a60a304330e598585467a878d4fdb5b3b300e5e6
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolution.cpp
1 //===- ScalarEvolution.cpp - Scalar Evolution Analysis ----------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains the implementation of the scalar evolution analysis
11 // engine, which is used primarily to analyze expressions involving induction
12 // variables in loops.
13 //
14 // There are several aspects to this library.  First is the representation of
15 // scalar expressions, which are represented as subclasses of the SCEV class.
16 // These classes are used to represent certain types of subexpressions that we
17 // can handle.  These classes are reference counted, managed by the SCEVHandle
18 // class.  We only create one SCEV of a particular shape, so pointer-comparisons
19 // for equality are legal.
20 //
21 // One important aspect of the SCEV objects is that they are never cyclic, even
22 // if there is a cycle in the dataflow for an expression (ie, a PHI node).  If
23 // the PHI node is one of the idioms that we can represent (e.g., a polynomial
24 // recurrence) then we represent it directly as a recurrence node, otherwise we
25 // represent it as a SCEVUnknown node.
26 //
27 // In addition to being able to represent expressions of various types, we also
28 // have folders that are used to build the *canonical* representation for a
29 // particular expression.  These folders are capable of using a variety of
30 // rewrite rules to simplify the expressions.
31 //
32 // Once the folders are defined, we can implement the more interesting
33 // higher-level code, such as the code that recognizes PHI nodes of various
34 // types, computes the execution count of a loop, etc.
35 //
36 // TODO: We should use these routines and value representations to implement
37 // dependence analysis!
38 //
39 //===----------------------------------------------------------------------===//
40 //
41 // There are several good references for the techniques used in this analysis.
42 //
43 //  Chains of recurrences -- a method to expedite the evaluation
44 //  of closed-form functions
45 //  Olaf Bachmann, Paul S. Wang, Eugene V. Zima
46 //
47 //  On computational properties of chains of recurrences
48 //  Eugene V. Zima
49 //
50 //  Symbolic Evaluation of Chains of Recurrences for Loop Optimization
51 //  Robert A. van Engelen
52 //
53 //  Efficient Symbolic Analysis for Optimizing Compilers
54 //  Robert A. van Engelen
55 //
56 //  Using the chains of recurrences algebra for data dependence testing and
57 //  induction variable substitution
58 //  MS Thesis, Johnie Birch
59 //
60 //===----------------------------------------------------------------------===//
61
62 #define DEBUG_TYPE "scalar-evolution"
63 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
64 #include "llvm/Constants.h"
65 #include "llvm/DerivedTypes.h"
66 #include "llvm/GlobalVariable.h"
67 #include "llvm/Instructions.h"
68 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
69 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
70 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
71 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
72 #include "llvm/Support/CFG.h"
73 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
74 #include "llvm/Support/Compiler.h"
75 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
76 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
77 #include "llvm/Support/ManagedStatic.h"
78 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
79 #include "llvm/Support/Streams.h"
80 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
81 #include <ostream>
82 #include <algorithm>
83 #include <cmath>
84 using namespace llvm;
85
86 STATISTIC(NumBruteForceEvaluations,
87           "Number of brute force evaluations needed to "
88           "calculate high-order polynomial exit values");
89 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
90           "Number of trip counts computed with array length");
91 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
92           "Number of loops with predictable loop counts");
93 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
94           "Number of loops without predictable loop counts");
95 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
96           "Number of loops with trip counts computed by force");
97
98 cl::opt<unsigned>
99 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
100                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
101                                  "symbolically execute a constant derived loop"),
102                         cl::init(100));
103
104 namespace {
105   RegisterPass<ScalarEvolution>
106   R("scalar-evolution", "Scalar Evolution Analysis");
107 }
108 char ScalarEvolution::ID = 0;
109
110 //===----------------------------------------------------------------------===//
111 //                           SCEV class definitions
112 //===----------------------------------------------------------------------===//
113
114 //===----------------------------------------------------------------------===//
115 // Implementation of the SCEV class.
116 //
117 SCEV::~SCEV() {}
118 void SCEV::dump() const {
119   print(cerr);
120 }
121
122 /// getValueRange - Return the tightest constant bounds that this value is
123 /// known to have.  This method is only valid on integer SCEV objects.
124 ConstantRange SCEV::getValueRange() const {
125   const Type *Ty = getType();
126   assert(Ty->isInteger() && "Can't get range for a non-integer SCEV!");
127   // Default to a full range if no better information is available.
128   return ConstantRange(getBitWidth());
129 }
130
131 uint32_t SCEV::getBitWidth() const {
132   if (const IntegerType* ITy = dyn_cast<IntegerType>(getType()))
133     return ITy->getBitWidth();
134   return 0;
135 }
136
137
138 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() : SCEV(scCouldNotCompute) {}
139
140 bool SCEVCouldNotCompute::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
141   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
142   return false;
143 }
144
145 const Type *SCEVCouldNotCompute::getType() const {
146   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
147   return 0;
148 }
149
150 bool SCEVCouldNotCompute::hasComputableLoopEvolution(const Loop *L) const {
151   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
152   return false;
153 }
154
155 SCEVHandle SCEVCouldNotCompute::
156 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
157                                   const SCEVHandle &Conc,
158                                   ScalarEvolution &SE) const {
159   return this;
160 }
161
162 void SCEVCouldNotCompute::print(std::ostream &OS) const {
163   OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
164 }
165
166 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
167   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
168 }
169
170
171 // SCEVConstants - Only allow the creation of one SCEVConstant for any
172 // particular value.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will
173 // never be deleted!
174 static ManagedStatic<std::map<ConstantInt*, SCEVConstant*> > SCEVConstants;
175
176
177 SCEVConstant::~SCEVConstant() {
178   SCEVConstants->erase(V);
179 }
180
181 SCEVHandle ScalarEvolution::getConstant(ConstantInt *V) {
182   SCEVConstant *&R = (*SCEVConstants)[V];
183   if (R == 0) R = new SCEVConstant(V);
184   return R;
185 }
186
187 SCEVHandle ScalarEvolution::getConstant(const APInt& Val) {
188   return getConstant(ConstantInt::get(Val));
189 }
190
191 ConstantRange SCEVConstant::getValueRange() const {
192   return ConstantRange(V->getValue());
193 }
194
195 const Type *SCEVConstant::getType() const { return V->getType(); }
196
197 void SCEVConstant::print(std::ostream &OS) const {
198   WriteAsOperand(OS, V, false);
199 }
200
201 // SCEVTruncates - Only allow the creation of one SCEVTruncateExpr for any
202 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will
203 // never be deleted!
204 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, const Type*>, 
205                      SCEVTruncateExpr*> > SCEVTruncates;
206
207 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
208   : SCEV(scTruncate), Op(op), Ty(ty) {
209   assert(Op->getType()->isInteger() && Ty->isInteger() &&
210          "Cannot truncate non-integer value!");
211   assert(Op->getType()->getPrimitiveSizeInBits() > Ty->getPrimitiveSizeInBits()
212          && "This is not a truncating conversion!");
213 }
214
215 SCEVTruncateExpr::~SCEVTruncateExpr() {
216   SCEVTruncates->erase(std::make_pair(Op, Ty));
217 }
218
219 ConstantRange SCEVTruncateExpr::getValueRange() const {
220   return getOperand()->getValueRange().truncate(getBitWidth());
221 }
222
223 void SCEVTruncateExpr::print(std::ostream &OS) const {
224   OS << "(truncate " << *Op << " to " << *Ty << ")";
225 }
226
227 // SCEVZeroExtends - Only allow the creation of one SCEVZeroExtendExpr for any
228 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
229 // be deleted!
230 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, const Type*>,
231                      SCEVZeroExtendExpr*> > SCEVZeroExtends;
232
233 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
234   : SCEV(scZeroExtend), Op(op), Ty(ty) {
235   assert(Op->getType()->isInteger() && Ty->isInteger() &&
236          "Cannot zero extend non-integer value!");
237   assert(Op->getType()->getPrimitiveSizeInBits() < Ty->getPrimitiveSizeInBits()
238          && "This is not an extending conversion!");
239 }
240
241 SCEVZeroExtendExpr::~SCEVZeroExtendExpr() {
242   SCEVZeroExtends->erase(std::make_pair(Op, Ty));
243 }
244
245 ConstantRange SCEVZeroExtendExpr::getValueRange() const {
246   return getOperand()->getValueRange().zeroExtend(getBitWidth());
247 }
248
249 void SCEVZeroExtendExpr::print(std::ostream &OS) const {
250   OS << "(zeroextend " << *Op << " to " << *Ty << ")";
251 }
252
253 // SCEVSignExtends - Only allow the creation of one SCEVSignExtendExpr for any
254 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
255 // be deleted!
256 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, const Type*>,
257                      SCEVSignExtendExpr*> > SCEVSignExtends;
258
259 SCEVSignExtendExpr::SCEVSignExtendExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
260   : SCEV(scSignExtend), Op(op), Ty(ty) {
261   assert(Op->getType()->isInteger() && Ty->isInteger() &&
262          "Cannot sign extend non-integer value!");
263   assert(Op->getType()->getPrimitiveSizeInBits() < Ty->getPrimitiveSizeInBits()
264          && "This is not an extending conversion!");
265 }
266
267 SCEVSignExtendExpr::~SCEVSignExtendExpr() {
268   SCEVSignExtends->erase(std::make_pair(Op, Ty));
269 }
270
271 ConstantRange SCEVSignExtendExpr::getValueRange() const {
272   return getOperand()->getValueRange().signExtend(getBitWidth());
273 }
274
275 void SCEVSignExtendExpr::print(std::ostream &OS) const {
276   OS << "(signextend " << *Op << " to " << *Ty << ")";
277 }
278
279 // SCEVCommExprs - Only allow the creation of one SCEVCommutativeExpr for any
280 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
281 // be deleted!
282 static ManagedStatic<std::map<std::pair<unsigned, std::vector<SCEV*> >,
283                      SCEVCommutativeExpr*> > SCEVCommExprs;
284
285 SCEVCommutativeExpr::~SCEVCommutativeExpr() {
286   SCEVCommExprs->erase(std::make_pair(getSCEVType(),
287                                       std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
288                                                          Operands.end())));
289 }
290
291 void SCEVCommutativeExpr::print(std::ostream &OS) const {
292   assert(Operands.size() > 1 && "This plus expr shouldn't exist!");
293   const char *OpStr = getOperationStr();
294   OS << "(" << *Operands[0];
295   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
296     OS << OpStr << *Operands[i];
297   OS << ")";
298 }
299
300 SCEVHandle SCEVCommutativeExpr::
301 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
302                                   const SCEVHandle &Conc,
303                                   ScalarEvolution &SE) const {
304   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
305     SCEVHandle H =
306       getOperand(i)->replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE);
307     if (H != getOperand(i)) {
308       std::vector<SCEVHandle> NewOps;
309       NewOps.reserve(getNumOperands());
310       for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
311         NewOps.push_back(getOperand(j));
312       NewOps.push_back(H);
313       for (++i; i != e; ++i)
314         NewOps.push_back(getOperand(i)->
315                          replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE));
316
317       if (isa<SCEVAddExpr>(this))
318         return SE.getAddExpr(NewOps);
319       else if (isa<SCEVMulExpr>(this))
320         return SE.getMulExpr(NewOps);
321       else if (isa<SCEVSMaxExpr>(this))
322         return SE.getSMaxExpr(NewOps);
323       else
324         assert(0 && "Unknown commutative expr!");
325     }
326   }
327   return this;
328 }
329
330
331 // SCEVSDivs - Only allow the creation of one SCEVSDivExpr for any particular
332 // input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never be
333 // deleted!
334 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, SCEV*>, 
335                      SCEVSDivExpr*> > SCEVSDivs;
336
337 SCEVSDivExpr::~SCEVSDivExpr() {
338   SCEVSDivs->erase(std::make_pair(LHS, RHS));
339 }
340
341 void SCEVSDivExpr::print(std::ostream &OS) const {
342   OS << "(" << *LHS << " /s " << *RHS << ")";
343 }
344
345 const Type *SCEVSDivExpr::getType() const {
346   return LHS->getType();
347 }
348
349 // SCEVAddRecExprs - Only allow the creation of one SCEVAddRecExpr for any
350 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
351 // be deleted!
352 static ManagedStatic<std::map<std::pair<const Loop *, std::vector<SCEV*> >,
353                      SCEVAddRecExpr*> > SCEVAddRecExprs;
354
355 SCEVAddRecExpr::~SCEVAddRecExpr() {
356   SCEVAddRecExprs->erase(std::make_pair(L,
357                                         std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
358                                                            Operands.end())));
359 }
360
361 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::
362 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
363                                   const SCEVHandle &Conc,
364                                   ScalarEvolution &SE) const {
365   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
366     SCEVHandle H =
367       getOperand(i)->replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE);
368     if (H != getOperand(i)) {
369       std::vector<SCEVHandle> NewOps;
370       NewOps.reserve(getNumOperands());
371       for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
372         NewOps.push_back(getOperand(j));
373       NewOps.push_back(H);
374       for (++i; i != e; ++i)
375         NewOps.push_back(getOperand(i)->
376                          replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE));
377
378       return SE.getAddRecExpr(NewOps, L);
379     }
380   }
381   return this;
382 }
383
384
385 bool SCEVAddRecExpr::isLoopInvariant(const Loop *QueryLoop) const {
386   // This recurrence is invariant w.r.t to QueryLoop iff QueryLoop doesn't
387   // contain L and if the start is invariant.
388   return !QueryLoop->contains(L->getHeader()) &&
389          getOperand(0)->isLoopInvariant(QueryLoop);
390 }
391
392
393 void SCEVAddRecExpr::print(std::ostream &OS) const {
394   OS << "{" << *Operands[0];
395   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
396     OS << ",+," << *Operands[i];
397   OS << "}<" << L->getHeader()->getName() + ">";
398 }
399
400 // SCEVUnknowns - Only allow the creation of one SCEVUnknown for any particular
401 // value.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never be
402 // deleted!
403 static ManagedStatic<std::map<Value*, SCEVUnknown*> > SCEVUnknowns;
404
405 SCEVUnknown::~SCEVUnknown() { SCEVUnknowns->erase(V); }
406
407 bool SCEVUnknown::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
408   // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
409   // invariant if they are not contained in the specified loop.
410   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
411     return !L->contains(I->getParent());
412   return true;
413 }
414
415 const Type *SCEVUnknown::getType() const {
416   return V->getType();
417 }
418
419 void SCEVUnknown::print(std::ostream &OS) const {
420   WriteAsOperand(OS, V, false);
421 }
422
423 //===----------------------------------------------------------------------===//
424 //                               SCEV Utilities
425 //===----------------------------------------------------------------------===//
426
427 namespace {
428   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
429   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
430   /// expressions.
431   struct VISIBILITY_HIDDEN SCEVComplexityCompare {
432     bool operator()(SCEV *LHS, SCEV *RHS) {
433       return LHS->getSCEVType() < RHS->getSCEVType();
434     }
435   };
436 }
437
438 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
439 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
440 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
441 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
442 ///
443 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get determinstic
444 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
445 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
446 /// land in memory.
447 ///
448 static void GroupByComplexity(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
449   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
450   if (Ops.size() == 2) {
451     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
452     // Special case it.
453     if (Ops[0]->getSCEVType() > Ops[1]->getSCEVType())
454       std::swap(Ops[0], Ops[1]);
455     return;
456   }
457
458   // Do the rough sort by complexity.
459   std::sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare());
460
461   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
462   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
463   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
464   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
465   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
466     SCEV *S = Ops[i];
467     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
468
469     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
470     // one, group them.
471     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
472       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
473         // Move it to immediately after i'th element.
474         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
475         ++i;   // no need to rescan it.
476         if (i == e-2) return;  // Done!
477       }
478     }
479   }
480 }
481
482
483
484 //===----------------------------------------------------------------------===//
485 //                      Simple SCEV method implementations
486 //===----------------------------------------------------------------------===//
487
488 /// getIntegerSCEV - Given an integer or FP type, create a constant for the
489 /// specified signed integer value and return a SCEV for the constant.
490 SCEVHandle ScalarEvolution::getIntegerSCEV(int Val, const Type *Ty) {
491   Constant *C;
492   if (Val == 0)
493     C = Constant::getNullValue(Ty);
494   else if (Ty->isFloatingPoint())
495     C = ConstantFP::get(Ty, APFloat(Ty==Type::FloatTy ? APFloat::IEEEsingle : 
496                             APFloat::IEEEdouble, Val));
497   else 
498     C = ConstantInt::get(Ty, Val);
499   return getUnknown(C);
500 }
501
502 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
503 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
504 /// extended.
505 static SCEVHandle getTruncateOrZeroExtend(const SCEVHandle &V, const Type *Ty,
506                                           ScalarEvolution &SE) {
507   const Type *SrcTy = V->getType();
508   assert(SrcTy->isInteger() && Ty->isInteger() &&
509          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
510   if (SrcTy->getPrimitiveSizeInBits() == Ty->getPrimitiveSizeInBits())
511     return V;  // No conversion
512   if (SrcTy->getPrimitiveSizeInBits() > Ty->getPrimitiveSizeInBits())
513     return SE.getTruncateExpr(V, Ty);
514   return SE.getZeroExtendExpr(V, Ty);
515 }
516
517 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
518 ///
519 SCEVHandle ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEVHandle &V) {
520   if (SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
521     return getUnknown(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue()));
522
523   return getMulExpr(V, getIntegerSCEV(-1, V->getType()));
524 }
525
526 /// getMinusSCEV - Return a SCEV corresponding to LHS - RHS.
527 ///
528 SCEVHandle ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEVHandle &LHS,
529                                          const SCEVHandle &RHS) {
530   // X - Y --> X + -Y
531   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS));
532 }
533
534
535 /// PartialFact - Compute V!/(V-NumSteps)!
536 static SCEVHandle PartialFact(SCEVHandle V, unsigned NumSteps,
537                               ScalarEvolution &SE) {
538   // Handle this case efficiently, it is common to have constant iteration
539   // counts while computing loop exit values.
540   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
541     const APInt& Val = SC->getValue()->getValue();
542     APInt Result(Val.getBitWidth(), 1);
543     for (; NumSteps; --NumSteps)
544       Result *= Val-(NumSteps-1);
545     return SE.getConstant(Result);
546   }
547
548   const Type *Ty = V->getType();
549   if (NumSteps == 0)
550     return SE.getIntegerSCEV(1, Ty);
551
552   SCEVHandle Result = V;
553   for (unsigned i = 1; i != NumSteps; ++i)
554     Result = SE.getMulExpr(Result, SE.getMinusSCEV(V,
555                                                    SE.getIntegerSCEV(i, Ty)));
556   return Result;
557 }
558
559
560 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
561 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
562 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
563 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
564 ///
565 ///   A*choose(It, 0) + B*choose(It, 1) + C*choose(It, 2) + D*choose(It, 3)
566 ///
567 /// FIXME/VERIFY: I don't trust that this is correct in the face of overflow.
568 /// Is the binomial equation safe using modular arithmetic??
569 ///
570 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(SCEVHandle It,
571                                                ScalarEvolution &SE) const {
572   SCEVHandle Result = getStart();
573   int Divisor = 1;
574   const Type *Ty = It->getType();
575   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
576     SCEVHandle BC = PartialFact(It, i, SE);
577     Divisor *= i;
578     SCEVHandle Val = SE.getSDivExpr(SE.getMulExpr(BC, getOperand(i)),
579                                     SE.getIntegerSCEV(Divisor,Ty));
580     Result = SE.getAddExpr(Result, Val);
581   }
582   return Result;
583 }
584
585
586 //===----------------------------------------------------------------------===//
587 //                    SCEV Expression folder implementations
588 //===----------------------------------------------------------------------===//
589
590 SCEVHandle ScalarEvolution::getTruncateExpr(const SCEVHandle &Op, const Type *Ty) {
591   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
592     return getUnknown(
593         ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(), Ty));
594
595   // If the input value is a chrec scev made out of constants, truncate
596   // all of the constants.
597   if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
598     std::vector<SCEVHandle> Operands;
599     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
600       // FIXME: This should allow truncation of other expression types!
601       if (isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(i)))
602         Operands.push_back(getTruncateExpr(AddRec->getOperand(i), Ty));
603       else
604         break;
605     if (Operands.size() == AddRec->getNumOperands())
606       return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop());
607   }
608
609   SCEVTruncateExpr *&Result = (*SCEVTruncates)[std::make_pair(Op, Ty)];
610   if (Result == 0) Result = new SCEVTruncateExpr(Op, Ty);
611   return Result;
612 }
613
614 SCEVHandle ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEVHandle &Op, const Type *Ty) {
615   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
616     return getUnknown(
617         ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(), Ty));
618
619   // FIXME: If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
620   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
621   // operands (often constants).  This would allow analysis of something like
622   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
623
624   SCEVZeroExtendExpr *&Result = (*SCEVZeroExtends)[std::make_pair(Op, Ty)];
625   if (Result == 0) Result = new SCEVZeroExtendExpr(Op, Ty);
626   return Result;
627 }
628
629 SCEVHandle ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEVHandle &Op, const Type *Ty) {
630   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
631     return getUnknown(
632         ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(), Ty));
633
634   // FIXME: If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
635   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
636   // operands (often constants).  This would allow analysis of something like
637   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
638
639   SCEVSignExtendExpr *&Result = (*SCEVSignExtends)[std::make_pair(Op, Ty)];
640   if (Result == 0) Result = new SCEVSignExtendExpr(Op, Ty);
641   return Result;
642 }
643
644 // get - Get a canonical add expression, or something simpler if possible.
645 SCEVHandle ScalarEvolution::getAddExpr(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
646   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
647   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
648
649   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
650   GroupByComplexity(Ops);
651
652   // If there are any constants, fold them together.
653   unsigned Idx = 0;
654   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
655     ++Idx;
656     assert(Idx < Ops.size());
657     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
658       // We found two constants, fold them together!
659       Constant *Fold = ConstantInt::get(LHSC->getValue()->getValue() + 
660                                         RHSC->getValue()->getValue());
661       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Fold)) {
662         Ops[0] = getConstant(CI);
663         Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
664         if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
665         LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
666       } else {
667         // If we couldn't fold the expression, move to the next constant.  Note
668         // that this is impossible to happen in practice because we always
669         // constant fold constant ints to constant ints.
670         ++Idx;
671       }
672     }
673
674     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
675     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
676       Ops.erase(Ops.begin());
677       --Idx;
678     }
679   }
680
681   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
682
683   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
684   // so, merge them together into an multiply expression.  Since we sorted the
685   // list, these values are required to be adjacent.
686   const Type *Ty = Ops[0]->getType();
687   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
688     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
689       // Found a match, merge the two values into a multiply, and add any
690       // remaining values to the result.
691       SCEVHandle Two = getIntegerSCEV(2, Ty);
692       SCEVHandle Mul = getMulExpr(Ops[i], Two);
693       if (Ops.size() == 2)
694         return Mul;
695       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
696       Ops.push_back(Mul);
697       return getAddExpr(Ops);
698     }
699
700   // Now we know the first non-constant operand.  Skip past any cast SCEVs.
701   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
702     ++Idx;
703
704   // If there are add operands they would be next.
705   if (Idx < Ops.size()) {
706     bool DeletedAdd = false;
707     while (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
708       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
709       // list.
710       Ops.insert(Ops.end(), Add->op_begin(), Add->op_end());
711       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
712       DeletedAdd = true;
713     }
714
715     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
716     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
717     // any operands we just aquired.
718     if (DeletedAdd)
719       return getAddExpr(Ops);
720   }
721
722   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
723   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
724     ++Idx;
725
726   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
727   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
728   // the multiply.
729   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
730     SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
731     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
732       SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
733       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
734         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp] && !isa<SCEVConstant>(MulOpSCEV)) {
735           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
736           SCEVHandle InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
737           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
738             // If the multiply has more than two operands, we must get the
739             // Y*Z term.
740             std::vector<SCEVHandle> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
741             MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
742             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
743           }
744           SCEVHandle One = getIntegerSCEV(1, Ty);
745           SCEVHandle AddOne = getAddExpr(InnerMul, One);
746           SCEVHandle OuterMul = getMulExpr(AddOne, Ops[AddOp]);
747           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
748           if (AddOp < Idx) {
749             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
750             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
751           } else {
752             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
753             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
754           }
755           Ops.push_back(OuterMul);
756           return getAddExpr(Ops);
757         }
758
759       // Check this multiply against other multiplies being added together.
760       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
761            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
762            ++OtherMulIdx) {
763         SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
764         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
765         // together.
766         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
767              OMulOp != e; ++OMulOp)
768           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
769             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
770             SCEVHandle InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
771             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
772               std::vector<SCEVHandle> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
773               MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
774               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
775             }
776             SCEVHandle InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
777             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
778               std::vector<SCEVHandle> MulOps(OtherMul->op_begin(),
779                                              OtherMul->op_end());
780               MulOps.erase(MulOps.begin()+OMulOp);
781               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
782             }
783             SCEVHandle InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
784             SCEVHandle OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
785             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
786             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
787             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
788             Ops.push_back(OuterMul);
789             return getAddExpr(Ops);
790           }
791       }
792     }
793   }
794
795   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
796   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
797   // recurrence.
798   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
799     ++Idx;
800
801   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
802   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
803     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
804     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
805     std::vector<SCEVHandle> LIOps;
806     SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
807     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
808       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
809         LIOps.push_back(Ops[i]);
810         Ops.erase(Ops.begin()+i);
811         --i; --e;
812       }
813
814     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
815     if (!LIOps.empty()) {
816       //  NLI + LI + { Start,+,Step}  -->  NLI + { LI+Start,+,Step }
817       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
818
819       std::vector<SCEVHandle> AddRecOps(AddRec->op_begin(), AddRec->op_end());
820       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
821
822       SCEVHandle NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRec->getLoop());
823       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
824       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
825
826       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-liv parts.
827       for (unsigned i = 0;; ++i)
828         if (Ops[i] == AddRec) {
829           Ops[i] = NewRec;
830           break;
831         }
832       return getAddExpr(Ops);
833     }
834
835     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
836     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
837     // added together.  If so, we can fold them.
838     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
839          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
840       if (OtherIdx != Idx) {
841         SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
842         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
843           // Other + {A,+,B} + {C,+,D}  -->  Other + {A+C,+,B+D}
844           std::vector<SCEVHandle> NewOps(AddRec->op_begin(), AddRec->op_end());
845           for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
846             if (i >= NewOps.size()) {
847               NewOps.insert(NewOps.end(), OtherAddRec->op_begin()+i,
848                             OtherAddRec->op_end());
849               break;
850             }
851             NewOps[i] = getAddExpr(NewOps[i], OtherAddRec->getOperand(i));
852           }
853           SCEVHandle NewAddRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop());
854
855           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
856
857           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
858           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
859           Ops.push_back(NewAddRec);
860           return getAddExpr(Ops);
861         }
862       }
863
864     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
865     // next one.
866   }
867
868   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
869   // already have one, otherwise create a new one.
870   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
871   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scAddExpr,
872                                                                  SCEVOps)];
873   if (Result == 0) Result = new SCEVAddExpr(Ops);
874   return Result;
875 }
876
877
878 SCEVHandle ScalarEvolution::getMulExpr(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
879   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
880
881   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
882   GroupByComplexity(Ops);
883
884   // If there are any constants, fold them together.
885   unsigned Idx = 0;
886   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
887
888     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
889     if (Ops.size() == 2)
890       if (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
891         if (Add->getNumOperands() == 2 &&
892             isa<SCEVConstant>(Add->getOperand(0)))
893           return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
894                             getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
895
896
897     ++Idx;
898     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
899       // We found two constants, fold them together!
900       Constant *Fold = ConstantInt::get(LHSC->getValue()->getValue() * 
901                                         RHSC->getValue()->getValue());
902       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Fold)) {
903         Ops[0] = getConstant(CI);
904         Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
905         if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
906         LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
907       } else {
908         // If we couldn't fold the expression, move to the next constant.  Note
909         // that this is impossible to happen in practice because we always
910         // constant fold constant ints to constant ints.
911         ++Idx;
912       }
913     }
914
915     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
916     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
917       Ops.erase(Ops.begin());
918       --Idx;
919     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
920       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
921       return Ops[0];
922     }
923   }
924
925   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
926   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
927     ++Idx;
928
929   if (Ops.size() == 1)
930     return Ops[0];
931
932   // If there are mul operands inline them all into this expression.
933   if (Idx < Ops.size()) {
934     bool DeletedMul = false;
935     while (SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
936       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
937       // list.
938       Ops.insert(Ops.end(), Mul->op_begin(), Mul->op_end());
939       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
940       DeletedMul = true;
941     }
942
943     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
944     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
945     // any operands we just aquired.
946     if (DeletedMul)
947       return getMulExpr(Ops);
948   }
949
950   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
951   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
952   // recurrence.
953   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
954     ++Idx;
955
956   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
957   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
958     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
959     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
960     std::vector<SCEVHandle> LIOps;
961     SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
962     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
963       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
964         LIOps.push_back(Ops[i]);
965         Ops.erase(Ops.begin()+i);
966         --i; --e;
967       }
968
969     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
970     if (!LIOps.empty()) {
971       //  NLI * LI * { Start,+,Step}  -->  NLI * { LI*Start,+,LI*Step }
972       std::vector<SCEVHandle> NewOps;
973       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
974       if (LIOps.size() == 1) {
975         SCEV *Scale = LIOps[0];
976         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
977           NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
978       } else {
979         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
980           std::vector<SCEVHandle> MulOps(LIOps);
981           MulOps.push_back(AddRec->getOperand(i));
982           NewOps.push_back(getMulExpr(MulOps));
983         }
984       }
985
986       SCEVHandle NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop());
987
988       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
989       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
990
991       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-liv parts.
992       for (unsigned i = 0;; ++i)
993         if (Ops[i] == AddRec) {
994           Ops[i] = NewRec;
995           break;
996         }
997       return getMulExpr(Ops);
998     }
999
1000     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1001     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1002     // multiplied together.  If so, we can fold them.
1003     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1004          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1005       if (OtherIdx != Idx) {
1006         SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1007         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
1008           // F * G  -->  {A,+,B} * {C,+,D}  -->  {A*C,+,F*D + G*B + B*D}
1009           SCEVAddRecExpr *F = AddRec, *G = OtherAddRec;
1010           SCEVHandle NewStart = getMulExpr(F->getStart(),
1011                                                  G->getStart());
1012           SCEVHandle B = F->getStepRecurrence(*this);
1013           SCEVHandle D = G->getStepRecurrence(*this);
1014           SCEVHandle NewStep = getAddExpr(getMulExpr(F, D),
1015                                           getMulExpr(G, B),
1016                                           getMulExpr(B, D));
1017           SCEVHandle NewAddRec = getAddRecExpr(NewStart, NewStep,
1018                                                F->getLoop());
1019           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1020
1021           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1022           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1023           Ops.push_back(NewAddRec);
1024           return getMulExpr(Ops);
1025         }
1026       }
1027
1028     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1029     // next one.
1030   }
1031
1032   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
1033   // already have one, otherwise create a new one.
1034   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1035   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scMulExpr,
1036                                                                  SCEVOps)];
1037   if (Result == 0)
1038     Result = new SCEVMulExpr(Ops);
1039   return Result;
1040 }
1041
1042 SCEVHandle ScalarEvolution::getSDivExpr(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1043   if (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
1044     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
1045       return LHS;                            // X sdiv 1 --> x
1046     if (RHSC->getValue()->isAllOnesValue())
1047       return getNegativeSCEV(LHS);           // X sdiv -1  -->  -x
1048
1049     if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
1050       Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
1051       Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
1052       return getUnknown(ConstantExpr::getSDiv(LHSCV, RHSCV));
1053     }
1054   }
1055
1056   // FIXME: implement folding of (X*4)/4 when we know X*4 doesn't overflow.
1057
1058   SCEVSDivExpr *&Result = (*SCEVSDivs)[std::make_pair(LHS, RHS)];
1059   if (Result == 0) Result = new SCEVSDivExpr(LHS, RHS);
1060   return Result;
1061 }
1062
1063
1064 /// SCEVAddRecExpr::get - Get a add recurrence expression for the
1065 /// specified loop.  Simplify the expression as much as possible.
1066 SCEVHandle ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEVHandle &Start,
1067                                const SCEVHandle &Step, const Loop *L) {
1068   std::vector<SCEVHandle> Operands;
1069   Operands.push_back(Start);
1070   if (SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
1071     if (StepChrec->getLoop() == L) {
1072       Operands.insert(Operands.end(), StepChrec->op_begin(),
1073                       StepChrec->op_end());
1074       return getAddRecExpr(Operands, L);
1075     }
1076
1077   Operands.push_back(Step);
1078   return getAddRecExpr(Operands, L);
1079 }
1080
1081 /// SCEVAddRecExpr::get - Get a add recurrence expression for the
1082 /// specified loop.  Simplify the expression as much as possible.
1083 SCEVHandle ScalarEvolution::getAddRecExpr(std::vector<SCEVHandle> &Operands,
1084                                const Loop *L) {
1085   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
1086
1087   if (SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Operands.back()))
1088     if (StepC->getValue()->isZero()) {
1089       Operands.pop_back();
1090       return getAddRecExpr(Operands, L);             // { X,+,0 }  -->  X
1091     }
1092
1093   SCEVAddRecExpr *&Result =
1094     (*SCEVAddRecExprs)[std::make_pair(L, std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
1095                                                             Operands.end()))];
1096   if (Result == 0) Result = new SCEVAddRecExpr(Operands, L);
1097   return Result;
1098 }
1099
1100 SCEVHandle ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEVHandle &LHS,
1101                                         const SCEVHandle &RHS) {
1102   std::vector<SCEVHandle> Ops;
1103   Ops.push_back(LHS);
1104   Ops.push_back(RHS);
1105   return getSMaxExpr(Ops);
1106 }
1107
1108 SCEVHandle ScalarEvolution::getSMaxExpr(std::vector<SCEVHandle> Ops) {
1109   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
1110   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1111
1112   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1113   GroupByComplexity(Ops);
1114
1115   // If there are any constants, fold them together.
1116   unsigned Idx = 0;
1117   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1118     ++Idx;
1119     assert(Idx < Ops.size());
1120     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1121       // We found two constants, fold them together!
1122       Constant *Fold = ConstantInt::get(
1123                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
1124                                              RHSC->getValue()->getValue()));
1125       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Fold)) {
1126         Ops[0] = getConstant(CI);
1127         Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1128         if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1129         LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1130       } else {
1131         // If we couldn't fold the expression, move to the next constant.  Note
1132         // that this is impossible to happen in practice because we always
1133         // constant fold constant ints to constant ints.
1134         ++Idx;
1135       }
1136     }
1137
1138     // If we are left with a constant -inf, strip it off.
1139     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
1140       Ops.erase(Ops.begin());
1141       --Idx;
1142     }
1143   }
1144
1145   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1146
1147   // Find the first SMax
1148   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
1149     ++Idx;
1150
1151   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
1152   // onto our operand list, and recurse to simplify.
1153   if (Idx < Ops.size()) {
1154     bool DeletedSMax = false;
1155     while (SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
1156       Ops.insert(Ops.end(), SMax->op_begin(), SMax->op_end());
1157       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1158       DeletedSMax = true;
1159     }
1160
1161     if (DeletedSMax)
1162       return getSMaxExpr(Ops);
1163   }
1164
1165   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1166   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
1167   // be adjacent.
1168   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1169     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
1170       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
1171       --i; --e;
1172     }
1173
1174   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1175
1176   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
1177
1178   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
1179   // already have one, otherwise create a new one.
1180   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1181   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scSMaxExpr,
1182                                                                  SCEVOps)];
1183   if (Result == 0) Result = new SCEVSMaxExpr(Ops);
1184   return Result;
1185 }
1186
1187 SCEVHandle ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
1188   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
1189     return getConstant(CI);
1190   SCEVUnknown *&Result = (*SCEVUnknowns)[V];
1191   if (Result == 0) Result = new SCEVUnknown(V);
1192   return Result;
1193 }
1194
1195
1196 //===----------------------------------------------------------------------===//
1197 //             ScalarEvolutionsImpl Definition and Implementation
1198 //===----------------------------------------------------------------------===//
1199 //
1200 /// ScalarEvolutionsImpl - This class implements the main driver for the scalar
1201 /// evolution code.
1202 ///
1203 namespace {
1204   struct VISIBILITY_HIDDEN ScalarEvolutionsImpl {
1205     /// SE - A reference to the public ScalarEvolution object.
1206     ScalarEvolution &SE;
1207
1208     /// F - The function we are analyzing.
1209     ///
1210     Function &F;
1211
1212     /// LI - The loop information for the function we are currently analyzing.
1213     ///
1214     LoopInfo &LI;
1215
1216     /// UnknownValue - This SCEV is used to represent unknown trip counts and
1217     /// things.
1218     SCEVHandle UnknownValue;
1219
1220     /// Scalars - This is a cache of the scalars we have analyzed so far.
1221     ///
1222     std::map<Value*, SCEVHandle> Scalars;
1223
1224     /// IterationCounts - Cache the iteration count of the loops for this
1225     /// function as they are computed.
1226     std::map<const Loop*, SCEVHandle> IterationCounts;
1227
1228     /// ConstantEvolutionLoopExitValue - This map contains entries for all of
1229     /// the PHI instructions that we attempt to compute constant evolutions for.
1230     /// This allows us to avoid potentially expensive recomputation of these
1231     /// properties.  An instruction maps to null if we are unable to compute its
1232     /// exit value.
1233     std::map<PHINode*, Constant*> ConstantEvolutionLoopExitValue;
1234
1235   public:
1236     ScalarEvolutionsImpl(ScalarEvolution &se, Function &f, LoopInfo &li)
1237       : SE(se), F(f), LI(li), UnknownValue(new SCEVCouldNotCompute()) {}
1238
1239     /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
1240     /// expression and create a new one.
1241     SCEVHandle getSCEV(Value *V);
1242
1243     /// hasSCEV - Return true if the SCEV for this value has already been
1244     /// computed.
1245     bool hasSCEV(Value *V) const {
1246       return Scalars.count(V);
1247     }
1248
1249     /// setSCEV - Insert the specified SCEV into the map of current SCEVs for
1250     /// the specified value.
1251     void setSCEV(Value *V, const SCEVHandle &H) {
1252       bool isNew = Scalars.insert(std::make_pair(V, H)).second;
1253       assert(isNew && "This entry already existed!");
1254     }
1255
1256
1257     /// getSCEVAtScope - Compute the value of the specified expression within
1258     /// the indicated loop (which may be null to indicate in no loop).  If the
1259     /// expression cannot be evaluated, return UnknownValue itself.
1260     SCEVHandle getSCEVAtScope(SCEV *V, const Loop *L);
1261
1262
1263     /// hasLoopInvariantIterationCount - Return true if the specified loop has
1264     /// an analyzable loop-invariant iteration count.
1265     bool hasLoopInvariantIterationCount(const Loop *L);
1266
1267     /// getIterationCount - If the specified loop has a predictable iteration
1268     /// count, return it.  Note that it is not valid to call this method on a
1269     /// loop without a loop-invariant iteration count.
1270     SCEVHandle getIterationCount(const Loop *L);
1271
1272     /// deleteValueFromRecords - This method should be called by the
1273     /// client before it removes a value from the program, to make sure
1274     /// that no dangling references are left around.
1275     void deleteValueFromRecords(Value *V);
1276
1277   private:
1278     /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
1279     /// Analyze the expression.
1280     SCEVHandle createSCEV(Value *V);
1281
1282     /// createNodeForPHI - Provide the special handling we need to analyze PHI
1283     /// SCEVs.
1284     SCEVHandle createNodeForPHI(PHINode *PN);
1285
1286     /// ReplaceSymbolicValueWithConcrete - This looks up the computed SCEV value
1287     /// for the specified instruction and replaces any references to the
1288     /// symbolic value SymName with the specified value.  This is used during
1289     /// PHI resolution.
1290     void ReplaceSymbolicValueWithConcrete(Instruction *I,
1291                                           const SCEVHandle &SymName,
1292                                           const SCEVHandle &NewVal);
1293
1294     /// ComputeIterationCount - Compute the number of times the specified loop
1295     /// will iterate.
1296     SCEVHandle ComputeIterationCount(const Loop *L);
1297
1298     /// ComputeLoadConstantCompareIterationCount - Given an exit condition of
1299     /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the trip count.
1300     SCEVHandle ComputeLoadConstantCompareIterationCount(LoadInst *LI,
1301                                                         Constant *RHS,
1302                                                         const Loop *L,
1303                                                         ICmpInst::Predicate p);
1304
1305     /// ComputeIterationCountExhaustively - If the trip is known to execute a
1306     /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
1307     /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
1308     /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
1309     /// evaluate the trip count of the loop, return UnknownValue.
1310     SCEVHandle ComputeIterationCountExhaustively(const Loop *L, Value *Cond,
1311                                                  bool ExitWhen);
1312
1313     /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the
1314     /// specified value to zero will execute.  If not computable, return
1315     /// UnknownValue.
1316     SCEVHandle HowFarToZero(SCEV *V, const Loop *L);
1317
1318     /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
1319     /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
1320     /// UnknownValue.
1321     SCEVHandle HowFarToNonZero(SCEV *V, const Loop *L);
1322
1323     /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
1324     /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
1325     /// UnknownValue. isSigned specifies whether the less-than is signed.
1326     SCEVHandle HowManyLessThans(SCEV *LHS, SCEV *RHS, const Loop *L,
1327                                 bool isSigned);
1328
1329     /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
1330     /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
1331     /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
1332     /// involving constants, fold it.
1333     Constant *getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN, const APInt& Its,
1334                                                 const Loop *L);
1335   };
1336 }
1337
1338 //===----------------------------------------------------------------------===//
1339 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
1340 //
1341
1342 /// deleteValueFromRecords - This method should be called by the
1343 /// client before it removes an instruction from the program, to make sure
1344 /// that no dangling references are left around.
1345 void ScalarEvolutionsImpl::deleteValueFromRecords(Value *V) {
1346   SmallVector<Value *, 16> Worklist;
1347
1348   if (Scalars.erase(V)) {
1349     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V))
1350       ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
1351     Worklist.push_back(V);
1352   }
1353
1354   while (!Worklist.empty()) {
1355     Value *VV = Worklist.back();
1356     Worklist.pop_back();
1357
1358     for (Instruction::use_iterator UI = VV->use_begin(), UE = VV->use_end();
1359          UI != UE; ++UI) {
1360       Instruction *Inst = cast<Instruction>(*UI);
1361       if (Scalars.erase(Inst)) {
1362         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(VV))
1363           ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
1364         Worklist.push_back(Inst);
1365       }
1366     }
1367   }
1368 }
1369
1370
1371 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
1372 /// expression and create a new one.
1373 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getSCEV(Value *V) {
1374   assert(V->getType() != Type::VoidTy && "Can't analyze void expressions!");
1375
1376   std::map<Value*, SCEVHandle>::iterator I = Scalars.find(V);
1377   if (I != Scalars.end()) return I->second;
1378   SCEVHandle S = createSCEV(V);
1379   Scalars.insert(std::make_pair(V, S));
1380   return S;
1381 }
1382
1383 /// ReplaceSymbolicValueWithConcrete - This looks up the computed SCEV value for
1384 /// the specified instruction and replaces any references to the symbolic value
1385 /// SymName with the specified value.  This is used during PHI resolution.
1386 void ScalarEvolutionsImpl::
1387 ReplaceSymbolicValueWithConcrete(Instruction *I, const SCEVHandle &SymName,
1388                                  const SCEVHandle &NewVal) {
1389   std::map<Value*, SCEVHandle>::iterator SI = Scalars.find(I);
1390   if (SI == Scalars.end()) return;
1391
1392   SCEVHandle NV =
1393     SI->second->replaceSymbolicValuesWithConcrete(SymName, NewVal, SE);
1394   if (NV == SI->second) return;  // No change.
1395
1396   SI->second = NV;       // Update the scalars map!
1397
1398   // Any instruction values that use this instruction might also need to be
1399   // updated!
1400   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
1401        UI != E; ++UI)
1402     ReplaceSymbolicValueWithConcrete(cast<Instruction>(*UI), SymName, NewVal);
1403 }
1404
1405 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
1406 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
1407 ///
1408 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
1409   if (PN->getNumIncomingValues() == 2)  // The loops have been canonicalized.
1410     if (const Loop *L = LI.getLoopFor(PN->getParent()))
1411       if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
1412         // If it lives in the loop header, it has two incoming values, one
1413         // from outside the loop, and one from inside.
1414         unsigned IncomingEdge = L->contains(PN->getIncomingBlock(0));
1415         unsigned BackEdge     = IncomingEdge^1;
1416
1417         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
1418         SCEVHandle SymbolicName = SE.getUnknown(PN);
1419         assert(Scalars.find(PN) == Scalars.end() &&
1420                "PHI node already processed?");
1421         Scalars.insert(std::make_pair(PN, SymbolicName));
1422
1423         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
1424         // the back-edge.
1425         SCEVHandle BEValue = getSCEV(PN->getIncomingValue(BackEdge));
1426
1427         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
1428         // has a special value for the first iteration of the loop.
1429
1430         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
1431         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
1432         if (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
1433           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
1434           // with a recurrence.
1435           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
1436           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
1437             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
1438               if (FoundIndex == e) {
1439                 FoundIndex = i;
1440                 break;
1441               }
1442
1443           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
1444             // Create an add with everything but the specified operand.
1445             std::vector<SCEVHandle> Ops;
1446             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
1447               if (i != FoundIndex)
1448                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
1449             SCEVHandle Accum = SE.getAddExpr(Ops);
1450
1451             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
1452             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
1453             if (Accum->isLoopInvariant(L) ||
1454                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
1455                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
1456               SCEVHandle StartVal = getSCEV(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
1457               SCEVHandle PHISCEV  = SE.getAddRecExpr(StartVal, Accum, L);
1458
1459               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
1460               // to be symbolic.  We now need to go back and update all of the
1461               // entries for the scalars that use the PHI (except for the PHI
1462               // itself) to use the new analyzed value instead of the "symbolic"
1463               // value.
1464               ReplaceSymbolicValueWithConcrete(PN, SymbolicName, PHISCEV);
1465               return PHISCEV;
1466             }
1467           }
1468         } else if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
1469           // Otherwise, this could be a loop like this:
1470           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
1471           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
1472           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
1473           // i really is an addrec evolution.
1474           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
1475             SCEVHandle StartVal = getSCEV(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
1476
1477             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
1478             // initial step of the addrec evolution.
1479             if (StartVal == SE.getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
1480                                             AddRec->getOperand(1))) {
1481               SCEVHandle PHISCEV = 
1482                  SE.getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1), L);
1483
1484               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
1485               // to be symbolic.  We now need to go back and update all of the
1486               // entries for the scalars that use the PHI (except for the PHI
1487               // itself) to use the new analyzed value instead of the "symbolic"
1488               // value.
1489               ReplaceSymbolicValueWithConcrete(PN, SymbolicName, PHISCEV);
1490               return PHISCEV;
1491             }
1492           }
1493         }
1494
1495         return SymbolicName;
1496       }
1497
1498   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
1499   return SE.getUnknown(PN);
1500 }
1501
1502 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
1503 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
1504 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
1505 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
1506 static uint32_t GetMinTrailingZeros(SCEVHandle S) {
1507   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
1508     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
1509
1510   if (SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
1511     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand()), T->getBitWidth());
1512
1513   if (SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
1514     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
1515     return OpRes == E->getOperand()->getBitWidth() ? E->getBitWidth() : OpRes;
1516   }
1517
1518   if (SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
1519     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
1520     return OpRes == E->getOperand()->getBitWidth() ? E->getBitWidth() : OpRes;
1521   }
1522
1523   if (SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
1524     // The result is the min of all operands results.
1525     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
1526     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
1527       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
1528     return MinOpRes;
1529   }
1530
1531   if (SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
1532     // The result is the sum of all operands results.
1533     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
1534     uint32_t BitWidth = M->getBitWidth();
1535     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
1536          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
1537       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)),
1538                           BitWidth);
1539     return SumOpRes;
1540   }
1541
1542   if (SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
1543     // The result is the min of all operands results.
1544     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
1545     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
1546       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
1547     return MinOpRes;
1548   }
1549
1550   if (SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
1551     // The result is the min of all operands results.
1552     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
1553     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
1554       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
1555     return MinOpRes;
1556   }
1557
1558   // SCEVSDivExpr, SCEVUnknown
1559   return 0;
1560 }
1561
1562 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
1563 /// Analyze the expression.
1564 ///
1565 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::createSCEV(Value *V) {
1566   if (!isa<IntegerType>(V->getType()))
1567     return SE.getUnknown(V);
1568     
1569   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
1570     switch (I->getOpcode()) {
1571     case Instruction::Add:
1572       return SE.getAddExpr(getSCEV(I->getOperand(0)),
1573                            getSCEV(I->getOperand(1)));
1574     case Instruction::Mul:
1575       return SE.getMulExpr(getSCEV(I->getOperand(0)),
1576                            getSCEV(I->getOperand(1)));
1577     case Instruction::SDiv:
1578       return SE.getSDivExpr(getSCEV(I->getOperand(0)),
1579                             getSCEV(I->getOperand(1)));
1580     case Instruction::Sub:
1581       return SE.getMinusSCEV(getSCEV(I->getOperand(0)),
1582                              getSCEV(I->getOperand(1)));
1583     case Instruction::Or:
1584       // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
1585       // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
1586       // optimizations will transparently handle this case.
1587       //
1588       // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
1589       // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
1590       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1591         SCEVHandle LHS = getSCEV(I->getOperand(0));
1592         const APInt &CIVal = CI->getValue();
1593         if (GetMinTrailingZeros(LHS) >=
1594             (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros()))
1595           return SE.getAddExpr(LHS, getSCEV(I->getOperand(1)));
1596       }
1597       break;
1598     case Instruction::Xor:
1599       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
1600       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
1601       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1602         if (CI->getValue().isSignBit())
1603           return SE.getAddExpr(getSCEV(I->getOperand(0)),
1604                                getSCEV(I->getOperand(1)));
1605       }
1606       break;
1607
1608     case Instruction::Shl:
1609       // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
1610       if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1611         uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth();
1612         Constant *X = ConstantInt::get(
1613           APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getLimitedValue(BitWidth)));
1614         return SE.getMulExpr(getSCEV(I->getOperand(0)), getSCEV(X));
1615       }
1616       break;
1617
1618     case Instruction::Trunc:
1619       return SE.getTruncateExpr(getSCEV(I->getOperand(0)), I->getType());
1620
1621     case Instruction::ZExt:
1622       return SE.getZeroExtendExpr(getSCEV(I->getOperand(0)), I->getType());
1623
1624     case Instruction::SExt:
1625       return SE.getSignExtendExpr(getSCEV(I->getOperand(0)), I->getType());
1626
1627     case Instruction::BitCast:
1628       // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
1629       if (I->getType()->isInteger() &&
1630           I->getOperand(0)->getType()->isInteger())
1631         return getSCEV(I->getOperand(0));
1632       break;
1633
1634     case Instruction::PHI:
1635       return createNodeForPHI(cast<PHINode>(I));
1636
1637     case Instruction::Select:
1638       // This could be an SCEVSMax that was lowered earlier. Try to recover it.
1639       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I->getOperand(0))) {
1640         Value *LHS = ICI->getOperand(0);
1641         Value *RHS = ICI->getOperand(1);
1642         switch (ICI->getPredicate()) {
1643         case ICmpInst::ICMP_SLT:
1644         case ICmpInst::ICMP_SLE:
1645           std::swap(LHS, RHS);
1646           // fall through
1647         case ICmpInst::ICMP_SGT:
1648         case ICmpInst::ICMP_SGE:
1649           if (LHS == I->getOperand(1) && RHS == I->getOperand(2))
1650             return SE.getSMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
1651         default:
1652           break;
1653         }
1654       }
1655
1656     default: // We cannot analyze this expression.
1657       break;
1658     }
1659   }
1660
1661   return SE.getUnknown(V);
1662 }
1663
1664
1665
1666 //===----------------------------------------------------------------------===//
1667 //                   Iteration Count Computation Code
1668 //
1669
1670 /// getIterationCount - If the specified loop has a predictable iteration
1671 /// count, return it.  Note that it is not valid to call this method on a
1672 /// loop without a loop-invariant iteration count.
1673 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getIterationCount(const Loop *L) {
1674   std::map<const Loop*, SCEVHandle>::iterator I = IterationCounts.find(L);
1675   if (I == IterationCounts.end()) {
1676     SCEVHandle ItCount = ComputeIterationCount(L);
1677     I = IterationCounts.insert(std::make_pair(L, ItCount)).first;
1678     if (ItCount != UnknownValue) {
1679       assert(ItCount->isLoopInvariant(L) &&
1680              "Computed trip count isn't loop invariant for loop!");
1681       ++NumTripCountsComputed;
1682     } else if (isa<PHINode>(L->getHeader()->begin())) {
1683       // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
1684       ++NumTripCountsNotComputed;
1685     }
1686   }
1687   return I->second;
1688 }
1689
1690 /// ComputeIterationCount - Compute the number of times the specified loop
1691 /// will iterate.
1692 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::ComputeIterationCount(const Loop *L) {
1693   // If the loop has a non-one exit block count, we can't analyze it.
1694   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
1695   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
1696   if (ExitBlocks.size() != 1) return UnknownValue;
1697
1698   // Okay, there is one exit block.  Try to find the condition that causes the
1699   // loop to be exited.
1700   BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[0];
1701
1702   BasicBlock *ExitingBlock = 0;
1703   for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), E = pred_end(ExitBlock);
1704        PI != E; ++PI)
1705     if (L->contains(*PI)) {
1706       if (ExitingBlock == 0)
1707         ExitingBlock = *PI;
1708       else
1709         return UnknownValue;   // More than one block exiting!
1710     }
1711   assert(ExitingBlock && "No exits from loop, something is broken!");
1712
1713   // Okay, we've computed the exiting block.  See what condition causes us to
1714   // exit.
1715   //
1716   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
1717   BranchInst *ExitBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
1718   if (ExitBr == 0) return UnknownValue;
1719   assert(ExitBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
1720   
1721   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
1722   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
1723   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
1724   // not be equal to the trip count of the loop.
1725   //
1726   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
1727   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
1728   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
1729   // loop header.  This is common for un-rotated loops.  More extensive analysis
1730   // could be done to handle more cases here.
1731   if (ExitBr->getSuccessor(0) != L->getHeader() &&
1732       ExitBr->getSuccessor(1) != L->getHeader() &&
1733       ExitBr->getParent() != L->getHeader())
1734     return UnknownValue;
1735   
1736   ICmpInst *ExitCond = dyn_cast<ICmpInst>(ExitBr->getCondition());
1737
1738   // If its not an integer comparison then compute it the hard way. 
1739   // Note that ICmpInst deals with pointer comparisons too so we must check
1740   // the type of the operand.
1741   if (ExitCond == 0 || isa<PointerType>(ExitCond->getOperand(0)->getType()))
1742     return ComputeIterationCountExhaustively(L, ExitBr->getCondition(),
1743                                           ExitBr->getSuccessor(0) == ExitBlock);
1744
1745   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
1746   ICmpInst::Predicate Cond;
1747   if (ExitBr->getSuccessor(1) == ExitBlock)
1748     Cond = ExitCond->getPredicate();
1749   else
1750     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
1751
1752   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
1753   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
1754     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
1755       SCEVHandle ItCnt =
1756         ComputeLoadConstantCompareIterationCount(LI, RHS, L, Cond);
1757       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(ItCnt)) return ItCnt;
1758     }
1759
1760   SCEVHandle LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
1761   SCEVHandle RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
1762
1763   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
1764   SCEVHandle Tmp = getSCEVAtScope(LHS, L);
1765   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) LHS = Tmp;
1766   Tmp = getSCEVAtScope(RHS, L);
1767   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) RHS = Tmp;
1768
1769   // At this point, we would like to compute how many iterations of the 
1770   // loop the predicate will return true for these inputs.
1771   if (isa<SCEVConstant>(LHS) && !isa<SCEVConstant>(RHS)) {
1772     // If there is a constant, force it into the RHS.
1773     std::swap(LHS, RHS);
1774     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
1775   }
1776
1777   // FIXME: think about handling pointer comparisons!  i.e.:
1778   // while (P != P+100) ++P;
1779
1780   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
1781   // ranges to answer this query.
1782   if (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
1783     if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
1784       if (AddRec->getLoop() == L) {
1785         // Form the comparison range using the constant of the correct type so
1786         // that the ConstantRange class knows to do a signed or unsigned
1787         // comparison.
1788         ConstantInt *CompVal = RHSC->getValue();
1789         const Type *RealTy = ExitCond->getOperand(0)->getType();
1790         CompVal = dyn_cast<ConstantInt>(
1791           ConstantExpr::getBitCast(CompVal, RealTy));
1792         if (CompVal) {
1793           // Form the constant range.
1794           ConstantRange CompRange(
1795               ICmpInst::makeConstantRange(Cond, CompVal->getValue()));
1796
1797           SCEVHandle Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, SE);
1798           if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
1799         }
1800       }
1801
1802   switch (Cond) {
1803   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
1804     // Convert to: while (X-Y != 0)
1805     SCEVHandle TC = HowFarToZero(SE.getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
1806     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1807     break;
1808   }
1809   case ICmpInst::ICMP_EQ: {
1810     // Convert to: while (X-Y == 0)           // while (X == Y)
1811     SCEVHandle TC = HowFarToNonZero(SE.getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
1812     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1813     break;
1814   }
1815   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
1816     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, true);
1817     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1818     break;
1819   }
1820   case ICmpInst::ICMP_SGT: {
1821     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(SE.getNegativeSCEV(LHS),
1822                                      SE.getNegativeSCEV(RHS), L, true);
1823     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1824     break;
1825   }
1826   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
1827     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, false);
1828     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1829     break;
1830   }
1831   case ICmpInst::ICMP_UGT: {
1832     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(SE.getNegativeSCEV(LHS),
1833                                      SE.getNegativeSCEV(RHS), L, false);
1834     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1835     break;
1836   }
1837   default:
1838 #if 0
1839     cerr << "ComputeIterationCount ";
1840     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
1841       cerr << "[unsigned] ";
1842     cerr << *LHS << "   "
1843          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp) 
1844          << "   " << *RHS << "\n";
1845 #endif
1846     break;
1847   }
1848   return ComputeIterationCountExhaustively(L, ExitCond,
1849                                        ExitBr->getSuccessor(0) == ExitBlock);
1850 }
1851
1852 static ConstantInt *
1853 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
1854                                 ScalarEvolution &SE) {
1855   SCEVHandle InVal = SE.getConstant(C);
1856   SCEVHandle Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
1857   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
1858          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
1859   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
1860 }
1861
1862 /// GetAddressedElementFromGlobal - Given a global variable with an initializer
1863 /// and a GEP expression (missing the pointer index) indexing into it, return
1864 /// the addressed element of the initializer or null if the index expression is
1865 /// invalid.
1866 static Constant *
1867 GetAddressedElementFromGlobal(GlobalVariable *GV,
1868                               const std::vector<ConstantInt*> &Indices) {
1869   Constant *Init = GV->getInitializer();
1870   for (unsigned i = 0, e = Indices.size(); i != e; ++i) {
1871     uint64_t Idx = Indices[i]->getZExtValue();
1872     if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Init)) {
1873       assert(Idx < CS->getNumOperands() && "Bad struct index!");
1874       Init = cast<Constant>(CS->getOperand(Idx));
1875     } else if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Init)) {
1876       if (Idx >= CA->getNumOperands()) return 0;  // Bogus program
1877       Init = cast<Constant>(CA->getOperand(Idx));
1878     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
1879       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
1880         assert(Idx < STy->getNumElements() && "Bad struct index!");
1881         Init = Constant::getNullValue(STy->getElementType(Idx));
1882       } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Init->getType())) {
1883         if (Idx >= ATy->getNumElements()) return 0;  // Bogus program
1884         Init = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
1885       } else {
1886         assert(0 && "Unknown constant aggregate type!");
1887       }
1888       return 0;
1889     } else {
1890       return 0; // Unknown initializer type
1891     }
1892   }
1893   return Init;
1894 }
1895
1896 /// ComputeLoadConstantCompareIterationCount - Given an exit condition of
1897 /// 'icmp op load X, cst', try to se if we can compute the trip count.
1898 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::
1899 ComputeLoadConstantCompareIterationCount(LoadInst *LI, Constant *RHS,
1900                                          const Loop *L, 
1901                                          ICmpInst::Predicate predicate) {
1902   if (LI->isVolatile()) return UnknownValue;
1903
1904   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
1905   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
1906   if (!GEP) return UnknownValue;
1907
1908   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
1909   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
1910   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
1911   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer() ||
1912       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
1913       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
1914     return UnknownValue;
1915
1916   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
1917   Value *VarIdx = 0;
1918   std::vector<ConstantInt*> Indexes;
1919   unsigned VarIdxNum = 0;
1920   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
1921     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
1922       Indexes.push_back(CI);
1923     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
1924       if (VarIdx) return UnknownValue;  // Multiple non-constant idx's.
1925       VarIdx = GEP->getOperand(i);
1926       VarIdxNum = i-2;
1927       Indexes.push_back(0);
1928     }
1929
1930   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
1931   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
1932   SCEVHandle Idx = getSCEV(VarIdx);
1933   SCEVHandle Tmp = getSCEVAtScope(Idx, L);
1934   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) Idx = Tmp;
1935
1936   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
1937   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
1938   SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
1939   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || IdxExpr->isLoopInvariant(L) ||
1940       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
1941       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
1942     return UnknownValue;
1943
1944   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
1945   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
1946     ConstantInt *ItCst =
1947       ConstantInt::get(IdxExpr->getType(), IterationNum);
1948     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, SE);
1949
1950     // Form the GEP offset.
1951     Indexes[VarIdxNum] = Val;
1952
1953     Constant *Result = GetAddressedElementFromGlobal(GV, Indexes);
1954     if (Result == 0) break;  // Cannot compute!
1955
1956     // Evaluate the condition for this iteration.
1957     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
1958     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
1959     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
1960 #if 0
1961       cerr << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
1962            << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
1963            << "***\n";
1964 #endif
1965       ++NumArrayLenItCounts;
1966       return SE.getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
1967     }
1968   }
1969   return UnknownValue;
1970 }
1971
1972
1973 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
1974 /// specified type, assuming that all operands were constants.
1975 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
1976   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
1977       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I))
1978     return true;
1979
1980   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
1981     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
1982       return canConstantFoldCallTo((Function*)F);  // FIXME: elim cast
1983   return false;
1984 }
1985
1986 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
1987 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
1988 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
1989 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
1990 /// constraints, return null.
1991 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
1992   // If this is not an instruction, or if this is an instruction outside of the
1993   // loop, it can't be derived from a loop PHI.
1994   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
1995   if (I == 0 || !L->contains(I->getParent())) return 0;
1996
1997   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
1998     if (L->getHeader() == I->getParent())
1999       return PN;
2000     else
2001       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
2002       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
2003       return 0;
2004
2005   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
2006   // are constants, return early.
2007   if (!CanConstantFold(I)) return 0;
2008
2009   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
2010   // constant or derived from a PHI node themselves.
2011   PHINode *PHI = 0;
2012   for (unsigned Op = 0, e = I->getNumOperands(); Op != e; ++Op)
2013     if (!(isa<Constant>(I->getOperand(Op)) ||
2014           isa<GlobalValue>(I->getOperand(Op)))) {
2015       PHINode *P = getConstantEvolvingPHI(I->getOperand(Op), L);
2016       if (P == 0) return 0;  // Not evolving from PHI
2017       if (PHI == 0)
2018         PHI = P;
2019       else if (PHI != P)
2020         return 0;  // Evolving from multiple different PHIs.
2021     }
2022
2023   // This is a expression evolving from a constant PHI!
2024   return PHI;
2025 }
2026
2027 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
2028 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
2029 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
2030 /// reason, return null.
2031 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, Constant *PHIVal) {
2032   if (isa<PHINode>(V)) return PHIVal;
2033   if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V))
2034     return GV;
2035   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
2036   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2037
2038   std::vector<Constant*> Operands;
2039   Operands.resize(I->getNumOperands());
2040
2041   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2042     Operands[i] = EvaluateExpression(I->getOperand(i), PHIVal);
2043     if (Operands[i] == 0) return 0;
2044   }
2045
2046   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
2047     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
2048                                            &Operands[0], Operands.size());
2049   else
2050     return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
2051                                     &Operands[0], Operands.size());
2052 }
2053
2054 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
2055 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
2056 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
2057 /// involving constants, fold it.
2058 Constant *ScalarEvolutionsImpl::
2059 getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN, const APInt& Its, const Loop *L){
2060   std::map<PHINode*, Constant*>::iterator I =
2061     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
2062   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
2063     return I->second;
2064
2065   if (Its.ugt(APInt(Its.getBitWidth(),MaxBruteForceIterations)))
2066     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = 0;  // Not going to evaluate it.
2067
2068   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
2069
2070   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
2071   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
2072   // second must be derived from the same PHI.
2073   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
2074   Constant *StartCST =
2075     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
2076   if (StartCST == 0)
2077     return RetVal = 0;  // Must be a constant.
2078
2079   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
2080   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
2081   if (PN2 != PN)
2082     return RetVal = 0;  // Not derived from same PHI.
2083
2084   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
2085   if (Its.getActiveBits() >= 32)
2086     return RetVal = 0; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
2087
2088   unsigned NumIterations = Its.getZExtValue(); // must be in range
2089   unsigned IterationNum = 0;
2090   for (Constant *PHIVal = StartCST; ; ++IterationNum) {
2091     if (IterationNum == NumIterations)
2092       return RetVal = PHIVal;  // Got exit value!
2093
2094     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
2095     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
2096     if (NextPHI == PHIVal)
2097       return RetVal = NextPHI;  // Stopped evolving!
2098     if (NextPHI == 0)
2099       return 0;        // Couldn't evaluate!
2100     PHIVal = NextPHI;
2101   }
2102 }
2103
2104 /// ComputeIterationCountExhaustively - If the trip is known to execute a
2105 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
2106 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
2107 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
2108 /// evaluate the trip count of the loop, return UnknownValue.
2109 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::
2110 ComputeIterationCountExhaustively(const Loop *L, Value *Cond, bool ExitWhen) {
2111   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
2112   if (PN == 0) return UnknownValue;
2113
2114   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
2115   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
2116   // second must be derived from the same PHI.
2117   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
2118   Constant *StartCST =
2119     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
2120   if (StartCST == 0) return UnknownValue;  // Must be a constant.
2121
2122   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
2123   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
2124   if (PN2 != PN) return UnknownValue;  // Not derived from same PHI.
2125
2126   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
2127   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
2128   // "ExitWhen".
2129   unsigned IterationNum = 0;
2130   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
2131   for (Constant *PHIVal = StartCST;
2132        IterationNum != MaxIterations; ++IterationNum) {
2133     ConstantInt *CondVal =
2134       dyn_cast_or_null<ConstantInt>(EvaluateExpression(Cond, PHIVal));
2135
2136     // Couldn't symbolically evaluate.
2137     if (!CondVal) return UnknownValue;
2138
2139     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
2140       ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = PHIVal;
2141       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
2142       return SE.getConstant(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, IterationNum));
2143     }
2144
2145     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
2146     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
2147     if (NextPHI == 0 || NextPHI == PHIVal)
2148       return UnknownValue;  // Couldn't evaluate or not making progress...
2149     PHIVal = NextPHI;
2150   }
2151
2152   // Too many iterations were needed to evaluate.
2153   return UnknownValue;
2154 }
2155
2156 /// getSCEVAtScope - Compute the value of the specified expression within the
2157 /// indicated loop (which may be null to indicate in no loop).  If the
2158 /// expression cannot be evaluated, return UnknownValue.
2159 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getSCEVAtScope(SCEV *V, const Loop *L) {
2160   // FIXME: this should be turned into a virtual method on SCEV!
2161
2162   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
2163
2164   // If this instruction is evolves from a constant-evolving PHI, compute the
2165   // exit value from the loop without using SCEVs.
2166   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
2167     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
2168       const Loop *LI = this->LI[I->getParent()];
2169       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
2170         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
2171           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
2172             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
2173             // to see if the loop that contains it has a known iteration count.
2174             // If so, we may be able to force computation of the exit value.
2175             SCEVHandle IterationCount = getIterationCount(LI);
2176             if (SCEVConstant *ICC = dyn_cast<SCEVConstant>(IterationCount)) {
2177               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
2178               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
2179               // the specified iteration number.
2180               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
2181                                                     ICC->getValue()->getValue(),
2182                                                                LI);
2183               if (RV) return SE.getUnknown(RV);
2184             }
2185           }
2186
2187       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
2188       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
2189       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
2190       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
2191       if (CanConstantFold(I)) {
2192         std::vector<Constant*> Operands;
2193         Operands.reserve(I->getNumOperands());
2194         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2195           Value *Op = I->getOperand(i);
2196           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
2197             Operands.push_back(C);
2198           } else {
2199             // If any of the operands is non-constant and if they are
2200             // non-integer, don't even try to analyze them with scev techniques.
2201             if (!isa<IntegerType>(Op->getType()))
2202               return V;
2203               
2204             SCEVHandle OpV = getSCEVAtScope(getSCEV(Op), L);
2205             if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OpV))
2206               Operands.push_back(ConstantExpr::getIntegerCast(SC->getValue(), 
2207                                                               Op->getType(), 
2208                                                               false));
2209             else if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(OpV)) {
2210               if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(SU->getValue()))
2211                 Operands.push_back(ConstantExpr::getIntegerCast(C, 
2212                                                                 Op->getType(), 
2213                                                                 false));
2214               else
2215                 return V;
2216             } else {
2217               return V;
2218             }
2219           }
2220         }
2221         
2222         Constant *C;
2223         if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
2224           C = ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
2225                                               &Operands[0], Operands.size());
2226         else
2227           C = ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
2228                                        &Operands[0], Operands.size());
2229         return SE.getUnknown(C);
2230       }
2231     }
2232
2233     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
2234     return V;
2235   }
2236
2237   if (SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
2238     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
2239     // expression has no loop-variant portions.
2240     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2241       SCEVHandle OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
2242       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
2243         if (OpAtScope == UnknownValue) return UnknownValue;
2244         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
2245         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
2246         std::vector<SCEVHandle> NewOps(Comm->op_begin(), Comm->op_begin()+i);
2247         NewOps.push_back(OpAtScope);
2248
2249         for (++i; i != e; ++i) {
2250           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
2251           if (OpAtScope == UnknownValue) return UnknownValue;
2252           NewOps.push_back(OpAtScope);
2253         }
2254         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
2255           return SE.getAddExpr(NewOps);
2256         if (isa<SCEVMulExpr>(Comm))
2257           return SE.getMulExpr(NewOps);
2258         if (isa<SCEVSMaxExpr>(Comm))
2259           return SE.getSMaxExpr(NewOps);
2260         assert(0 && "Unknown commutative SCEV type!");
2261       }
2262     }
2263     // If we got here, all operands are loop invariant.
2264     return Comm;
2265   }
2266
2267   if (SCEVSDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVSDivExpr>(V)) {
2268     SCEVHandle LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
2269     if (LHS == UnknownValue) return LHS;
2270     SCEVHandle RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
2271     if (RHS == UnknownValue) return RHS;
2272     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
2273       return Div;   // must be loop invariant
2274     return SE.getSDivExpr(LHS, RHS);
2275   }
2276
2277   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
2278   // are dealing with the final value computed by the loop.
2279   if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
2280     if (!L || !AddRec->getLoop()->contains(L->getHeader())) {
2281       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
2282       // loop iterates.  Compute this now.
2283       SCEVHandle IterationCount = getIterationCount(AddRec->getLoop());
2284       if (IterationCount == UnknownValue) return UnknownValue;
2285       IterationCount = getTruncateOrZeroExtend(IterationCount,
2286                                                AddRec->getType(), SE);
2287
2288       // If the value is affine, simplify the expression evaluation to just
2289       // Start + Step*IterationCount.
2290       if (AddRec->isAffine())
2291         return SE.getAddExpr(AddRec->getStart(),
2292                              SE.getMulExpr(IterationCount,
2293                                            AddRec->getOperand(1)));
2294
2295       // Otherwise, evaluate it the hard way.
2296       return AddRec->evaluateAtIteration(IterationCount, SE);
2297     }
2298     return UnknownValue;
2299   }
2300
2301   //assert(0 && "Unknown SCEV type!");
2302   return UnknownValue;
2303 }
2304
2305
2306 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
2307 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
2308 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
2309 ///
2310 static std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle>
2311 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ScalarEvolution &SE) {
2312   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
2313   SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
2314   SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
2315   SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
2316
2317   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
2318   if (!LC || !MC || !NC) {
2319     SCEV *CNC = new SCEVCouldNotCompute();
2320     return std::make_pair(CNC, CNC);
2321   }
2322
2323   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
2324   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
2325   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
2326   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
2327   APInt Two(BitWidth, 2);
2328   APInt Four(BitWidth, 4);
2329
2330   { 
2331     using namespace APIntOps;
2332     const APInt& C = L;
2333     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
2334     // The B coefficient is M-N/2
2335     APInt B(M);
2336     B -= sdiv(N,Two);
2337
2338     // The A coefficient is N/2
2339     APInt A(N.sdiv(Two));
2340
2341     // Compute the B^2-4ac term.
2342     APInt SqrtTerm(B);
2343     SqrtTerm *= B;
2344     SqrtTerm -= Four * (A * C);
2345
2346     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
2347     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
2348     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
2349
2350     // Compute the two solutions for the quadratic formula. 
2351     // The divisions must be performed as signed divisions.
2352     APInt NegB(-B);
2353     APInt TwoA( A << 1 );
2354     ConstantInt *Solution1 = ConstantInt::get((NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
2355     ConstantInt *Solution2 = ConstantInt::get((NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
2356
2357     return std::make_pair(SE.getConstant(Solution1), 
2358                           SE.getConstant(Solution2));
2359     } // end APIntOps namespace
2360 }
2361
2362 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
2363 /// value to zero will execute.  If not computable, return UnknownValue
2364 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::HowFarToZero(SCEV *V, const Loop *L) {
2365   // If the value is a constant
2366   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
2367     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
2368     if (C->getValue()->isZero()) return C;
2369     return UnknownValue;  // Otherwise it will loop infinitely.
2370   }
2371
2372   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
2373   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
2374     return UnknownValue;
2375
2376   if (AddRec->isAffine()) {
2377     // If this is an affine expression the execution count of this branch is
2378     // equal to:
2379     //
2380     //     (0 - Start/Step)    iff   Start % Step == 0
2381     //
2382     // Get the initial value for the loop.
2383     SCEVHandle Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(), L->getParentLoop());
2384     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Start)) return UnknownValue;
2385     SCEVHandle Step = AddRec->getOperand(1);
2386
2387     Step = getSCEVAtScope(Step, L->getParentLoop());
2388
2389     // Figure out if Start % Step == 0.
2390     // FIXME: We should add DivExpr and RemExpr operations to our AST.
2391     if (SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step)) {
2392       if (StepC->getValue()->equalsInt(1))      // N % 1 == 0
2393         return SE.getNegativeSCEV(Start);  // 0 - Start/1 == -Start
2394       if (StepC->getValue()->isAllOnesValue())  // N % -1 == 0
2395         return Start;                   // 0 - Start/-1 == Start
2396
2397       // Check to see if Start is divisible by SC with no remainder.
2398       if (SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start)) {
2399         ConstantInt *StartCC = StartC->getValue();
2400         Constant *StartNegC = ConstantExpr::getNeg(StartCC);
2401         Constant *Rem = ConstantExpr::getSRem(StartNegC, StepC->getValue());
2402         if (Rem->isNullValue()) {
2403           Constant *Result =ConstantExpr::getSDiv(StartNegC,StepC->getValue());
2404           return SE.getUnknown(Result);
2405         }
2406       }
2407     }
2408   } else if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isInteger()) {
2409     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
2410     // the quadratic equation to solve it.
2411     std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle> Roots = SolveQuadraticEquation(AddRec, SE);
2412     SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
2413     SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
2414     if (R1) {
2415 #if 0
2416       cerr << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
2417            << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
2418 #endif
2419       // Pick the smallest positive root value.
2420       if (ConstantInt *CB =
2421           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT, 
2422                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
2423         if (CB->getZExtValue() == false)
2424           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
2425
2426         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
2427         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
2428         // should not accept a root of 2.
2429         SCEVHandle Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1, SE);
2430         if (SCEVConstant *EvalVal = dyn_cast<SCEVConstant>(Val))
2431           if (EvalVal->getValue()->isZero())
2432             return R1;  // We found a quadratic root!
2433       }
2434     }
2435   }
2436
2437   return UnknownValue;
2438 }
2439
2440 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
2441 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
2442 /// UnknownValue
2443 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::HowFarToNonZero(SCEV *V, const Loop *L) {
2444   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
2445   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
2446   // future as needed.
2447
2448   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
2449   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
2450   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
2451     Constant *Zero = Constant::getNullValue(C->getValue()->getType());
2452     Constant *NonZero = 
2453       ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_NE, C->getValue(), Zero);
2454     if (NonZero == ConstantInt::getTrue())
2455       return getSCEV(Zero);
2456     return UnknownValue;  // Otherwise it will loop infinitely.
2457   }
2458
2459   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
2460   // this, and if they did, they would already be constant folded.
2461   return UnknownValue;
2462 }
2463
2464 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
2465 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
2466 /// UnknownValue.
2467 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::
2468 HowManyLessThans(SCEV *LHS, SCEV *RHS, const Loop *L, bool isSigned) {
2469   // Only handle:  "ADDREC < LoopInvariant".
2470   if (!RHS->isLoopInvariant(L)) return UnknownValue;
2471
2472   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
2473   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
2474     return UnknownValue;
2475
2476   if (AddRec->isAffine()) {
2477     // The number of iterations for "{n,+,1} < m", is m-n.  However, we don't
2478     // know that m is >= n on input to the loop.  If it is, the condition
2479     // returns true zero times.  To handle both cases, we return SMAX(0, m-n).
2480
2481     // FORNOW: We only support unit strides.
2482     SCEVHandle One = SE.getIntegerSCEV(1, RHS->getType());
2483     if (AddRec->getOperand(1) != One)
2484       return UnknownValue;
2485
2486     SCEVHandle Iters = SE.getMinusSCEV(RHS, AddRec->getOperand(0));
2487
2488     if (isSigned)
2489       return SE.getSMaxExpr(SE.getIntegerSCEV(0, RHS->getType()), Iters);
2490     else
2491       return Iters;
2492   }
2493
2494   return UnknownValue;
2495 }
2496
2497 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
2498 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
2499 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
2500 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
2501 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
2502 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
2503                                                    ScalarEvolution &SE) const {
2504   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
2505     return new SCEVCouldNotCompute();
2506
2507   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
2508   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
2509     if (!SC->getValue()->isZero()) {
2510       std::vector<SCEVHandle> Operands(op_begin(), op_end());
2511       Operands[0] = SE.getIntegerSCEV(0, SC->getType());
2512       SCEVHandle Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop());
2513       if (SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
2514         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
2515                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
2516       // This is strange and shouldn't happen.
2517       return new SCEVCouldNotCompute();
2518     }
2519
2520   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
2521   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
2522   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
2523     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
2524       return new SCEVCouldNotCompute();
2525
2526
2527   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
2528   // that the start element is zero.
2529
2530   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
2531   // iteration exits.
2532   if (!Range.contains(APInt(getBitWidth(),0))) 
2533     return SE.getConstant(ConstantInt::get(getType(),0));
2534
2535   if (isAffine()) {
2536     // If this is an affine expression then we have this situation:
2537     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
2538
2539     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
2540     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
2541     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
2542     // value.  Also note that we already checked for a full range.
2543     APInt One(getBitWidth(),1);
2544     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
2545     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
2546
2547     // The exit value should be (End+A)/A.
2548     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
2549     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(ExitVal);
2550
2551     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
2552     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
2553     // things must have happened.
2554     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
2555     if (Range.contains(Val->getValue()))
2556       return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
2557
2558     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
2559     assert(Range.contains(
2560            EvaluateConstantChrecAtConstant(this, 
2561            ConstantInt::get(ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
2562            "Linear scev computation is off in a bad way!");
2563     return SE.getConstant(ExitValue);
2564   } else if (isQuadratic()) {
2565     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
2566     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
2567     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
2568     // Range.getUpper() is crossed.
2569     std::vector<SCEVHandle> NewOps(op_begin(), op_end());
2570     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
2571     SCEVHandle NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop());
2572
2573     // Next, solve the constructed addrec
2574     std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle> Roots =
2575       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
2576     SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
2577     SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
2578     if (R1) {
2579       // Pick the smallest positive root value.
2580       if (ConstantInt *CB =
2581           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT, 
2582                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
2583         if (CB->getZExtValue() == false)
2584           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
2585
2586         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
2587         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
2588         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
2589         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
2590                                                              R1->getValue(),
2591                                                              SE);
2592         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
2593           // The next iteration must be out of the range...
2594           ConstantInt *NextVal = ConstantInt::get(R1->getValue()->getValue()+1);
2595
2596           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
2597           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
2598             return SE.getConstant(NextVal);
2599           return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
2600         }
2601
2602         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
2603         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
2604         ConstantInt *NextVal = ConstantInt::get(R1->getValue()->getValue()-1);
2605         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
2606         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
2607           return R1;
2608         return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
2609       }
2610     }
2611   }
2612
2613   // Fallback, if this is a general polynomial, figure out the progression
2614   // through brute force: evaluate until we find an iteration that fails the
2615   // test.  This is likely to be slow, but getting an accurate trip count is
2616   // incredibly important, we will be able to simplify the exit test a lot, and
2617   // we are almost guaranteed to get a trip count in this case.
2618   ConstantInt *TestVal = ConstantInt::get(getType(), 0);
2619   ConstantInt *EndVal  = TestVal;  // Stop when we wrap around.
2620   do {
2621     ++NumBruteForceEvaluations;
2622     SCEVHandle Val = evaluateAtIteration(SE.getConstant(TestVal), SE);
2623     if (!isa<SCEVConstant>(Val))  // This shouldn't happen.
2624       return new SCEVCouldNotCompute();
2625
2626     // Check to see if we found the value!
2627     if (!Range.contains(cast<SCEVConstant>(Val)->getValue()->getValue()))
2628       return SE.getConstant(TestVal);
2629
2630     // Increment to test the next index.
2631     TestVal = ConstantInt::get(TestVal->getValue()+1);
2632   } while (TestVal != EndVal);
2633
2634   return new SCEVCouldNotCompute();
2635 }
2636
2637
2638
2639 //===----------------------------------------------------------------------===//
2640 //                   ScalarEvolution Class Implementation
2641 //===----------------------------------------------------------------------===//
2642
2643 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
2644   Impl = new ScalarEvolutionsImpl(*this, F, getAnalysis<LoopInfo>());
2645   return false;
2646 }
2647
2648 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
2649   delete (ScalarEvolutionsImpl*)Impl;
2650   Impl = 0;
2651 }
2652
2653 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
2654   AU.setPreservesAll();
2655   AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
2656 }
2657
2658 SCEVHandle ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) const {
2659   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getSCEV(V);
2660 }
2661
2662 /// hasSCEV - Return true if the SCEV for this value has already been
2663 /// computed.
2664 bool ScalarEvolution::hasSCEV(Value *V) const {
2665   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->hasSCEV(V);
2666 }
2667
2668
2669 /// setSCEV - Insert the specified SCEV into the map of current SCEVs for
2670 /// the specified value.
2671 void ScalarEvolution::setSCEV(Value *V, const SCEVHandle &H) {
2672   ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->setSCEV(V, H);
2673 }
2674
2675
2676 SCEVHandle ScalarEvolution::getIterationCount(const Loop *L) const {
2677   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getIterationCount(L);
2678 }
2679
2680 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantIterationCount(const Loop *L) const {
2681   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getIterationCount(L));
2682 }
2683
2684 SCEVHandle ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) const {
2685   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
2686 }
2687
2688 void ScalarEvolution::deleteValueFromRecords(Value *V) const {
2689   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->deleteValueFromRecords(V);
2690 }
2691
2692 static void PrintLoopInfo(std::ostream &OS, const ScalarEvolution *SE,
2693                           const Loop *L) {
2694   // Print all inner loops first
2695   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
2696     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
2697
2698   cerr << "Loop " << L->getHeader()->getName() << ": ";
2699
2700   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
2701   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
2702   if (ExitBlocks.size() != 1)
2703     cerr << "<multiple exits> ";
2704
2705   if (SE->hasLoopInvariantIterationCount(L)) {
2706     cerr << *SE->getIterationCount(L) << " iterations! ";
2707   } else {
2708     cerr << "Unpredictable iteration count. ";
2709   }
2710
2711   cerr << "\n";
2712 }
2713
2714 void ScalarEvolution::print(std::ostream &OS, const Module* ) const {
2715   Function &F = ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->F;
2716   LoopInfo &LI = ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->LI;
2717
2718   OS << "Classifying expressions for: " << F.getName() << "\n";
2719   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
2720     if (I->getType()->isInteger()) {
2721       OS << *I;
2722       OS << "  --> ";
2723       SCEVHandle SV = getSCEV(&*I);
2724       SV->print(OS);
2725       OS << "\t\t";
2726
2727       if ((*I).getType()->isInteger()) {
2728         ConstantRange Bounds = SV->getValueRange();
2729         if (!Bounds.isFullSet())
2730           OS << "Bounds: " << Bounds << " ";
2731       }
2732
2733       if (const Loop *L = LI.getLoopFor((*I).getParent())) {
2734         OS << "Exits: ";
2735         SCEVHandle ExitValue = getSCEVAtScope(&*I, L->getParentLoop());
2736         if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ExitValue)) {
2737           OS << "<<Unknown>>";
2738         } else {
2739           OS << *ExitValue;
2740         }
2741       }
2742
2743
2744       OS << "\n";
2745     }
2746
2747   OS << "Determining loop execution counts for: " << F.getName() << "\n";
2748   for (LoopInfo::iterator I = LI.begin(), E = LI.end(); I != E; ++I)
2749     PrintLoopInfo(OS, this, *I);
2750 }