         return Mul;
2027       Ops[i] = Mul;
2028       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+Count);
2029       --i; e -= Count - 1;
2030       FoundMatch = true;
2031     }
2032   if (FoundMatch)
2033     return getAddExpr(Ops, Flags);
2034
2035   // Check for truncates. If all the operands are truncated from the same
2036   // type, see if factoring out the truncate would permit the result to be
2037   // folded. eg., trunc(x) + m*trunc(n) --> trunc(x + trunc(m)*n)
2038   // if the contents of the resulting outer trunc fold to something simple.
2039   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
2040     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]);
2041     Type *DstType = Trunc->getType();
2042     Type *SrcType = Trunc->getOperand()->getType();
2043     SmallVector<const SCEV *, 8> LargeOps;
2044     bool Ok = true;
2045     // Check all the operands to see if they can be represented in the
2046     // source type of the truncate.
2047     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
2048       if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[i])) {
2049         if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
2050           Ok = false;
2051           break;
2052         }
2053         LargeOps.push_back(T->getOperand());
2054       } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
2055         LargeOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
2056       } else if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i])) {
2057         SmallVector<const SCEV *, 8> LargeMulOps;
2058         for (unsigned j = 0, f = M->getNumOperands(); j != f && Ok; ++j) {
2059           if (const SCEVTruncateExpr *T =
2060                 dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(M->getOperand(j))) {
2061             if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
2062               Ok = false;
2063               break;
2064             }
2065             LargeMulOps.push_back(T->getOperand());
2066           } else if (const SCEVConstant *C =
2067                        dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(j))) {
2068             LargeMulOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
2069           } else {
2070             Ok = false;
2071             break;
2072           }
2073         }
2074         if (Ok)
2075           LargeOps.push_back(getMulExpr(LargeMulOps));
2076       } else {
2077         Ok = false;
2078         break;
2079       }
2080     }
2081     if (Ok) {
2082       // Evaluate the expression in the larger type.
2083       const SCEV *Fold = getAddExpr(LargeOps, Flags);
2084       // If it folds to something simple, use it. Otherwise, don't.
2085       if (isa<SCEVConstant>(Fold) || isa<SCEVUnknown>(Fold))
2086         return getTruncateExpr(Fold, DstType);
2087     }
2088   }
2089
2090   // Skip past any other cast SCEVs.
2091   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
2092     ++Idx;
2093
2094   // If there are add operands they would be next.
2095   if (Idx < Ops.size()) {
2096     bool DeletedAdd = false;
2097     while (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
2098       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
2099       // list.
2100       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2101       Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
2102       DeletedAdd = true;
2103     }
2104
2105     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
2106     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
2107     // any operands we just acquired.
2108     if (DeletedAdd)
2109       return getAddExpr(Ops);
2110   }
2111
2112   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
2113   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
2114     ++Idx;
2115
2116   // Check to see if there are any folding opportunities present with
2117   // operands multiplied by constant values.
2118   if (Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
2119     uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(Ty);
2120     DenseMap<const SCEV *, APInt> M;
2121     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
2122     APInt AccumulatedConstant(BitWidth, 0);
2123     if (CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
2124                                      Ops.data(), Ops.size(),
2125                                      APInt(BitWidth, 1), *this)) {
2126       // Some interesting folding opportunity is present, so its worthwhile to
2127       // re-generate the operands list. Group the operands by constant scale,
2128       // to avoid multiplying by the same constant scale multiple times.
2129       std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare> MulOpLists;
2130       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = NewOps.begin(),
2131            E = NewOps.end(); I != E; ++I)
2132         MulOpLists[M.find(*I)->second].push_back(*I);
2133       // Re-generate the operands list.
2134       Ops.clear();
2135       if (AccumulatedConstant != 0)
2136         Ops.push_back(getConstant(AccumulatedConstant));
2137       for (std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare>::iterator
2138            I = MulOpLists.begin(), E = MulOpLists.end(); I != E; ++I)
2139         if (I->first != 0)
2140           Ops.push_back(getMulExpr(getConstant(I->first),
2141                                    getAddExpr(I->second)));
2142       if (Ops.empty())
2143         return getConstant(Ty, 0);
2144       if (Ops.size() == 1)
2145         return Ops[0];
2146       return getAddExpr(Ops);
2147     }
2148   }
2149
2150   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
2151   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
2152   // the multiply.
2153   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
2154     const SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
2155     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
2156       const SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
2157       if (isa<SCEVConstant>(MulOpSCEV))
2158         continue;
2159       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
2160         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp]) {
2161           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
2162           const SCEV *InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
2163           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
2164             // If the multiply has more than two operands, we must get the
2165             // Y*Z term.
2166             SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
2167                                                 Mul->op_begin()+MulOp);
2168             MulOps.append(Mul->op_begin()+MulOp+1, Mul->op_end());
2169             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
2170           }
2171           const SCEV *One = getConstant(Ty, 1);
2172           const SCEV *AddOne = getAddExpr(One, InnerMul);
2173           const SCEV *OuterMul = getMulExpr(AddOne, MulOpSCEV);
2174           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
2175           if (AddOp < Idx) {
2176             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
2177             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
2178           } else {
2179             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2180             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
2181           }
2182           Ops.push_back(OuterMul);
2183           return getAddExpr(Ops);
2184         }
2185
2186       // Check this multiply against other multiplies being added together.
2187       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
2188            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
2189            ++OtherMulIdx) {
2190         const SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
2191         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
2192         // together.
2193         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
2194              OMulOp != e; ++OMulOp)
2195           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
2196             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
2197             const SCEV *InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
2198             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
2199               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
2200                                                   Mul->op_begin()+MulOp);
2201               MulOps.append(Mul->op_begin()+MulOp+1, Mul->op_end());
2202               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
2203             }
2204             const SCEV *InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
2205             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
2206               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(OtherMul->op_begin(),
2207                                                   OtherMul->op_begin()+OMulOp);
2208               MulOps.append(OtherMul->op_begin()+OMulOp+1, OtherMul->op_end());
2209               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
2210             }
2211             const SCEV *InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
2212             const SCEV *OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
2213             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
2214             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2215             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
2216             Ops.push_back(OuterMul);
2217             return getAddExpr(Ops);
2218           }
2219       }
2220     }
2221   }
2222
2223   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
2224   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
2225   // recurrence.
2226   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
2227     ++Idx;
2228
2229   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
2230   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
2231     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
2232     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
2233     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
2234     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
2235     const Loop *AddRecLoop = AddRec->getLoop();
2236     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2237       if (isLoopInvariant(Ops[i], AddRecLoop)) {
2238         LIOps.push_back(Ops[i]);
2239         Ops.erase(Ops.begin()+i);
2240         --i; --e;
2241       }
2242
2243     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
2244     if (!LIOps.empty()) {
2245       //  NLI + LI + {Start,+,Step}  -->  NLI + {LI+Start,+,Step}
2246       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
2247
2248       SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
2249                                              AddRec->op_end());
2250       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
2251
2252       // Build the new addrec. Propagate the NUW and NSW flags if both the
2253       // outer add and the inner addrec are guaranteed to have no overflow.
2254       // Always propagate NW.
2255       Flags = AddRec->getNoWrapFlags(setFlags(Flags, SCEV::FlagNW));
2256       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRecLoop, Flags);
2257
2258       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
2259       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
2260
2261       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-invariant parts.
2262       for (unsigned i = 0;; ++i)
2263         if (Ops[i] == AddRec) {
2264           Ops[i] = NewRec;
2265           break;
2266         }
2267       return getAddExpr(Ops);
2268     }
2269
2270     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
2271     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
2272     // added together.  If so, we can fold them.
2273     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
2274          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
2275          ++OtherIdx)
2276       if (AddRecLoop == cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx])->getLoop()) {
2277         // Other + {A,+,B}<L> + {C,+,D}<L>  -->  Other + {A+C,+,B+D}<L>
2278         SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
2279                                                AddRec->op_end());
2280         for (; OtherIdx != Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
2281              ++OtherIdx)
2282           if (const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec =
2283                 dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]))
2284             if (OtherAddRec->getLoop() == AddRecLoop) {
2285               for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands();
2286                    i != e; ++i) {
2287                 if (i >= AddRecOps.size()) {
2288                   AddRecOps.append(OtherAddRec->op_begin()+i,
2289                                    OtherAddRec->op_end());
2290                   break;
2291                 }
2292                 AddRecOps[i] = getAddExpr(AddRecOps[i],
2293                                           OtherAddRec->getOperand(i));
2294               }
2295               Ops.erase(Ops.begin() + OtherIdx); --OtherIdx;
2296             }
2297         // Step size has changed, so we cannot guarantee no self-wraparound.
2298         Ops[Idx] = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRecLoop, SCEV::FlagAnyWrap);
2299         return getAddExpr(Ops);
2300       }
2301
2302     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
2303     // next one.
2304   }
2305
2306   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
2307   // already have one, otherwise create a new one.
2308   FoldingSetNodeID ID;
2309   ID.AddInteger(scAddExpr);
2310   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2311     ID.AddPointer(Ops[i]);
2312   void *IP = nullptr;
2313   SCEVAddExpr *S =
2314     static_cast<SCEVAddExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2315   if (!S) {
2316     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2317     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2318     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2319                                         O, Ops.size());
2320     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2321   }
2322   S->setNoWrapFlags(Flags);
2323   return S;
2324 }
2325
2326 static uint64_t umul_ov(uint64_t i, uint64_t j, bool &Overflow) {
2327   uint64_t k = i*j;
2328   if (j > 1 && k / j != i) Overflow = true;
2329   return k;
2330 }
2331
2332 /// Compute the result of "n choose k", the binomial coefficient.  If an
2333 /// intermediate computation overflows, Overflow will be set and the return will
2334 /// be garbage. Overflow is not cleared on absence of overflow.
2335 static uint64_t Choose(uint64_t n, uint64_t k, bool &Overflow) {
2336   // We use the multiplicative formula:
2337   //     n(n-1)(n-2)...(n-(k-1)) / k(k-1)(k-2)...1 .
2338   // At each iteration, we take the n-th term of the numeral and divide by the
2339   // (k-n)th term of the denominator.  This division will always produce an
2340   // integral result, and helps reduce the chance of overflow in the
2341   // intermediate computations. However, we can still overflow even when the
2342   // final result would fit.
2343
2344   if (n == 0 || n == k) return 1;
2345   if (k > n) return 0;
2346
2347   if (k > n/2)
2348     k = n-k;
2349
2350   uint64_t r = 1;
2351   for (uint64_t i = 1; i <= k; ++i) {
2352     r = umul_ov(r, n-(i-1), Overflow);
2353     r /= i;
2354   }
2355   return r;
2356 }
2357
2358 /// Determine if any of the operands in this SCEV are a constant or if
2359 /// any of the add or multiply expressions in this SCEV contain a constant.
2360 static bool containsConstantSomewhere(const SCEV *StartExpr) {
2361   SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
2362   Ops.push_back(StartExpr);
2363   while (!Ops.empty()) {
2364     const SCEV *CurrentExpr = Ops.pop_back_val();
2365     if (isa<SCEVConstant>(*CurrentExpr))
2366       return true;
2367
2368     if (isa<SCEVAddExpr>(*CurrentExpr) || isa<SCEVMulExpr>(*CurrentExpr)) {
2369       const auto *CurrentNAry = cast<SCEVNAryExpr>(CurrentExpr);
2370       Ops.append(CurrentNAry->op_begin(), CurrentNAry->op_end());
2371     }
2372   }
2373   return false;
2374 }
2375
2376 /// getMulExpr - Get a canonical multiply expression, or something simpler if
2377 /// possible.
2378 const SCEV *ScalarEvolution::getMulExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
2379                                         SCEV::NoWrapFlags Flags) {
2380   assert(Flags == maskFlags(Flags, SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW) &&
2381          "only nuw or nsw allowed");
2382   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
2383   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2384 #ifndef NDEBUG
2385   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
2386   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2387     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
2388            "SCEVMulExpr operand types don't match!");
2389 #endif
2390
2391   Flags = StrengthenNoWrapFlags(this, scMulExpr, Ops, Flags);
2392
2393   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2394   GroupByComplexity(Ops, LI);
2395
2396   // If there are any constants, fold them together.
2397   unsigned Idx = 0;
2398   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2399
2400     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
2401     if (Ops.size() == 2)
2402         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
2403           // If any of Add's ops are Adds or Muls with a constant,
2404           // apply this transformation as well.
2405           if (Add->getNumOperands() == 2)
2406             if (containsConstantSomewhere(Add))
2407               return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
2408                                 getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
2409
2410     ++Idx;
2411     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2412       // We found two constants, fold them together!
2413       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2414                                            LHSC->getValue()->getValue() *
2415                                            RHSC->getValue()->getValue());
2416       Ops[0] = getConstant(Fold);
2417       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2418       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2419       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2420     }
2421
2422     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
2423     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
2424       Ops.erase(Ops.begin());
2425       --Idx;
2426     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
2427       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
2428       return Ops[0];
2429     } else if (Ops[0]->isAllOnesValue()) {
2430       // If we have a mul by -1 of an add, try distributing the -1 among the
2431       // add operands.
2432       if (Ops.size() == 2) {
2433         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1])) {
2434           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
2435           bool AnyFolded = false;
2436           for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = Add->op_begin(),
2437                  E = Add->op_end(); I != E; ++I) {
2438             const SCEV *Mul = getMulExpr(Ops[0], *I);
2439             if (!isa<SCEVMulExpr>(Mul)) AnyFolded = true;
2440             NewOps.push_back(Mul);
2441           }
2442           if (AnyFolded)
2443             return getAddExpr(NewOps);
2444         }
2445         else if (const SCEVAddRecExpr *
2446                  AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[1])) {
2447           // Negation preserves a recurrence's no self-wrap property.
2448           SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2449           for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = AddRec->op_begin(),
2450                  E = AddRec->op_end(); I != E; ++I) {
2451             Operands.push_back(getMulExpr(Ops[0], *I));
2452           }
2453           return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop(),
2454                                AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
2455         }
2456       }
2457     }
2458
2459     if (Ops.size() == 1)
2460       return Ops[0];
2461   }
2462
2463   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
2464   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
2465     ++Idx;
2466
2467   // If there are mul operands inline them all into this expression.
2468   if (Idx < Ops.size()) {
2469     bool DeletedMul = false;
2470     while (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
2471       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
2472       // list.
2473       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2474       Ops.append(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
2475       DeletedMul = true;
2476     }
2477
2478     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
2479     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
2480     // any operands we just acquired.
2481     if (DeletedMul)
2482       return getMulExpr(Ops);
2483   }
2484
2485   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
2486   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
2487   // recurrence.
2488   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
2489     ++Idx;
2490
2491   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
2492   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
2493     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
2494     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
2495     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
2496     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
2497     const Loop *AddRecLoop = AddRec->getLoop();
2498     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2499       if (isLoopInvariant(Ops[i], AddRecLoop)) {
2500         LIOps.push_back(Ops[i]);
2501         Ops.erase(Ops.begin()+i);
2502         --i; --e;
2503       }
2504
2505     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
2506     if (!LIOps.empty()) {
2507       //  NLI * LI * {Start,+,Step}  -->  NLI * {LI*Start,+,LI*Step}
2508       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
2509       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
2510       const SCEV *Scale = getMulExpr(LIOps);
2511       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
2512         NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
2513
2514       // Build the new addrec. Propagate the NUW and NSW flags if both the
2515       // outer mul and the inner addrec are guaranteed to have no overflow.
2516       //
2517       // No self-wrap cannot be guaranteed after changing the step size, but
2518       // will be inferred if either NUW or NSW is true.
2519       Flags = AddRec->getNoWrapFlags(clearFlags(Flags, SCEV::FlagNW));
2520       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRecLoop, Flags);
2521
2522       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
2523       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
2524
2525       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-invariant parts.
2526       for (unsigned i = 0;; ++i)
2527         if (Ops[i] == AddRec) {
2528           Ops[i] = NewRec;
2529           break;
2530         }
2531       return getMulExpr(Ops);
2532     }
2533
2534     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
2535     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
2536     // multiplied together.  If so, we can fold them.
2537
2538     // {A1,+,A2,+,...,+,An}<L> * {B1,+,B2,+,...,+,Bn}<L>
2539     // = {x=1 in [ sum y=x..2x [ sum z=max(y-x, y-n)..min(x,n) [
2540     //       choose(x, 2x)*choose(2x-y, x-z)*A_{y-z}*B_z
2541     //   ]]],+,...up to x=2n}.
2542     // Note that the arguments to choose() are always integers with values
2543     // known at compile time, never SCEV objects.
2544     //
2545     // The implementation avoids pointless extra computations when the two
2546     // addrec's are of different length (mathematically, it's equivalent to
2547     // an infinite stream of zeros on the right).
2548     bool OpsModified = false;
2549     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
2550          OtherIdx != Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
2551          ++OtherIdx) {
2552       const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec =
2553         dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
2554       if (!OtherAddRec || OtherAddRec->getLoop() != AddRecLoop)
2555         continue;
2556
2557       bool Overflow = false;
2558       Type *Ty = AddRec->getType();
2559       bool LargerThan64Bits = getTypeSizeInBits(Ty) > 64;
2560       SmallVector<const SCEV*, 7> AddRecOps;
2561       for (int x = 0, xe = AddRec->getNumOperands() +
2562              OtherAddRec->getNumOperands() - 1; x != xe && !Overflow; ++x) {
2563         const SCEV *Term = getConstant(Ty, 0);
2564         for (int y = x, ye = 2*x+1; y != ye && !Overflow; ++y) {
2565           uint64_t Coeff1 = Choose(x, 2*x - y, Overflow);
2566           for (int z = std::max(y-x, y-(int)AddRec->getNumOperands()+1),
2567                  ze = std::min(x+1, (int)OtherAddRec->getNumOperands());
2568                z < ze && !Overflow; ++z) {
2569             uint64_t Coeff2 = Choose(2*x - y, x-z, Overflow);
2570             uint64_t Coeff;
2571             if (LargerThan64Bits)
2572               Coeff = umul_ov(Coeff1, Coeff2, Overflow);
2573             else
2574               Coeff = Coeff1*Coeff2;
2575             const SCEV *CoeffTerm = getConstant(Ty, Coeff);
2576             const SCEV *Term1 = AddRec->getOperand(y-z);
2577             const SCEV *Term2 = OtherAddRec->getOperand(z);
2578             Term = getAddExpr(Term, getMulExpr(CoeffTerm, Term1,Term2));
2579           }
2580         }
2581         AddRecOps.push_back(Term);
2582       }
2583       if (!Overflow) {
2584         const SCEV *NewAddRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRec->getLoop(),
2585                                               SCEV::FlagAnyWrap);
2586         if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
2587         Ops[Idx] = NewAddRec;
2588         Ops.erase(Ops.begin() + OtherIdx); --OtherIdx;
2589         OpsModified = true;
2590         AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec);
2591         if (!AddRec)
2592           break;
2593       }
2594     }
2595     if (OpsModified)
2596       return getMulExpr(Ops);
2597
2598     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
2599     // next one.
2600   }
2601
2602   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
2603   // already have one, otherwise create a new one.
2604   FoldingSetNodeID ID;
2605   ID.AddInteger(scMulExpr);
2606   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2607     ID.AddPointer(Ops[i]);
2608   void *IP = nullptr;
2609   SCEVMulExpr *S =
2610     static_cast<SCEVMulExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2611   if (!S) {
2612     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2613     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2614     S = new (SCEVAllocator) SCEVMulExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2615                                         O, Ops.size());
2616     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2617   }
2618   S->setNoWrapFlags(Flags);
2619   return S;
2620 }
2621
2622 /// getUDivExpr - Get a canonical unsigned division expression, or something
2623 /// simpler if possible.
2624 const SCEV *ScalarEvolution::getUDivExpr(const SCEV *LHS,
2625                                          const SCEV *RHS) {
2626   assert(getEffectiveSCEVType(LHS->getType()) ==
2627          getEffectiveSCEVType(RHS->getType()) &&
2628          "SCEVUDivExpr operand types don't match!");
2629
2630   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
2631     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
2632       return LHS;                               // X udiv 1 --> x
2633     // If the denominator is zero, the result of the udiv is undefined. Don't
2634     // try to analyze it, because the resolution chosen here may differ from
2635     // the resolution chosen in other parts of the compiler.
2636     if (!RHSC->getValue()->isZero()) {
2637       // Determine if the division can be folded into the operands of
2638       // its operands.
2639       // TODO: Generalize this to non-constants by using known-bits information.
2640       Type *Ty = LHS->getType();
2641       unsigned LZ = RHSC->getValue()->getValue().countLeadingZeros();
2642       unsigned MaxShiftAmt = getTypeSizeInBits(Ty) - LZ - 1;
2643       // For non-power-of-two values, effectively round the value up to the
2644       // nearest power of two.
2645       if (!RHSC->getValue()->getValue().isPowerOf2())
2646         ++MaxShiftAmt;
2647       IntegerType *ExtTy =
2648         IntegerType::get(getContext(), getTypeSizeInBits(Ty) + MaxShiftAmt);
2649       if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
2650         if (const SCEVConstant *Step =
2651             dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*this))) {
2652           // {X,+,N}/C --> {X/C,+,N/C} if safe and N/C can be folded.
2653           const APInt &StepInt = Step->getValue()->getValue();
2654           const APInt &DivInt = RHSC->getValue()->getValue();
2655           if (!StepInt.urem(DivInt) &&
2656               getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
2657               getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
2658                             getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
2659                             AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap)) {
2660             SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2661             for (unsigned i = 0, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
2662               Operands.push_back(getUDivExpr(AR->getOperand(i), RHS));
2663             return getAddRecExpr(Operands, AR->getLoop(),
2664                                  SCEV::FlagNW);
2665           }
2666           /// Get a canonical UDivExpr for a recurrence.
2667           /// {X,+,N}/C => {Y,+,N}/C where Y=X-(X%N). Safe when C%N=0.
2668           // We can currently only fold X%N if X is constant.
2669           const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStart());
2670           if (StartC && !DivInt.urem(StepInt) &&
2671               getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
2672               getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
2673                             getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
2674                             AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap)) {
2675             const APInt &StartInt = StartC->getValue()->getValue();
2676             const APInt &StartRem = StartInt.urem(StepInt);
2677             if (StartRem != 0)
2678               LHS = getAddRecExpr(getConstant(StartInt - StartRem), Step,
2679                                   AR->getLoop(), SCEV::FlagNW);
2680           }
2681         }
2682       // (A*B)/C --> A*(B/C) if safe and B/C can be folded.
2683       if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
2684         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2685         for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i)
2686           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(M->getOperand(i), ExtTy));
2687         if (getZeroExtendExpr(M, ExtTy) == getMulExpr(Operands))
2688           // Find an operand that's safely divisible.
2689           for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2690             const SCEV *Op = M->getOperand(i);
2691             const SCEV *Div = getUDivExpr(Op, RHSC);
2692             if (!isa<SCEVUDivExpr>(Div) && getMulExpr(Div, RHSC) == Op) {
2693               Operands = SmallVector<const SCEV *, 4>(M->op_begin(),
2694                                                       M->op_end());
2695               Operands[i] = Div;
2696               return getMulExpr(Operands);
2697             }
2698           }
2699       }
2700       // (A+B)/C --> (A/C + B/C) if safe and A/C and B/C can be folded.
2701       if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS)) {
2702         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2703         for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i)
2704           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(A->getOperand(i), ExtTy));
2705         if (getZeroExtendExpr(A, ExtTy) == getAddExpr(Operands)) {
2706           Operands.clear();
2707           for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2708             const SCEV *Op = getUDivExpr(A->getOperand(i), RHS);
2709             if (isa<SCEVUDivExpr>(Op) ||
2710                 getMulExpr(Op, RHS) != A->getOperand(i))
2711               break;
2712             Operands.push_back(Op);
2713           }
2714           if (Operands.size() == A->getNumOperands())
2715             return getAddExpr(Operands);
2716         }
2717       }
2718
2719       // Fold if both operands are constant.
2720       if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
2721         Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
2722         Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
2723         return getConstant(cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getUDiv(LHSCV,
2724                                                                    RHSCV)));
2725       }
2726     }
2727   }
2728
2729   FoldingSetNodeID ID;
2730   ID.AddInteger(scUDivExpr);
2731   ID.AddPointer(LHS);
2732   ID.AddPointer(RHS);
2733   void *IP = nullptr;
2734   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2735   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUDivExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2736                                              LHS, RHS);
2737   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2738   return S;
2739 }
2740
2741 static const APInt gcd(const SCEVConstant *C1, const SCEVConstant *C2) {
2742   APInt A = C1->getValue()->getValue().abs();
2743   APInt B = C2->getValue()->getValue().abs();
2744   uint32_t ABW = A.getBitWidth();
2745   uint32_t BBW = B.getBitWidth();
2746
2747   if (ABW > BBW)
2748     B = B.zext(ABW);
2749   else if (ABW < BBW)
2750     A = A.zext(BBW);
2751
2752   return APIntOps::GreatestCommonDivisor(A, B);
2753 }
2754
2755 /// getUDivExactExpr - Get a canonical unsigned division expression, or
2756 /// something simpler if possible. There is no representation for an exact udiv
2757 /// in SCEV IR, but we can attempt to remove factors from the LHS and RHS.
2758 /// We can't do this when it's not exact because the udiv may be clearing bits.
2759 const SCEV *ScalarEvolution::getUDivExactExpr(const SCEV *LHS,
2760                                               const SCEV *RHS) {
2761   // TODO: we could try to find factors in all sorts of things, but for now we
2762   // just deal with u/exact (multiply, constant). See SCEVDivision towards the
2763   // end of this file for inspiration.
2764
2765   const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS);
2766   if (!Mul)
2767     return getUDivExpr(LHS, RHS);
2768
2769   if (const SCEVConstant *RHSCst = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
2770     // If the mulexpr multiplies by a constant, then that constant must be the
2771     // first element of the mulexpr.
2772     if (const SCEVConstant *LHSCst =
2773             dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
2774       if (LHSCst == RHSCst) {
2775         SmallVector<const SCEV *, 2> Operands;
2776         Operands.append(Mul->op_begin() + 1, Mul->op_end());
2777         return getMulExpr(Operands);
2778       }
2779
2780       // We can't just assume that LHSCst divides RHSCst cleanly, it could be
2781       // that there's a factor provided by one of the other terms. We need to
2782       // check.
2783       APInt Factor = gcd(LHSCst, RHSCst);
2784       if (!Factor.isIntN(1)) {
2785         LHSCst = cast<SCEVConstant>(
2786             getConstant(LHSCst->getValue()->getValue().udiv(Factor)));
2787         RHSCst = cast<SCEVConstant>(
2788             getConstant(RHSCst->getValue()->getValue().udiv(Factor)));
2789         SmallVector<const SCEV *, 2> Operands;
2790         Operands.push_back(LHSCst);
2791         Operands.append(Mul->op_begin() + 1, Mul->op_end());
2792         LHS = getMulExpr(Operands);
2793         RHS = RHSCst;
2794         Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS);
2795         if (!Mul)
2796           return getUDivExactExpr(LHS, RHS);
2797       }
2798     }
2799   }
2800
2801   for (int i = 0, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2802     if (Mul->getOperand(i) == RHS) {
2803       SmallVector<const SCEV *, 2> Operands;
2804       Operands.append(Mul->op_begin(), Mul->op_begin() + i);
2805       Operands.append(Mul->op_begin() + i + 1, Mul->op_end());
2806       return getMulExpr(Operands);
2807     }
2808   }
2809
2810   return getUDivExpr(LHS, RHS);
2811 }
2812
2813 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
2814 /// Simplify the expression as much as possible.
2815 const SCEV *ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEV *Start, const SCEV *Step,
2816                                            const Loop *L,
2817                                            SCEV::NoWrapFlags Flags) {
2818   SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2819   Operands.push_back(Start);
2820   if (const SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
2821     if (StepChrec->getLoop() == L) {
2822       Operands.append(StepChrec->op_begin(), StepChrec->op_end());
2823       return getAddRecExpr(Operands, L, maskFlags(Flags, SCEV::FlagNW));
2824     }
2825
2826   Operands.push_back(Step);
2827   return getAddRecExpr(Operands, L, Flags);
2828 }
2829
2830 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
2831 /// Simplify the expression as much as possible.
2832 const SCEV *
2833 ScalarEvolution::getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
2834                                const Loop *L, SCEV::NoWrapFlags Flags) {
2835   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
2836 #ifndef NDEBUG
2837   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Operands[0]->getType());
2838   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2839     assert(getEffectiveSCEVType(Operands[i]->getType()) == ETy &&
2840            "SCEVAddRecExpr operand types don't match!");
2841   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2842     assert(isLoopInvariant(Operands[i], L) &&
2843            "SCEVAddRecExpr operand is not loop-invariant!");
2844 #endif
2845
2846   if (Operands.back()->isZero()) {
2847     Operands.pop_back();
2848     return getAddRecExpr(Operands, L, SCEV::FlagAnyWrap); // {X,+,0}  -->  X
2849   }
2850
2851   // It's tempting to want to call getMaxBackedgeTakenCount count here and
2852   // use that information to infer NUW and NSW flags. However, computing a
2853   // BE count requires calling getAddRecExpr, so we may not yet have a
2854   // meaningful BE count at this point (and if we don't, we'd be stuck
2855   // with a SCEVCouldNotCompute as the cached BE count).
2856
2857   Flags = StrengthenNoWrapFlags(this, scAddRecExpr, Operands, Flags);
2858
2859   // Canonicalize nested AddRecs in by nesting them in order of loop depth.
2860   if (const SCEVAddRecExpr *NestedAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Operands[0])) {
2861     const Loop *NestedLoop = NestedAR->getLoop();
2862     if (L->contains(NestedLoop) ?
2863         (L->getLoopDepth() < NestedLoop->getLoopDepth()) :
2864         (!NestedLoop->contains(L) &&
2865          DT->dominates(L->getHeader(), NestedLoop->getHeader()))) {
2866       SmallVector<const SCEV *, 4> NestedOperands(NestedAR->op_begin(),
2867                                                   NestedAR->op_end());
2868       Operands[0] = NestedAR->getStart();
2869       // AddRecs require their operands be loop-invariant with respect to their
2870       // loops. Don't perform this transformation if it would break this
2871       // requirement.
2872       bool AllInvariant = true;
2873       for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2874         if (!isLoopInvariant(Operands[i], L)) {
2875           AllInvariant = false;
2876           break;
2877         }
2878       if (AllInvariant) {
2879         // Create a recurrence for the outer loop with the same step size.
2880         //
2881         // The outer recurrence keeps its NW flag but only keeps NUW/NSW if the
2882         // inner recurrence has the same property.
2883         SCEV::NoWrapFlags OuterFlags =
2884           maskFlags(Flags, SCEV::FlagNW | NestedAR->getNoWrapFlags());
2885
2886         NestedOperands[0] = getAddRecExpr(Operands, L, OuterFlags);
2887         AllInvariant = true;
2888         for (unsigned i = 0, e = NestedOperands.size(); i != e; ++i)
2889           if (!isLoopInvariant(NestedOperands[i], NestedLoop)) {
2890             AllInvariant = false;
2891             break;
2892           }
2893         if (AllInvariant) {
2894           // Ok, both add recurrences are valid after the transformation.
2895           //
2896           // The inner recurrence keeps its NW flag but only keeps NUW/NSW if
2897           // the outer recurrence has the same property.
2898           SCEV::NoWrapFlags InnerFlags =
2899             maskFlags(NestedAR->getNoWrapFlags(), SCEV::FlagNW | Flags);
2900           return getAddRecExpr(NestedOperands, NestedLoop, InnerFlags);
2901         }
2902       }
2903       // Reset Operands to its original state.
2904       Operands[0] = NestedAR;
2905     }
2906   }
2907
2908   // Okay, it looks like we really DO need an addrec expr.  Check to see if we
2909   // already have one, otherwise create a new one.
2910   FoldingSetNodeID ID;
2911   ID.AddInteger(scAddRecExpr);
2912   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2913     ID.AddPointer(Operands[i]);
2914   ID.AddPointer(L);
2915   void *IP = nullptr;
2916   SCEVAddRecExpr *S =
2917     static_cast<SCEVAddRecExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2918   if (!S) {
2919     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Operands.size());
2920     std::uninitialized_copy(Operands.begin(), Operands.end(), O);
2921     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddRecExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2922                                            O, Operands.size(), L);
2923     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2924   }
2925   S->setNoWrapFlags(Flags);
2926   return S;
2927 }
2928
2929 const SCEV *
2930 ScalarEvolution::getGEPExpr(Type *PointeeType, const SCEV *BaseExpr,
2931                             const SmallVectorImpl<const SCEV *> &IndexExprs,
2932                             bool InBounds) {
2933   // getSCEV(Base)->getType() has the same address space as Base->getType()
2934   // because SCEV::getType() preserves the address space.
2935   Type *IntPtrTy = getEffectiveSCEVType(BaseExpr->getType());
2936   // FIXME(PR23527): Don't blindly transfer the inbounds flag from the GEP
2937   // instruction to its SCEV, because the Instruction may be guarded by control
2938   // flow and the no-overflow bits may not be valid for the expression in any
2939   // context.
2940   SCEV::NoWrapFlags Wrap = InBounds ? SCEV::FlagNSW : SCEV::FlagAnyWrap;
2941
2942   const SCEV *TotalOffset = getConstant(IntPtrTy, 0);
2943   // The address space is unimportant. The first thing we do on CurTy is getting
2944   // its element type.
2945   Type *CurTy = PointerType::getUnqual(PointeeType);
2946   for (const SCEV *IndexExpr : IndexExprs) {
2947     // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
2948     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(CurTy)) {
2949       // For a struct, add the member offset.
2950       ConstantInt *Index = cast<SCEVConstant>(IndexExpr)->getValue();
2951       unsigned FieldNo = Index->getZExtValue();
2952       const SCEV *FieldOffset = getOffsetOfExpr(IntPtrTy, STy, FieldNo);
2953
2954       // Add the field offset to the running total offset.
2955       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, FieldOffset);
2956
2957       // Update CurTy to the type of the field at Index.
2958       CurTy = STy->getTypeAtIndex(Index);
2959     } else {
2960       // Update CurTy to its element type.
2961       CurTy = cast<SequentialType>(CurTy)->getElementType();
2962       // For an array, add the element offset, explicitly scaled.
2963       const SCEV *ElementSize = getSizeOfExpr(IntPtrTy, CurTy);
2964       // Getelementptr indices are signed.
2965       IndexExpr = getTruncateOrSignExtend(IndexExpr, IntPtrTy);
2966
2967       // Multiply the index by the element size to compute the element offset.
2968       const SCEV *LocalOffset = getMulExpr(IndexExpr, ElementSize, Wrap);
2969
2970       // Add the element offset to the running total offset.
2971       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, LocalOffset);
2972     }
2973   }
2974
2975   // Add the total offset from all the GEP indices to the base.
2976   return getAddExpr(BaseExpr, TotalOffset, Wrap);
2977 }
2978
2979 const SCEV *ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEV *LHS,
2980                                          const SCEV *RHS) {
2981   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2982   Ops.push_back(LHS);
2983   Ops.push_back(RHS);
2984   return getSMaxExpr(Ops);
2985 }
2986
2987 const SCEV *
2988 ScalarEvolution::getSMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2989   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
2990   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2991 #ifndef NDEBUG
2992   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
2993   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2994     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
2995            "SCEVSMaxExpr operand types don't match!");
2996 #endif
2997
2998   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2999   GroupByComplexity(Ops, LI);
3000
3001   // If there are any constants, fold them together.
3002   unsigned Idx = 0;
3003   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
3004     ++Idx;
3005     assert(Idx < Ops.size());
3006     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
3007       // We found two constants, fold them together!
3008       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
3009                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
3010                                              RHSC->getValue()->getValue()));
3011       Ops[0] = getConstant(Fold);
3012       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
3013       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3014       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
3015     }
3016
3017     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
3018     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
3019       Ops.erase(Ops.begin());
3020       --Idx;
3021     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(true)) {
3022       // If we have an smax with a constant maximum-int, it will always be
3023       // maximum-int.
3024       return Ops[0];
3025     }
3026
3027     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3028   }
3029
3030   // Find the first SMax
3031   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
3032     ++Idx;
3033
3034   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
3035   // onto our operand list, and recurse to simplify.
3036   if (Idx < Ops.size()) {
3037     bool DeletedSMax = false;
3038     while (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
3039       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
3040       Ops.append(SMax->op_begin(), SMax->op_end());
3041       DeletedSMax = true;
3042     }
3043
3044     if (DeletedSMax)
3045       return getSMaxExpr(Ops);
3046   }
3047
3048   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
3049   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
3050   // be adjacent.
3051   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
3052     //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
3053     //  X smax Y         -->  X, if X is always greater than Y
3054     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
3055         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
3056       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
3057       --i; --e;
3058     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SLE, Ops[i], Ops[i+1])) {
3059       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
3060       --i; --e;
3061     }
3062
3063   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3064
3065   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
3066
3067   // Okay, it looks like we really DO need an smax expr.  Check to see if we
3068   // already have one, otherwise create a new one.
3069   FoldingSetNodeID ID;
3070   ID.AddInteger(scSMaxExpr);
3071   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
3072     ID.AddPointer(Ops[i]);
3073   void *IP = nullptr;
3074   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
3075   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
3076   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
3077   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
3078                                              O, Ops.size());
3079   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
3080   return S;
3081 }
3082
3083 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxExpr(const SCEV *LHS,
3084                                          const SCEV *RHS) {
3085   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
3086   Ops.push_back(LHS);
3087   Ops.push_back(RHS);
3088   return getUMaxExpr(Ops);
3089 }
3090
3091 const SCEV *
3092 ScalarEvolution::getUMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
3093   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty umax!");
3094   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3095 #ifndef NDEBUG
3096   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
3097   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
3098     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
3099            "SCEVUMaxExpr operand types don't match!");
3100 #endif
3101
3102   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
3103   GroupByComplexity(Ops, LI);
3104
3105   // If there are any constants, fold them together.
3106   unsigned Idx = 0;
3107   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
3108     ++Idx;
3109     assert(Idx < Ops.size());
3110     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
3111       // We found two constants, fold them together!
3112       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
3113                               APIntOps::umax(LHSC->getValue()->getValue(),
3114                                              RHSC->getValue()->getValue()));
3115       Ops[0] = getConstant(Fold);
3116       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
3117       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3118       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
3119     }
3120
3121     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
3122     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(false)) {
3123       Ops.erase(Ops.begin());
3124       --Idx;
3125     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(false)) {
3126       // If we have an umax with a constant maximum-int, it will always be
3127       // maximum-int.
3128       return Ops[0];
3129     }
3130
3131     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3132   }
3133
3134   // Find the first UMax
3135   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scUMaxExpr)
3136     ++Idx;
3137
3138   // Check to see if one of the operands is a UMax. If so, expand its operands
3139   // onto our operand list, and recurse to simplify.
3140   if (Idx < Ops.size()) {
3141     bool DeletedUMax = false;
3142     while (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(Ops[Idx])) {
3143       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
3144       Ops.append(UMax->op_begin(), UMax->op_end());
3145       DeletedUMax = true;
3146     }
3147
3148     if (DeletedUMax)
3149       return getUMaxExpr(Ops);
3150   }
3151
3152   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
3153   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
3154   // be adjacent.
3155   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
3156     //  X umax Y umax Y  -->  X umax Y
3157     //  X umax Y         -->  X, if X is always greater than Y
3158     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
3159         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_UGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
3160       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
3161       --i; --e;
3162     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_ULE, Ops[i], Ops[i+1])) {
3163       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
3164       --i; --e;
3165     }
3166
3167   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3168
3169   assert(!Ops.empty() && "Reduced umax down to nothing!");
3170
3171   // Okay, it looks like we really DO need a umax expr.  Check to see if we
3172   // already have one, otherwise create a new one.
3173   FoldingSetNodeID ID;
3174   ID.AddInteger(scUMaxExpr);
3175   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
3176     ID.AddPointer(Ops[i]);
3177   void *IP = nullptr;
3178   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
3179   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
3180   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
3181   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
3182                                              O, Ops.size());
3183   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
3184   return S;
3185 }
3186
3187 const SCEV *ScalarEvolution::getSMinExpr(const SCEV *LHS,
3188                                          const SCEV *RHS) {
3189   // ~smax(~x, ~y) == smin(x, y).
3190   return getNotSCEV(getSMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
3191 }
3192
3193 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinExpr(const SCEV *LHS,
3194                                          const SCEV *RHS) {
3195   // ~umax(~x, ~y) == umin(x, y)
3196   return getNotSCEV(getUMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
3197 }
3198
3199 const SCEV *ScalarEvolution::getSizeOfExpr(Type *IntTy, Type *AllocTy) {
3200   // We can bypass creating a target-independent
3201   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
3202   // This is just a compile-time optimization.
3203   return getConstant(IntTy,
3204                      F->getParent()->getDataLayout().getTypeAllocSize(AllocTy));
3205 }
3206
3207 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(Type *IntTy,
3208                                              StructType *STy,
3209                                              unsigned FieldNo) {
3210   // We can bypass creating a target-independent
3211   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
3212   // This is just a compile-time optimization.
3213   return getConstant(
3214       IntTy,
3215       F->getParent()->getDataLayout().getStructLayout(STy)->getElementOffset(
3216           FieldNo));
3217 }
3218
3219 const SCEV *ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
3220   // Don't attempt to do anything other than create a SCEVUnknown object
3221   // here.  createSCEV only calls getUnknown after checking for all other
3222   // interesting possibilities, and any other code that calls getUnknown
3223   // is doing so in order to hide a value from SCEV canonicalization.
3224
3225   FoldingSetNodeID ID;
3226   ID.AddInteger(scUnknown);
3227   ID.AddPointer(V);
3228   void *IP = nullptr;
3229   if (SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) {
3230     assert(cast<SCEVUnknown>(S)->getValue() == V &&
3231            "Stale SCEVUnknown in uniquing map!");
3232     return S;
3233   }
3234   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUnknown(ID.Intern(SCEVAllocator), V, this,
3235                                             FirstUnknown);
3236   FirstUnknown = cast<SCEVUnknown>(S);
3237   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
3238   return S;
3239 }
3240
3241 //===----------------------------------------------------------------------===//
3242 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
3243 //
3244
3245 /// isSCEVable - Test if values of the given type are analyzable within
3246 /// the SCEV framework. This primarily includes integer types, and it
3247 /// can optionally include pointer types if the ScalarEvolution class
3248 /// has access to target-specific information.
3249 bool ScalarEvolution::isSCEVable(Type *Ty) const {
3250   // Integers and pointers are always SCEVable.
3251   return Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy();
3252 }
3253
3254 /// getTypeSizeInBits - Return the size in bits of the specified type,
3255 /// for which isSCEVable must return true.
3256 uint64_t ScalarEvolution::getTypeSizeInBits(Type *Ty) const {
3257   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
3258   return F->getParent()->getDataLayout().getTypeSizeInBits(Ty);
3259 }
3260
3261 /// getEffectiveSCEVType - Return a type with the same bitwidth as
3262 /// the given type and which represents how SCEV will treat the given
3263 /// type, for which isSCEVable must return true. For pointer types,
3264 /// this is the pointer-sized integer type.
3265 Type *ScalarEvolution::getEffectiveSCEVType(Type *Ty) const {
3266   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
3267
3268   if (Ty->isIntegerTy()) {
3269     return Ty;
3270   }
3271
3272   // The only other support type is pointer.
3273   assert(Ty->isPointerTy() && "Unexpected non-pointer non-integer type!");
3274   return F->getParent()->getDataLayout().getIntPtrType(Ty);
3275 }
3276
3277 const SCEV *ScalarEvolution::getCouldNotCompute() {
3278   return &CouldNotCompute;
3279 }
3280
3281 namespace {
3282   // Helper class working with SCEVTraversal to figure out if a SCEV contains
3283   // a SCEVUnknown with null value-pointer. FindInvalidSCEVUnknown::FindOne
3284   // is set iff if find such SCEVUnknown.
3285   //
3286   struct FindInvalidSCEVUnknown {
3287     bool FindOne;
3288     FindInvalidSCEVUnknown() { FindOne = false; }
3289     bool follow(const SCEV *S) {
3290       switch (static_cast<SCEVTypes>(S->getSCEVType())) {
3291       case scConstant:
3292         return false;
3293       case scUnknown:
3294         if (!cast<SCEVUnknown>(S)->getValue())
3295           FindOne = true;
3296         return false;
3297       default:
3298         return true;
3299       }
3300     }
3301     bool isDone() const { return FindOne; }
3302   };
3303 }
3304
3305 bool ScalarEvolution::checkValidity(const SCEV *S) const {
3306   FindInvalidSCEVUnknown F;
3307   SCEVTraversal<FindInvalidSCEVUnknown> ST(F);
3308   ST.visitAll(S);
3309
3310   return !F.FindOne;
3311 }
3312
3313 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
3314 /// expression and create a new one.
3315 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) {
3316   assert(isSCEVable(V->getType()) && "Value is not SCEVable!");
3317
3318   ValueExprMapType::iterator I = ValueExprMap.find_as(V);
3319   if (I != ValueExprMap.end()) {
3320     const SCEV *S = I->second;
3321     if (checkValidity(S))
3322       return S;
3323     else
3324       ValueExprMap.erase(I);
3325   }
3326   const SCEV *S = createSCEV(V);
3327
3328   // The process of creating a SCEV for V may have caused other SCEVs
3329   // to have been created, so it's necessary to insert the new entry
3330   // from scratch, rather than trying to remember the insert position
3331   // above.
3332   ValueExprMap.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(V, this), S));
3333   return S;
3334 }
3335
3336 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
3337 ///
3338 const SCEV *ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEV *V) {
3339   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
3340     return getConstant(
3341                cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue())));
3342
3343   Type *Ty = V->getType();
3344   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
3345   return getMulExpr(V,
3346                   getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty))));
3347 }
3348
3349 /// getNotSCEV - Return a SCEV corresponding to ~V = -1-V
3350 const SCEV *ScalarEvolution::getNotSCEV(const SCEV *V) {
3351   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
3352     return getConstant(
3353                 cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(VC->getValue())));
3354
3355   Type *Ty = V->getType();
3356   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
3357   const SCEV *AllOnes =
3358                    getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty)));
3359   return getMinusSCEV(AllOnes, V);
3360 }
3361
3362 /// getMinusSCEV - Return LHS-RHS.  Minus is represented in SCEV as A+B*-1.
3363 const SCEV *ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
3364                                           SCEV::NoWrapFlags Flags) {
3365   assert(!maskFlags(Flags, SCEV::FlagNUW) && "subtraction does not have NUW");
3366
3367   // Fast path: X - X --> 0.
3368   if (LHS == RHS)
3369     return getConstant(LHS->getType(), 0);
3370
3371   // X - Y --> X + -Y.
3372   // X -(nsw || nuw) Y --> X + -Y.
3373   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS));
3374 }
3375
3376 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3377 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
3378 /// extended.
3379 const SCEV *
3380 ScalarEvolution::getTruncateOrZeroExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
3381   Type *SrcTy = V->getType();
3382   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3383          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3384          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
3385   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3386     return V;  // No conversion
3387   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
3388     return getTruncateExpr(V, Ty);
3389   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
3390 }
3391
3392 /// getTruncateOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3393 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
3394 /// extended.
3395 const SCEV *
3396 ScalarEvolution::getTruncateOrSignExtend(const SCEV *V,
3397                                          Type *Ty) {
3398   Type *SrcTy = V->getType();
3399   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3400          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3401          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
3402   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3403     return V;  // No conversion
3404   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
3405     return getTruncateExpr(V, Ty);
3406   return getSignExtendExpr(V, Ty);
3407 }
3408
3409 /// getNoopOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3410 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
3411 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
3412 const SCEV *
3413 ScalarEvolution::getNoopOrZeroExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
3414   Type *SrcTy = V->getType();
3415   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3416          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3417          "Cannot noop or zero extend with non-integer arguments!");
3418   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
3419          "getNoopOrZeroExtend cannot truncate!");
3420   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3421     return V;  // No conversion
3422   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
3423 }
3424
3425 /// getNoopOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3426 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
3427 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
3428 const SCEV *
3429 ScalarEvolution::getNoopOrSignExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
3430   Type *SrcTy = V->getType();
3431   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3432          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3433          "Cannot noop or sign extend with non-integer arguments!");
3434   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
3435          "getNoopOrSignExtend cannot truncate!");
3436   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3437     return V;  // No conversion
3438   return getSignExtendExpr(V, Ty);
3439 }
3440
3441 /// getNoopOrAnyExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
3442 /// the input value to the specified type. If the type must be extended,
3443 /// it is extended with unspecified bits. The conversion must not be
3444 /// narrowing.
3445 const SCEV *
3446 ScalarEvolution::getNoopOrAnyExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
3447   Type *SrcTy = V->getType();
3448   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3449          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3450          "Cannot noop or any extend with non-integer arguments!");
3451   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
3452          "getNoopOrAnyExtend cannot truncate!");
3453   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3454     return V;  // No conversion
3455   return getAnyExtendExpr(V, Ty);
3456 }
3457
3458 /// getTruncateOrNoop - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3459 /// input value to the specified type.  The conversion must not be widening.
3460 const SCEV *
3461 ScalarEvolution::getTruncateOrNoop(const SCEV *V, Type *Ty) {
3462   Type *SrcTy = V->getType();
3463   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3464          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3465          "Cannot truncate or noop with non-integer arguments!");
3466   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) >= getTypeSizeInBits(Ty) &&
3467          "getTruncateOrNoop cannot extend!");
3468   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3469     return V;  // No conversion
3470   return getTruncateExpr(V, Ty);
3471 }
3472
3473 /// getUMaxFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
3474 /// the types using zero-extension, and then perform a umax operation
3475 /// with them.
3476 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
3477                                                         const SCEV *RHS) {
3478   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
3479   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
3480
3481   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
3482     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
3483   else
3484     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
3485
3486   return getUMaxExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
3487 }
3488
3489 /// getUMinFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
3490 /// the types using zero-extension, and then perform a umin operation
3491 /// with them.
3492 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
3493                                                         const SCEV *RHS) {
3494   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
3495   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
3496
3497   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
3498     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
3499   else
3500     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
3501
3502   return getUMinExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
3503 }
3504
3505 /// getPointerBase - Transitively follow the chain of pointer-type operands
3506 /// until reaching a SCEV that does not have a single pointer operand. This
3507 /// returns a SCEVUnknown pointer for well-formed pointer-type expressions,
3508 /// but corner cases do exist.
3509 const SCEV *ScalarEvolution::getPointerBase(const SCEV *V) {
3510   // A pointer operand may evaluate to a nonpointer expression, such as null.
3511   if (!V->getType()->isPointerTy())
3512     return V;
3513
3514   if (const SCEVCastExpr *Cast = dyn_cast<SCEVCastExpr>(V)) {
3515     return getPointerBase(Cast->getOperand());
3516   }
3517   else if (const SCEVNAryExpr *NAry = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(V)) {
3518     const SCEV *PtrOp = nullptr;
3519     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
3520          I != E; ++I) {
3521       if ((*I)->getType()->isPointerTy()) {
3522         // Cannot find the base of an expression with multiple pointer operands.
3523         if (PtrOp)
3524           return V;
3525         PtrOp = *I;
3526       }
3527     }
3528     if (!PtrOp)
3529       return V;
3530     return getPointerBase(PtrOp);
3531   }
3532   return V;
3533 }
3534
3535 /// PushDefUseChildren - Push users of the given Instruction
3536 /// onto the given Worklist.
3537 static void
3538 PushDefUseChildren(Instruction *I,
3539                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
3540   // Push the def-use children onto the Worklist stack.
3541   for (User *U : I->users())
3542     Worklist.push_back(cast<Instruction>(U));
3543 }
3544
3545 /// ForgetSymbolicValue - This looks up computed SCEV values for all
3546 /// instructions that depend on the given instruction and removes them from
3547 /// the ValueExprMapType map if they reference SymName. This is used during PHI
3548 /// resolution.
3549 void
3550 ScalarEvolution::ForgetSymbolicName(Instruction *PN, const SCEV *SymName) {
3551   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3552   PushDefUseChildren(PN, Worklist);
3553
3554   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3555   Visited.insert(PN);
3556   while (!Worklist.empty()) {
3557     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3558     if (!Visited.insert(I).second)
3559       continue;
3560
3561     ValueExprMapType::iterator It =
3562       ValueExprMap.find_as(static_cast<Value *>(I));
3563     if (It != ValueExprMap.end()) {
3564       const SCEV *Old = It->second;
3565
3566       // Short-circuit the def-use traversal if the symbolic name
3567       // ceases to appear in expressions.
3568       if (Old != SymName && !hasOperand(Old, SymName))
3569         continue;
3570
3571       // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
3572       // structure, it's a PHI that's in the progress of being computed
3573       // by createNodeForPHI, or it's a single-value PHI. In the first case,
3574       // additional loop trip count information isn't going to change anything.
3575       // In the second case, createNodeForPHI will perform the necessary
3576       // updates on its own when it gets to that point. In the third, we do
3577       // want to forget the SCEVUnknown.
3578       if (!isa<PHINode>(I) ||
3579           !isa<SCEVUnknown>(Old) ||
3580           (I != PN && Old == SymName)) {
3581         forgetMemoizedResults(Old);
3582         ValueExprMap.erase(It);
3583       }
3584     }
3585
3586     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3587   }
3588 }
3589
3590 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
3591 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
3592 ///
3593 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
3594   if (const Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent()))
3595     if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
3596       // The loop may have multiple entrances or multiple exits; we can analyze
3597       // this phi as an addrec if it has a unique entry value and a unique
3598       // backedge value.
3599       Value *BEValueV = nullptr, *StartValueV = nullptr;
3600       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
3601         Value *V = PN->getIncomingValue(i);
3602         if (L->contains(PN->getIncomingBlock(i))) {
3603           if (!BEValueV) {
3604             BEValueV = V;
3605           } else if (BEValueV != V) {
3606             BEValueV = nullptr;
3607             break;
3608           }
3609         } else if (!StartValueV) {
3610           StartValueV = V;
3611         } else if (StartValueV != V) {
3612           StartValueV = nullptr;
3613           break;
3614         }
3615       }
3616       if (BEValueV && StartValueV) {
3617         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
3618         const SCEV *SymbolicName = getUnknown(PN);
3619         assert(ValueExprMap.find_as(PN) == ValueExprMap.end() &&
3620                "PHI node already processed?");
3621         ValueExprMap.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(PN, this), SymbolicName));
3622
3623         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
3624         // the back-edge.
3625         const SCEV *BEValue = getSCEV(BEValueV);
3626
3627         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
3628         // has a special value for the first iteration of the loop.
3629
3630         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
3631         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
3632         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
3633           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
3634           // with a recurrence.
3635           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
3636           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3637             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
3638               if (FoundIndex == e) {
3639                 FoundIndex = i;
3640                 break;
3641               }
3642
3643           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
3644             // Create an add with everything but the specified operand.
3645             SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
3646             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3647               if (i != FoundIndex)
3648                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
3649             const SCEV *Accum = getAddExpr(Ops);
3650
3651             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
3652             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
3653             if (isLoopInvariant(Accum, L) ||
3654                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
3655                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
3656               SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap;
3657
3658               // If the increment doesn't overflow, then neither the addrec nor
3659               // the post-increment will overflow.
3660               if (const AddOperator *OBO = dyn_cast<AddOperator>(BEValueV)) {
3661                 if (OBO->getOperand(0) == PN) {
3662                   if (OBO->hasNoUnsignedWrap())
3663                     Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNUW);
3664                   if (OBO->hasNoSignedWrap())
3665                     Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNSW);
3666                 }
3667               } else if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(BEValueV)) {
3668                 // If the increment is an inbounds GEP, then we know the address
3669                 // space cannot be wrapped around. We cannot make any guarantee
3670                 // about signed or unsigned overflow because pointers are
3671                 // unsigned but we may have a negative index from the base
3672                 // pointer. We can guarantee that no unsigned wrap occurs if the
3673                 // indices form a positive value.
3674                 if (GEP->isInBounds() && GEP->getOperand(0) == PN) {
3675                   Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNW);
3676
3677                   const SCEV *Ptr = getSCEV(GEP->getPointerOperand());
3678                   if (isKnownPositive(getMinusSCEV(getSCEV(GEP), Ptr)))
3679                     Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNUW);
3680                 }
3681
3682                 // We cannot transfer nuw and nsw flags from subtraction
3683                 // operations -- sub nuw X, Y is not the same as add nuw X, -Y
3684                 // for instance.
3685               }
3686
3687               const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
3688               const SCEV *PHISCEV = getAddRecExpr(StartVal, Accum, L, Flags);
3689
3690               // Since the no-wrap flags are on the increment, they apply to the
3691               // post-incremented value as well.
3692               if (isLoopInvariant(Accum, L))
3693                 (void)getAddRecExpr(getAddExpr(StartVal, Accum),
3694                                     Accum, L, Flags);
3695
3696               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
3697               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
3698               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
3699               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
3700               ValueExprMap[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
3701               return PHISCEV;
3702             }
3703           }
3704         } else if (const SCEVAddRecExpr *AddRec =
3705                      dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
3706           // Otherwise, this could be a loop like this:
3707           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
3708           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
3709           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
3710           // i really is an addrec evolution.
3711           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
3712             const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
3713
3714             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
3715             // initial step of the addrec evolution.
3716             if (StartVal == getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
3717                                          AddRec->getOperand(1))) {
3718               // FIXME: For constant StartVal, we should be able to infer
3719               // no-wrap flags.
3720               const SCEV *PHISCEV =
3721                 getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1), L,
3722                               SCEV::FlagAnyWrap);
3723
3724               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
3725               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
3726               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
3727               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
3728               ValueExprMap[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
3729               return PHISCEV;
3730             }
3731           }
3732         }
3733       }
3734     }
3735
3736   // If the PHI has a single incoming value, follow that value, unless the
3737   // PHI's incoming blocks are in a different loop, in which case doing so
3738   // risks breaking LCSSA form. Instcombine would normally zap these, but
3739   // it doesn't have DominatorTree information, so it may miss cases.
3740   if (Value *V =
3741           SimplifyInstruction(PN, F->getParent()->getDataLayout(), TLI, DT, AC))
3742     if (LI->replacementPreservesLCSSAForm(PN, V))
3743       return getSCEV(V);
3744
3745   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
3746   return getUnknown(PN);
3747 }
3748
3749 /// createNodeForGEP - Expand GEP instructions into add and multiply
3750 /// operations. This allows them to be analyzed by regular SCEV code.
3751 ///
3752 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForGEP(GEPOperator *GEP) {
3753   Value *Base = GEP->getOperand(0);
3754   // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
3755   if (!Base->getType()->getPointerElementType()->isSized())
3756     return getUnknown(GEP);
3757
3758   SmallVector<const SCEV *, 4> IndexExprs;
3759   for (auto Index = GEP->idx_begin(); Index != GEP->idx_end(); ++Index)
3760     IndexExprs.push_back(getSCEV(*Index));
3761   return getGEPExpr(GEP->getSourceElementType(), getSCEV(Base), IndexExprs,
3762                     GEP->isInBounds());
3763 }
3764
3765 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
3766 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
3767 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
3768 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
3769 uint32_t
3770 ScalarEvolution::GetMinTrailingZeros(const SCEV *S) {
3771   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3772     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
3773
3774   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
3775     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand()),
3776                     (uint32_t)getTypeSizeInBits(T->getType()));
3777
3778   if (const SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3779     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
3780     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
3781              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
3782   }
3783
3784   if (const SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3785     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
3786     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
3787              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
3788   }
3789
3790   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3791     // The result is the min of all operands results.
3792     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
3793     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
3794       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
3795     return MinOpRes;
3796   }
3797
3798   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3799     // The result is the sum of all operands results.
3800     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
3801     uint32_t BitWidth = getTypeSizeInBits(M->getType());
3802     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
3803          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
3804       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)),
3805                           BitWidth);
3806     return SumOpRes;
3807   }
3808
3809   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3810     // The result is the min of all operands results.
3811     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
3812     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
3813       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
3814     return MinOpRes;
3815   }
3816
3817   if (const SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3818     // The result is the min of all operands results.
3819     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
3820     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
3821       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
3822     return MinOpRes;
3823   }
3824
3825   if (const SCEVUMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3826     // The result is the min of all operands results.
3827     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
3828     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
3829       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
3830     return MinOpRes;
3831   }
3832
3833   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3834     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3835     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
3836     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
3837     computeKnownBits(U->getValue(), Zeros, Ones,
3838                      F->getParent()->getDataLayout(), 0, AC, nullptr, DT);
3839     return Zeros.countTrailingOnes();
3840   }
3841
3842   // SCEVUDivExpr
3843   return 0;
3844 }
3845
3846 /// GetRangeFromMetadata - Helper method to assign a range to V from
3847 /// metadata present in the IR.
3848 static Optional<ConstantRange> GetRangeFromMetadata(Value *V) {
3849   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
3850     if (MDNode *MD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_range)) {
3851       ConstantRange TotalRange(
3852           cast<IntegerType>(I->getType())->getBitWidth(), false);
3853
3854       unsigned NumRanges = MD->getNumOperands() / 2;
3855       assert(NumRanges >= 1);
3856
3857       for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
3858         ConstantInt *Lower =
3859             mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(2 * i + 0));
3860         ConstantInt *Upper =
3861             mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(2 * i + 1));
3862         ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
3863         TotalRange = TotalRange.unionWith(Range);
3864       }
3865
3866       return TotalRange;
3867     }
3868   }
3869
3870   return None;
3871 }
3872
3873 /// getRange - Determine the range for a particular SCEV.  If SignHint is
3874 /// HINT_RANGE_UNSIGNED (resp. HINT_RANGE_SIGNED) then getRange prefers ranges
3875 /// with a "cleaner" unsigned (resp. signed) representation.
3876 ///
3877 ConstantRange
3878 ScalarEvolution::getRange(const SCEV *S,
3879                           ScalarEvolution::RangeSignHint SignHint) {
3880   DenseMap<const SCEV *, ConstantRange> &Cache =
3881       SignHint == ScalarEvolution::HINT_RANGE_UNSIGNED ? UnsignedRanges
3882                                                        : SignedRanges;
3883
3884   // See if we've computed this range already.
3885   DenseMap<const SCEV *, ConstantRange>::iterator I = Cache.find(S);
3886   if (I != Cache.end())
3887     return I->second;
3888
3889   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3890     return setRange(C, SignHint, ConstantRange(C->getValue()->getValue()));
3891
3892   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
3893   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
3894
3895   // If the value has known zeros, the maximum value will have those known zeros
3896   // as well.
3897   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
3898   if (TZ != 0) {
3899     if (SignHint == ScalarEvolution::HINT_RANGE_UNSIGNED)
3900       ConservativeResult =
3901           ConstantRange(APInt::getMinValue(BitWidth),
3902                         APInt::getMaxValue(BitWidth).lshr(TZ).shl(TZ) + 1);
3903     else
3904       ConservativeResult = ConstantRange(
3905           APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3906           APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(TZ).shl(TZ) + 1);
3907   }
3908
3909   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3910     ConstantRange X = getRange(Add->getOperand(0), SignHint);
3911     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3912       X = X.add(getRange(Add->getOperand(i), SignHint));
3913     return setRange(Add, SignHint, ConservativeResult.intersectWith(X));
3914   }
3915
3916   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3917     ConstantRange X = getRange(Mul->getOperand(0), SignHint);
3918     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
3919       X = X.multiply(getRange(Mul->getOperand(i), SignHint));
3920     return setRange(Mul, SignHint, ConservativeResult.intersectWith(X));
3921   }
3922
3923   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3924     ConstantRange X = getRange(SMax->getOperand(0), SignHint);
3925     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3926       X = X.smax(getRange(SMax->getOperand(i), SignHint));
3927     return setRange(SMax, SignHint, ConservativeResult.intersectWith(X));
3928   }
3929
3930   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3931     ConstantRange X = getRange(UMax->getOperand(0), SignHint);
3932     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3933       X = X.umax(getRange(UMax->getOperand(i), SignHint));
3934     return setRange(UMax, SignHint, ConservativeResult.intersectWith(X));
3935   }
3936
3937   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3938     ConstantRange X = getRange(UDiv->getLHS(), SignHint);
3939     ConstantRange Y = getRange(UDiv->getRHS(), SignHint);
3940     return setRange(UDiv, SignHint,
3941                     ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y)));
3942   }
3943
3944   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3945     ConstantRange X = getRange(ZExt->getOperand(), SignHint);
3946     return setRange(ZExt, SignHint,
3947                     ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth)));
3948   }
3949
3950   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3951     ConstantRange X = getRange(SExt->getOperand(), SignHint);
3952     return setRange(SExt, SignHint,
3953                     ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth)));
3954   }
3955
3956   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
3957     ConstantRange X = getRange(Trunc->getOperand(), SignHint);
3958     return setRange(Trunc, SignHint,
3959                     ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth)));
3960   }
3961
3962   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3963     // If there's no unsigned wrap, the value will never be less than its
3964     // initial value.
3965     if (AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW))
3966       if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getStart()))
3967         if (!C->getValue()->isZero())
3968           ConservativeResult =
3969             ConservativeResult.intersectWith(
3970               ConstantRange(C->getValue()->getValue(), APInt(BitWidth, 0)));
3971
3972     // If there's no signed wrap, and all the operands have the same sign or
3973     // zero, the value won't ever change sign.
3974     if (AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW)) {
3975       bool AllNonNeg = true;
3976       bool AllNonPos = true;
3977       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3978         if (!isKnownNonNegative(AddRec->getOperand(i))) AllNonNeg = false;
3979         if (!isKnownNonPositive(AddRec->getOperand(i))) AllNonPos = false;
3980       }
3981       if (AllNonNeg)
3982         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3983           ConstantRange(APInt(BitWidth, 0),
3984                         APInt::getSignedMinValue(BitWidth)));
3985       else if (AllNonPos)
3986         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3987           ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3988                         APInt(BitWidth, 1)));
3989     }
3990
3991     // TODO: non-affine addrec
3992     if (AddRec->isAffine()) {
3993       Type *Ty = AddRec->getType();
3994       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
3995       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
3996           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
3997
3998         // Check for overflow.  This must be done with ConstantRange arithmetic
3999         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
4000         // checking code.
4001
4002         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
4003         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
4004         ConstantRange ZExtMaxBECountRange =
4005             MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth * 2 + 1);
4006
4007         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
4008         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
4009         ConstantRange StepSRange = getSignedRange(Step);
4010         ConstantRange SExtStepSRange = StepSRange.sextOrTrunc(BitWidth * 2 + 1);
4011
4012         ConstantRange StartURange = getUnsignedRange(Start);
4013         ConstantRange EndURange =
4014             StartURange.add(MaxBECountRange.multiply(StepSRange));
4015
4016         // Check for unsigned overflow.
4017         ConstantRange ZExtStartURange =
4018             StartURange.zextOrTrunc(BitWidth * 2 + 1);
4019         ConstantRange ZExtEndURange = EndURange.zextOrTrunc(BitWidth * 2 + 1);
4020         if (ZExtStartURange.add(ZExtMaxBECountRange.multiply(SExtStepSRange)) ==
4021             ZExtEndURange) {
4022           APInt Min = APIntOps::umin(StartURange.getUnsignedMin(),
4023                                      EndURange.getUnsignedMin());
4024           APInt Max = APIntOps::umax(StartURange.getUnsignedMax(),
4025                                      EndURange.getUnsignedMax());
4026           bool IsFullRange = Min.isMinValue() && Max.isMaxValue();
4027           if (!IsFullRange)
4028             ConservativeResult =
4029                 ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max + 1));
4030         }
4031
4032         ConstantRange StartSRange = getSignedRange(Start);
4033         ConstantRange EndSRange =
4034             StartSRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepSRange));
4035
4036         // Check for signed overflow. This must be done with ConstantRange
4037         // arithmetic because we could be called from within the ScalarEvolution
4038         // overflow checking code.
4039         ConstantRange SExtStartSRange =
4040             StartSRange.sextOrTrunc(BitWidth * 2 + 1);
4041         ConstantRange SExtEndSRange = EndSRange.sextOrTrunc(BitWidth * 2 + 1);
4042         if (SExtStartSRange.add(ZExtMaxBECountRange.multiply(SExtStepSRange)) ==
4043             SExtEndSRange) {
4044           APInt Min = APIntOps::smin(StartSRange.getSignedMin(),
4045                                      EndSRange.getSignedMin());
4046           APInt Max = APIntOps::smax(StartSRange.getSignedMax(),
4047                                      EndSRange.getSignedMax());
4048           bool IsFullRange = Min.isMinSignedValue() && Max.isMaxSignedValue();
4049           if (!IsFullRange)
4050             ConservativeResult =
4051                 ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max + 1));
4052         }
4053       }
4054     }
4055
4056     return setRange(AddRec, SignHint, ConservativeResult);
4057   }
4058
4059   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
4060     // Check if the IR explicitly contains !range metadata.
4061     Optional<ConstantRange> MDRange = GetRangeFromMetadata(U->getValue());
4062     if (MDRange.hasValue())
4063       ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(MDRange.getValue());
4064
4065     // Split here to avoid paying the compile-time cost of calling both
4066     // computeKnownBits and ComputeNumSignBits.  This restriction can be lifted
4067     // if needed.
4068     const DataLayout &DL = F->getParent()->getDataLayout();
4069     if (SignHint == ScalarEvolution::HINT_RANGE_UNSIGNED) {
4070       // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
4071       APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
4072       computeKnownBits(U->getValue(), Zeros, Ones, DL, 0, AC, nullptr, DT);
4073       if (Ones != ~Zeros + 1)
4074         ConservativeResult =
4075             ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Ones, ~Zeros + 1));
4076     } else {
4077       assert(SignHint == ScalarEvolution::HINT_RANGE_SIGNED &&
4078              "generalize as needed!");
4079       unsigned NS = ComputeNumSignBits(U->getValue(), DL, 0, AC, nullptr, DT);
4080       if (NS > 1)
4081         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
4082             ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth).ashr(NS - 1),
4083                           APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(NS - 1) + 1));
4084     }
4085
4086     return setRange(U, SignHint, ConservativeResult);
4087   }
4088
4089   return setRange(S, SignHint, ConservativeResult);
4090 }
4091
4092 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
4093 /// Analyze the expression.
4094 ///
4095 const SCEV *ScalarEvolution::createSCEV(Value *V) {
4096   if (!isSCEVable(V->getType()))
4097     return getUnknown(V);
4098
4099   unsigned Opcode = Instruction::UserOp1;
4100   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
4101     Opcode = I->getOpcode();
4102
4103     // Don't attempt to analyze instructions in blocks that aren't
4104     // reachable. Such instructions don't matter, and they aren't required
4105     // to obey basic rules for definitions dominating uses which this
4106     // analysis depends on.
4107     if (!DT->isReachableFromEntry(I->getParent()))
4108       return getUnknown(V);
4109   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
4110     Opcode = CE->getOpcode();
4111   else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
4112     return getConstant(CI);
4113   else if (isa<ConstantPointerNull>(V))
4114     return getConstant(V->getType(), 0);
4115   else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V))
4116     return GA->mayBeOverridden() ? getUnknown(V) : getSCEV(GA->getAliasee());
4117   else
4118     return getUnknown(V);
4119
4120   Operator *U = cast<Operator>(V);
4121   switch (Opcode) {
4122   case Instruction::Add: {
4123     // The simple thing to do would be to just call getSCEV on both operands
4124     // and call getAddExpr with the result. However if we're looking at a
4125     // bunch of things all added together, this can be quite inefficient,
4126     // because it leads to N-1 getAddExpr calls for N ultimate operands.
4127     // Instead, gather up all the operands and make a single getAddExpr call.
4128     // LLVM IR canonical form means we need only traverse the left operands.
4129     //
4130     // Don't apply this instruction's NSW or NUW flags to the new
4131     // expression. The instruction may be guarded by control flow that the
4132     // no-wrap behavior depends on. Non-control-equivalent instructions can be
4133     // mapped to the same SCEV expression, and it would be incorrect to transfer
4134     // NSW/NUW semantics to those operations.
4135     SmallVector<const SCEV *, 4> AddOps;
4136     AddOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
4137     for (Value *Op = U->getOperand(0); ; Op = U->getOperand(0)) {
4138       unsigned Opcode = Op->getValueID() - Value::InstructionVal;
4139       if (Opcode != Instruction::Add && Opcode != Instruction::Sub)
4140         break;
4141       U = cast<Operator>(Op);
4142       const SCEV *Op1 = getSCEV(U->getOperand(1));
4143       if (Opcode == Instruction::Sub)
4144         AddOps.push_back(getNegativeSCEV(Op1));
4145       else
4146         AddOps.push_back(Op1);
4147     }
4148     AddOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(0)));
4149     return getAddExpr(AddOps);
4150   }
4151   case Instruction::Mul: {
4152     // Don't transfer NSW/NUW for the same reason as AddExpr.
4153     SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps;
4154     MulOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
4155     for (Value *Op = U->getOperand(0);
4156          Op->getValueID() == Instruction::Mul + Value::InstructionVal;
4157          Op = U->getOperand(0)) {
4158       U = cast<Operator>(Op);
4159       MulOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
4160     }
4161     MulOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(0)));
4162     return getMulExpr(MulOps);
4163   }
4164   case Instruction::UDiv:
4165     return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
4166                        getSCEV(U->getOperand(1)));
4167   case Instruction::Sub:
4168     return getMinusSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)),
4169                         getSCEV(U->getOperand(1)));
4170   case Instruction::And:
4171     // For an expression like x&255 that merely masks off the high bits,
4172     // use zext(trunc(x)) as the SCEV expression.
4173     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4174       if (CI->isNullValue())
4175         return getSCEV(U->getOperand(1));
4176       if (CI->isAllOnesValue())
4177         return getSCEV(U->getOperand(0));
4178       const APInt &A = CI->getValue();
4179
4180       // Instcombine's ShrinkDemandedConstant may strip bits out of
4181       // constants, obscuring what would otherwise be a low-bits mask.
4182       // Use computeKnownBits to compute what ShrinkDemandedConstant
4183       // knew about to reconstruct a low-bits mask value.
4184       unsigned LZ = A.countLeadingZeros();
4185       unsigned TZ = A.countTrailingZeros();
4186       unsigned BitWidth = A.getBitWidth();
4187       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
4188       computeKnownBits(U->getOperand(0), KnownZero, KnownOne,
4189                        F->getParent()->getDataLayout(), 0, AC, nullptr, DT);
4190
4191       APInt EffectiveMask =
4192           APInt::getLowBitsSet(BitWidth, BitWidth - LZ - TZ).shl(TZ);
4193       if ((LZ != 0 || TZ != 0) && !((~A & ~KnownZero) & EffectiveMask)) {
4194         const SCEV *MulCount = getConstant(
4195             ConstantInt::get(getContext(), APInt::getOneBitSet(BitWidth, TZ)));
4196         return getMulExpr(
4197             getZeroExtendExpr(
4198                 getTruncateExpr(
4199                     getUDivExactExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), MulCount),
4200                     IntegerType::get(getContext(), BitWidth - LZ - TZ)),
4201                 U->getType()),
4202             MulCount);
4203       }
4204     }
4205     break;
4206
4207   case Instruction::Or:
4208     // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
4209     // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
4210     // optimizations will transparently handle this case.
4211     //
4212     // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
4213     // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
4214     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4215       const SCEV *LHS = getSCEV(U->getOperand(0));
4216       const APInt &CIVal = CI->getValue();
4217       if (GetMinTrailingZeros(LHS) >=
4218           (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros())) {
4219         // Build a plain add SCEV.
4220         const SCEV *S = getAddExpr(LHS, getSCEV(CI));
4221         // If the LHS of the add was an addrec and it has no-wrap flags,
4222         // transfer the no-wrap flags, since an or won't introduce a wrap.
4223         if (const SCEVAddRecExpr *NewAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
4224           const SCEVAddRecExpr *OldAR = cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
4225           const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setNoWrapFlags(
4226             OldAR->getNoWrapFlags());
4227         }
4228         return S;
4229       }
4230     }
4231     break;
4232   case Instruction::Xor:
4233     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4234       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
4235       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
4236       if (CI->getValue().isSignBit())
4237         return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
4238                           getSCEV(U->getOperand(1)));
4239
4240       // If the RHS of xor is -1, then this is a not operation.
4241       if (CI->isAllOnesValue())
4242         return getNotSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)));
4243
4244       // Model xor(and(x, C), C) as and(~x, C), if C is a low-bits mask.
4245       // This is a variant of the check for xor with -1, and it handles
4246       // the case where instcombine has trimmed non-demanded bits out
4247       // of an xor with -1.
4248       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U->getOperand(0)))
4249         if (ConstantInt *LCI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
4250           if (BO->getOpcode() == Instruction::And &&
4251               LCI->getValue() == CI->getValue())
4252             if (const SCEVZeroExtendExpr *Z =
4253                   dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(getSCEV(U->getOperand(0)))) {
4254               Type *UTy = U->getType();
4255               const SCEV *Z0 = Z->getOperand();
4256               Type *Z0Ty = Z0->getType();
4257               unsigned Z0TySize = getTypeSizeInBits(Z0Ty);
4258
4259               // If C is a low-bits mask, the zero extend is serving to
4260               // mask off the high bits. Complement the operand and
4261               // re-apply the zext.
4262               if (APIntOps::isMask(Z0TySize, CI->getValue()))
4263                 return getZeroExtendExpr(getNotSCEV(Z0), UTy);
4264
4265               // If C is a single bit, it may be in the sign-bit position
4266               // before the zero-extend. In this case, represent the xor
4267               // using an add, which is equivalent, and re-apply the zext.
4268               APInt Trunc = CI->getValue().trunc(Z0TySize);
4269               if (Trunc.zext(getTypeSizeInBits(UTy)) == CI->getValue() &&
4270                   Trunc.isSignBit())
4271                 return getZeroExtendExpr(getAddExpr(Z0, getConstant(Trunc)),
4272                                          UTy);
4273             }
4274     }
4275     break;
4276
4277   case Instruction::Shl:
4278     // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
4279     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4280       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
4281
4282       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
4283       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
4284       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
4285       // other parts of the compiler.
4286       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
4287         break;
4288
4289       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
4290         APInt::getOneBitSet(BitWidth, SA->getZExtValue()));
4291       return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
4292     }
4293     break;
4294
4295   case Instruction::LShr:
4296     // Turn logical shift right of a constant into a unsigned divide.
4297     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4298       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
4299
4300       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
4301       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
4302       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
4303       // other parts of the compiler.
4304       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
4305         break;
4306
4307       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
4308         APInt::getOneBitSet(BitWidth, SA->getZExtValue()));
4309       return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
4310     }
4311     break;
4312
4313   case Instruction::AShr:
4314     // For a two-shift sext-inreg, use sext(trunc(x)) as the SCEV expression.
4315     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
4316       if (Operator *L = dyn_cast<Operator>(U->getOperand(0)))
4317         if (L->getOpcode() == Instruction::Shl &&
4318             L->getOperand(1) == U->getOperand(1)) {
4319           uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
4320
4321           // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
4322           // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
4323           // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
4324           // other parts of the compiler.
4325           if (CI->getValue().uge(BitWidth))
4326             break;
4327
4328           uint64_t Amt = BitWidth - CI->getZExtValue();
4329           if (Amt == BitWidth)
4330             return getSCEV(L->getOperand(0));       // shift by zero --> noop
4331           return
4332             getSignExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(L->getOperand(0)),
4333                                               IntegerType::get(getContext(),
4334                                                                Amt)),
4335                               U->getType());
4336         }
4337     break;
4338
4339   case Instruction::Trunc:
4340     return getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
4341
4342   case Instruction::ZExt:
4343     return getZeroExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
4344
4345   case Instruction::SExt:
4346     return getSignExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
4347
4348   case Instruction::BitCast:
4349     // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
4350     if (isSCEVable(U->getType()) && isSCEVable(U->getOperand(0)->getType()))
4351       return getSCEV(U->getOperand(0));
4352     break;
4353
4354   // It's tempting to handle inttoptr and ptrtoint as no-ops, however this can
4355   // lead to pointer expressions which cannot safely be expanded to GEPs,
4356   // because ScalarEvolution doesn't respect the GEP aliasing rules when
4357   // simplifying integer expressions.
4358
4359   case Instruction::GetElementPtr:
4360     return createNodeForGEP(cast<GEPOperator>(U));
4361
4362   case Instruction::PHI:
4363     return createNodeForPHI(cast<PHINode>(U));
4364
4365   case Instruction::Select:
4366     // This could be a smax or umax that was lowered earlier.
4367     // Try to recover it.
4368     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U->getOperand(0))) {
4369       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
4370       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
4371       switch (ICI->getPredicate()) {
4372       case ICmpInst::ICMP_SLT:
4373       case ICmpInst::ICMP_SLE:
4374         std::swap(LHS, RHS);
4375         // fall through
4376       case ICmpInst::ICMP_SGT:
4377       case ICmpInst::ICMP_SGE:
4378         // a >s b ? a+x : b+x  ->  smax(a, b)+x
4379         // a >s b ? b+x : a+x  ->  smin(a, b)+x
4380         if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <=
4381             getTypeSizeInBits(U->getType())) {
4382           const SCEV *LS = getNoopOrSignExtend(getSCEV(LHS), U->getType());
4383           const SCEV *RS = getNoopOrSignExtend(getSCEV(RHS), U->getType());
4384           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
4385           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
4386           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
4387           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
4388           if (LDiff == RDiff)
4389             return getAddExpr(getSMaxExpr(LS, RS), LDiff);
4390           LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
4391           RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
4392           if (LDiff == RDiff)
4393             return getAddExpr(getSMinExpr(LS, RS), LDiff);
4394         }
4395         break;
4396       case ICmpInst::ICMP_ULT:
4397       case ICmpInst::ICMP_ULE:
4398         std::swap(LHS, RHS);
4399         // fall through
4400       case ICmpInst::ICMP_UGT:
4401       case ICmpInst::ICMP_UGE:
4402         // a >u b ? a+x : b+x  ->  umax(a, b)+x
4403         // a >u b ? b+x : a+x  ->  umin(a, b)+x
4404         if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <=
4405             getTypeSizeInBits(U->getType())) {
4406           const SCEV *LS = getNoopOrZeroExtend(getSCEV(LHS), U->getType());
4407           const SCEV *RS = getNoopOrZeroExtend(getSCEV(RHS), U->getType());
4408           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
4409           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
4410           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
4411           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
4412           if (LDiff == RDiff)
4413             return getAddExpr(getUMaxExpr(LS, RS), LDiff);
4414           LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
4415           RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
4416           if (LDiff == RDiff)
4417             return getAddExpr(getUMinExpr(LS, RS), LDiff);
4418         }
4419         break;
4420       case ICmpInst::ICMP_NE:
4421         // n != 0 ? n+x : 1+x  ->  umax(n, 1)+x
4422         if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <=
4423                 getTypeSizeInBits(U->getType()) &&
4424             isa<ConstantInt>(RHS) && cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
4425           const SCEV *One = getConstant(U->getType(), 1);
4426           const SCEV *LS = getNoopOrZeroExtend(getSCEV(LHS), U->getType());
4427           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
4428           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
4429           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
4430           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, One);
4431           if (LDiff == RDiff)
4432             return getAddExpr(getUMaxExpr(One, LS), LDiff);
4433         }
4434         break;
4435       case ICmpInst::ICMP_EQ:
4436         // n == 0 ? 1+x : n+x  ->  umax(n, 1)+x
4437         if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <=
4438                 getTypeSizeInBits(U->getType()) &&
4439             isa<ConstantInt>(RHS) && cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
4440           const SCEV *One = getConstant(U->getType(), 1);
4441           const SCEV *LS = getNoopOrZeroExtend(getSCEV(LHS), U->getType());
4442           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
4443           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
4444           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, One);
4445           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
4446           if (LDiff == RDiff)
4447             return getAddExpr(getUMaxExpr(One, LS), LDiff);
4448         }
4449         break;
4450       default:
4451         break;
4452       }
4453     }
4454
4455   default: // We cannot analyze this expression.
4456     break;
4457   }
4458
4459   return getUnknown(V);
4460 }
4461
4462
4463
4464 //===----------------------------------------------------------------------===//
4465 //                   Iteration Count Computation Code
4466 //
4467
4468 unsigned ScalarEvolution::getSmallConstantTripCount(Loop *L) {
4469   if (BasicBlock *ExitingBB = L->getExitingBlock())
4470     return getSmallConstantTripCount(L, ExitingBB);
4471
4472   // No trip count information for multiple exits.
4473   return 0;
4474 }
4475
4476 /// getSmallConstantTripCount - Returns the maximum trip count of this loop as a
4477 /// normal unsigned value. Returns 0 if the trip count is unknown or not
4478 /// constant. Will also return 0 if the maximum trip count is very large (>=
4479 /// 2^32).
4480 ///
4481 /// This "trip count" assumes that control exits via ExitingBlock. More
4482 /// precisely, it is the number of times that control may reach ExitingBlock
4483 /// before taking the branch. For loops with multiple exits, it may not be the
4484 /// number times that the loop header executes because the loop may exit
4485 /// prematurely via another branch.
4486 unsigned ScalarEvolution::getSmallConstantTripCount(Loop *L,
4487                                                     BasicBlock *ExitingBlock) {
4488   assert(ExitingBlock && "Must pass a non-null exiting block!");
4489   assert(L->isLoopExiting(ExitingBlock) &&
4490          "Exiting block must actually branch out of the loop!");
4491   const SCEVConstant *ExitCount =
4492       dyn_cast<SCEVConstant>(getExitCount(L, ExitingBlock));
4493   if (!ExitCount)
4494     return 0;
4495
4496   ConstantInt *ExitConst = ExitCount->getValue();
4497
4498   // Guard against huge trip counts.
4499   if (ExitConst->getValue().getActiveBits() > 32)
4500     return 0;
4501
4502   // In case of integer overflow, this returns 0, which is correct.
4503   return ((unsigned)ExitConst->getZExtValue()) + 1;
4504 }
4505
4506 unsigned ScalarEvolution::getSmallConstantTripMultiple(Loop *L) {
4507   if (BasicBlock *ExitingBB = L->getExitingBlock())
4508     return getSmallConstantTripMultiple(L, ExitingBB);
4509
4510   // No trip multiple information for multiple exits.
4511   return 0;
4512 }
4513
4514 /// getSmallConstantTripMultiple - Returns the largest constant divisor of the
4515 /// trip count of this loop as a normal unsigned value, if possible. This
4516 /// means that the actual trip count is always a multiple of the returned
4517 /// value (don't forget the trip count could very well be zero as well!).
4518 ///
4519 /// Returns 1 if the trip count is unknown or not guaranteed to be the
4520 /// multiple of a constant (which is also the case if the trip count is simply
4521 /// constant, use getSmallConstantTripCount for that case), Will also return 1
4522 /// if the trip count is very large (>= 2^32).
4523 ///
4524 /// As explained in the comments for getSmallConstantTripCount, this assumes
4525 /// that control exits the loop via ExitingBlock.
4526 unsigned
4527 ScalarEvolution::getSmallConstantTripMultiple(Loop *L,
4528                                               BasicBlock *ExitingBlock) {
4529   assert(ExitingBlock && "Must pass a non-null exiting block!");
4530   assert(L->isLoopExiting(ExitingBlock) &&
4531          "Exiting block must actually branch out of the loop!");
4532   const SCEV *ExitCount = getExitCount(L, ExitingBlock);
4533   if (ExitCount == getCouldNotCompute())
4534     return 1;
4535
4536   // Get the trip count from the BE count by adding 1.
4537   const SCEV *TCMul = getAddExpr(ExitCount,
4538                                  getConstant(ExitCount->getType(), 1));
4539   // FIXME: SCEV distributes multiplication as V1*C1 + V2*C1. We could attempt
4540   // to factor simple cases.
4541   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(TCMul))
4542     TCMul = Mul->getOperand(0);
4543
4544   const SCEVConstant *MulC = dyn_cast<SCEVConstant>(TCMul);
4545   if (!MulC)
4546     return 1;
4547
4548   ConstantInt *Result = MulC->getValue();
4549
4550   // Guard against huge trip counts (this requires checking
4551   // for zero to handle the case where the trip count == -1 and the
4552   // addition wraps).
4553   if (!Result || Result->getValue().getActiveBits() > 32 ||
4554       Result->getValue().getActiveBits() == 0)
4555     return 1;
4556
4557   return (unsigned)Result->getZExtValue();
4558 }
4559
4560 // getExitCount - Get the expression for the number of loop iterations for which
4561 // this loop is guaranteed not to exit via ExitingBlock. Otherwise return
4562 // SCEVCouldNotCompute.
4563 const SCEV *ScalarEvolution::getExitCount(Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock) {
4564   return getBackedgeTakenInfo(L).getExact(ExitingBlock, this);
4565 }
4566
4567 /// getBackedgeTakenCount - If the specified loop has a predictable
4568 /// backedge-taken count, return it, otherwise return a SCEVCouldNotCompute
4569 /// object. The backedge-taken count is the number of times the loop header
4570 /// will be branched to from within the loop. This is one less than the
4571 /// trip count of the loop, since it doesn't count the first iteration,
4572 /// when the header is branched to from outside the loop.
4573 ///
4574 /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
4575 /// loop-invariant backedge-taken count (see
4576 /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
4577 ///
4578 const SCEV *ScalarEvolution::getBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
4579   return getBackedgeTakenInfo(L).getExact(this);
4580 }
4581
4582 /// getMaxBackedgeTakenCount - Similar to getBackedgeTakenCount, except
4583 /// return the least SCEV value that is known never to be less than the
4584 /// actual backedge taken count.
4585 const SCEV *ScalarEvolution::getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
4586   return getBackedgeTakenInfo(L).getMax(this);
4587 }
4588
4589 /// PushLoopPHIs - Push PHI nodes in the header of the given loop
4590 /// onto the given Worklist.
4591 static void
4592 PushLoopPHIs(const Loop *L, SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
4593   BasicBlock *Header = L->getHeader();
4594
4595   // Push all Loop-header PHIs onto the Worklist stack.
4596   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
4597        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
4598     Worklist.push_back(PN);
4599 }
4600
4601 const ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo &
4602 ScalarEvolution::getBackedgeTakenInfo(const Loop *L) {
4603   // Initially insert an invalid entry for this loop. If the insertion
4604   // succeeds, proceed to actually compute a backedge-taken count and
4605   // update the value. The temporary CouldNotCompute value tells SCEV
4606   // code elsewhere that it shouldn't attempt to request a new
4607   // backedge-taken count, which could result in infinite recursion.
4608   std::pair<DenseMap<const Loop *, BackedgeTakenInfo>::iterator, bool> Pair =
4609     BackedgeTakenCounts.insert(std::make_pair(L, BackedgeTakenInfo()));
4610   if (!Pair.second)
4611     return Pair.first->second;
4612
4613   // ComputeBackedgeTakenCount may allocate memory for its result. Inserting it
4614   // into the BackedgeTakenCounts map transfers ownership. Otherwise, the result
4615   // must be cleared in this scope.
4616   BackedgeTakenInfo Result = ComputeBackedgeTakenCount(L);
4617
4618   if (Result.getExact(this) != getCouldNotCompute()) {
4619     assert(isLoopInvariant(Result.getExact(this), L) &&
4620            isLoopInvariant(Result.getMax(this), L) &&
4621            "Computed backedge-taken count isn't loop invariant for loop!");
4622     ++NumTripCountsComputed;
4623   }
4624   else if (Result.getMax(this) == getCouldNotCompute() &&
4625            isa<PHINode>(L->getHeader()->begin())) {
4626     // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
4627     ++NumTripCountsNotComputed;
4628   }
4629
4630   // Now that we know more about the trip count for this loop, forget any
4631   // existing SCEV values for PHI nodes in this loop since they are only
4632   // conservative estimates made without the benefit of trip count
4633   // information. This is similar to the code in forgetLoop, except that
4634   // it handles SCEVUnknown PHI nodes specially.
4635   if (Result.hasAnyInfo()) {
4636     SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
4637     PushLoopPHIs(L, Worklist);
4638
4639     SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
4640     while (!Worklist.empty()) {
4641       Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
4642       if (!Visited.insert(I).second)
4643         continue;
4644
4645       ValueExprMapType::iterator It =
4646         ValueExprMap.find_as(static_cast<Value *>(I));
4647       if (It != ValueExprMap.end()) {
4648         const SCEV *Old = It->second;
4649
4650         // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
4651         // structure, or it's a PHI that's in the progress of being computed
4652         // by createNodeForPHI.  In the former case, additional loop trip
4653         // count information isn't going to change anything. In the later
4654         // case, createNodeForPHI will perform the necessary updates on its
4655         // own when it gets to that point.
4656         if (!isa<PHINode>(I) || !isa<SCEVUnknown>(Old)) {
4657           forgetMemoizedResults(Old);
4658           ValueExprMap.erase(It);
4659         }
4660         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4661           ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4662       }
4663
4664       PushDefUseChildren(I, Worklist);
4665     }
4666   }
4667
4668   // Re-lookup the insert position, since the call to
4669   // ComputeBackedgeTakenCount above could result in a
4670   // recusive call to getBackedgeTakenInfo (on a different
4671   // loop), which would invalidate the iterator computed
4672   // earlier.
4673   return BackedgeTakenCounts.find(L)->second = Result;
4674 }
4675
4676 /// forgetLoop - This method should be called by the client when it has
4677 /// changed a loop in a way that may effect ScalarEvolution's ability to
4678 /// compute a trip count, or if the loop is deleted.
4679 void ScalarEvolution::forgetLoop(const Loop *L) {
4680   // Drop any stored trip count value.
4681   DenseMap<const Loop*, BackedgeTakenInfo>::iterator BTCPos =
4682     BackedgeTakenCounts.find(L);
4683   if (BTCPos != BackedgeTakenCounts.end()) {
4684     BTCPos->second.clear();
4685     BackedgeTakenCounts.erase(BTCPos);
4686   }
4687
4688   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
4689   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
4690   PushLoopPHIs(L, Worklist);
4691
4692   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
4693   while (!Worklist.empty()) {
4694     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
4695     if (!Visited.insert(I).second)
4696       continue;
4697
4698     ValueExprMapType::iterator It =
4699       ValueExprMap.find_as(static_cast<Value *>(I));
4700     if (It != ValueExprMap.end()) {
4701       forgetMemoizedResults(It->second);
4702       ValueExprMap.erase(It);
4703       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4704         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4705     }
4706
4707     PushDefUseChildren(I, Worklist);
4708   }
4709
4710   // Forget all contained loops too, to avoid dangling entries in the
4711   // ValuesAtScopes map.
4712   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
4713     forgetLoop(*I);
4714 }
4715
4716 /// forgetValue - This method should be called by the client when it has
4717 /// changed a value in a way that may effect its value, or which may
4718 /// disconnect it from a def-use chain linking it to a loop.
4719 void ScalarEvolution::forgetValue(Value *V) {
4720   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
4721   if (!I) return;
4722
4723   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
4724   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
4725   Worklist.push_back(I);
4726
4727   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
4728   while (!Worklist.empty()) {
4729     I = Worklist.pop_back_val();
4730     if (!Visited.insert(I).second)
4731       continue;
4732
4733     ValueExprMapType::iterator It =
4734       ValueExprMap.find_as(static_cast<Value *>(I));
4735     if (It != ValueExprMap.end()) {
4736       forgetMemoizedResults(It->second);
4737       ValueExprMap.erase(It);
4738       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4739         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4740     }
4741
4742     PushDefUseChildren(I, Worklist);
4743   }
4744 }
4745
4746 /// getExact - Get the exact loop backedge taken count considering all loop
4747 /// exits. A computable result can only be return for loops with a single exit.
4748 /// Returning the minimum taken count among all exits is incorrect because one
4749 /// of the loop's exit limit's may have been skipped. HowFarToZero assumes that
4750 /// the limit of each loop test is never skipped. This is a valid assumption as
4751 /// long as the loop exits via that test. For precise results, it is the
4752 /// caller's responsibility to specify the relevant loop exit using
4753 /// getExact(ExitingBlock, SE).
4754 const SCEV *
4755 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::getExact(ScalarEvolution *SE) const {
4756   // If any exits were not computable, the loop is not computable.
4757   if (!ExitNotTaken.isCompleteList()) return SE->getCouldNotCompute();
4758
4759   // We need exactly one computable exit.
4760   if (!ExitNotTaken.ExitingBlock) return SE->getCouldNotCompute();
4761   assert(ExitNotTaken.ExactNotTaken && "uninitialized not-taken info");
4762
4763   const SCEV *BECount = nullptr;
4764   for (const ExitNotTakenInfo *ENT = &ExitNotTaken;
4765        ENT != nullptr; ENT = ENT->getNextExit()) {
4766
4767     assert(ENT->ExactNotTaken != SE->getCouldNotCompute() && "bad exit SCEV");
4768
4769     if (!BECount)
4770       BECount = ENT->ExactNotTaken;
4771     else if (BECount != ENT->ExactNotTaken)
4772       return SE->getCouldNotCompute();
4773   }
4774   assert(BECount && "Invalid not taken count for loop exit");
4775   return BECount;
4776 }
4777
4778 /// getExact - Get the exact not taken count for this loop exit.
4779 const SCEV *
4780 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::getExact(BasicBlock *ExitingBlock,
4781                                              ScalarEvolution *SE) const {
4782   for (const ExitNotTakenInfo *ENT = &ExitNotTaken;
4783        ENT != nullptr; ENT = ENT->getNextExit()) {
4784
4785     if (ENT->ExitingBlock == ExitingBlock)
4786       return ENT->ExactNotTaken;
4787   }
4788   return SE->getCouldNotCompute();
4789 }
4790
4791 /// getMax - Get the max backedge taken count for the loop.
4792 const SCEV *
4793 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::getMax(ScalarEvolution *SE) const {
4794   return Max ? Max : SE->getCouldNotCompute();
4795 }
4796
4797 bool ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::hasOperand(const SCEV *S,
4798                                                     ScalarEvolution *SE) const {
4799   if (Max && Max != SE->getCouldNotCompute() && SE->hasOperand(Max, S))
4800     return true;
4801
4802   if (!ExitNotTaken.ExitingBlock)
4803     return false;
4804
4805   for (const ExitNotTakenInfo *ENT = &ExitNotTaken;
4806        ENT != nullptr; ENT = ENT->getNextExit()) {
4807
4808     if (ENT->ExactNotTaken != SE->getCouldNotCompute()
4809         && SE->hasOperand(ENT->ExactNotTaken, S)) {
4810       return true;
4811     }
4812   }
4813   return false;
4814 }
4815
4816 /// Allocate memory for BackedgeTakenInfo and copy the not-taken count of each
4817 /// computable exit into a persistent ExitNotTakenInfo array.
4818 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::BackedgeTakenInfo(
4819   SmallVectorImpl< std::pair<BasicBlock *, const SCEV *> > &ExitCounts,
4820   bool Complete, const SCEV *MaxCount) : Max(MaxCount) {
4821
4822   if (!Complete)
4823     ExitNotTaken.setIncomplete();
4824
4825   unsigned NumExits = ExitCounts.size();
4826   if (NumExits == 0) return;
4827
4828   ExitNotTaken.ExitingBlock = ExitCounts[0].first;
4829   ExitNotTaken.ExactNotTaken = ExitCounts[0].second;
4830   if (NumExits == 1) return;
4831
4832   // Handle the rare case of multiple computable exits.
4833   ExitNotTakenInfo *ENT = new ExitNotTakenInfo[NumExits-1];
4834
4835   ExitNotTakenInfo *PrevENT = &ExitNotTaken;
4836   for (unsigned i = 1; i < NumExits; ++i, PrevENT = ENT, ++ENT) {
4837     PrevENT->setNextExit(ENT);
4838     ENT->ExitingBlock = ExitCounts[i].first;
4839     ENT->ExactNotTaken = ExitCounts[i].second;
4840   }
4841 }
4842
4843 /// clear - Invalidate this result and free the ExitNotTakenInfo array.
4844 void ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::clear() {
4845   ExitNotTaken.ExitingBlock = nullptr;
4846   ExitNotTaken.ExactNotTaken = nullptr;
4847   delete[] ExitNotTaken.getNextExit();
4848 }
4849
4850 /// ComputeBackedgeTakenCount - Compute the number of times the backedge
4851 /// of the specified loop will execute.
4852 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4853 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
4854   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitingBlocks;
4855   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
4856
4857   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, const SCEV *>, 4> ExitCounts;
4858   bool CouldComputeBECount = true;
4859   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch(); // may be NULL.
4860   const SCEV *MustExitMaxBECount = nullptr;
4861   const SCEV *MayExitMaxBECount = nullptr;
4862
4863   // Compute the ExitLimit for each loop exit. Use this to populate ExitCounts
4864   // and compute maxBECount.
4865   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
4866     BasicBlock *ExitBB = ExitingBlocks[i];
4867     ExitLimit EL = ComputeExitLimit(L, ExitBB);
4868
4869     // 1. For each exit that can be computed, add an entry to ExitCounts.
4870     // CouldComputeBECount is true only if all exits can be computed.
4871     if (EL.Exact == getCouldNotCompute())
4872       // We couldn't compute an exact value for this exit, so
4873       // we won't be able to compute an exact value for the loop.
4874       CouldComputeBECount = false;
4875     else
4876       ExitCounts.push_back(std::make_pair(ExitBB, EL.Exact));
4877
4878     // 2. Derive the loop's MaxBECount from each exit's max number of
4879     // non-exiting iterations. Partition the loop exits into two kinds:
4880     // LoopMustExits and LoopMayExits.
4881     //
4882     // If the exit dominates the loop latch, it is a LoopMustExit otherwise it
4883     // is a LoopMayExit.  If any computable LoopMustExit is found, then
4884     // MaxBECount is the minimum EL.Max of computable LoopMustExits. Otherwise,
4885     // MaxBECount is conservatively the maximum EL.Max, where CouldNotCompute is
4886     // considered greater than any computable EL.Max.
4887     if (EL.Max != getCouldNotCompute() && Latch &&
4888         DT->dominates(ExitBB, Latch)) {
4889       if (!MustExitMaxBECount)
4890         MustExitMaxBECount = EL.Max;
4891       else {
4892         MustExitMaxBECount =
4893           getUMinFromMismatchedTypes(MustExitMaxBECount, EL.Max);
4894       }
4895     } else if (MayExitMaxBECount != getCouldNotCompute()) {
4896       if (!MayExitMaxBECount || EL.Max == getCouldNotCompute())
4897         MayExitMaxBECount = EL.Max;
4898       else {
4899         MayExitMaxBECount =
4900           getUMaxFromMismatchedTypes(MayExitMaxBECount, EL.Max);
4901       }
4902     }
4903   }
4904   const SCEV *MaxBECount = MustExitMaxBECount ? MustExitMaxBECount :
4905     (MayExitMaxBECount ? MayExitMaxBECount : getCouldNotCompute());
4906   return BackedgeTakenInfo(ExitCounts, CouldComputeBECount, MaxBECount);
4907 }
4908
4909 /// ComputeExitLimit - Compute the number of times the backedge of the specified
4910 /// loop will execute if it exits via the specified block.
4911 ScalarEvolution::ExitLimit
4912 ScalarEvolution::ComputeExitLimit(const Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock) {
4913
4914   // Okay, we've chosen an exiting block.  See what condition causes us to
4915   // exit at this block and remember the exit block and whether all other targets
4916   // lead to the loop header.
4917   bool MustExecuteLoopHeader = true;
4918   BasicBlock *Exit = nullptr;
4919   for (succ_iterator SI = succ_begin(ExitingBlock), SE = succ_end(ExitingBlock);
4920        SI != SE; ++SI)
4921     if (!L->contains(*SI)) {
4922       if (Exit) // Multiple exit successors.
4923         return getCouldNotCompute();
4924       Exit = *SI;
4925     } else if (*SI != L->getHeader()) {
4926       MustExecuteLoopHeader = false;
4927     }
4928
4929   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
4930   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
4931   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
4932   // not be equal to the trip count of the loop.
4933   //
4934   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
4935   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
4936   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
4937   // loop header.  This is common for un-rotated loops.
4938   //
4939   // If both of those tests fail, walk up the unique predecessor chain to the
4940   // header, stopping if there is an edge that doesn't exit the loop. If the
4941   // header is reached, the execution count of the branch will be equal to the
4942   // trip count of the loop.
4943   //
4944   //  More extensive analysis could be done to handle more cases here.
4945   //
4946   if (!MustExecuteLoopHeader && ExitingBlock != L->getHeader()) {
4947     // The simple checks failed, try climbing the unique predecessor chain
4948     // up to the header.
4949     bool Ok = false;
4950     for (BasicBlock *BB = ExitingBlock; BB; ) {
4951       BasicBlock *Pred = BB->getUniquePredecessor();
4952       if (!Pred)
4953         return getCouldNotCompute();
4954       TerminatorInst *PredTerm = Pred->getTerminator();
4955       for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
4956         BasicBlock *PredSucc = PredTerm->getSuccessor(i);
4957         if (PredSucc == BB)
4958           continue;
4959         // If the predecessor has a successor that isn't BB and isn't
4960         // outside the loop, assume the worst.
4961         if (L->contains(PredSucc))
4962           return getCouldNotCompute();
4963       }
4964       if (Pred == L->getHeader()) {
4965         Ok = true;
4966         break;
4967       }
4968       BB = Pred;
4969     }
4970     if (!Ok)
4971       return getCouldNotCompute();
4972   }
4973
4974   bool IsOnlyExit = (L->getExitingBlock() != nullptr);
4975   TerminatorInst *Term = ExitingBlock->getTerminator();
4976   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Term)) {
4977     assert(BI->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
4978     // Proceed to the next level to examine the exit condition expression.
4979     return ComputeExitLimitFromCond(L, BI->getCondition(), BI->getSuccessor(0),
4980                                     BI->getSuccessor(1),
4981                                     /*ControlsExit=*/IsOnlyExit);
4982   }
4983
4984   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(Term))
4985     return ComputeExitLimitFromSingleExitSwitch(L, SI, Exit,
4986                                                 /*ControlsExit=*/IsOnlyExit);
4987
4988   return getCouldNotCompute();
4989 }
4990
4991 /// ComputeExitLimitFromCond - Compute the number of times the
4992 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
4993 /// were a conditional branch of ExitCond, TBB, and FBB.
4994 ///
4995 /// @param ControlsExit is true if ExitCond directly controls the exit
4996 /// branch. In this case, we can assume that the loop exits only if the
4997 /// condition is true and can infer that failing to meet the condition prior to
4998 /// integer wraparound results in undefined behavior.
4999 ScalarEvolution::ExitLimit
5000 ScalarEvolution::ComputeExitLimitFromCond(const Loop *L,
5001                                           Value *ExitCond,
5002                                           BasicBlock *TBB,
5003                                           BasicBlock *FBB,
5004                                           bool ControlsExit) {
5005   // Check if the controlling expression for this loop is an And or Or.
5006   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(ExitCond)) {
5007     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
5008       // Recurse on the operands of the and.
5009       bool EitherMayExit = L->contains(TBB);
5010       ExitLimit EL0 = ComputeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB,
5011                                                ControlsExit && !EitherMayExit);
5012       ExitLimit EL1 = ComputeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB,
5013                                                ControlsExit && !EitherMayExit);
5014       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
5015       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
5016       if (EitherMayExit) {
5017         // Both conditions must be true for the loop to continue executing.
5018         // Choose the less conservative count.
5019         if (EL0.Exact == getCouldNotCompute() ||
5020             EL1.Exact == getCouldNotCompute())
5021           BECount = getCouldNotCompute();
5022         else
5023           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Exact, EL1.Exact);
5024         if (EL0.Max == getCouldNotCompute())
5025           MaxBECount = EL1.Max;
5026         else if (EL1.Max == getCouldNotCompute())
5027           MaxBECount = EL0.Max;
5028         else
5029           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Max, EL1.Max);
5030       } else {
5031         // Both conditions must be true at the same time for the loop to exit.
5032         // For now, be conservative.
5033         assert(L->contains(FBB) && "Loop block has no successor in loop!");
5034         if (EL0.Max == EL1.Max)
5035           MaxBECount = EL0.Max;
5036         if (EL0.Exact == EL1.Exact)
5037           BECount = EL0.Exact;
5038       }
5039
5040       return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
5041     }
5042     if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
5043       // Recurse on the operands of the or.
5044       bool EitherMayExit = L->contains(FBB);
5045       ExitLimit EL0 = ComputeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB,
5046                                                ControlsExit && !EitherMayExit);
5047       ExitLimit EL1 = ComputeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB,
5048                                                ControlsExit && !EitherMayExit);
5049       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
5050       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
5051       if (EitherMayExit) {
5052         // Both conditions must be false for the loop to continue executing.
5053         // Choose the less conservative count.
5054         if (EL0.Exact == getCouldNotCompute() ||
5055             EL1.Exact == getCouldNotCompute())
5056           BECount = getCouldNotCompute();
5057         else
5058           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Exact, EL1.Exact);
5059         if (EL0.Max == getCouldNotCompute())
5060           MaxBECount = EL1.Max;
5061         else if (EL1.Max == getCouldNotCompute())
5062           MaxBECount = EL0.Max;
5063         else
5064           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Max, EL1.Max);
5065       } else {
5066         // Both conditions must be false at the same time for the loop to exit.
5067         // For now, be conservative.
5068         assert(L->contains(TBB) && "Loop block has no successor in loop!");
5069         if (EL0.Max == EL1.Max)
5070           MaxBECount = EL0.Max;
5071         if (EL0.Exact == EL1.Exact)
5072           BECount = EL0.Exact;
5073       }
5074
5075       return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
5076     }
5077   }
5078
5079   // With an icmp, it may be feasible to compute an exact backedge-taken count.
5080   // Proceed to the next level to examine the icmp.
5081   if (ICmpInst *ExitCondICmp = dyn_cast<ICmpInst>(ExitCond))
5082     return ComputeExitLimitFromICmp(L, ExitCondICmp, TBB, FBB, ControlsExit);
5083
5084   // Check for a constant condition. These are normally stripped out by
5085   // SimplifyCFG, but ScalarEvolution may be used by a pass which wishes to
5086   // preserve the CFG and is temporarily leaving constant conditions
5087   // in place.
5088   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(ExitCond)) {
5089     if (L->contains(FBB) == !CI->getZExtValue())
5090       // The backedge is always taken.
5091       return getCouldNotCompute();
5092     else
5093       // The backedge is never taken.
5094       return getConstant(CI->getType(), 0);
5095   }
5096
5097   // If it's not an integer or pointer comparison then compute it the hard way.
5098   return ComputeExitCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
5099 }
5100
5101 /// ComputeExitLimitFromICmp - Compute the number of times the
5102 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
5103 /// were a conditional branch of the ICmpInst ExitCond, TBB, and FBB.
5104 ScalarEvolution::ExitLimit
5105 ScalarEvolution::ComputeExitLimitFromICmp(const Loop *L,
5106                                           ICmpInst *ExitCond,
5107                                           BasicBlock *TBB,
5108                                           BasicBlock *FBB,
5109                                           bool ControlsExit) {
5110
5111   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
5112   ICmpInst::Predicate Cond;
5113   if (!L->contains(FBB))
5114     Cond = ExitCond->getPredicate();
5115   else
5116     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
5117
5118   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
5119   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
5120     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
5121       ExitLimit ItCnt =
5122         ComputeLoadConstantCompareExitLimit(LI, RHS, L, Cond);
5123       if (ItCnt.hasAnyInfo())
5124         return ItCnt;
5125     }
5126
5127   const SCEV *LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
5128   const SCEV *RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
5129
5130   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
5131   LHS = getSCEVAtScope(LHS, L);
5132   RHS = getSCEVAtScope(RHS, L);
5133
5134   // At this point, we would like to compute how many iterations of the
5135   // loop the predicate will return true for these inputs.
5136   if (isLoopInvariant(LHS, L) && !isLoopInvariant(RHS, L)) {
5137     // If there is a loop-invariant, force it into the RHS.
5138     std::swap(LHS, RHS);
5139     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
5140   }
5141
5142   // Simplify the operands before analyzing them.
5143   (void)SimplifyICmpOperands(Cond, LHS, RHS);
5144
5145   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
5146   // ranges to answer this query.
5147   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
5148     if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
5149       if (AddRec->getLoop() == L) {
5150         // Form the constant range.
5151         ConstantRange CompRange(
5152             ICmpInst::makeConstantRange(Cond, RHSC->getValue()->getValue()));
5153
5154         const SCEV *Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, *this);
5155         if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
5156       }
5157
5158   switch (Cond) {
5159   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
5160     // Convert to: while (X-Y != 0)
5161     ExitLimit EL = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L, ControlsExit);
5162     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
5163     break;
5164   }
5165   case ICmpInst::ICMP_EQ: {                     // while (X == Y)
5166     // Convert to: while (X-Y == 0)
5167     ExitLimit EL = HowFarToNonZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
5168     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
5169     break;
5170   }
5171   case ICmpInst::ICMP_SLT:
5172   case ICmpInst::ICMP_ULT: {                    // while (X < Y)
5173     bool IsSigned = Cond == ICmpInst::ICMP_SLT;
5174     ExitLimit EL = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, IsSigned, ControlsExit);
5175     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
5176     break;
5177   }
5178   case ICmpInst::ICMP_SGT:
5179   case ICmpInst::ICMP_UGT: {                    // while (X > Y)
5180     bool IsSigned = Cond == ICmpInst::ICMP_SGT;
5181     ExitLimit EL = HowManyGreaterThans(LHS, RHS, L, IsSigned, ControlsExit);
5182     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
5183     break;
5184   }
5185   default:
5186 #if 0
5187     dbgs() << "ComputeBackedgeTakenCount ";
5188     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
5189       dbgs() << "[unsigned] ";
5190     dbgs() << *LHS << "   "
5191          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp)
5192          << "   " << *RHS << "\n";
5193 #endif
5194     break;
5195   }
5196   return ComputeExitCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
5197 }
5198
5199 ScalarEvolution::ExitLimit
5200 ScalarEvolution::ComputeExitLimitFromSingleExitSwitch(const Loop *L,
5201                                                       SwitchInst *Switch,
5202                                                       BasicBlock *ExitingBlock,
5203                                                       bool ControlsExit) {
5204   assert(!L->contains(ExitingBlock) && "Not an exiting block!");
5205
5206   // Give up if the exit is the default dest of a switch.
5207   if (Switch->getDefaultDest() == ExitingBlock)
5208     return getCouldNotCompute();
5209
5210   assert(L->contains(Switch->getDefaultDest()) &&
5211          "Default case must not exit the loop!");
5212   const SCEV *LHS = getSCEVAtScope(Switch->getCondition(), L);
5213   const SCEV *RHS = getConstant(Switch->findCaseDest(ExitingBlock));
5214
5215   // while (X != Y) --> while (X-Y != 0)
5216   ExitLimit EL = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L, ControlsExit);
5217   if (EL.hasAnyInfo())
5218     return EL;
5219
5220   return getCouldNotCompute();
5221 }
5222
5223 static ConstantInt *
5224 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
5225                                 ScalarEvolution &SE) {
5226   const SCEV *InVal = SE.getConstant(C);
5227   const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
5228   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
5229          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
5230   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
5231 }
5232
5233 /// ComputeLoadConstantCompareExitLimit - Given an exit condition of
5234 /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the backedge
5235 /// execution count.
5236 ScalarEvolution::ExitLimit
5237 ScalarEvolution::ComputeLoadConstantCompareExitLimit(
5238   LoadInst *LI,
5239   Constant *RHS,
5240   const Loop *L,
5241   ICmpInst::Predicate predicate) {
5242
5243   if (LI->isVolatile()) return getCouldNotCompute();
5244
5245   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
5246   // TODO: Use SCEV instead of manually grubbing with GEPs.
5247   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
5248   if (!GEP) return getCouldNotCompute();
5249
5250   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
5251   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
5252   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
5253   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer() ||
5254       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
5255       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
5256     return getCouldNotCompute();
5257
5258   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
5259   Value *VarIdx = nullptr;
5260   std::vector<Constant*> Indexes;
5261   unsigned VarIdxNum = 0;
5262   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
5263     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
5264       Indexes.push_back(CI);
5265     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
5266       if (VarIdx) return getCouldNotCompute();  // Multiple non-constant idx's.
5267       VarIdx = GEP->getOperand(i);
5268       VarIdxNum = i-2;
5269       Indexes.push_back(nullptr);
5270     }
5271
5272   // Loop-invariant loads may be a byproduct of loop optimization. Skip them.
5273   if (!VarIdx)
5274     return getCouldNotCompute();
5275
5276   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
5277   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
5278   const SCEV *Idx = getSCEV(VarIdx);
5279   Idx = getSCEVAtScope(Idx, L);
5280
5281   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
5282   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
5283   const SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
5284   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || isLoopInvariant(IdxExpr, L) ||
5285       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
5286       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
5287     return getCouldNotCompute();
5288
5289   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
5290   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
5291     ConstantInt *ItCst = ConstantInt::get(
5292                            cast<IntegerType>(IdxExpr->getType()), IterationNum);
5293     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, *this);
5294
5295     // Form the GEP offset.
5296     Indexes[VarIdxNum] = Val;
5297
5298     Constant *Result = ConstantFoldLoadThroughGEPIndices(GV->getInitializer(),
5299                                                          Indexes);
5300     if (!Result) break;  // Cannot compute!
5301
5302     // Evaluate the condition for this iteration.
5303     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
5304     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
5305     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
5306 #if 0
5307       dbgs() << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
5308              << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
5309              << "***\n";
5310 #endif
5311       ++NumArrayLenItCounts;
5312       return getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
5313     }
5314   }
5315   return getCouldNotCompute();
5316 }
5317
5318
5319 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
5320 /// specified type, assuming that all operands were constants.
5321 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
5322   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
5323       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) ||
5324       isa<LoadInst>(I))
5325     return true;
5326
5327   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
5328     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
5329       return canConstantFoldCallTo(F);
5330   return false;
5331 }
5332
5333 /// Determine whether this instruction can constant evolve within this loop
5334 /// assuming its operands can all constant evolve.
5335 static bool canConstantEvolve(Instruction *I, const Loop *L) {
5336   // An instruction outside of the loop can't be derived from a loop PHI.
5337   if (!L->contains(I)) return false;
5338
5339   if (isa<PHINode>(I)) {
5340     // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
5341     // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
5342     return L->getHeader() == I->getParent();
5343   }
5344
5345   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
5346   // are constants, bail early.
5347   return CanConstantFold(I);
5348 }
5349
5350 /// getConstantEvolvingPHIOperands - Implement getConstantEvolvingPHI by
5351 /// recursing through each instruction operand until reaching a loop header phi.
5352 static PHINode *
5353 getConstantEvolvingPHIOperands(Instruction *UseInst, const Loop *L,
5354                                DenseMap<Instruction *, PHINode *> &PHIMap) {
5355
5356   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
5357   // constant or derived from a PHI node themselves.
5358   PHINode *PHI = nullptr;
5359   for (Instruction::op_iterator OpI = UseInst->op_begin(),
5360          OpE = UseInst->op_end(); OpI != OpE; ++OpI) {
5361
5362     if (isa<Constant>(*OpI)) continue;
5363
5364     Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(*OpI);
5365     if (!OpInst || !canConstantEvolve(OpInst, L)) return nullptr;
5366
5367     PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(OpInst);
5368     if (!P)
5369       // If this operand is already visited, reuse the prior result.
5370       // We may have P != PHI if this is the deepest point at which the
5371       // inconsistent paths meet.
5372       P = PHIMap.lookup(OpInst);
5373     if (!P) {
5374       // Recurse and memoize the results, whether a phi is found or not.
5375       // This recursive call invalidates pointers into PHIMap.
5376       P = getConstantEvolvingPHIOperands(OpInst, L, PHIMap);
5377       PHIMap[OpInst] = P;
5378     }
5379     if (!P)
5380       return nullptr;  // Not evolving from PHI
5381     if (PHI && PHI != P)
5382       return nullptr;  // Evolving from multiple different PHIs.
5383     PHI = P;
5384   }
5385   // This is a expression evolving from a constant PHI!
5386   return PHI;
5387 }
5388
5389 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
5390 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
5391 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
5392 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
5393 /// constraints, return null.
5394 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
5395   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
5396   if (!I || !canConstantEvolve(I, L)) return nullptr;
5397
5398   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
5399     return PN;
5400   }
5401
5402   // Record non-constant instructions contained by the loop.
5403   DenseMap<Instruction *, PHINode *> PHIMap;
5404   return getConstantEvolvingPHIOperands(I, L, PHIMap);
5405 }
5406
5407 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
5408 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
5409 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
5410 /// reason, return null.
5411 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, const Loop *L,
5412                                     DenseMap<Instruction *, Constant *> &Vals,
5413                                     const DataLayout &DL,
5414                                     const TargetLibraryInfo *TLI) {
5415   // Convenient constant check, but redundant for recursive calls.
5416   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
5417   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
5418   if (!I) return nullptr;
5419
5420   if (Constant *C = Vals.lookup(I)) return C;
5421
5422   // An instruction inside the loop depends on a value outside the loop that we
5423   // weren't given a mapping for, or a value such as a call inside the loop.
5424   if (!canConstantEvolve(I, L)) return nullptr;
5425
5426   // An unmapped PHI can be due to a branch or another loop inside this loop,
5427   // or due to this not being the initial iteration through a loop where we
5428   // couldn't compute the evolution of this particular PHI last time.
5429   if (isa<PHINode>(I)) return nullptr;
5430
5431   std::vector<Constant*> Operands(I->getNumOperands());
5432
5433   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5434     Instruction *Operand = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i));
5435     if (!Operand) {
5436       Operands[i] = dyn_cast<Constant>(I->getOperand(i));
5437       if (!Operands[i]) return nullptr;
5438       continue;
5439     }
5440     Constant *C = EvaluateExpression(Operand, L, Vals, DL, TLI);
5441     Vals[Operand] = C;
5442     if (!C) return nullptr;
5443     Operands[i] = C;
5444   }
5445
5446   if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
5447     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(), Operands[0],
5448                                            Operands[1], DL, TLI);
5449   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
5450     if (!LI->isVolatile())
5451       return ConstantFoldLoadFromConstPtr(Operands[0], DL);
5452   }
5453   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(), Operands, DL,
5454                                   TLI);
5455 }
5456
5457 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
5458 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
5459 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
5460 /// involving constants, fold it.
5461 Constant *
5462 ScalarEvolution::getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN,
5463                                                    const APInt &BEs,
5464                                                    const Loop *L) {
5465   DenseMap<PHINode*, Constant*>::const_iterator I =
5466     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
5467   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
5468     return I->second;
5469
5470   if (BEs.ugt(MaxBruteForceIterations))
5471     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = nullptr;  // Not going to evaluate it.
5472
5473   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
5474
5475   DenseMap<Instruction *, Constant *> CurrentIterVals;
5476   BasicBlock *Header = L->getHeader();
5477   assert(PN->getParent() == Header && "Can't evaluate PHI not in loop header!");
5478
5479   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
5480   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
5481   // second must be derived from the same PHI.
5482   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
5483   PHINode *PHI = nullptr;
5484   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
5485        (PHI = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I) {
5486     Constant *StartCST =
5487       dyn_cast<Constant>(PHI->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
5488     if (!StartCST) continue;
5489     CurrentIterVals[PHI] = StartCST;
5490   }
5491   if (!CurrentIterVals.count(PN))
5492     return RetVal = nullptr;
5493
5494   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
5495
5496   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
5497   if (BEs.getActiveBits() >= 32)
5498     return RetVal = nullptr; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
5499
5500   unsigned NumIterations = BEs.getZExtValue(); // must be in range
5501   unsigned IterationNum = 0;
5502   const DataLayout &DL = F->getParent()->getDataLayout();
5503   for (; ; ++IterationNum) {
5504     if (IterationNum == NumIterations)
5505       return RetVal = CurrentIterVals[PN];  // Got exit value!
5506
5507     // Compute the value of the PHIs for the next iteration.
5508     // EvaluateExpression adds non-phi values to the CurrentIterVals map.
5509     DenseMap<Instruction *, Constant *> NextIterVals;
5510     Constant *NextPHI =
5511         EvaluateExpression(BEValue, L, CurrentIterVals, DL, TLI);
5512     if (!NextPHI)
5513       return nullptr;        // Couldn't evaluate!
5514     NextIterVals[PN] = NextPHI;
5515
5516     bool StoppedEvolving = NextPHI == CurrentIterVals[PN];
5517
5518     // Also evaluate the other PHI nodes.  However, we don't get to stop if we
5519     // cease to be able to evaluate one of them or if they stop evolving,
5520     // because that doesn't necessarily prevent us from computing PN.
5521     SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 8> PHIsToCompute;
5522     for (DenseMap<Instruction *, Constant *>::const_iterator
5523            I = CurrentIterVals.begin(), E = CurrentIterVals.end(); I != E; ++I){
5524       PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I->first);
5525       if (!PHI || PHI == PN || PHI->getParent() != Header) continue;
5526       PHIsToCompute.push_back(std::make_pair(PHI, I->second));
5527     }
5528     // We use two distinct loops because EvaluateExpression may invalidate any
5529     // iterators into CurrentIterVals.
5530     for (SmallVectorImpl<std::pair<PHINode *, Constant*> >::const_iterator
5531              I = PHIsToCompute.begin(), E = PHIsToCompute.end(); I != E; ++I) {
5532       PHINode *PHI = I->first;
5533       Constant *&NextPHI = NextIterVals[PHI];
5534       if (!NextPHI) {   // Not already computed.
5535         Value *BEValue = PHI->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
5536         NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, L, CurrentIterVals, DL, TLI);
5537       }
5538       if (NextPHI != I->second)
5539         StoppedEvolving = false;
5540     }
5541
5542     // If all entries in CurrentIterVals == NextIterVals then we can stop
5543     // iterating, the loop can't continue to change.
5544     if (StoppedEvolving)
5545       return RetVal = CurrentIterVals[PN];
5546
5547     CurrentIterVals.swap(NextIterVals);
5548   }
5549 }
5550
5551 /// ComputeExitCountExhaustively - If the loop is known to execute a
5552 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
5553 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
5554 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
5555 /// evaluate the trip count of the loop, return getCouldNotCompute().
5556 const SCEV *ScalarEvolution::ComputeExitCountExhaustively(const Loop *L,
5557                                                           Value *Cond,
5558                                                           bool ExitWhen) {
5559   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
5560   if (!PN) return getCouldNotCompute();
5561
5562   // If the loop is canonicalized, the PHI will have exactly two entries.
5563   // That's the only form we support here.
5564   if (PN->getNumIncomingValues() != 2) return getCouldNotCompute();
5565
5566   DenseMap<Instruction *, Constant *> CurrentIterVals;
5567   BasicBlock *Header = L->getHeader();
5568   assert(PN->getParent() == Header && "Can't evaluate PHI not in loop header!");
5569
5570   // One entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
5571   // second must be derived from the same PHI.
5572   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
5573   PHINode *PHI = nullptr;
5574   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
5575        (PHI = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I) {
5576     Constant *StartCST =
5577       dyn_cast<Constant>(PHI->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
5578     if (!StartCST) continue;
5579     CurrentIterVals[PHI] = StartCST;
5580   }
5581   if (!CurrentIterVals.count(PN))
5582     return getCouldNotCompute();
5583
5584   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
5585   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
5586   // "ExitWhen".
5587   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
5588   const DataLayout &DL = F->getParent()->getDataLayout();
5589   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxIterations;++IterationNum){
5590     ConstantInt *CondVal = dyn_cast_or_null<ConstantInt>(
5591         EvaluateExpression(Cond, L, CurrentIterVals, DL, TLI));
5592
5593     // Couldn't symbolically evaluate.
5594     if (!CondVal) return getCouldNotCompute();
5595
5596     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
5597       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
5598       return getConstant(Type::getInt32Ty(getContext()), IterationNum);
5599     }
5600
5601     // Update all the PHI nodes for the next iteration.
5602     DenseMap<Instruction *, Constant *> NextIterVals;
5603
5604     // Create a list of which PHIs we need to compute. We want to do this before
5605     // calling EvaluateExpression on them because that may invalidate iterators
5606     // into CurrentIterVals.
5607     SmallVector<PHINode *, 8> PHIsToCompute;
5608     for (DenseMap<Instruction *, Constant *>::const_iterator
5609            I = CurrentIterVals.begin(), E = CurrentIterVals.end(); I != E; ++I){
5610       PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I->first);
5611       if (!PHI || PHI->getParent() != Header) continue;
5612       PHIsToCompute.push_back(PHI);
5613     }
5614     for (SmallVectorImpl<PHINode *>::const_iterator I = PHIsToCompute.begin(),
5615              E = PHIsToCompute.end(); I != E; ++I) {
5616       PHINode *PHI = *I;
5617       Constant *&NextPHI = NextIterVals[PHI];
5618       if (NextPHI) continue;    // Already computed!
5619
5620       Value *BEValue = PHI->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
5621       NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, L, CurrentIterVals, DL, TLI);
5622     }
5623     CurrentIterVals.swap(NextIterVals);
5624   }
5625
5626   // Too many iterations were needed to evaluate.
5627   return getCouldNotCompute();
5628 }
5629
5630 /// getSCEVAtScope - Return a SCEV expression for the specified value
5631 /// at the specified scope in the program.  The L value specifies a loop
5632 /// nest to evaluate the expression at, where null is the top-level or a
5633 /// specified loop is immediately inside of the loop.
5634 ///
5635 /// This method can be used to compute the exit value for a variable defined
5636 /// in a loop by querying what the value will hold in the parent loop.
5637 ///
5638 /// In the case that a relevant loop exit value cannot be computed, the
5639 /// original value V is returned.
5640 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
5641   // Check to see if we've folded this expression at this loop before.
5642   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 2> &Values = ValuesAtScopes[V];
5643   for (unsigned u = 0; u < Values.size(); u++) {
5644     if (Values[u].first == L)
5645       return Values[u].second ? Values[u].second : V;
5646   }
5647   Values.push_back(std::make_pair(L, static_cast<const SCEV *>(nullptr)));
5648   // Otherwise compute it.
5649   const SCEV *C = computeSCEVAtScope(V, L);
5650   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 2> &Values2 = ValuesAtScopes[V];
5651   for (unsigned u = Values2.size(); u > 0; u--) {
5652     if (Values2[u - 1].first == L) {
5653       Values2[u - 1].second = C;
5654       break;
5655     }
5656   }
5657   return C;
5658 }
5659
5660 /// This builds up a Constant using the ConstantExpr interface.  That way, we
5661 /// will return Constants for objects which aren't represented by a
5662 /// SCEVConstant, because SCEVConstant is restricted to ConstantInt.
5663 /// Returns NULL if the SCEV isn't representable as a Constant.
5664 static Constant *BuildConstantFromSCEV(const SCEV *V) {
5665   switch (static_cast<SCEVTypes>(V->getSCEVType())) {
5666     case scCouldNotCompute:
5667     case scAddRecExpr:
5668       break;
5669     case scConstant:
5670       return cast<SCEVConstant>(V)->getValue();
5671     case scUnknown:
5672       return dyn_cast<Constant>(cast<SCEVUnknown>(V)->getValue());
5673     case scSignExtend: {
5674       const SCEVSignExtendExpr *SS = cast<SCEVSignExtendExpr>(V);
5675       if (Constant *CastOp = BuildConstantFromSCEV(SS->getOperand()))
5676         return ConstantExpr::getSExt(CastOp, SS->getType());
5677       break;
5678     }
5679     case scZeroExtend: {
5680       const SCEVZeroExtendExpr *SZ = cast<SCEVZeroExtendExpr>(V);
5681       if (Constant *CastOp = BuildConstantFromSCEV(SZ->getOperand()))
5682         return ConstantExpr::getZExt(CastOp, SZ->getType());
5683       break;
5684     }
5685     case scTruncate: {
5686       const SCEVTruncateExpr *ST = cast<SCEVTruncateExpr>(V);
5687       if (Constant *CastOp = BuildConstantFromSCEV(ST->getOperand()))
5688         return ConstantExpr::getTrunc(CastOp, ST->getType());
5689       break;
5690     }
5691     case scAddExpr: {
5692       const SCEVAddExpr *SA = cast<SCEVAddExpr>(V);
5693       if (Constant *C = BuildConstantFromSCEV(SA->getOperand(0))) {
5694         if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(C->getType())) {
5695           unsigned AS = PTy->getAddressSpace();
5696           Type *DestPtrTy = Type::getInt8PtrTy(C->getContext(), AS);
5697           C = ConstantExpr::getBitCast(C, DestPtrTy);
5698         }
5699         for (unsigned i = 1, e = SA->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5700           Constant *C2 = BuildConstantFromSCEV(SA->getOperand(i));
5701           if (!C2) return nullptr;
5702
5703           // First pointer!
5704           if (!C->getType()->isPointerTy() && C2->getType()->isPointerTy()) {
5705             unsigned AS = C2->getType()->getPointerAddressSpace();
5706             std::swap(C, C2);
5707             Type *DestPtrTy = Type::getInt8PtrTy(C->getContext(), AS);
5708             // The offsets have been converted to bytes.  We can add bytes to an
5709             // i8* by GEP with the byte count in the first index.
5710             C = ConstantExpr::getBitCast(C, DestPtrTy);
5711           }
5712
5713           // Don't bother trying to sum two pointers. We probably can't
5714           // statically compute a load that results from it anyway.
5715           if (C2->getType()->isPointerTy())
5716             return nullptr;
5717
5718           if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(C->getType())) {
5719             if (PTy->getElementType()->isStructTy())
5720               C2 = ConstantExpr::getIntegerCast(
5721                   C2, Type::getInt32Ty(C->getContext()), true);
5722             C = ConstantExpr::getGetElementPtr(PTy->getElementType(), C, C2);
5723           } else
5724             C = ConstantExpr::getAdd(C, C2);
5725         }
5726         return C;
5727       }
5728       break;
5729     }
5730     case scMulExpr: {
5731       const SCEVMulExpr *SM = cast<SCEVMulExpr>(V);
5732       if (Constant *C = BuildConstantFromSCEV(SM->getOperand(0))) {
5733         // Don't bother with pointers at all.
5734         if (C->getType()->isPointerTy()) return nullptr;
5735         for (unsigned i = 1, e = SM->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5736           Constant *C2 = BuildConstantFromSCEV(SM->getOperand(i));
5737           if (!C2 || C2->getType()->isPointerTy()) return nullptr;
5738           C = ConstantExpr::getMul(C, C2);
5739         }
5740         return C;
5741       }
5742       break;
5743     }
5744     case scUDivExpr: {
5745       const SCEVUDivExpr *SU = cast<SCEVUDivExpr>(V);
5746       if (Constant *LHS = BuildConstantFromSCEV(SU->getLHS()))
5747         if (Constant *RHS = BuildConstantFromSCEV(SU->getRHS()))
5748           if (LHS->getType() == RHS->getType())
5749             return ConstantExpr::getUDiv(LHS, RHS);
5750       break;
5751     }
5752     case scSMaxExpr:
5753     case scUMaxExpr:
5754       break; // TODO: smax, umax.
5755   }
5756   return nullptr;
5757 }
5758
5759 const SCEV *ScalarEvolution::computeSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
5760   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
5761
5762   // If this instruction is evolved from a constant-evolving PHI, compute the
5763   // exit value from the loop without using SCEVs.
5764   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
5765     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
5766       const Loop *LI = (*this->LI)[I->getParent()];
5767       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
5768         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
5769           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
5770             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
5771             // to see if the loop that contains it has a known backedge-taken
5772             // count.  If so, we may be able to force computation of the exit
5773             // value.
5774             const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(LI);
5775             if (const SCEVConstant *BTCC =
5776                   dyn_cast<SCEVConstant>(BackedgeTakenCount)) {
5777               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
5778               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
5779               // the specified iteration number.
5780               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
5781                                                    BTCC->getValue()->getValue(),
5782                                                                LI);
5783               if (RV) return getSCEV(RV);
5784             }
5785           }
5786
5787       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
5788       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
5789       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
5790       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
5791       if (CanConstantFold(I)) {
5792         SmallVector<Constant *, 4> Operands;
5793         bool MadeImprovement = false;
5794         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5795           Value *Op = I->getOperand(i);
5796           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
5797             Operands.push_back(C);
5798             continue;
5799           }
5800
5801           // If any of the operands is non-constant and if they are
5802           // non-integer and non-pointer, don't even try to analyze them
5803           // with scev techniques.
5804           if (!isSCEVable(Op->getType()))
5805             return V;
5806
5807           const SCEV *OrigV = getSCEV(Op);
5808           const SCEV *OpV = getSCEVAtScope(OrigV, L);
5809           MadeImprovement |= OrigV != OpV;
5810
5811           Constant *C = BuildConstantFromSCEV(OpV);
5812           if (!C) return V;
5813           if (C->getType() != Op->getType())
5814             C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
5815                                                               Op->getType(),
5816                                                               false),
5817                                       C, Op->getType());
5818           Operands.push_back(C);
5819         }
5820
5821         // Check to see if getSCEVAtScope actually made an improvement.
5822         if (MadeImprovement) {
5823           Constant *C = nullptr;
5824           const DataLayout &DL = F->getParent()->getDataLayout();
5825           if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
5826             C = ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(), Operands[0],
5827                                                 Operands[1], DL, TLI);
5828           else if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
5829             if (!LI->isVolatile())
5830               C = ConstantFoldLoadFromConstPtr(Operands[0], DL);
5831           } else
5832             C = ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(), Operands,
5833                                          DL, TLI);
5834           if (!C) return V;
5835           return getSCEV(C);
5836         }
5837       }
5838     }
5839
5840     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
5841     return V;
5842   }
5843
5844   if (const SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
5845     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
5846     // expression has no loop-variant portions.
5847     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5848       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
5849       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
5850         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
5851         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
5852         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Comm->op_begin(),
5853                                             Comm->op_begin()+i);
5854         NewOps.push_back(OpAtScope);
5855
5856         for (++i; i != e; ++i) {
5857           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
5858           NewOps.push_back(OpAtScope);
5859         }
5860         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
5861           return getAddExpr(NewOps);
5862         if (isa<SCEVMulExpr>(Comm))
5863           return getMulExpr(NewOps);
5864         if (isa<SCEVSMaxExpr>(Comm))
5865           return getSMaxExpr(NewOps);
5866         if (isa<SCEVUMaxExpr>(Comm))
5867           return getUMaxExpr(NewOps);
5868         llvm_unreachable("Unknown commutative SCEV type!");
5869       }
5870     }
5871     // If we got here, all operands are loop invariant.
5872     return Comm;
5873   }
5874
5875   if (const SCEVUDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(V)) {
5876     const SCEV *LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
5877     const SCEV *RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
5878     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
5879       return Div;   // must be loop invariant
5880     return getUDivExpr(LHS, RHS);
5881   }
5882
5883   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
5884   // are dealing with the final value computed by the loop.
5885   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
5886     // First, attempt to evaluate each operand.
5887     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
5888     // expression has no loop-variant portions.
5889     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5890       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(i), L);
5891       if (OpAtScope == AddRec->getOperand(i))
5892         continue;
5893
5894       // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
5895       // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
5896       SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AddRec->op_begin(),
5897                                           AddRec->op_begin()+i);
5898       NewOps.push_back(OpAtScope);
5899       for (++i; i != e; ++i)
5900         NewOps.push_back(getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(i), L));
5901
5902       const SCEV *FoldedRec =
5903         getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop(),
5904                       AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
5905       AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(FoldedRec);
5906       // The addrec may be folded to a nonrecurrence, for example, if the
5907       // induction variable is multiplied by zero after constant folding. Go
5908       // ahead and return the folded value.
5909       if (!AddRec)
5910         return FoldedRec;
5911       break;
5912     }
5913
5914     // If the scope is outside the addrec's loop, evaluate it by using the
5915     // loop exit value of the addrec.
5916     if (!AddRec->getLoop()->contains(L)) {
5917       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
5918       // loop iterates.  Compute this now.
5919       const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
5920       if (BackedgeTakenCount == getCouldNotCompute()) return AddRec;
5921
5922       // Then, evaluate the AddRec.
5923       return AddRec->evaluateAtIteration(BackedgeTakenCount, *this);
5924     }
5925
5926     return AddRec;
5927   }
5928
5929   if (const SCEVZeroExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(V)) {
5930     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
5931     if (Op == Cast->getOperand())
5932       return Cast;  // must be loop invariant
5933     return getZeroExtendExpr(Op, Cast->getType());
5934   }
5935
5936   if (const SCEVSignExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(V)) {
5937     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
5938     if (Op == Cast->getOperand())
5939       return Cast;  // must be loop invariant
5940     return getSignExtendExpr(Op, Cast->getType());
5941   }
5942
5943   if (const SCEVTruncateExpr *Cast = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(V)) {
5944     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
5945     if (Op == Cast->getOperand())
5946       return Cast;  // must be loop invariant
5947     return getTruncateExpr(Op, Cast->getType());
5948   }
5949
5950   llvm_unreachable("Unknown SCEV type!");
5951 }
5952
5953 /// getSCEVAtScope - This is a convenience function which does
5954 /// getSCEVAtScope(getSCEV(V), L).
5955 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) {
5956   return getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
5957 }
5958
5959 /// SolveLinEquationWithOverflow - Finds the minimum unsigned root of the
5960 /// following equation:
5961 ///
5962 ///     A * X = B (mod N)
5963 ///
5964 /// where N = 2^BW and BW is the common bit width of A and B. The signedness of
5965 /// A and B isn't important.
5966 ///
5967 /// If the equation does not have a solution, SCEVCouldNotCompute is returned.
5968 static const SCEV *SolveLinEquationWithOverflow(const APInt &A, const APInt &B,
5969                                                ScalarEvolution &SE) {
5970   uint32_t BW = A.getBitWidth();
5971   assert(BW == B.getBitWidth() && "Bit widths must be the same.");
5972   assert(A != 0 && "A must be non-zero.");
5973
5974   // 1. D = gcd(A, N)
5975   //
5976   // The gcd of A and N may have only one prime factor: 2. The number of
5977   // trailing zeros in A is its multiplicity
5978   uint32_t Mult2 = A.countTrailingZeros();
5979   // D = 2^Mult2
5980
5981   // 2. Check if B is divisible by D.
5982   //
5983   // B is divisible by D if and only if the multiplicity of prime factor 2 for B
5984   // is not less than multiplicity of this prime factor for D.
5985   if (B.countTrailingZeros() < Mult2)
5986     return SE.getCouldNotCompute();
5987
5988   // 3. Compute I: the multiplicative inverse of (A / D) in arithmetic
5989   // modulo (N / D).
5990   //
5991   // (N / D) may need BW+1 bits in its representation.  Hence, we'll use this
5992   // bit width during computations.
5993   APInt AD = A.lshr(Mult2).zext(BW + 1);  // AD = A / D
5994   APInt Mod(BW + 1, 0);
5995   Mod.setBit(BW - Mult2);  // Mod = N / D
5996   APInt I = AD.multiplicativeInverse(Mod);
5997
5998   // 4. Compute the minimum unsigned root of the equation:
5999   // I * (B / D) mod (N / D)
6000   APInt Result = (I * B.lshr(Mult2).zext(BW + 1)).urem(Mod);
6001
6002   // The result is guaranteed to be less than 2^BW so we may truncate it to BW
6003   // bits.
6004   return SE.getConstant(Result.trunc(BW));
6005 }
6006
6007 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
6008 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
6009 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
6010 ///
6011 static std::pair<const SCEV *,const SCEV *>
6012 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ScalarEvolution &SE) {
6013   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
6014   const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
6015   const SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
6016   const SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
6017
6018   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
6019   if (!LC || !MC || !NC) {
6020     const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
6021     return std::make_pair(CNC, CNC);
6022   }
6023
6024   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
6025   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
6026   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
6027   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
6028   APInt Two(BitWidth, 2);
6029   APInt Four(BitWidth, 4);
6030
6031   {
6032     using namespace APIntOps;
6033     const APInt& C = L;
6034     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
6035     // The B coefficient is M-N/2
6036     APInt B(M);
6037     B -= sdiv(N,Two);
6038
6039     // The A coefficient is N/2
6040     APInt A(N.sdiv(Two));
6041
6042     // Compute the B^2-4ac term.
6043     APInt SqrtTerm(B);
6044     SqrtTerm *= B;
6045     SqrtTerm -= Four * (A * C);
6046
6047     if (SqrtTerm.isNegative()) {
6048       // The loop is provably infinite.
6049       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
6050       return std::make_pair(CNC, CNC);
6051     }
6052
6053     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
6054     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
6055     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
6056
6057     // Compute the two solutions for the quadratic formula.
6058     // The divisions must be performed as signed divisions.
6059     APInt NegB(-B);
6060     APInt TwoA(A << 1);
6061     if (TwoA.isMinValue()) {
6062       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
6063       return std::make_pair(CNC, CNC);
6064     }
6065
6066     LLVMContext &Context = SE.getContext();
6067
6068     ConstantInt *Solution1 =
6069       ConstantInt::get(Context, (NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
6070     ConstantInt *Solution2 =
6071       ConstantInt::get(Context, (NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
6072
6073     return std::make_pair(SE.getConstant(Solution1),
6074                           SE.getConstant(Solution2));
6075   } // end APIntOps namespace
6076 }
6077
6078 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
6079 /// value to zero will execute.  If not computable, return CouldNotCompute.
6080 ///
6081 /// This is only used for loops with a "x != y" exit test. The exit condition is
6082 /// now expressed as a single expression, V = x-y. So the exit test is
6083 /// effectively V != 0.  We know and take advantage of the fact that this
6084 /// expression only being used in a comparison by zero context.
6085 ScalarEvolution::ExitLimit
6086 ScalarEvolution::HowFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L, bool ControlsExit) {
6087   // If the value is a constant
6088   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
6089     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
6090     if (C->getValue()->isZero()) return C;
6091     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
6092   }
6093
6094   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
6095   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
6096     return getCouldNotCompute();
6097
6098   // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
6099   // the quadratic equation to solve it.
6100   if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isIntegerTy()) {
6101     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots =
6102       SolveQuadraticEquation(AddRec, *this);
6103     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
6104     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
6105     if (R1 && R2) {
6106 #if 0
6107       dbgs() << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
6108              << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
6109 #endif
6110       // Pick the smallest positive root value.
6111       if (ConstantInt *CB =
6112           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(CmpInst::ICMP_ULT,
6113                                                       R1->getValue(),
6114                                                       R2->getValue()))) {
6115         if (!CB->getZExtValue())
6116           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
6117
6118         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
6119         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
6120         // should not accept a root of 2.
6121         const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1, *this);
6122         if (Val->isZero())
6123           return R1;  // We found a quadratic root!
6124       }
6125     }
6126     return getCouldNotCompute();
6127   }
6128
6129   // Otherwise we can only handle this if it is affine.
6130   if (!AddRec->isAffine())
6131     return getCouldNotCompute();
6132
6133   // If this is an affine expression, the execution count of this branch is
6134   // the minimum unsigned root of the following equation:
6135   //
6136   //     Start + Step*N = 0 (mod 2^BW)
6137   //
6138   // equivalent to:
6139   //
6140   //             Step*N = -Start (mod 2^BW)
6141   //
6142   // where BW is the common bit width of Start and Step.
6143
6144   // Get the initial value for the loop.
6145   const SCEV *Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(), L->getParentLoop());
6146   const SCEV *Step = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(1), L->getParentLoop());
6147
6148   // For now we handle only constant steps.
6149   //
6150   // TODO: Handle a nonconstant Step given AddRec<NUW>. If the
6151   // AddRec is NUW, then (in an unsigned sense) it cannot be counting up to wrap
6152   // to 0, it must be counting down to equal 0. Consequently, N = Start / -Step.
6153   // We have not yet seen any such cases.
6154   const SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
6155   if (!StepC || StepC->getValue()->equalsInt(0))
6156     return getCouldNotCompute();
6157
6158   // For positive steps (counting up until unsigned overflow):
6159   //   N = -Start/Step (as unsigned)
6160   // For negative steps (counting down to zero):
6161   //   N = Start/-Step
6162   // First compute the unsigned distance from zero in the direction of Step.
6163   bool CountDown = StepC->getValue()->getValue().isNegative();
6164   const SCEV *Distance = CountDown ? Start : getNegativeSCEV(Start);
6165
6166   // Handle unitary steps, which cannot wraparound.
6167   // 1*N = -Start; -1*N = Start (mod 2^BW), so:
6168   //   N = Distance (as unsigned)
6169   if (StepC->getValue()->equalsInt(1) || StepC->getValue()->isAllOnesValue()) {
6170     ConstantRange CR = getUnsignedRange(Start);
6171     const SCEV *MaxBECount;
6172     if (!CountDown && CR.getUnsignedMin().isMinValue())
6173       // When counting up, the worst starting value is 1, not 0.
6174       MaxBECount = CR.getUnsignedMax().isMinValue()
6175         ? getConstant(APInt::getMinValue(CR.getBitWidth()))
6176         : getConstant(APInt::getMaxValue(CR.getBitWidth()));
6177     else
6178       MaxBECount = getConstant(CountDown ? CR.getUnsignedMax()
6179                                          : -CR.getUnsignedMin());
6180     return ExitLimit(Distance, MaxBECount);
6181   }
6182
6183   // As a special case, handle the instance where Step is a positive power of
6184   // two. In this case, determining whether Step divides Distance evenly can be
6185   // done by counting and comparing the number of trailing zeros of Step and
6186   // Distance.
6187   if (!CountDown) {
6188     const APInt &StepV = StepC->getValue()->getValue();
6189     // StepV.isPowerOf2() returns true if StepV is an positive power of two.  It
6190     // also returns true if StepV is maximally negative (eg, INT_MIN), but that
6191     // case is not handled as this code is guarded by !CountDown.
6192     if (StepV.isPowerOf2() &&
6193         GetMinTrailingZeros(Distance) >= StepV.countTrailingZeros())
6194       return getUDivExactExpr(Distance, Step);
6195   }
6196
6197   // If the condition controls loop exit (the loop exits only if the expression
6198   // is true) and the addition is no-wrap we can use unsigned divide to
6199   // compute the backedge count.  In this case, the step may not divide the
6200   // distance, but we don't care because if the condition is "missed" the loop
6201   // will have undefined behavior due to wrapping.
6202   if (ControlsExit && AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)) {
6203     const SCEV *Exact =
6204         getUDivExpr(Distance, CountDown ? getNegativeSCEV(Step) : Step);
6205     return ExitLimit(Exact, Exact);
6206   }
6207
6208   // Then, try to solve the above equation provided that Start is constant.
6209   if (const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start))
6210     return SolveLinEquationWithOverflow(StepC->getValue()->getValue(),
6211                                         -StartC->getValue()->getValue(),
6212                                         *this);
6213   return getCouldNotCompute();
6214 }
6215
6216 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
6217 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
6218 /// CouldNotCompute
6219 ScalarEvolution::ExitLimit
6220 ScalarEvolution::HowFarToNonZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
6221   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
6222   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
6223   // future as needed.
6224
6225   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
6226   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
6227   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
6228     if (!C->getValue()->isNullValue())
6229       return getConstant(C->getType(), 0);
6230     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
6231   }
6232
6233   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
6234   // this, and if they did, they would already be constant folded.
6235   return getCouldNotCompute();
6236 }
6237
6238 /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
6239 /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
6240 /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
6241 /// found.
6242 ///
6243 std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
6244 ScalarEvolution::getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB) {
6245   // If the block has a unique predecessor, then there is no path from the
6246   // predecessor to the block that does not go through the direct edge
6247   // from the predecessor to the block.
6248   if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor())
6249     return std::make_pair(Pred, BB);
6250
6251   // A loop's header is defined to be a block that dominates the loop.
6252   // If the header has a unique predecessor outside the loop, it must be
6253   // a block that has exactly one successor that can reach the loop.
6254   if (Loop *L = LI->getLoopFor(BB))
6255     return std::make_pair(L->getLoopPredecessor(), L->getHeader());
6256
6257   return std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>();
6258 }
6259
6260 /// HasSameValue - SCEV structural equivalence is usually sufficient for
6261 /// testing whether two expressions are equal, however for the purposes of
6262 /// looking for a condition guarding a loop, it can be useful to be a little
6263 /// more general, since a front-end may have replicated the controlling
6264 /// expression.
6265 ///
6266 static bool HasSameValue(const SCEV *A, const SCEV *B) {
6267   // Quick check to see if they are the same SCEV.
6268   if (A == B) return true;
6269
6270   // Otherwise, if they're both SCEVUnknown, it's possible that they hold
6271   // two different instructions with the same value. Check for this case.
6272   if (const SCEVUnknown *AU = dyn_cast<SCEVUnknown>(A))
6273     if (const SCEVUnknown *BU = dyn_cast<SCEVUnknown>(B))
6274       if (const Instruction *AI = dyn_cast<Instruction>(AU->getValue()))
6275         if (const Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(BU->getValue()))
6276           if (AI->isIdenticalTo(BI) && !AI->mayReadFromMemory())
6277             return true;
6278
6279   // Otherwise assume they may have a different value.
6280   return false;
6281 }
6282
6283 /// SimplifyICmpOperands - Simplify LHS and RHS in a comparison with
6284 /// predicate Pred. Return true iff any changes were made.
6285 ///
6286 bool ScalarEvolution::SimplifyICmpOperands(ICmpInst::Predicate &Pred,
6287                                            const SCEV *&LHS, const SCEV *&RHS,
6288                                            unsigned Depth) {
6289   bool Changed = false;
6290
6291   // If we hit the max recursion limit bail out.
6292   if (Depth >= 3)
6293     return false;
6294
6295   // Canonicalize a constant to the right side.
6296   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
6297     // Check for both operands constant.
6298     if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
6299       if (ConstantExpr::getICmp(Pred,
6300                                 LHSC->getValue(),
6301                                 RHSC->getValue())->isNullValue())
6302         goto trivially_false;
6303       else
6304         goto trivially_true;
6305     }
6306     // Otherwise swap the operands to put the constant on the right.
6307     std::swap(LHS, RHS);
6308     Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
6309     Changed = true;
6310   }
6311
6312   // If we're comparing an addrec with a value which is loop-invariant in the
6313   // addrec's loop, put the addrec on the left. Also make a dominance check,
6314   // as both operands could be addrecs loop-invariant in each other's loop.
6315   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS)) {
6316     const Loop *L = AR->getLoop();
6317     if (isLoopInvariant(LHS, L) && properlyDominates(LHS, L->getHeader())) {
6318       std::swap(LHS, RHS);
6319       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
6320       Changed = true;
6321     }
6322   }
6323
6324   // If there's a constant operand, canonicalize comparisons with boundary
6325   // cases, and canonicalize *-or-equal comparisons to regular comparisons.
6326   if (const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
6327     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
6328     switch (Pred) {
6329     default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
6330     case ICmpInst::ICMP_EQ:
6331     case ICmpInst::ICMP_NE:
6332       // Fold ((-1) * %a) + %b == 0 (equivalent to %b-%a == 0) into %a == %b.
6333       if (!RA)
6334         if (const SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS))
6335           if (const SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(AE->getOperand(0)))
6336             if (AE->getNumOperands() == 2 && ME->getNumOperands() == 2 &&
6337                 ME->getOperand(0)->isAllOnesValue()) {
6338               RHS = AE->getOperand(1);
6339               LHS = ME->getOperand(1);
6340               Changed = true;
6341             }
6342       break;
6343     case ICmpInst::ICMP_UGE:
6344       if ((RA - 1).isMinValue()) {
6345         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6346         RHS = getConstant(RA - 1);
6347         Changed = true;
6348         break;
6349       }
6350       if (RA.isMaxValue()) {
6351         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6352         Changed = true;
6353         break;
6354       }
6355       if (RA.isMinValue()) goto trivially_true;
6356
6357       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
6358       RHS = getConstant(RA - 1);
6359       Changed = true;
6360       break;
6361     case ICmpInst::ICMP_ULE:
6362       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
6363         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6364         RHS = getConstant(RA + 1);
6365         Changed = true;
6366         break;
6367       }
6368       if (RA.isMinValue()) {
6369         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6370         Changed = true;
6371         break;
6372       }
6373       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_true;
6374
6375       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
6376       RHS = getConstant(RA + 1);
6377       Changed = true;
6378       break;
6379     case ICmpInst::ICMP_SGE:
6380       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
6381         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6382         RHS = getConstant(RA - 1);
6383         Changed = true;
6384         break;
6385       }
6386       if (RA.isMaxSignedValue()) {
6387         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6388         Changed = true;
6389         break;
6390       }
6391       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_true;
6392
6393       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
6394       RHS = getConstant(RA - 1);
6395       Changed = true;
6396       break;
6397     case ICmpInst::ICMP_SLE:
6398       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
6399         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6400         RHS = getConstant(RA + 1);
6401         Changed = true;
6402         break;
6403       }
6404       if (RA.isMinSignedValue()) {
6405         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6406         Changed = true;
6407         break;
6408       }
6409       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_true;
6410
6411       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
6412       RHS = getConstant(RA + 1);
6413       Changed = true;
6414       break;
6415     case ICmpInst::ICMP_UGT:
6416       if (RA.isMinValue()) {
6417         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6418         Changed = true;
6419         break;
6420       }
6421       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
6422         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6423         RHS = getConstant(RA + 1);
6424         Changed = true;
6425         break;
6426       }
6427       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_false;
6428       break;
6429     case ICmpInst::ICMP_ULT:
6430       if (RA.isMaxValue()) {
6431         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6432         Changed = true;
6433         break;
6434       }
6435       if ((RA - 1).isMinValue()) {
6436         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6437         RHS = getConstant(RA - 1);
6438         Changed = true;
6439         break;
6440       }
6441       if (RA.isMinValue()) goto trivially_false;
6442       break;
6443     case ICmpInst::ICMP_SGT:
6444       if (RA.isMinSignedValue()) {
6445         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6446         Changed = true;
6447         break;
6448       }
6449       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
6450         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6451         RHS = getConstant(RA + 1);
6452         Changed = true;
6453         break;
6454       }
6455       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_false;
6456       break;
6457     case ICmpInst::ICMP_SLT:
6458       if (RA.isMaxSignedValue()) {
6459         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6460         Changed = true;
6461         break;
6462       }
6463       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
6464        Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6465        RHS = getConstant(RA - 1);
6466         Changed = true;
6467        break;
6468       }
6469       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_false;
6470       break;
6471     }
6472   }
6473
6474   // Check for obvious equality.
6475   if (HasSameValue(LHS, RHS)) {
6476     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
6477       goto trivially_true;
6478     if (ICmpInst::isFalseWhenEqual(Pred))
6479       goto trivially_false;
6480   }
6481
6482   // If possible, canonicalize GE/LE comparisons to GT/LT comparisons, by
6483   // adding or subtracting 1 from one of the operands.
6484   switch (Pred) {
6485   case ICmpInst::ICMP_SLE:
6486     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
6487       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
6488                        SCEV::FlagNSW);
6489       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
6490       Changed = true;
6491     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
6492       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
6493                        SCEV::FlagNSW);
6494       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
6495       Changed = true;
6496     }
6497     break;
6498   case ICmpInst::ICMP_SGE:
6499     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
6500       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
6501                        SCEV::FlagNSW);
6502       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
6503       Changed = true;
6504     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
6505       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
6506                        SCEV::FlagNSW);
6507       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
6508       Changed = true;
6509     }
6510     break;
6511   case ICmpInst::ICMP_ULE:
6512     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
6513       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
6514                        SCEV::FlagNUW);
6515       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
6516       Changed = true;
6517     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
6518       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
6519                        SCEV::FlagNUW);
6520       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
6521       Changed = true;
6522     }
6523     break;
6524   case ICmpInst::ICMP_UGE:
6525     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
6526       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
6527                        SCEV::FlagNUW);
6528       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
6529       Changed = true;
6530     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
6531       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
6532                        SCEV::FlagNUW);
6533       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
6534       Changed = true;
6535     }
6536     break;
6537   default:
6538     break;
6539   }
6540
6541   // TODO: More simplifications are possible here.
6542
6543   // Recursively simplify until we either hit a recursion limit or nothing
6544   // changes.
6545   if (Changed)
6546     return SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS, Depth+1);
6547
6548   return Changed;
6549
6550 trivially_true:
6551   // Return 0 == 0.
6552   LHS = RHS = getConstant(ConstantInt::getFalse(getContext()));
6553   Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6554   return true;
6555
6556 trivially_false:
6557   // Return 0 != 0.
6558   LHS = RHS = getConstant(ConstantInt::getFalse(getContext()));
6559   Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6560   return true;
6561 }
6562
6563 bool ScalarEvolution::isKnownNegative(const SCEV *S) {
6564   return getSignedRange(S).getSignedMax().isNegative();
6565 }
6566
6567 bool ScalarEvolution::isKnownPositive(const SCEV *S) {
6568   return getSignedRange(S).getSignedMin().isStrictlyPositive();
6569 }
6570
6571 bool ScalarEvolution::isKnownNonNegative(const SCEV *S) {
6572   return !getSignedRange(S).getSignedMin().isNegative();
6573 }
6574
6575 bool ScalarEvolution::isKnownNonPositive(const SCEV *S) {
6576   return !getSignedRange(S).getSignedMax().isStrictlyPositive();
6577 }
6578
6579 bool ScalarEvolution::isKnownNonZero(const SCEV *S) {
6580   return isKnownNegative(S) || isKnownPositive(S);
6581 }
6582
6583 bool ScalarEvolution::isKnownPredicate(ICmpInst::Predicate Pred,
6584                                        const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
6585   // Canonicalize the inputs first.
6586   (void)SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS);
6587
6588   // If LHS or RHS is an addrec, check to see if the condition is true in
6589   // every iteration of the loop.
6590   // If LHS and RHS are both addrec, both conditions must be true in
6591   // every iteration of the loop.
6592   const SCEVAddRecExpr *LAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
6593   const SCEVAddRecExpr *RAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
6594   bool LeftGuarded = false;
6595   bool RightGuarded = false;
6596   if (LAR) {
6597     const Loop *L = LAR->getLoop();
6598     if (isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, LAR->getStart(), RHS) &&
6599         isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, LAR->getPostIncExpr(*this), RHS)) {
6600       if (!RAR) return true;
6601       LeftGuarded = true;
6602     }
6603   }
6604   if (RAR) {
6605     const Loop *L = RAR->getLoop();
6606     if (isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, LHS, RAR->getStart()) &&
6607         isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, LHS, RAR->getPostIncExpr(*this))) {
6608       if (!LAR) return true;
6609       RightGuarded = true;
6610     }
6611   }
6612   if (LeftGuarded && RightGuarded)
6613     return true;
6614
6615   // Otherwise see what can be done with known constant ranges.
6616   return isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS);
6617 }
6618
6619 bool
6620 ScalarEvolution::isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
6621                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
6622   if (HasSameValue(LHS, RHS))
6623     return ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
6624
6625   // This code is split out from isKnownPredicate because it is called from
6626   // within isLoopEntryGuardedByCond.
6627   switch (Pred) {
6628   default:
6629     llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
6630   case ICmpInst::ICMP_SGT:
6631     std::swap(LHS, RHS);
6632   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
6633     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
6634     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
6635     if (LHSRange.getSignedMax().slt(RHSRange.getSignedMin()))
6636       return true;
6637     if (LHSRange.getSignedMin().sge(RHSRange.getSignedMax()))
6638       return false;
6639     break;
6640   }
6641   case ICmpInst::ICMP_SGE:
6642     std::swap(LHS, RHS);
6643   case ICmpInst::ICMP_SLE: {
6644     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
6645     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
6646     if (LHSRange.getSignedMax().sle(RHSRange.getSignedMin()))
6647       return true;
6648     if (LHSRange.getSignedMin().sgt(RHSRange.getSignedMax()))
6649       return false;
6650     break;
6651   }
6652   case ICmpInst::ICMP_UGT:
6653     std::swap(LHS, RHS);
6654   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
6655     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
6656     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
6657     if (LHSRange.getUnsignedMax().ult(RHSRange.getUnsignedMin()))
6658       return true;
6659     if (LHSRange.getUnsignedMin().uge(RHSRange.getUnsignedMax()))
6660       return false;
6661     break;
6662   }
6663   case ICmpInst::ICMP_UGE:
6664     std::swap(LHS, RHS);
6665   case ICmpInst::ICMP_ULE: {
6666     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
6667     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
6668     if (LHSRange.getUnsignedMax().ule(RHSRange.getUnsignedMin()))
6669       return true;
6670     if (LHSRange.getUnsignedMin().ugt(RHSRange.getUnsignedMax()))
6671       return false;
6672     break;
6673   }
6674   case ICmpInst::ICMP_NE: {
6675     if (getUnsignedRange(LHS).intersectWith(getUnsignedRange(RHS)).isEmptySet())
6676       return true;
6677     if (getSignedRange(LHS).intersectWith(getSignedRange(RHS)).isEmptySet())
6678       return true;
6679
6680     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(LHS, RHS);
6681     if (isKnownNonZero(Diff))
6682       return true;
6683     break;
6684   }
6685   case ICmpInst::ICMP_EQ:
6686     // The check at the top of the function catches the case where
6687     // the values are known to be equal.
6688     break;
6689   }
6690   return false;
6691 }
6692
6693 /// isLoopBackedgeGuardedByCond - Test whether the backedge of the loop is
6694 /// protected by a conditional between LHS and RHS.  This is used to
6695 /// to eliminate casts.
6696 bool
6697 ScalarEvolution::isLoopBackedgeGuardedByCond(const Loop *L,
6698                                              ICmpInst::Predicate Pred,
6699                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
6700   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
6701   // (interprocedural conditions notwithstanding).
6702   if (!L) return true;
6703
6704   if (isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS)) return true;
6705
6706   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
6707   if (!Latch)
6708     return false;
6709
6710   BranchInst *LoopContinuePredicate =
6711     dyn_cast<BranchInst>(Latch->getTerminator());
6712   if (LoopContinuePredicate && LoopContinuePredicate->isConditional() &&
6713       isImpliedCond(Pred, LHS, RHS,
6714                     LoopContinuePredicate->getCondition(),
6715                     LoopContinuePredicate->getSuccessor(0) != L->getHeader()))
6716     return true;
6717
6718   // Check conditions due to any @llvm.assume intrinsics.
6719   for (auto &AssumeVH : AC->assumptions()) {
6720     if (!AssumeVH)
6721       continue;
6722     auto *CI = cast<CallInst>(AssumeVH);
6723     if (!DT->dominates(CI, Latch->getTerminator()))
6724       continue;
6725
6726     if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, CI->getArgOperand(0), false))
6727       return true;
6728   }
6729
6730   struct ClearWalkingBEDominatingCondsOnExit {
6731     ScalarEvolution &SE;
6732
6733     explicit ClearWalkingBEDominatingCondsOnExit(ScalarEvolution &SE)
6734         : SE(SE){};
6735
6736     ~ClearWalkingBEDominatingCondsOnExit() {
6737       SE.WalkingBEDominatingConds = false;
6738     }
6739   };
6740
6741   // We don't want more than one activation of the following loop on the stack
6742   // -- that can lead to O(n!) time complexity.
6743   if (WalkingBEDominatingConds)
6744     return false;
6745
6746   WalkingBEDominatingConds = true;
6747   ClearWalkingBEDominatingCondsOnExit ClearOnExit(*this);
6748
6749   // If the loop is not reachable from the entry block, we risk running into an
6750   // infinite loop as we walk up into the dom tree.  These loops do not matter
6751   // anyway, so we just return a conservative answer when we see them.
6752   if (!DT->isReachableFromEntry(L->getHeader()))
6753     return false;
6754
6755   for (DomTreeNode *DTN = (*DT)[Latch], *HeaderDTN = (*DT)[L->getHeader()];
6756        DTN != HeaderDTN;
6757        DTN = DTN->getIDom()) {
6758
6759     assert(DTN && "should reach the loop header before reaching the root!");
6760
6761     BasicBlock *BB = DTN->getBlock();
6762     BasicBlock *PBB = BB->getSinglePredecessor();
6763     if (!PBB)
6764       continue;
6765
6766     BranchInst *ContinuePredicate = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
6767     if (!ContinuePredicate || !ContinuePredicate->isConditional())
6768       continue;
6769
6770     Value *Condition = ContinuePredicate->getCondition();
6771
6772     // If we have an edge `E` within the loop body that dominates the only
6773     // latch, the condition guarding `E` also guards the backedge.  This
6774     // reasoning works only for loops with a single latch.
6775
6776     BasicBlockEdge DominatingEdge(PBB, BB);
6777     if (DominatingEdge.isSingleEdge()) {
6778       // We're constructively (and conservatively) enumerating edges within the
6779       // loop body that dominate the latch.  The dominator tree better agree
6780       // with us on this:
6781       assert(DT->dominates(DominatingEdge, Latch) && "should be!");
6782
6783       if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, Condition,
6784                         BB != ContinuePredicate->getSuccessor(0)))
6785         return true;
6786     }
6787   }
6788
6789   return false;
6790 }
6791
6792 /// isLoopEntryGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected
6793 /// by a conditional between LHS and RHS.  This is used to help avoid max
6794 /// expressions in loop trip counts, and to eliminate casts.
6795 bool
6796 ScalarEvolution::isLoopEntryGuardedByCond(const Loop *L,
6797                                           ICmpInst::Predicate Pred,
6798                                           const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
6799   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
6800   // (interprocedural conditions notwithstanding).
6801   if (!L) return false;
6802
6803   if (isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS)) return true;
6804
6805   // Starting at the loop predecessor, climb up the predecessor chain, as long
6806   // as there are predecessors that can be found that have unique successors
6807   // leading to the original header.
6808   for (std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
6809          Pair(L->getLoopPredecessor(), L->getHeader());
6810        Pair.first;
6811        Pair = getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(Pair.first)) {
6812
6813     BranchInst *LoopEntryPredicate =
6814       dyn_cast<BranchInst>(Pair.first->getTerminator());
6815     if (!LoopEntryPredicate ||
6816         LoopEntryPredicate->isUnconditional())
6817       continue;
6818
6819     if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS,
6820                       LoopEntryPredicate->getCondition(),
6821                       LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) != Pair.second))
6822       return true;
6823   }
6824
6825   // Check conditions due to any @llvm.assume intrinsics.
6826   for (auto &AssumeVH : AC->assumptions()) {
6827     if (!AssumeVH)
6828       continue;
6829     auto *CI = cast<CallInst>(AssumeVH);
6830     if (!DT->dominates(CI, L->getHeader()))
6831       continue;
6832
6833     if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, CI->getArgOperand(0), false))
6834       return true;
6835   }
6836
6837   return false;
6838 }
6839
6840 /// RAII wrapper to prevent recursive application of isImpliedCond.
6841 /// ScalarEvolution's PendingLoopPredicates set must be empty unless we are
6842 /// currently evaluating isImpliedCond.
6843 struct MarkPendingLoopPredicate {
6844   Value *Cond;
6845   DenseSet<Value*> &LoopPreds;
6846   bool Pending;
6847
6848   MarkPendingLoopPredicate(Value *C, DenseSet<Value*> &LP)
6849     : Cond(C), LoopPreds(LP) {
6850     Pending = !LoopPreds.insert(Cond).second;
6851   }
6852   ~MarkPendingLoopPredicate() {
6853     if (!Pending)
6854       LoopPreds.erase(Cond);
6855   }
6856 };
6857
6858 /// isImpliedCond - Test whether the condition described by Pred, LHS,
6859 /// and RHS is true whenever the given Cond value evaluates to true.
6860 bool ScalarEvolution::isImpliedCond(ICmpInst::Predicate Pred,
6861                                     const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
6862                                     Value *FoundCondValue,
6863                                     bool Inverse) {
6864   MarkPendingLoopPredicate Mark(FoundCondValue, PendingLoopPredicates);
6865   if (Mark.Pending)
6866     return false;
6867
6868   // Recursively handle And and Or conditions.
6869   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(FoundCondValue)) {
6870     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
6871       if (!Inverse)
6872         return isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(0), Inverse) ||
6873                isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(1), Inverse);
6874     } else if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
6875       if (Inverse)
6876         return isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(0), Inverse) ||
6877                isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(1), Inverse);
6878     }
6879   }
6880
6881   ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(FoundCondValue);
6882   if (!ICI) return false;
6883
6884   // Now that we found a conditional branch that dominates the loop or controls
6885   // the loop latch. Check to see if it is the comparison we are looking for.
6886   ICmpInst::Predicate FoundPred;
6887   if (Inverse)
6888     FoundPred = ICI->getInversePredicate();
6889   else
6890     FoundPred = ICI->getPredicate();
6891
6892   const SCEV *FoundLHS = getSCEV(ICI->getOperand(0));
6893   const SCEV *FoundRHS = getSCEV(ICI->getOperand(1));
6894
6895   // Balance the types.
6896   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <
6897       getTypeSizeInBits(FoundLHS->getType())) {
6898     if (CmpInst::isSigned(Pred)) {
6899       LHS = getSignExtendExpr(LHS, FoundLHS->getType());
6900       RHS = getSignExtendExpr(RHS, FoundLHS->getType());
6901     } else {
6902       LHS = getZeroExtendExpr(LHS, FoundLHS->getType());
6903       RHS = getZeroExtendExpr(RHS, FoundLHS->getType());
6904     }
6905   } else if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) >
6906       getTypeSizeInBits(FoundLHS->getType())) {
6907     if (CmpInst::isSigned(FoundPred)) {
6908       FoundLHS = getSignExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
6909       FoundRHS = getSignExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
6910     } else {
6911       FoundLHS = getZeroExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
6912       FoundRHS = getZeroExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
6913     }
6914   }
6915
6916   // Canonicalize the query to match the way instcombine will have
6917   // canonicalized the comparison.
6918   if (SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS))
6919     if (LHS == RHS)
6920       return CmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
6921   if (SimplifyICmpOperands(FoundPred, FoundLHS, FoundRHS))
6922     if (FoundLHS == FoundRHS)
6923       return CmpInst::isFalseWhenEqual(FoundPred);
6924
6925   // Check to see if we can make the LHS or RHS match.
6926   if (LHS == FoundRHS || RHS == FoundLHS) {
6927     if (isa<SCEVConstant>(RHS)) {
6928       std::swap(FoundLHS, FoundRHS);
6929       FoundPred = ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred);
6930     } else {
6931       std::swap(LHS, RHS);
6932       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
6933     }
6934   }
6935
6936   // Check whether the found predicate is the same as the desired predicate.
6937   if (FoundPred == Pred)
6938     return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS);
6939
6940   // Check whether swapping the found predicate makes it the same as the
6941   // desired predicate.
6942   if (ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred) == Pred) {
6943     if (isa<SCEVConstant>(RHS))
6944       return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundRHS, FoundLHS);
6945     else
6946       return isImpliedCondOperands(ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred),
6947                                    RHS, LHS, FoundLHS, FoundRHS);
6948   }
6949
6950   // Check if we can make progress by sharpening ranges.
6951   if (FoundPred == ICmpInst::ICMP_NE &&
6952       (isa<SCEVConstant>(FoundLHS) || isa<SCEVConstant>(FoundRHS))) {
6953
6954     const SCEVConstant *C = nullptr;
6955     const SCEV *V = nullptr;
6956
6957     if (isa<SCEVConstant>(FoundLHS)) {
6958       C = cast<SCEVConstant>(FoundLHS);
6959       V = FoundRHS;
6960     } else {
6961       C = cast<SCEVConstant>(FoundRHS);
6962       V = FoundLHS;
6963     }
6964
6965     // The guarding predicate tells us that C != V. If the known range
6966     // of V is [C, t), we can sharpen the range to [C + 1, t).  The
6967     // range we consider has to correspond to same signedness as the
6968     // predicate we're interested in folding.
6969
6970     APInt Min = ICmpInst::isSigned(Pred) ?
6971         getSignedRange(V).getSignedMin() : getUnsignedRange(V).getUnsignedMin();
6972
6973     if (Min == C->getValue()->getValue()) {
6974       // Given (V >= Min && V != Min) we conclude V >= (Min + 1).
6975       // This is true even if (Min + 1) wraps around -- in case of
6976       // wraparound, (Min + 1) < Min, so (V >= Min => V >= (Min + 1)).
6977
6978       APInt SharperMin = Min + 1;
6979
6980       switch (Pred) {
6981         case ICmpInst::ICMP_SGE:
6982         case ICmpInst::ICMP_UGE:
6983           // We know V `Pred` SharperMin.  If this implies LHS `Pred`
6984           // RHS, we're done.
6985           if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, V,
6986                                     getConstant(SharperMin)))
6987             return true;
6988
6989         case ICmpInst::ICMP_SGT:
6990         case ICmpInst::ICMP_UGT:
6991           // We know from the range information that (V `Pred` Min ||
6992           // V == Min).  We know from the guarding condition that !(V
6993           // == Min).  This gives us
6994           //
6995           //       V `Pred` Min || V == Min && !(V == Min)
6996           //   =>  V `Pred` Min
6997           //
6998           // If V `Pred` Min implies LHS `Pred` RHS, we're done.
6999
7000           if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, V, getConstant(Min)))
7001             return true;
7002
7003         default:
7004           // No change
7005           break;
7006       }
7007     }
7008   }
7009
7010   // Check whether the actual condition is beyond sufficient.
7011   if (FoundPred == ICmpInst::ICMP_EQ)
7012     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
7013       if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
7014         return true;
7015   if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
7016     if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(FoundPred))
7017       if (isImpliedCondOperands(FoundPred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
7018         return true;
7019
7020   // Otherwise assume the worst.
7021   return false;
7022 }
7023
7024 /// isImpliedCondOperands - Test whether the condition described by Pred,
7025 /// LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred, FoundLHS,
7026 /// and FoundRHS is true.
7027 bool ScalarEvolution::isImpliedCondOperands(ICmpInst::Predicate Pred,
7028                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
7029                                             const SCEV *FoundLHS,
7030                                             const SCEV *FoundRHS) {
7031   if (isImpliedCondOperandsViaRanges(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
7032     return true;
7033
7034   return isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
7035                                      FoundLHS, FoundRHS) ||
7036          // ~x < ~y --> x > y
7037          isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
7038                                      getNotSCEV(FoundRHS),
7039                                      getNotSCEV(FoundLHS));
7040 }
7041
7042
7043 /// If Expr computes ~A, return A else return nullptr
7044 static const SCEV *MatchNotExpr(const SCEV *Expr) {
7045   const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr);
7046   if (!Add || Add->getNumOperands() != 2) return nullptr;
7047
7048   const SCEVConstant *AddLHS = dyn_cast<SCEVConstant>(Add->getOperand(0));
7049   if (!(AddLHS && AddLHS->getValue()->getValue().isAllOnesValue()))
7050     return nullptr;
7051
7052   const SCEVMulExpr *AddRHS = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Add->getOperand(1));
7053   if (!AddRHS || AddRHS->getNumOperands() != 2) return nullptr;
7054
7055   const SCEVConstant *MulLHS = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRHS->getOperand(0));
7056   if (!(MulLHS && MulLHS->getValue()->getValue().isAllOnesValue()))
7057     return nullptr;
7058
7059   return AddRHS->getOperand(1);
7060 }
7061
7062
7063 /// Is MaybeMaxExpr an SMax or UMax of Candidate and some other values?
7064 template<typename MaxExprType>
7065 static bool IsMaxConsistingOf(const SCEV *MaybeMaxExpr,
7066                               const SCEV *Candidate) {
7067   const MaxExprType *MaxExpr = dyn_cast<MaxExprType>(MaybeMaxExpr);
7068   if (!MaxExpr) return false;
7069
7070   auto It = std::find(MaxExpr->op_begin(), MaxExpr->op_end(), Candidate);
7071   return It != MaxExpr->op_end();
7072 }
7073
7074
7075 /// Is MaybeMinExpr an SMin or UMin of Candidate and some other values?
7076 template<typename MaxExprType>
7077 static bool IsMinConsistingOf(ScalarEvolution &SE,
7078                               const SCEV *MaybeMinExpr,
7079                               const SCEV *Candidate) {
7080   const SCEV *MaybeMaxExpr = MatchNotExpr(MaybeMinExpr);
7081   if (!MaybeMaxExpr)
7082     return false;
7083
7084   return IsMaxConsistingOf<MaxExprType>(MaybeMaxExpr, SE.getNotSCEV(Candidate));
7085 }
7086
7087
7088 /// Is LHS `Pred` RHS true on the virtue of LHS or RHS being a Min or Max
7089 /// expression?
7090 static bool IsKnownPredicateViaMinOrMax(ScalarEvolution &SE,
7091                                         ICmpInst::Predicate Pred,
7092                                         const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
7093   switch (Pred) {
7094   default:
7095     return false;
7096
7097   case ICmpInst::ICMP_SGE:
7098     std::swap(LHS, RHS);
7099     // fall through
7100   case ICmpInst::ICMP_SLE:
7101     return
7102       // min(A, ...) <= A
7103       IsMinConsistingOf<SCEVSMaxExpr>(SE, LHS, RHS) ||
7104       // A <= max(A, ...)
7105       IsMaxConsistingOf<SCEVSMaxExpr>(RHS, LHS);
7106
7107   case ICmpInst::ICMP_UGE:
7108     std::swap(LHS, RHS);
7109     // fall through
7110   case ICmpInst::ICMP_ULE:
7111     return
7112       // min(A, ...) <= A
7113       IsMinConsistingOf<SCEVUMaxExpr>(SE, LHS, RHS) ||
7114       // A <= max(A, ...)
7115       IsMaxConsistingOf<SCEVUMaxExpr>(RHS, LHS);
7116   }
7117
7118   llvm_unreachable("covered switch fell through?!");
7119 }
7120
7121 /// isImpliedCondOperandsHelper - Test whether the condition described by
7122 /// Pred, LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred,
7123 /// FoundLHS, and FoundRHS is true.
7124 bool
7125 ScalarEvolution::isImpliedCondOperandsHelper(ICmpInst::Predicate Pred,
7126                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
7127                                              const SCEV *FoundLHS,
7128                                              const SCEV *FoundRHS) {
7129   auto IsKnownPredicateFull =
7130       [this](ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
7131     return isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS) ||
7132         IsKnownPredicateViaMinOrMax(*this, Pred, LHS, RHS);
7133   };
7134
7135   switch (Pred) {
7136   default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
7137   case ICmpInst::ICMP_EQ:
7138   case ICmpInst::ICMP_NE:
7139     if (HasSameValue(LHS, FoundLHS) && HasSameValue(RHS, FoundRHS))
7140       return true;
7141     break;
7142   case ICmpInst::ICMP_SLT:
7143   case ICmpInst::ICMP_SLE:
7144     if (IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_SLE, LHS, FoundLHS) &&
7145         IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_SGE, RHS, FoundRHS))
7146       return true;
7147     break;
7148   case ICmpInst::ICMP_SGT:
7149   case ICmpInst::ICMP_SGE:
7150     if (IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_SGE, LHS, FoundLHS) &&
7151         IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_SLE, RHS, FoundRHS))
7152       return true;
7153     break;
7154   case ICmpInst::ICMP_ULT:
7155   case ICmpInst::ICMP_ULE:
7156     if (IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_ULE, LHS, FoundLHS) &&
7157         IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_UGE, RHS, FoundRHS))
7158       return true;
7159     break;
7160   case ICmpInst::ICMP_UGT:
7161   case ICmpInst::ICMP_UGE:
7162     if (IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_UGE, LHS, FoundLHS) &&
7163         IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_ULE, RHS, FoundRHS))
7164       return true;
7165     break;
7166   }
7167
7168   return false;
7169 }
7170
7171 /// isImpliedCondOperandsViaRanges - helper function for isImpliedCondOperands.
7172 /// Tries to get cases like "X `sgt` 0 => X - 1 `sgt` -1".
7173 bool ScalarEvolution::isImpliedCondOperandsViaRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
7174                                                      const SCEV *LHS,
7175                                                      const SCEV *RHS,
7176                                                      const SCEV *FoundLHS,
7177                                                      const SCEV *FoundRHS) {
7178   if (!isa<SCEVConstant>(RHS) || !isa<SCEVConstant>(FoundRHS))
7179     // The restriction on `FoundRHS` be lifted easily -- it exists only to
7180     // reduce the compile time impact of this optimization.
7181     return false;
7182
7183   const SCEVAddExpr *AddLHS = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS);
7184   if (!AddLHS || AddLHS->getOperand(1) != FoundLHS ||
7185       !isa<SCEVConstant>(AddLHS->getOperand(0)))
7186     return false;
7187
7188   APInt ConstFoundRHS = cast<SCEVConstant>(FoundRHS)->getValue()->getValue();
7189
7190   // `FoundLHSRange` is the range we know `FoundLHS` to be in by virtue of the
7191   // antecedent "`FoundLHS` `Pred` `FoundRHS`".
7192   ConstantRange FoundLHSRange =
7193       ConstantRange::makeAllowedICmpRegion(Pred, ConstFoundRHS);
7194
7195   // Since `LHS` is `FoundLHS` + `AddLHS->getOperand(0)`, we can compute a range
7196   // for `LHS`:
7197   APInt Addend =
7198       cast<SCEVConstant>(AddLHS->getOperand(0))->getValue()->getValue();
7199   ConstantRange LHSRange = FoundLHSRange.add(ConstantRange(Addend));
7200
7201   // We can also compute the range of values for `LHS` that satisfy the
7202   // consequent, "`LHS` `Pred` `RHS`":
7203   APInt ConstRHS = cast<SCEVConstant>(RHS)->getValue()->getValue();
7204   ConstantRange SatisfyingLHSRange =
7205       ConstantRange::makeSatisfyingICmpRegion(Pred, ConstRHS);
7206
7207   // The antecedent implies the consequent if every value of `LHS` that
7208   // satisfies the antecedent also satisfies the consequent.
7209   return SatisfyingLHSRange.contains(LHSRange);
7210 }
7211
7212 // Verify if an linear IV with positive stride can overflow when in a
7213 // less-than comparison, knowing the invariant term of the comparison, the
7214 // stride and the knowledge of NSW/NUW flags on the recurrence.
7215 bool ScalarEvolution::doesIVOverflowOnLT(const SCEV *RHS, const SCEV *Stride,
7216                                          bool IsSigned, bool NoWrap) {
7217   if (NoWrap) return false;
7218
7219   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(RHS->getType());
7220   const SCEV *One = getConstant(Stride->getType(), 1);
7221
7222   if (IsSigned) {
7223     APInt MaxRHS = getSignedRange(RHS).getSignedMax();
7224     APInt MaxValue = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
7225     APInt MaxStrideMinusOne = getSignedRange(getMinusSCEV(Stride, One))
7226                                 .getSignedMax();
7227
7228     // SMaxRHS + SMaxStrideMinusOne > SMaxValue => overflow!
7229     return (MaxValue - MaxStrideMinusOne).slt(MaxRHS);
7230   }
7231
7232   APInt MaxRHS = getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax();
7233   APInt MaxValue = APInt::getMaxValue(BitWidth);
7234   APInt MaxStrideMinusOne = getUnsignedRange(getMinusSCEV(Stride, One))
7235                               .getUnsignedMax();
7236
7237   // UMaxRHS + UMaxStrideMinusOne > UMaxValue => overflow!
7238   return (MaxValue - MaxStrideMinusOne).ult(MaxRHS);
7239 }
7240
7241 // Verify if an linear IV with negative stride can overflow when in a
7242 // greater-than comparison, knowing the invariant term of the comparison,
7243 // the stride and the knowledge of NSW/NUW flags on the recurrence.
7244 bool ScalarEvolution::doesIVOverflowOnGT(const SCEV *RHS, const SCEV *Stride,
7245                                          bool IsSigned, bool NoWrap) {
7246   if (NoWrap) return false;
7247
7248   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(RHS->getType());
7249   const SCEV *One = getConstant(Stride->getType(), 1);
7250
7251   if (IsSigned) {
7252     APInt MinRHS = getSignedRange(RHS).getSignedMin();
7253     APInt MinValue = APInt::getSignedMinValue(BitWidth);
7254     APInt MaxStrideMinusOne = getSignedRange(getMinusSCEV(Stride, One))
7255                                .getSignedMax();
7256
7257     // SMinRHS - SMaxStrideMinusOne < SMinValue => overflow!
7258     return (MinValue + MaxStrideMinusOne).sgt(MinRHS);
7259   }
7260
7261   APInt MinRHS = getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMin();
7262   APInt MinValue = APInt::getMinValue(BitWidth);
7263   APInt MaxStrideMinusOne = getUnsignedRange(getMinusSCEV(Stride, One))
7264                             .getUnsignedMax();
7265
7266   // UMinRHS - UMaxStrideMinusOne < UMinValue => overflow!
7267   return (MinValue + MaxStrideMinusOne).ugt(MinRHS);
7268 }
7269
7270 // Compute the backedge taken count knowing the interval difference, the
7271 // stride and presence of the equality in the comparison.
7272 const SCEV *ScalarEvolution::computeBECount(const SCEV *Delta, const SCEV *Step,
7273                                             bool Equality) {
7274   const SCEV *One = getConstant(Step->getType(), 1);
7275   Delta = Equality ? getAddExpr(Delta, Step)
7276                    : getAddExpr(Delta, getMinusSCEV(Step, One));
7277   return getUDivExpr(Delta, Step);
7278 }
7279
7280 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
7281 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
7282 /// CouldNotCompute.
7283 ///
7284 /// @param ControlsExit is true when the LHS < RHS condition directly controls
7285 /// the branch (loops exits only if condition is true). In this case, we can use
7286 /// NoWrapFlags to skip overflow checks.
7287 ScalarEvolution::ExitLimit
7288 ScalarEvolution::HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
7289                                   const Loop *L, bool IsSigned,
7290                                   bool ControlsExit) {
7291   // We handle only IV < Invariant
7292   if (!isLoopInvariant(RHS, L))
7293     return getCouldNotCompute();
7294
7295   const SCEVAddRecExpr *IV = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
7296
7297   // Avoid weird loops
7298   if (!IV || IV->getLoop() != L || !IV->isAffine())
7299     return getCouldNotCompute();
7300
7301   bool NoWrap = ControlsExit &&
7302                 IV->getNoWrapFlags(IsSigned ? SCEV::FlagNSW : SCEV::FlagNUW);
7303
7304   const SCEV *Stride = IV->getStepRecurrence(*this);
7305
7306   // Avoid negative or zero stride values
7307   if (!isKnownPositive(Stride))
7308     return getCouldNotCompute();
7309
7310   // Avoid proven overflow cases: this will ensure that the backedge taken count
7311   // will not generate any unsigned overflow. Relaxed no-overflow conditions
7312   // exploit NoWrapFlags, allowing to optimize in presence of undefined
7313   // behaviors like the case of C language.
7314   if (!Stride->isOne() && doesIVOverflowOnLT(RHS, Stride, IsSigned, NoWrap))
7315     return getCouldNotCompute();
7316
7317   ICmpInst::Predicate Cond = IsSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT
7318                                       : ICmpInst::ICMP_ULT;
7319   const SCEV *Start = IV->getStart();
7320   const SCEV *End = RHS;
7321   if (!isLoopEntryGuardedByCond(L, Cond, getMinusSCEV(Start, Stride), RHS)) {
7322     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(RHS, Start);
7323     // If we have NoWrap set, then we can assume that the increment won't
7324     // overflow, in which case if RHS - Start is a constant, we don't need to
7325     // do a max operation since we can just figure it out statically
7326     if (NoWrap && isa<SCEVConstant>(Diff)) {
7327       APInt D = dyn_cast<const SCEVConstant>(Diff)->getValue()->getValue();
7328       if (D.isNegative())
7329         End = Start;
7330     } else
7331       End = IsSigned ? getSMaxExpr(RHS, Start)
7332                      : getUMaxExpr(RHS, Start);
7333   }
7334
7335   const SCEV *BECount = computeBECount(getMinusSCEV(End, Start), Stride, false);
7336
7337   APInt MinStart = IsSigned ? getSignedRange(Start).getSignedMin()
7338                             : getUnsignedRange(Start).getUnsignedMin();
7339
7340   APInt MinStride = IsSigned ? getSignedRange(Stride).getSignedMin()
7341                              : getUnsignedRange(Stride).getUnsignedMin();
7342
7343   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(LHS->getType());
7344   APInt Limit = IsSigned ? APInt::getSignedMaxValue(BitWidth) - (MinStride - 1)
7345                          : APInt::getMaxValue(BitWidth) - (MinStride - 1);
7346
7347   // Although End can be a MAX expression we estimate MaxEnd considering only
7348   // the case End = RHS. This is safe because in the other case (End - Start)
7349   // is zero, leading to a zero maximum backedge taken count.
7350   APInt MaxEnd =
7351     IsSigned ? APIntOps::smin(getSignedRange(RHS).getSignedMax(), Limit)
7352              : APIntOps::umin(getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax(), Limit);
7353
7354   const SCEV *MaxBECount;
7355   if (isa<SCEVConstant>(BECount))
7356     MaxBECount = BECount;
7357   else
7358     MaxBECount = computeBECount(getConstant(MaxEnd - MinStart),
7359                                 getConstant(MinStride), false);
7360
7361   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount))
7362     MaxBECount = BECount;
7363
7364   return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
7365 }
7366
7367 ScalarEvolution::ExitLimit
7368 ScalarEvolution::HowManyGreaterThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
7369                                      const Loop *L, bool IsSigned,
7370                                      bool ControlsExit) {
7371   // We handle only IV > Invariant
7372   if (!isLoopInvariant(RHS, L))
7373     return getCouldNotCompute();
7374
7375   const SCEVAddRecExpr *IV = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
7376
7377   // Avoid weird loops
7378   if (!IV || IV->getLoop() != L || !IV->isAffine())
7379     return getCouldNotCompute();
7380
7381   bool NoWrap = ControlsExit &&
7382                 IV->getNoWrapFlags(IsSigned ? SCEV::FlagNSW : SCEV::FlagNUW);
7383
7384   const SCEV *Stride = getNegativeSCEV(IV->getStepRecurrence(*this));
7385
7386   // Avoid negative or zero stride values
7387   if (!isKnownPositive(Stride))
7388     return getCouldNotCompute();
7389
7390   // Avoid proven overflow cases: this will ensure that the backedge taken count
7391   // will not generate any unsigned overflow. Relaxed no-overflow conditions
7392   // exploit NoWrapFlags, allowing to optimize in presence of undefined
7393   // behaviors like the case of C language.
7394   if (!Stride->isOne() && doesIVOverflowOnGT(RHS, Stride, IsSigned, NoWrap))
7395     return getCouldNotCompute();
7396
7397   ICmpInst::Predicate Cond = IsSigned ? ICmpInst::ICMP_SGT
7398                                       : ICmpInst::ICMP_UGT;
7399
7400   const SCEV *Start = IV->getStart();
7401   const SCEV *End = RHS;
7402   if (!isLoopEntryGuardedByCond(L, Cond, getAddExpr(Start, Stride), RHS)) {
7403     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(RHS, Start);
7404     // If we have NoWrap set, then we can assume that the increment won't
7405     // overflow, in which case if RHS - Start is a constant, we don't need to
7406     // do a max operation since we can just figure it out statically
7407     if (NoWrap && isa<SCEVConstant>(Diff)) {
7408       APInt D = dyn_cast<const SCEVConstant>(Diff)->getValue()->getValue();
7409       if (!D.isNegative())
7410         End = Start;
7411     } else
7412       End = IsSigned ? getSMinExpr(RHS, Start)
7413                      : getUMinExpr(RHS, Start);
7414   }
7415
7416   const SCEV *BECount = computeBECount(getMinusSCEV(Start, End), Stride, false);
7417
7418   APInt MaxStart = IsSigned ? getSignedRange(Start).getSignedMax()
7419                             : getUnsignedRange(Start).getUnsignedMax();
7420
7421   APInt MinStride = IsSigned ? getSignedRange(Stride).getSignedMin()
7422                              : getUnsignedRange(Stride).getUnsignedMin();
7423
7424   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(LHS->getType());
7425   APInt Limit = IsSigned ? APInt::getSignedMinValue(BitWidth) + (MinStride - 1)
7426                          : APInt::getMinValue(BitWidth) + (MinStride - 1);
7427
7428   // Although End can be a MIN expression we estimate MinEnd considering only
7429   // the case End = RHS. This is safe because in the other case (Start - End)
7430   // is zero, leading to a zero maximum backedge taken count.
7431   APInt MinEnd =
7432     IsSigned ? APIntOps::smax(getSignedRange(RHS).getSignedMin(), Limit)
7433              : APIntOps::umax(getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMin(), Limit);
7434
7435
7436   const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
7437   if (isa<SCEVConstant>(BECount))
7438     MaxBECount = BECount;
7439   else
7440     MaxBECount = computeBECount(getConstant(MaxStart - MinEnd),
7441                                 getConstant(MinStride), false);
7442
7443   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount))
7444     MaxBECount = BECount;
7445
7446   return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
7447 }
7448
7449 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
7450 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
7451 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
7452 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
7453 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
7454 const SCEV *SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
7455                                                     ScalarEvolution &SE) const {
7456   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
7457     return SE.getCouldNotCompute();
7458
7459   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
7460   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
7461     if (!SC->getValue()->isZero()) {
7462       SmallVector<const SCEV *, 4> Operands(op_begin(), op_end());
7463       Operands[0] = SE.getConstant(SC->getType(), 0);
7464       const SCEV *Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop(),
7465                                              getNoWrapFlags(FlagNW));
7466       if (const SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec =
7467             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
7468         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
7469                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
7470       // This is strange and shouldn't happen.
7471       return SE.getCouldNotCompute();
7472     }
7473
7474   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
7475   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
7476   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
7477     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
7478       return SE.getCouldNotCompute();
7479
7480
7481   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
7482   // that the start element is zero.
7483
7484   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
7485   // iteration exits.
7486   unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(getType());
7487   if (!Range.contains(APInt(BitWidth, 0)))
7488     return SE.getConstant(getType(), 0);
7489
7490   if (isAffine()) {
7491     // If this is an affine expression then we have this situation:
7492     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
7493
7494     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
7495     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
7496     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
7497     // value.  Also note that we already checked for a full range.
7498     APInt One(BitWidth,1);
7499     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
7500     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
7501
7502     // The exit value should be (End+A)/A.
7503     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
7504     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal);
7505
7506     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
7507     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
7508     // things must have happened.
7509     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
7510     if (Range.contains(Val->getValue()))
7511       return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
7512
7513     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
7514     assert(Range.contains(
7515            EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
7516            ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
7517            "Linear scev computation is off in a bad way!");
7518     return SE.getConstant(ExitValue);
7519   } else if (isQuadratic()) {
7520     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
7521     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
7522     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
7523     // Range.getUpper() is crossed.
7524     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(op_begin(), op_end());
7525     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
7526     const SCEV *NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop(),
7527                                              // getNoWrapFlags(FlagNW)
7528                                              FlagAnyWrap);
7529
7530     // Next, solve the constructed addrec
7531     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots =
7532       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
7533     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
7534     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
7535     if (R1) {
7536       // Pick the smallest positive root value.
7537       if (ConstantInt *CB =
7538           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
7539                          R1->getValue(), R2->getValue()))) {
7540         if (!CB->getZExtValue())
7541           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
7542
7543         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
7544         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
7545         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
7546         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
7547                                                              R1->getValue(),
7548                                                              SE);
7549         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
7550           // The next iteration must be out of the range...
7551           ConstantInt *NextVal =
7552                 ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()+1);
7553
7554           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
7555           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
7556             return SE.getConstant(NextVal);
7557           return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
7558         }
7559
7560         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
7561         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
7562         ConstantInt *NextVal =
7563                ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()-1);
7564         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
7565         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
7566           return R1;
7567         return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
7568       }
7569     }
7570   }
7571
7572   return SE.getCouldNotCompute();
7573 }
7574
7575 namespace {
7576 struct FindUndefs {
7577   bool Found;
7578   FindUndefs() : Found(false) {}
7579
7580   bool follow(const SCEV *S) {
7581     if (const SCEVUnknown *C = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
7582       if (isa<UndefValue>(C->getValue()))
7583         Found = true;
7584     } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
7585       if (isa<UndefValue>(C->getValue()))
7586         Found = true;
7587     }
7588
7589     // Keep looking if we haven't found it yet.
7590     return !Found;
7591   }
7592   bool isDone() const {
7593     // Stop recursion if we have found an undef.
7594     return Found;
7595   }
7596 };
7597 }
7598
7599 // Return true when S contains at least an undef value.
7600 static inline bool
7601 containsUndefs(const SCEV *S) {
7602   FindUndefs F;
7603   SCEVTraversal<FindUndefs> ST(F);
7604   ST.visitAll(S);
7605
7606   return F.Found;
7607 }
7608
7609 namespace {
7610 // Collect all steps of SCEV expressions.
7611 struct SCEVCollectStrides {
7612   ScalarEvolution &SE;
7613   SmallVectorImpl<const SCEV *> &Strides;
7614
7615   SCEVCollectStrides(ScalarEvolution &SE, SmallVectorImpl<const SCEV *> &S)
7616       : SE(SE), Strides(S) {}
7617
7618   bool follow(const SCEV *S) {
7619     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
7620       Strides.push_back(AR->getStepRecurrence(SE));
7621     return true;
7622   }
7623   bool isDone() const { return false; }
7624 };
7625
7626 // Collect all SCEVUnknown and SCEVMulExpr expressions.
7627 struct SCEVCollectTerms {
7628   SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms;
7629
7630   SCEVCollectTerms(SmallVectorImpl<const SCEV *> &T)
7631       : Terms(T) {}
7632
7633   bool follow(const SCEV *S) {
7634     if (isa<SCEVUnknown>(S) || isa<SCEVMulExpr>(S)) {
7635       if (!containsUndefs(S))
7636         Terms.push_back(S);
7637
7638       // Stop recursion: once we collected a term, do not walk its operands.
7639       return false;
7640     }
7641
7642     // Keep looking.
7643     return true;
7644   }
7645   bool isDone() const { return false; }
7646 };
7647 }
7648
7649 /// Find parametric terms in this SCEVAddRecExpr.
7650 void SCEVAddRecExpr::collectParametricTerms(
7651     ScalarEvolution &SE, SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms) const {
7652   SmallVector<const SCEV *, 4> Strides;
7653   SCEVCollectStrides StrideCollector(SE, Strides);
7654   visitAll(this, StrideCollector);
7655
7656   DEBUG({
7657       dbgs() << "Strides:\n";
7658       for (const SCEV *S : Strides)
7659         dbgs() << *S << "\n";
7660     });
7661
7662   for (const SCEV *S : Strides) {
7663     SCEVCollectTerms TermCollector(Terms);
7664     visitAll(S, TermCollector);
7665   }
7666
7667   DEBUG({
7668       dbgs() << "Terms:\n";
7669       for (const SCEV *T : Terms)
7670         dbgs() << *T << "\n";
7671     });
7672 }
7673
7674 static bool findArrayDimensionsRec(ScalarEvolution &SE,
7675                                    SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms,
7676                                    SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes) {
7677   int Last = Terms.size() - 1;
7678   const SCEV *Step = Terms[Last];
7679
7680   // End of recursion.
7681   if (Last == 0) {
7682     if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Step)) {
7683       SmallVector<const SCEV *, 2> Qs;
7684       for (const SCEV *Op : M->operands())
7685         if (!isa<SCEVConstant>(Op))
7686           Qs.push_back(Op);
7687
7688       Step = SE.getMulExpr(Qs);
7689     }
7690
7691     Sizes.push_back(Step);
7692     return true;
7693   }
7694
7695   for (const SCEV *&Term : Terms) {
7696     // Normalize the terms before the next call to findArrayDimensionsRec.
7697     const SCEV *Q, *R;
7698     SCEVDivision::divide(SE, Term, Step, &Q, &R);
7699
7700     // Bail out when GCD does not evenly divide one of the terms.
7701     if (!R->isZero())
7702       return false;
7703
7704     Term = Q;
7705   }
7706
7707   // Remove all SCEVConstants.
7708   Terms.erase(std::remove_if(Terms.begin(), Terms.end(), [](const SCEV *E) {
7709                 return isa<SCEVConstant>(E);
7710               }),
7711               Terms.end());
7712
7713   if (Terms.size() > 0)
7714     if (!findArrayDimensionsRec(SE, Terms, Sizes))
7715       return false;
7716
7717   Sizes.push_back(Step);
7718   return true;
7719 }
7720
7721 namespace {
7722 struct FindParameter {
7723   bool FoundParameter;
7724   FindParameter() : FoundParameter(false) {}
7725
7726   bool follow(const SCEV *S) {
7727     if (isa<SCEVUnknown>(S)) {
7728       FoundParameter = true;
7729       // Stop recursion: we found a parameter.
7730       return false;
7731     }
7732     // Keep looking.
7733     return true;
7734   }
7735   bool isDone() const {
7736     // Stop recursion if we have found a parameter.
7737     return FoundParameter;
7738   }
7739 };
7740 }
7741
7742 // Returns true when S contains at least a SCEVUnknown parameter.
7743 static inline bool
7744 containsParameters(const SCEV *S) {
7745   FindParameter F;
7746   SCEVTraversal<FindParameter> ST(F);
7747   ST.visitAll(S);
7748
7749   return F.FoundParameter;
7750 }
7751
7752 // Returns true when one of the SCEVs of Terms contains a SCEVUnknown parameter.
7753 static inline bool
7754 containsParameters(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms) {
7755   for (const SCEV *T : Terms)
7756     if (containsParameters(T))
7757       return true;
7758   return false;
7759 }
7760
7761 // Return the number of product terms in S.
7762 static inline int numberOfTerms(const SCEV *S) {
7763   if (const SCEVMulExpr *Expr = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S))
7764     return Expr->getNumOperands();
7765   return 1;
7766 }
7767
7768 static const SCEV *removeConstantFactors(ScalarEvolution &SE, const SCEV *T) {
7769   if (isa<SCEVConstant>(T))
7770     return nullptr;
7771
7772   if (isa<SCEVUnknown>(T))
7773     return T;
7774
7775   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(T)) {
7776     SmallVector<const SCEV *, 2> Factors;
7777     for (const SCEV *Op : M->operands())
7778       if (!isa<SCEVConstant>(Op))
7779         Factors.push_back(Op);
7780
7781     return SE.getMulExpr(Factors);
7782   }
7783
7784   return T;
7785 }
7786
7787 /// Return the size of an element read or written by Inst.
7788 const SCEV *ScalarEvolution::getElementSize(Instruction *Inst) {
7789   Type *Ty;
7790   if (StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
7791     Ty = Store->getValueOperand()->getType();
7792   else if (LoadInst *Load = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
7793     Ty = Load->getType();
7794   else
7795     return nullptr;
7796
7797   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(Ty));
7798   return getSizeOfExpr(ETy, Ty);
7799 }
7800
7801 /// Second step of delinearization: compute the array dimensions Sizes from the
7802 /// set of Terms extracted from the memory access function of this SCEVAddRec.
7803 void ScalarEvolution::findArrayDimensions(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms,
7804                                           SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes,
7805                                           const SCEV *ElementSize) const {
7806
7807   if (Terms.size() < 1 || !ElementSize)
7808     return;
7809
7810   // Early return when Terms do not contain parameters: we do not delinearize
7811   // non parametric SCEVs.
7812   if (!containsParameters(Terms))
7813     return;
7814
7815   DEBUG({
7816       dbgs() << "Terms:\n";
7817       for (const SCEV *T : Terms)
7818         dbgs() << *T << "\n";
7819     });
7820
7821   // Remove duplicates.
7822   std::sort(Terms.begin(), Terms.end());
7823   Terms.erase(std::unique(Terms.begin(), Terms.end()), Terms.end());
7824
7825   // Put larger terms first.
7826   std::sort(Terms.begin(), Terms.end(), [](const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
7827     return numberOfTerms(LHS) > numberOfTerms(RHS);
7828   });
7829
7830   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
7831
7832   // Divide all terms by the element size.
7833   for (const SCEV *&Term : Terms) {
7834     const SCEV *Q, *R;
7835     SCEVDivision::divide(SE, Term, ElementSize, &Q, &R);
7836     Term = Q;
7837   }
7838
7839   SmallVector<const SCEV *, 4> NewTerms;
7840
7841   // Remove constant factors.
7842   for (const SCEV *T : Terms)
7843     if (const SCEV *NewT = removeConstantFactors(SE, T))
7844       NewTerms.push_back(NewT);
7845
7846   DEBUG({
7847       dbgs() << "Terms after sorting:\n";
7848       for (const SCEV *T : NewTerms)
7849         dbgs() << *T << "\n";
7850     });
7851
7852   if (NewTerms.empty() ||
7853       !findArrayDimensionsRec(SE, NewTerms, Sizes)) {
7854     Sizes.clear();
7855     return;
7856   }
7857
7858   // The last element to be pushed into Sizes is the size of an element.
7859   Sizes.push_back(ElementSize);
7860
7861   DEBUG({
7862       dbgs() << "Sizes:\n";
7863       for (const SCEV *S : Sizes)
7864         dbgs() << *S << "\n";
7865     });
7866 }
7867
7868 /// Third step of delinearization: compute the access functions for the
7869 /// Subscripts based on the dimensions in Sizes.
7870 void SCEVAddRecExpr::computeAccessFunctions(
7871     ScalarEvolution &SE, SmallVectorImpl<const SCEV *> &Subscripts,
7872     SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes) const {
7873
7874   // Early exit in case this SCEV is not an affine multivariate function.
7875   if (Sizes.empty() || !this->isAffine())
7876     return;
7877
7878   const SCEV *Res = this;
7879   int Last = Sizes.size() - 1;
7880   for (int i = Last; i >= 0; i--) {
7881     const SCEV *Q, *R;
7882     SCEVDivision::divide(SE, Res, Sizes[i], &Q, &R);
7883
7884     DEBUG({
7885         dbgs() << "Res: " << *Res << "\n";
7886         dbgs() << "Sizes[i]: " << *Sizes[i] << "\n";
7887         dbgs() << "Res divided by Sizes[i]:\n";
7888         dbgs() << "Quotient: " << *Q << "\n";
7889         dbgs() << "Remainder: " << *R << "\n";
7890       });
7891
7892     Res = Q;
7893
7894     // Do not record the last subscript corresponding to the size of elements in
7895     // the array.
7896     if (i == Last) {
7897
7898       // Bail out if the remainder is too complex.
7899       if (isa<SCEVAddRecExpr>(R)) {
7900         Subscripts.clear();
7901         Sizes.clear();
7902         return;
7903       }
7904
7905       continue;
7906     }
7907
7908     // Record the access function for the current subscript.
7909     Subscripts.push_back(R);
7910   }
7911
7912   // Also push in last position the remainder of the last division: it will be
7913   // the access function of the innermost dimension.
7914   Subscripts.push_back(Res);
7915
7916   std::reverse(Subscripts.begin(), Subscripts.end());
7917
7918   DEBUG({
7919       dbgs() << "Subscripts:\n";
7920       for (const SCEV *S : Subscripts)
7921         dbgs() << *S << "\n";
7922     });
7923 }
7924
7925 /// Splits the SCEV into two vectors of SCEVs representing the subscripts and
7926 /// sizes of an array access. Returns the remainder of the delinearization that
7927 /// is the offset start of the array.  The SCEV->delinearize algorithm computes
7928 /// the multiples of SCEV coefficients: that is a pattern matching of sub
7929 /// expressions in the stride and base of a SCEV corresponding to the
7930 /// computation of a GCD (greatest common divisor) of base and stride.  When
7931 /// SCEV->delinearize fails, it returns the SCEV unchanged.
7932 ///
7933 /// For example: when analyzing the memory access A[i][j][k] in this loop nest
7934 ///
7935 ///  void foo(long n, long m, long o, double A[n][m][o]) {
7936 ///
7937 ///    for (long i = 0; i < n; i++)
7938 ///      for (long j = 0; j < m; j++)
7939 ///        for (long k = 0; k < o; k++)
7940 ///          A[i][j][k] = 1.0;
7941 ///  }
7942 ///
7943 /// the delinearization input is the following AddRec SCEV:
7944 ///
7945 ///  AddRec: {{{%A,+,(8 * %m * %o)}<%for.i>,+,(8 * %o)}<%for.j>,+,8}<%for.k>
7946 ///
7947 /// From this SCEV, we are able to say that the base offset of the access is %A
7948 /// because it appears as an offset that does not divide any of the strides in
7949 /// the loops:
7950 ///
7951 ///  CHECK: Base offset: %A
7952 ///
7953 /// and then SCEV->delinearize determines the size of some of the dimensions of
7954 /// the array as these are the multiples by which the strides are happening:
7955 ///
7956 ///  CHECK: ArrayDecl[UnknownSize][%m][%o] with elements of sizeof(double) bytes.
7957 ///
7958 /// Note that the outermost dimension remains of UnknownSize because there are
7959 /// no strides that would help identifying the size of the last dimension: when
7960 /// the array has been statically allocated, one could compute the size of that
7961 /// dimension by dividing the overall size of the array by the size of the known
7962 /// dimensions: %m * %o * 8.
7963 ///
7964 /// Finally delinearize provides the access functions for the array reference
7965 /// that does correspond to A[i][j][k] of the above C testcase:
7966 ///
7967 ///  CHECK: ArrayRef[{0,+,1}<%for.i>][{0,+,1}<%for.j>][{0,+,1}<%for.k>]
7968 ///
7969 /// The testcases are checking the output of a function pass:
7970 /// DelinearizationPass that walks through all loads and stores of a function
7971 /// asking for the SCEV of the memory access with respect to all enclosing
7972 /// loops, calling SCEV->delinearize on that and printing the results.
7973
7974 void SCEVAddRecExpr::delinearize(ScalarEvolution &SE,
7975                                  SmallVectorImpl<const SCEV *> &Subscripts,
7976                                  SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes,
7977                                  const SCEV *ElementSize) const {
7978   // First step: collect parametric terms.
7979   SmallVector<const SCEV *, 4> Terms;
7980   collectParametricTerms(SE, Terms);
7981
7982   if (Terms.empty())
7983     return;
7984
7985   // Second step: find subscript sizes.
7986   SE.findArrayDimensions(Terms, Sizes, ElementSize);
7987
7988   if (Sizes.empty())
7989     return;
7990
7991   // Third step: compute the access functions for each subscript.
7992   computeAccessFunctions(SE, Subscripts, Sizes);
7993
7994   if (Subscripts.empty())
7995     return;
7996
7997   DEBUG({
7998       dbgs() << "succeeded to delinearize " << *this << "\n";
7999       dbgs() << "ArrayDecl[UnknownSize]";
8000       for (const SCEV *S : Sizes)
8001         dbgs() << "[" << *S << "]";
8002
8003       dbgs() << "\nArrayRef";
8004       for (const SCEV *S : Subscripts)
8005         dbgs() << "[" << *S << "]";
8006       dbgs() << "\n";
8007     });
8008 }
8009
8010 //===----------------------------------------------------------------------===//
8011 //                   SCEVCallbackVH Class Implementation
8012 //===----------------------------------------------------------------------===//
8013
8014 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::deleted() {
8015   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
8016   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(getValPtr()))
8017     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
8018   SE->ValueExprMap.erase(getValPtr());
8019   // this now dangles!
8020 }
8021
8022 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::allUsesReplacedWith(Value *V) {
8023   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
8024
8025   // Forget all the expressions associated with users of the old value,
8026   // so that future queries will recompute the expressions using the new
8027   // value.
8028   Value *Old = getValPtr();
8029   SmallVector<User *, 16> Worklist(Old->user_begin(), Old->user_end());
8030   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
8031   while (!Worklist.empty()) {
8032     User *U = Worklist.pop_back_val();
8033     // Deleting the Old value will cause this to dangle. Postpone
8034     // that until everything else is done.
8035     if (U == Old)
8036       continue;
8037     if (!Visited.insert(U).second)
8038       continue;
8039     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U))
8040       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
8041     SE->ValueExprMap.erase(U);
8042     Worklist.insert(Worklist.end(), U->user_begin(), U->user_end());
8043   }
8044   // Delete the Old value.
8045   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Old))
8046     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
8047   SE->ValueExprMap.erase(Old);
8048   // this now dangles!
8049 }
8050
8051 ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *se)
8052   : CallbackVH(V), SE(se) {}
8053
8054 //===----------------------------------------------------------------------===//
8055 //                   ScalarEvolution Class Implementation
8056 //===----------------------------------------------------------------------===//
8057
8058 ScalarEvolution::ScalarEvolution()
8059     : FunctionPass(ID), WalkingBEDominatingConds(false), ValuesAtScopes(64),
8060       LoopDispositions(64), BlockDispositions(64), FirstUnknown(nullptr) {
8061   initializeScalarEvolutionPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
8062 }
8063
8064 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
8065   this->F = &F;
8066   AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
8067   LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
8068   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
8069   DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
8070   return false;
8071 }
8072
8073 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
8074   // Iterate through all the SCEVUnknown instances and call their
8075   // destructors, so that they release their references to their values.
8076   for (SCEVUnknown *U = FirstUnknown; U; U = U->Next)
8077     U->~SCEVUnknown();
8078   FirstUnknown = nullptr;
8079
8080   ValueExprMap.clear();
8081
8082   // Free any extra memory created for ExitNotTakenInfo in the unlikely event
8083   // that a loop had multiple computable exits.
8084   for (DenseMap<const Loop*, BackedgeTakenInfo>::iterator I =
8085          BackedgeTakenCounts.begin(), E = BackedgeTakenCounts.end();
8086        I != E; ++I) {
8087     I->second.clear();
8088   }
8089
8090   assert(PendingLoopPredicates.empty() && "isImpliedCond garbage");
8091   assert(!WalkingBEDominatingConds && "isLoopBackedgeGuardedByCond garbage!");
8092
8093   BackedgeTakenCounts.clear();
8094   ConstantEvolutionLoopExitValue.clear();
8095   ValuesAtScopes.clear();
8096   LoopDispositions.clear();
8097   BlockDispositions.clear();
8098   UnsignedRanges.clear();
8099   SignedRanges.clear();
8100   UniqueSCEVs.clear();
8101   SCEVAllocator.Reset();
8102 }
8103
8104 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
8105   AU.setPreservesAll();
8106   AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
8107   AU.addRequiredTransitive<LoopInfoWrapperPass>();
8108   AU.addRequiredTransitive<DominatorTreeWrapperPass>();
8109   AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
8110 }
8111
8112 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
8113   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getBackedgeTakenCount(L));
8114 }
8115
8116 static void PrintLoopInfo(raw_ostream &OS, ScalarEvolution *SE,
8117                           const Loop *L) {
8118   // Print all inner loops first
8119   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
8120     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
8121
8122   OS << "Loop ";
8123   L->getHeader()->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
8124   OS << ": ";
8125
8126   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
8127   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
8128   if (ExitBlocks.size() != 1)
8129     OS << "<multiple exits> ";
8130
8131   if (SE->hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(L)) {
8132     OS << "backedge-taken count is " << *SE->getBackedgeTakenCount(L);
8133   } else {
8134     OS << "Unpredictable backedge-taken count. ";
8135   }
8136
8137   OS << "\n"
8138         "Loop ";
8139   L->getHeader()->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
8140   OS << ": ";
8141
8142   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(SE->getMaxBackedgeTakenCount(L))) {
8143     OS << "max backedge-taken count is " << *SE->getMaxBackedgeTakenCount(L);
8144   } else {
8145     OS << "Unpredictable max backedge-taken count. ";
8146   }
8147
8148   OS << "\n";
8149 }
8150
8151 void ScalarEvolution::print(raw_ostream &OS, const Module *) const {
8152   // ScalarEvolution's implementation of the print method is to print
8153   // out SCEV values of all instructions that are interesting. Doing
8154   // this potentially causes it to create new SCEV objects though,
8155   // which technically conflicts with the const qualifier. This isn't
8156   // observable from outside the class though, so casting away the
8157   // const isn't dangerous.
8158   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
8159
8160   OS << "Classifying expressions for: ";
8161   F->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
8162   OS << "\n";
8163   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
8164     if (isSCEVable(I->getType()) && !isa<CmpInst>(*I)) {
8165       OS << *I << '\n';
8166       OS << "  -->  ";
8167       const SCEV *SV = SE.getSCEV(&*I);
8168       SV->print(OS);
8169       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(SV)) {
8170         OS << " U: ";
8171         SE.getUnsignedRange(SV).print(OS);
8172         OS << " S: ";
8173         SE.getSignedRange(SV).print(OS);
8174       }
8175
8176       const Loop *L = LI->getLoopFor((*I).getParent());
8177
8178       const SCEV *AtUse = SE.getSCEVAtScope(SV, L);
8179       if (AtUse != SV) {
8180         OS << "  -->  ";
8181         AtUse->print(OS);
8182         if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(AtUse)) {
8183           OS << " U: ";
8184           SE.getUnsignedRange(AtUse).print(OS);
8185           OS << " S: ";
8186           SE.getSignedRange(AtUse).print(OS);
8187         }
8188       }
8189
8190       if (L) {
8191         OS << "\t\t" "Exits: ";
8192         const SCEV *ExitValue = SE.getSCEVAtScope(SV, L->getParentLoop());
8193         if (!SE.isLoopInvariant(ExitValue, L)) {
8194           OS << "<<Unknown>>";
8195         } else {
8196           OS << *ExitValue;
8197         }
8198       }
8199
8200       OS << "\n";
8201     }
8202
8203   OS << "Determining loop execution counts for: ";
8204   F->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
8205   OS << "\n";
8206   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
8207     PrintLoopInfo(OS, &SE, *I);
8208 }
8209
8210 ScalarEvolution::LoopDisposition
8211 ScalarEvolution::getLoopDisposition(const SCEV *S, const Loop *L) {
8212   auto &Values = LoopDispositions[S];
8213   for (auto &V : Values) {
8214     if (V.getPointer() == L)
8215       return V.getInt();
8216   }
8217   Values.emplace_back(L, LoopVariant);
8218   LoopDisposition D = computeLoopDisposition(S, L);
8219   auto &Values2 = LoopDispositions[S];
8220   for (auto &V : make_range(Values2.rbegin(), Values2.rend())) {
8221     if (V.getPointer() == L) {
8222       V.setInt(D);
8223       break;
8224     }
8225   }
8226   return D;
8227 }
8228
8229 ScalarEvolution::LoopDisposition
8230 ScalarEvolution::computeLoopDisposition(const SCEV *S, const Loop *L) {
8231   switch (static_cast<SCEVTypes>(S->getSCEVType())) {
8232   case scConstant:
8233     return LoopInvariant;
8234   case scTruncate:
8235   case scZeroExtend:
8236   case scSignExtend:
8237     return getLoopDisposition(cast<SCEVCastExpr>(S)->getOperand(), L);
8238   case scAddRecExpr: {
8239     const SCEVAddRecExpr *AR = cast<SCEVAddRecExpr>(S);
8240
8241     // If L is the addrec's loop, it's computable.
8242     if (AR->getLoop() == L)
8243       return LoopComputable;
8244
8245     // Add recurrences are never invariant in the function-body (null loop).
8246     if (!L)
8247       return LoopVariant;
8248
8249     // This recurrence is variant w.r.t. L if L contains AR's loop.
8250     if (L->contains(AR->getLoop()))
8251       return LoopVariant;
8252
8253     // This recurrence is invariant w.r.t. L if AR's loop contains L.
8254     if (AR->getLoop()->contains(L))
8255       return LoopInvariant;
8256
8257     // This recurrence is variant w.r.t. L if any of its operands
8258     // are variant.
8259     for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = AR->op_begin(), E = AR->op_end();
8260          I != E; ++I)
8261       if (!isLoopInvariant(*I, L))
8262         return LoopVariant;
8263
8264     // Otherwise it's loop-invariant.
8265     return LoopInvariant;
8266   }
8267   case scAddExpr:
8268   case scMulExpr:
8269   case scUMaxExpr:
8270   case scSMaxExpr: {
8271     const SCEVNAryExpr *NAry = cast<SCEVNAryExpr>(S);
8272     bool HasVarying = false;
8273     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
8274          I != E; ++I) {
8275       LoopDisposition D = getLoopDisposition(*I, L);
8276       if (D == LoopVariant)
8277         return LoopVariant;
8278       if (D == LoopComputable)
8279         HasVarying = true;
8280     }
8281     return HasVarying ? LoopComputable : LoopInvariant;
8282   }
8283   case scUDivExpr: {
8284     const SCEVUDivExpr *UDiv = cast<SCEVUDivExpr>(S);
8285     LoopDisposition LD = getLoopDisposition(UDiv->getLHS(), L);
8286     if (LD == LoopVariant)
8287       return LoopVariant;
8288     LoopDisposition RD = getLoopDisposition(UDiv->getRHS(), L);
8289     if (RD == LoopVariant)
8290       return LoopVariant;
8291     return (LD == LoopInvariant && RD == LoopInvariant) ?
8292            LoopInvariant : LoopComputable;
8293   }
8294   case scUnknown:
8295     // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
8296     // invariant if they are not contained in the specified loop.
8297     // Instructions are never considered invariant in the function body
8298     // (null loop) because they are defined within the "loop".
8299     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(cast<SCEVUnknown>(S)->getValue()))
8300       return (L && !L->contains(I)) ? LoopInvariant : LoopVariant;
8301     return LoopInvariant;
8302   case scCouldNotCompute:
8303     llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
8304   }
8305   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
8306 }
8307
8308 bool ScalarEvolution::isLoopInvariant(const SCEV *S, const Loop *L) {
8309   return getLoopDisposition(S, L) == LoopInvariant;
8310 }
8311
8312 bool ScalarEvolution::hasComputableLoopEvolution(const SCEV *S, const Loop *L) {
8313   return getLoopDisposition(S, L) == LoopComputable;
8314 }
8315
8316 ScalarEvolution::BlockDisposition
8317 ScalarEvolution::getBlockDisposition(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
8318   auto &Values = BlockDispositions[S];
8319   for (auto &V : Values) {
8320     if (V.getPointer() == BB)
8321       return V.getInt();
8322   }
8323   Values.emplace_back(BB, DoesNotDominateBlock);
8324   BlockDisposition D = computeBlockDisposition(S, BB);
8325   auto &Values2 = BlockDispositions[S];
8326   for (auto &V : make_range(Values2.rbegin(), Values2.rend())) {
8327     if (V.getPointer() == BB) {
8328       V.setInt(D);
8329       break;
8330     }
8331   }
8332   return D;
8333 }
8334
8335 ScalarEvolution::BlockDisposition
8336 ScalarEvolution::computeBlockDisposition(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
8337   switch (static_cast<SCEVTypes>(S->getSCEVType())) {
8338   case scConstant:
8339     return ProperlyDominatesBlock;
8340   case scTruncate:
8341   case scZeroExtend:
8342   case scSignExtend:
8343     return getBlockDisposition(cast<SCEVCastExpr>(S)->getOperand(), BB);
8344   case scAddRecExpr: {
8345     // This uses a "dominates" query instead of "properly dominates" query
8346     // to test for proper dominance too, because the instruction which
8347     // produces the addrec's value is a PHI, and a PHI effectively properly
8348     // dominates its entire containing block.
8349     const SCEVAddRecExpr *AR = cast<SCEVAddRecExpr>(S);
8350     if (!DT->dominates(AR->getLoop()->getHeader(), BB))
8351       return DoesNotDominateBlock;
8352   }
8353   // FALL THROUGH into SCEVNAryExpr handling.
8354   case scAddExpr:
8355   case scMulExpr:
8356   case scUMaxExpr:
8357   case scSMaxExpr: {
8358     const SCEVNAryExpr *NAry = cast<SCEVNAryExpr>(S);
8359     bool Proper = true;
8360     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
8361          I != E; ++I) {
8362       BlockDisposition D = getBlockDisposition(*I, BB);
8363       if (D == DoesNotDominateBlock)
8364         return DoesNotDominateBlock;
8365       if (D == DominatesBlock)
8366         Proper = false;
8367     }
8368     return Proper ? ProperlyDominatesBlock : DominatesBlock;
8369   }
8370   case scUDivExpr: {
8371     const SCEVUDivExpr *UDiv = cast<SCEVUDivExpr>(S);
8372     const SCEV *LHS = UDiv->getLHS(), *RHS = UDiv->getRHS();
8373     BlockDisposition LD = getBlockDisposition(LHS, BB);
8374     if (LD == DoesNotDominateBlock)
8375       return DoesNotDominateBlock;
8376     BlockDisposition RD = getBlockDisposition(RHS, BB);
8377     if (RD == DoesNotDominateBlock)
8378       return DoesNotDominateBlock;
8379     return (LD == ProperlyDominatesBlock && RD == ProperlyDominatesBlock) ?
8380       ProperlyDominatesBlock : DominatesBlock;
8381   }
8382   case scUnknown:
8383     if (Instruction *I =
8384           dyn_cast<Instruction>(cast<SCEVUnknown>(S)->getValue())) {
8385       if (I->getParent() == BB)
8386         return DominatesBlock;
8387       if (DT->properlyDominates(I->getParent(), BB))
8388         return ProperlyDominatesBlock;
8389       return DoesNotDominateBlock;
8390     }
8391     return ProperlyDominatesBlock;
8392   case scCouldNotCompute:
8393     llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
8394   }
8395   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
8396 }
8397
8398 bool ScalarEvolution::dominates(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
8399   return getBlockDisposition(S, BB) >= DominatesBlock;
8400 }
8401
8402 bool ScalarEvolution::properlyDominates(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
8403   return getBlockDisposition(S, BB) == ProperlyDominatesBlock;
8404 }
8405
8406 namespace {
8407 // Search for a SCEV expression node within an expression tree.
8408 // Implements SCEVTraversal::Visitor.
8409 struct SCEVSearch {
8410   const SCEV *Node;
8411   bool IsFound;
8412
8413   SCEVSearch(const SCEV *N): Node(N), IsFound(false) {}
8414
8415   bool follow(const SCEV *S) {
8416     IsFound |= (S == Node);
8417     return !IsFound;
8418   }
8419   bool isDone() const { return IsFound; }
8420 };
8421 }
8422
8423 bool ScalarEvolution::hasOperand(const SCEV *S, const SCEV *Op) const {
8424   SCEVSearch Search(Op);
8425   visitAll(S, Search);
8426   return Search.IsFound;
8427 }
8428
8429 void ScalarEvolution::forgetMemoizedResults(const SCEV *S) {
8430   ValuesAtScopes.erase(S);
8431   LoopDispositions.erase(S);
8432   BlockDispositions.erase(S);
8433   UnsignedRanges.erase(S);
8434   SignedRanges.erase(S);
8435
8436   for (DenseMap<const Loop*, BackedgeTakenInfo>::iterator I =
8437          BackedgeTakenCounts.begin(), E = BackedgeTakenCounts.end(); I != E; ) {
8438     BackedgeTakenInfo &BEInfo = I->second;
8439     if (BEInfo.hasOperand(S, this)) {
8440       BEInfo.clear();
8441       BackedgeTakenCounts.erase(I++);
8442     }
8443     else
8444       ++I;
8445   }
8446 }
8447
8448 typedef DenseMap<const Loop *, std::string> VerifyMap;
8449
8450 /// replaceSubString - Replaces all occurrences of From in Str with To.
8451 static void replaceSubString(std::string &Str, StringRef From, StringRef To) {
8452   size_t Pos = 0;
8453   while ((Pos = Str.find(From, Pos)) != std::string::npos) {
8454     Str.replace(Pos, From.size(), To.data(), To.size());
8455     Pos += To.size();
8456   }
8457 }
8458
8459 /// getLoopBackedgeTakenCounts - Helper method for verifyAnalysis.
8460 static void
8461 getLoopBackedgeTakenCounts(Loop *L, VerifyMap &Map, ScalarEvolution &SE) {
8462   for (Loop::reverse_iterator I = L->rbegin(), E = L->rend(); I != E; ++I) {
8463     getLoopBackedgeTakenCounts(*I, Map, SE); // recurse.
8464
8465     std::string &S = Map[L];
8466     if (S.empty()) {
8467       raw_string_ostream OS(S);
8468       SE.getBackedgeTakenCount(L)->print(OS);
8469
8470       // false and 0 are semantically equivalent. This can happen in dead loops.
8471       replaceSubString(OS.str(), "false", "0");
8472       // Remove wrap flags, their use in SCEV is highly fragile.
8473       // FIXME: Remove this when SCEV gets smarter about them.
8474       replaceSubString(OS.str(), "<nw>", "");
8475       replaceSubString(OS.str(), "<nsw>", "");
8476       replaceSubString(OS.str(), "<nuw>", "");
8477     }
8478   }
8479 }
8480
8481 void ScalarEvolution::verifyAnalysis() const {
8482   if (!VerifySCEV)
8483     return;
8484
8485   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
8486
8487   // Gather stringified backedge taken counts for all loops using SCEV's caches.
8488   // FIXME: It would be much better to store actual values instead of strings,
8489   //        but SCEV pointers will change if we drop the caches.
8490   VerifyMap BackedgeDumpsOld, BackedgeDumpsNew;
8491   for (LoopInfo::reverse_iterator I = LI->rbegin(), E = LI->rend(); I != E; ++I)
8492     getLoopBackedgeTakenCounts(*I, BackedgeDumpsOld, SE);
8493
8494   // Gather stringified backedge taken counts for all loops without using
8495   // SCEV's caches.
8496   SE.releaseMemory();
8497   for (LoopInfo::reverse_iterator I = LI->rbegin(), E = LI->rend(); I != E; ++I)
8498     getLoopBackedgeTakenCounts(*I, BackedgeDumpsNew, SE);
8499
8500   // Now compare whether they're the same with and without caches. This allows
8501   // verifying that no pass changed the cache.
8502   assert(BackedgeDumpsOld.size() == BackedgeDumpsNew.size() &&
8503          "New loops suddenly appeared!");
8504
8505   for (VerifyMap::iterator OldI = BackedgeDumpsOld.begin(),
8506                            OldE = BackedgeDumpsOld.end(),
8507                            NewI = BackedgeDumpsNew.begin();
8508        OldI != OldE; ++OldI, ++NewI) {
8509     assert(OldI->first == NewI->first && "Loop order changed!");
8510
8511     // Compare the stringified SCEVs. We don't care if undef backedgetaken count
8512     // changes.
8513     // FIXME: We currently ignore SCEV changes from/to CouldNotCompute. This
8514     // means that a pass is buggy or SCEV has to learn a new pattern but is
8515     // usually not harmful.
8516     if (OldI->second != NewI->second &&
8517         OldI->second.find("undef") == std::string::npos &&
8518         NewI->second.find("undef") == std::string::npos &&
8519         OldI->second != "***COULDNOTCOMPUTE***" &&
8520         NewI->second != "***COULDNOTCOMPUTE***") {
8521       dbgs() << "SCEVValidator: SCEV for loop '"
8522              << OldI->first->getHeader()->getName()
8523              << "' changed from '" << OldI->second
8524              << "' to '" << NewI->second << "'!\n";
8525       std::abort();
8526     }
8527   }
8528
8529   // TODO: Verify more things.
8530 }