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[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolution.cpp
1 //===- ScalarEvolution.cpp - Scalar Evolution Analysis ----------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // 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 const SCEV*
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/Dominators.h"
70 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
71 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
72 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
73 #include "llvm/Target/TargetData.h"
74 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
75 #include "llvm/Support/Compiler.h"
76 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
77 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
78 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
79 #include "llvm/Support/ManagedStatic.h"
80 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
81 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
82 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
83 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
84 #include <algorithm>
85 using namespace llvm;
86
87 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
88           "Number of trip counts computed with array length");
89 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
90           "Number of loops with predictable loop counts");
91 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
92           "Number of loops without predictable loop counts");
93 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
94           "Number of loops with trip counts computed by force");
95
96 static cl::opt<unsigned>
97 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
98                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
99                                  "symbolically execute a constant derived loop"),
100                         cl::init(100));
101
102 static RegisterPass<ScalarEvolution>
103 R("scalar-evolution", "Scalar Evolution Analysis", false, true);
104 char ScalarEvolution::ID = 0;
105
106 //===----------------------------------------------------------------------===//
107 //                           SCEV class definitions
108 //===----------------------------------------------------------------------===//
109
110 //===----------------------------------------------------------------------===//
111 // Implementation of the SCEV class.
112 //
113 SCEV::~SCEV() {}
114 void SCEV::dump() const {
115   print(errs());
116   errs() << '\n';
117 }
118
119 void SCEV::print(std::ostream &o) const {
120   raw_os_ostream OS(o);
121   print(OS);
122 }
123
124 bool SCEV::isZero() const {
125   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
126     return SC->getValue()->isZero();
127   return false;
128 }
129
130 bool SCEV::isOne() const {
131   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
132     return SC->getValue()->isOne();
133   return false;
134 }
135
136 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute(const ScalarEvolution* p) :
137   SCEV(scCouldNotCompute, p) {}
138 SCEVCouldNotCompute::~SCEVCouldNotCompute() {}
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 const SCEV* SCEVCouldNotCompute::
156 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEV* Sym,
157                                   const SCEV* Conc,
158                                   ScalarEvolution &SE) const {
159   return this;
160 }
161
162 void SCEVCouldNotCompute::print(raw_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 const SCEV* here, or else the object will
173 // never be deleted!
174
175 const SCEV* ScalarEvolution::getConstant(ConstantInt *V) {
176   SCEVConstant *&R = SCEVConstants[V];
177   if (R == 0) R = new SCEVConstant(V, this);
178   return R;
179 }
180
181 const SCEV* ScalarEvolution::getConstant(const APInt& Val) {
182   return getConstant(ConstantInt::get(Val));
183 }
184
185 const SCEV*
186 ScalarEvolution::getConstant(const Type *Ty, uint64_t V, bool isSigned) {
187   return getConstant(ConstantInt::get(cast<IntegerType>(Ty), V, isSigned));
188 }
189
190 const Type *SCEVConstant::getType() const { return V->getType(); }
191
192 void SCEVConstant::print(raw_ostream &OS) const {
193   WriteAsOperand(OS, V, false);
194 }
195
196 SCEVCastExpr::SCEVCastExpr(unsigned SCEVTy,
197                            const SCEV* op, const Type *ty,
198                            const ScalarEvolution* p)
199   : SCEV(SCEVTy, p), Op(op), Ty(ty) {}
200
201 SCEVCastExpr::~SCEVCastExpr() {}
202
203 bool SCEVCastExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
204   return Op->dominates(BB, DT);
205 }
206
207 // SCEVTruncates - Only allow the creation of one SCEVTruncateExpr for any
208 // particular input.  Don't use a const SCEV* here, or else the object will
209 // never be deleted!
210
211 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const SCEV* op, const Type *ty,
212                                    const ScalarEvolution* p)
213   : SCEVCastExpr(scTruncate, op, ty, p) {
214   assert((Op->getType()->isInteger() || isa<PointerType>(Op->getType())) &&
215          (Ty->isInteger() || isa<PointerType>(Ty)) &&
216          "Cannot truncate non-integer value!");
217 }
218
219
220 void SCEVTruncateExpr::print(raw_ostream &OS) const {
221   OS << "(trunc " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
222 }
223
224 // SCEVZeroExtends - Only allow the creation of one SCEVZeroExtendExpr for any
225 // particular input.  Don't use a const SCEV* here, or else the object will never
226 // be deleted!
227
228 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const SCEV* op, const Type *ty,
229                                        const ScalarEvolution* p)
230   : SCEVCastExpr(scZeroExtend, op, ty, p) {
231   assert((Op->getType()->isInteger() || isa<PointerType>(Op->getType())) &&
232          (Ty->isInteger() || isa<PointerType>(Ty)) &&
233          "Cannot zero extend non-integer value!");
234 }
235
236 void SCEVZeroExtendExpr::print(raw_ostream &OS) const {
237   OS << "(zext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
238 }
239
240 // SCEVSignExtends - Only allow the creation of one SCEVSignExtendExpr for any
241 // particular input.  Don't use a const SCEV* here, or else the object will never
242 // be deleted!
243
244 SCEVSignExtendExpr::SCEVSignExtendExpr(const SCEV* op, const Type *ty,
245                                        const ScalarEvolution* p)
246   : SCEVCastExpr(scSignExtend, op, ty, p) {
247   assert((Op->getType()->isInteger() || isa<PointerType>(Op->getType())) &&
248          (Ty->isInteger() || isa<PointerType>(Ty)) &&
249          "Cannot sign extend non-integer value!");
250 }
251
252 void SCEVSignExtendExpr::print(raw_ostream &OS) const {
253   OS << "(sext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
254 }
255
256 // SCEVCommExprs - Only allow the creation of one SCEVCommutativeExpr for any
257 // particular input.  Don't use a const SCEV* here, or else the object will never
258 // be deleted!
259
260 void SCEVCommutativeExpr::print(raw_ostream &OS) const {
261   assert(Operands.size() > 1 && "This plus expr shouldn't exist!");
262   const char *OpStr = getOperationStr();
263   OS << "(" << *Operands[0];
264   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
265     OS << OpStr << *Operands[i];
266   OS << ")";
267 }
268
269 const SCEV* SCEVCommutativeExpr::
270 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEV* Sym,
271                                   const SCEV* Conc,
272                                   ScalarEvolution &SE) const {
273   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
274     const SCEV* H =
275       getOperand(i)->replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE);
276     if (H != getOperand(i)) {
277       SmallVector<const SCEV*, 8> NewOps;
278       NewOps.reserve(getNumOperands());
279       for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
280         NewOps.push_back(getOperand(j));
281       NewOps.push_back(H);
282       for (++i; i != e; ++i)
283         NewOps.push_back(getOperand(i)->
284                          replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE));
285
286       if (isa<SCEVAddExpr>(this))
287         return SE.getAddExpr(NewOps);
288       else if (isa<SCEVMulExpr>(this))
289         return SE.getMulExpr(NewOps);
290       else if (isa<SCEVSMaxExpr>(this))
291         return SE.getSMaxExpr(NewOps);
292       else if (isa<SCEVUMaxExpr>(this))
293         return SE.getUMaxExpr(NewOps);
294       else
295         assert(0 && "Unknown commutative expr!");
296     }
297   }
298   return this;
299 }
300
301 bool SCEVNAryExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
302   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
303     if (!getOperand(i)->dominates(BB, DT))
304       return false;
305   }
306   return true;
307 }
308
309
310 // SCEVUDivs - Only allow the creation of one SCEVUDivExpr for any particular
311 // input.  Don't use a const SCEV* here, or else the object will never be
312 // deleted!
313
314 bool SCEVUDivExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
315   return LHS->dominates(BB, DT) && RHS->dominates(BB, DT);
316 }
317
318 void SCEVUDivExpr::print(raw_ostream &OS) const {
319   OS << "(" << *LHS << " /u " << *RHS << ")";
320 }
321
322 const Type *SCEVUDivExpr::getType() const {
323   // In most cases the types of LHS and RHS will be the same, but in some
324   // crazy cases one or the other may be a pointer. ScalarEvolution doesn't
325   // depend on the type for correctness, but handling types carefully can
326   // avoid extra casts in the SCEVExpander. The LHS is more likely to be
327   // a pointer type than the RHS, so use the RHS' type here.
328   return RHS->getType();
329 }
330
331 // SCEVAddRecExprs - Only allow the creation of one SCEVAddRecExpr for any
332 // particular input.  Don't use a const SCEV* here, or else the object will never
333 // be deleted!
334
335 const SCEV* SCEVAddRecExpr::
336 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEV* Sym,
337                                   const SCEV* Conc,
338                                   ScalarEvolution &SE) const {
339   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
340     const SCEV* H =
341       getOperand(i)->replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE);
342     if (H != getOperand(i)) {
343       SmallVector<const SCEV*, 8> NewOps;
344       NewOps.reserve(getNumOperands());
345       for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
346         NewOps.push_back(getOperand(j));
347       NewOps.push_back(H);
348       for (++i; i != e; ++i)
349         NewOps.push_back(getOperand(i)->
350                          replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE));
351
352       return SE.getAddRecExpr(NewOps, L);
353     }
354   }
355   return this;
356 }
357
358
359 bool SCEVAddRecExpr::isLoopInvariant(const Loop *QueryLoop) const {
360   // This recurrence is invariant w.r.t to QueryLoop iff QueryLoop doesn't
361   // contain L and if the start is invariant.
362   // Add recurrences are never invariant in the function-body (null loop).
363   return QueryLoop &&
364          !QueryLoop->contains(L->getHeader()) &&
365          getOperand(0)->isLoopInvariant(QueryLoop);
366 }
367
368
369 void SCEVAddRecExpr::print(raw_ostream &OS) const {
370   OS << "{" << *Operands[0];
371   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
372     OS << ",+," << *Operands[i];
373   OS << "}<" << L->getHeader()->getName() + ">";
374 }
375
376 // SCEVUnknowns - Only allow the creation of one SCEVUnknown for any particular
377 // value.  Don't use a const SCEV* here, or else the object will never be
378 // deleted!
379
380 bool SCEVUnknown::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
381   // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
382   // invariant if they are not contained in the specified loop.
383   // Instructions are never considered invariant in the function body
384   // (null loop) because they are defined within the "loop".
385   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
386     return L && !L->contains(I->getParent());
387   return true;
388 }
389
390 bool SCEVUnknown::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
391   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValue()))
392     return DT->dominates(I->getParent(), BB);
393   return true;
394 }
395
396 const Type *SCEVUnknown::getType() const {
397   return V->getType();
398 }
399
400 void SCEVUnknown::print(raw_ostream &OS) const {
401   WriteAsOperand(OS, V, false);
402 }
403
404 //===----------------------------------------------------------------------===//
405 //                               SCEV Utilities
406 //===----------------------------------------------------------------------===//
407
408 namespace {
409   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
410   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
411   /// expressions.
412   class VISIBILITY_HIDDEN SCEVComplexityCompare {
413     LoopInfo *LI;
414   public:
415     explicit SCEVComplexityCompare(LoopInfo *li) : LI(li) {}
416
417     bool operator()(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
418       // Primarily, sort the SCEVs by their getSCEVType().
419       if (LHS->getSCEVType() != RHS->getSCEVType())
420         return LHS->getSCEVType() < RHS->getSCEVType();
421
422       // Aside from the getSCEVType() ordering, the particular ordering
423       // isn't very important except that it's beneficial to be consistent,
424       // so that (a + b) and (b + a) don't end up as different expressions.
425
426       // Sort SCEVUnknown values with some loose heuristics. TODO: This is
427       // not as complete as it could be.
428       if (const SCEVUnknown *LU = dyn_cast<SCEVUnknown>(LHS)) {
429         const SCEVUnknown *RU = cast<SCEVUnknown>(RHS);
430
431         // Order pointer values after integer values. This helps SCEVExpander
432         // form GEPs.
433         if (isa<PointerType>(LU->getType()) && !isa<PointerType>(RU->getType()))
434           return false;
435         if (isa<PointerType>(RU->getType()) && !isa<PointerType>(LU->getType()))
436           return true;
437
438         // Compare getValueID values.
439         if (LU->getValue()->getValueID() != RU->getValue()->getValueID())
440           return LU->getValue()->getValueID() < RU->getValue()->getValueID();
441
442         // Sort arguments by their position.
443         if (const Argument *LA = dyn_cast<Argument>(LU->getValue())) {
444           const Argument *RA = cast<Argument>(RU->getValue());
445           return LA->getArgNo() < RA->getArgNo();
446         }
447
448         // For instructions, compare their loop depth, and their opcode.
449         // This is pretty loose.
450         if (Instruction *LV = dyn_cast<Instruction>(LU->getValue())) {
451           Instruction *RV = cast<Instruction>(RU->getValue());
452
453           // Compare loop depths.
454           if (LI->getLoopDepth(LV->getParent()) !=
455               LI->getLoopDepth(RV->getParent()))
456             return LI->getLoopDepth(LV->getParent()) <
457                    LI->getLoopDepth(RV->getParent());
458
459           // Compare opcodes.
460           if (LV->getOpcode() != RV->getOpcode())
461             return LV->getOpcode() < RV->getOpcode();
462
463           // Compare the number of operands.
464           if (LV->getNumOperands() != RV->getNumOperands())
465             return LV->getNumOperands() < RV->getNumOperands();
466         }
467
468         return false;
469       }
470
471       // Compare constant values.
472       if (const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
473         const SCEVConstant *RC = cast<SCEVConstant>(RHS);
474         return LC->getValue()->getValue().ult(RC->getValue()->getValue());
475       }
476
477       // Compare addrec loop depths.
478       if (const SCEVAddRecExpr *LA = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
479         const SCEVAddRecExpr *RA = cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
480         if (LA->getLoop()->getLoopDepth() != RA->getLoop()->getLoopDepth())
481           return LA->getLoop()->getLoopDepth() < RA->getLoop()->getLoopDepth();
482       }
483
484       // Lexicographically compare n-ary expressions.
485       if (const SCEVNAryExpr *LC = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(LHS)) {
486         const SCEVNAryExpr *RC = cast<SCEVNAryExpr>(RHS);
487         for (unsigned i = 0, e = LC->getNumOperands(); i != e; ++i) {
488           if (i >= RC->getNumOperands())
489             return false;
490           if (operator()(LC->getOperand(i), RC->getOperand(i)))
491             return true;
492           if (operator()(RC->getOperand(i), LC->getOperand(i)))
493             return false;
494         }
495         return LC->getNumOperands() < RC->getNumOperands();
496       }
497
498       // Lexicographically compare udiv expressions.
499       if (const SCEVUDivExpr *LC = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(LHS)) {
500         const SCEVUDivExpr *RC = cast<SCEVUDivExpr>(RHS);
501         if (operator()(LC->getLHS(), RC->getLHS()))
502           return true;
503         if (operator()(RC->getLHS(), LC->getLHS()))
504           return false;
505         if (operator()(LC->getRHS(), RC->getRHS()))
506           return true;
507         if (operator()(RC->getRHS(), LC->getRHS()))
508           return false;
509         return false;
510       }
511
512       // Compare cast expressions by operand.
513       if (const SCEVCastExpr *LC = dyn_cast<SCEVCastExpr>(LHS)) {
514         const SCEVCastExpr *RC = cast<SCEVCastExpr>(RHS);
515         return operator()(LC->getOperand(), RC->getOperand());
516       }
517
518       assert(0 && "Unknown SCEV kind!");
519       return false;
520     }
521   };
522 }
523
524 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
525 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
526 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
527 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
528 ///
529 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get determinstic
530 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
531 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
532 /// land in memory.
533 ///
534 static void GroupByComplexity(SmallVectorImpl<const SCEV*> &Ops,
535                               LoopInfo *LI) {
536   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
537   if (Ops.size() == 2) {
538     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
539     // Special case it.
540     if (SCEVComplexityCompare(LI)(Ops[1], Ops[0]))
541       std::swap(Ops[0], Ops[1]);
542     return;
543   }
544
545   // Do the rough sort by complexity.
546   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare(LI));
547
548   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
549   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
550   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
551   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
552   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
553     const SCEV *S = Ops[i];
554     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
555
556     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
557     // one, group them.
558     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
559       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
560         // Move it to immediately after i'th element.
561         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
562         ++i;   // no need to rescan it.
563         if (i == e-2) return;  // Done!
564       }
565     }
566   }
567 }
568
569
570
571 //===----------------------------------------------------------------------===//
572 //                      Simple SCEV method implementations
573 //===----------------------------------------------------------------------===//
574
575 /// BinomialCoefficient - Compute BC(It, K).  The result has width W.
576 /// Assume, K > 0.
577 static const SCEV* BinomialCoefficient(const SCEV* It, unsigned K,
578                                       ScalarEvolution &SE,
579                                       const Type* ResultTy) {
580   // Handle the simplest case efficiently.
581   if (K == 1)
582     return SE.getTruncateOrZeroExtend(It, ResultTy);
583
584   // We are using the following formula for BC(It, K):
585   //
586   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / K!
587   //
588   // Suppose, W is the bitwidth of the return value.  We must be prepared for
589   // overflow.  Hence, we must assure that the result of our computation is
590   // equal to the accurate one modulo 2^W.  Unfortunately, division isn't
591   // safe in modular arithmetic.
592   //
593   // However, this code doesn't use exactly that formula; the formula it uses
594   // is something like the following, where T is the number of factors of 2 in 
595   // K! (i.e. trailing zeros in the binary representation of K!), and ^ is
596   // exponentiation:
597   //
598   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / 2^T / (K! / 2^T)
599   //
600   // This formula is trivially equivalent to the previous formula.  However,
601   // this formula can be implemented much more efficiently.  The trick is that
602   // K! / 2^T is odd, and exact division by an odd number *is* safe in modular
603   // arithmetic.  To do exact division in modular arithmetic, all we have
604   // to do is multiply by the inverse.  Therefore, this step can be done at
605   // width W.
606   // 
607   // The next issue is how to safely do the division by 2^T.  The way this
608   // is done is by doing the multiplication step at a width of at least W + T
609   // bits.  This way, the bottom W+T bits of the product are accurate. Then,
610   // when we perform the division by 2^T (which is equivalent to a right shift
611   // by T), the bottom W bits are accurate.  Extra bits are okay; they'll get
612   // truncated out after the division by 2^T.
613   //
614   // In comparison to just directly using the first formula, this technique
615   // is much more efficient; using the first formula requires W * K bits,
616   // but this formula less than W + K bits. Also, the first formula requires
617   // a division step, whereas this formula only requires multiplies and shifts.
618   //
619   // It doesn't matter whether the subtraction step is done in the calculation
620   // width or the input iteration count's width; if the subtraction overflows,
621   // the result must be zero anyway.  We prefer here to do it in the width of
622   // the induction variable because it helps a lot for certain cases; CodeGen
623   // isn't smart enough to ignore the overflow, which leads to much less
624   // efficient code if the width of the subtraction is wider than the native
625   // register width.
626   //
627   // (It's possible to not widen at all by pulling out factors of 2 before
628   // the multiplication; for example, K=2 can be calculated as
629   // It/2*(It+(It*INT_MIN/INT_MIN)+-1). However, it requires
630   // extra arithmetic, so it's not an obvious win, and it gets
631   // much more complicated for K > 3.)
632
633   // Protection from insane SCEVs; this bound is conservative,
634   // but it probably doesn't matter.
635   if (K > 1000)
636     return SE.getCouldNotCompute();
637
638   unsigned W = SE.getTypeSizeInBits(ResultTy);
639
640   // Calculate K! / 2^T and T; we divide out the factors of two before
641   // multiplying for calculating K! / 2^T to avoid overflow.
642   // Other overflow doesn't matter because we only care about the bottom
643   // W bits of the result.
644   APInt OddFactorial(W, 1);
645   unsigned T = 1;
646   for (unsigned i = 3; i <= K; ++i) {
647     APInt Mult(W, i);
648     unsigned TwoFactors = Mult.countTrailingZeros();
649     T += TwoFactors;
650     Mult = Mult.lshr(TwoFactors);
651     OddFactorial *= Mult;
652   }
653
654   // We need at least W + T bits for the multiplication step
655   unsigned CalculationBits = W + T;
656
657   // Calcuate 2^T, at width T+W.
658   APInt DivFactor = APInt(CalculationBits, 1).shl(T);
659
660   // Calculate the multiplicative inverse of K! / 2^T;
661   // this multiplication factor will perform the exact division by
662   // K! / 2^T.
663   APInt Mod = APInt::getSignedMinValue(W+1);
664   APInt MultiplyFactor = OddFactorial.zext(W+1);
665   MultiplyFactor = MultiplyFactor.multiplicativeInverse(Mod);
666   MultiplyFactor = MultiplyFactor.trunc(W);
667
668   // Calculate the product, at width T+W
669   const IntegerType *CalculationTy = IntegerType::get(CalculationBits);
670   const SCEV* Dividend = SE.getTruncateOrZeroExtend(It, CalculationTy);
671   for (unsigned i = 1; i != K; ++i) {
672     const SCEV* S = SE.getMinusSCEV(It, SE.getIntegerSCEV(i, It->getType()));
673     Dividend = SE.getMulExpr(Dividend,
674                              SE.getTruncateOrZeroExtend(S, CalculationTy));
675   }
676
677   // Divide by 2^T
678   const SCEV* DivResult = SE.getUDivExpr(Dividend, SE.getConstant(DivFactor));
679
680   // Truncate the result, and divide by K! / 2^T.
681
682   return SE.getMulExpr(SE.getConstant(MultiplyFactor),
683                        SE.getTruncateOrZeroExtend(DivResult, ResultTy));
684 }
685
686 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
687 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
688 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
689 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
690 ///
691 ///   A*BC(It, 0) + B*BC(It, 1) + C*BC(It, 2) + D*BC(It, 3)
692 ///
693 /// where BC(It, k) stands for binomial coefficient.
694 ///
695 const SCEV* SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(const SCEV* It,
696                                                ScalarEvolution &SE) const {
697   const SCEV* Result = getStart();
698   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
699     // The computation is correct in the face of overflow provided that the
700     // multiplication is performed _after_ the evaluation of the binomial
701     // coefficient.
702     const SCEV* Coeff = BinomialCoefficient(It, i, SE, getType());
703     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Coeff))
704       return Coeff;
705
706     Result = SE.getAddExpr(Result, SE.getMulExpr(getOperand(i), Coeff));
707   }
708   return Result;
709 }
710
711 //===----------------------------------------------------------------------===//
712 //                    SCEV Expression folder implementations
713 //===----------------------------------------------------------------------===//
714
715 const SCEV* ScalarEvolution::getTruncateExpr(const SCEV* Op,
716                                             const Type *Ty) {
717   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) > getTypeSizeInBits(Ty) &&
718          "This is not a truncating conversion!");
719   assert(isSCEVable(Ty) &&
720          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
721   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
722
723   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
724     return getUnknown(
725         ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(), Ty));
726
727   // trunc(trunc(x)) --> trunc(x)
728   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op))
729     return getTruncateExpr(ST->getOperand(), Ty);
730
731   // trunc(sext(x)) --> sext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
732   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
733     return getTruncateOrSignExtend(SS->getOperand(), Ty);
734
735   // trunc(zext(x)) --> zext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
736   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
737     return getTruncateOrZeroExtend(SZ->getOperand(), Ty);
738
739   // If the input value is a chrec scev, truncate the chrec's operands.
740   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
741     SmallVector<const SCEV*, 4> Operands;
742     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
743       Operands.push_back(getTruncateExpr(AddRec->getOperand(i), Ty));
744     return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop());
745   }
746
747   SCEVTruncateExpr *&Result = SCEVTruncates[std::make_pair(Op, Ty)];
748   if (Result == 0) Result = new SCEVTruncateExpr(Op, Ty, this);
749   return Result;
750 }
751
752 const SCEV* ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEV* Op,
753                                               const Type *Ty) {
754   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
755          "This is not an extending conversion!");
756   assert(isSCEVable(Ty) &&
757          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
758   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
759
760   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op)) {
761     const Type *IntTy = getEffectiveSCEVType(Ty);
762     Constant *C = ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(), IntTy);
763     if (IntTy != Ty) C = ConstantExpr::getIntToPtr(C, Ty);
764     return getUnknown(C);
765   }
766
767   // zext(zext(x)) --> zext(x)
768   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
769     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
770
771   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
772   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
773   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
774   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
775   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
776     if (AR->isAffine()) {
777       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
778       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
779       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
780       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
781       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
782       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
783       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
784       // that value once it has finished.
785       const SCEV* MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AR->getLoop());
786       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
787         // Manually compute the final value for AR, checking for
788         // overflow.
789         const SCEV* Start = AR->getStart();
790         const SCEV* Step = AR->getStepRecurrence(*this);
791
792         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
793         // the addrec's type. The count is always unsigned.
794         const SCEV* CastedMaxBECount =
795           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
796         const SCEV* RecastedMaxBECount =
797           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
798         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
799           const Type *WideTy =
800             IntegerType::get(getTypeSizeInBits(Start->getType()) * 2);
801           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no unsigned overflow.
802           const SCEV* ZMul =
803             getMulExpr(CastedMaxBECount,
804                        getTruncateOrZeroExtend(Step, Start->getType()));
805           const SCEV* Add = getAddExpr(Start, ZMul);
806           const SCEV* OperandExtendedAdd =
807             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
808                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
809                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
810           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
811             // Return the expression with the addrec on the outside.
812             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
813                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
814                                  AR->getLoop());
815
816           // Similar to above, only this time treat the step value as signed.
817           // This covers loops that count down.
818           const SCEV* SMul =
819             getMulExpr(CastedMaxBECount,
820                        getTruncateOrSignExtend(Step, Start->getType()));
821           Add = getAddExpr(Start, SMul);
822           OperandExtendedAdd =
823             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
824                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
825                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
826           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
827             // Return the expression with the addrec on the outside.
828             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
829                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
830                                  AR->getLoop());
831         }
832       }
833     }
834
835   SCEVZeroExtendExpr *&Result = SCEVZeroExtends[std::make_pair(Op, Ty)];
836   if (Result == 0) Result = new SCEVZeroExtendExpr(Op, Ty, this);
837   return Result;
838 }
839
840 const SCEV* ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEV* Op,
841                                               const Type *Ty) {
842   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
843          "This is not an extending conversion!");
844   assert(isSCEVable(Ty) &&
845          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
846   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
847
848   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op)) {
849     const Type *IntTy = getEffectiveSCEVType(Ty);
850     Constant *C = ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(), IntTy);
851     if (IntTy != Ty) C = ConstantExpr::getIntToPtr(C, Ty);
852     return getUnknown(C);
853   }
854
855   // sext(sext(x)) --> sext(x)
856   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
857     return getSignExtendExpr(SS->getOperand(), Ty);
858
859   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
860   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
861   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
862   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
863   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
864     if (AR->isAffine()) {
865       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
866       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
867       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
868       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
869       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
870       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
871       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
872       // that value once it has finished.
873       const SCEV* MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AR->getLoop());
874       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
875         // Manually compute the final value for AR, checking for
876         // overflow.
877         const SCEV* Start = AR->getStart();
878         const SCEV* Step = AR->getStepRecurrence(*this);
879
880         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
881         // the addrec's type. The count is always unsigned.
882         const SCEV* CastedMaxBECount =
883           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
884         const SCEV* RecastedMaxBECount =
885           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
886         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
887           const Type *WideTy =
888             IntegerType::get(getTypeSizeInBits(Start->getType()) * 2);
889           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no signed overflow.
890           const SCEV* SMul =
891             getMulExpr(CastedMaxBECount,
892                        getTruncateOrSignExtend(Step, Start->getType()));
893           const SCEV* Add = getAddExpr(Start, SMul);
894           const SCEV* OperandExtendedAdd =
895             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
896                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
897                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
898           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
899             // Return the expression with the addrec on the outside.
900             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
901                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
902                                  AR->getLoop());
903         }
904       }
905     }
906
907   SCEVSignExtendExpr *&Result = SCEVSignExtends[std::make_pair(Op, Ty)];
908   if (Result == 0) Result = new SCEVSignExtendExpr(Op, Ty, this);
909   return Result;
910 }
911
912 /// getAnyExtendExpr - Return a SCEV for the given operand extended with
913 /// unspecified bits out to the given type.
914 ///
915 const SCEV* ScalarEvolution::getAnyExtendExpr(const SCEV* Op,
916                                              const Type *Ty) {
917   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
918          "This is not an extending conversion!");
919   assert(isSCEVable(Ty) &&
920          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
921   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
922
923   // Sign-extend negative constants.
924   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
925     if (SC->getValue()->getValue().isNegative())
926       return getSignExtendExpr(Op, Ty);
927
928   // Peel off a truncate cast.
929   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
930     const SCEV* NewOp = T->getOperand();
931     if (getTypeSizeInBits(NewOp->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty))
932       return getAnyExtendExpr(NewOp, Ty);
933     return getTruncateOrNoop(NewOp, Ty);
934   }
935
936   // Next try a zext cast. If the cast is folded, use it.
937   const SCEV* ZExt = getZeroExtendExpr(Op, Ty);
938   if (!isa<SCEVZeroExtendExpr>(ZExt))
939     return ZExt;
940
941   // Next try a sext cast. If the cast is folded, use it.
942   const SCEV* SExt = getSignExtendExpr(Op, Ty);
943   if (!isa<SCEVSignExtendExpr>(SExt))
944     return SExt;
945
946   // If the expression is obviously signed, use the sext cast value.
947   if (isa<SCEVSMaxExpr>(Op))
948     return SExt;
949
950   // Absent any other information, use the zext cast value.
951   return ZExt;
952 }
953
954 /// CollectAddOperandsWithScales - Process the given Ops list, which is
955 /// a list of operands to be added under the given scale, update the given
956 /// map. This is a helper function for getAddRecExpr. As an example of
957 /// what it does, given a sequence of operands that would form an add
958 /// expression like this:
959 ///
960 ///    m + n + 13 + (A * (o + p + (B * q + m + 29))) + r + (-1 * r)
961 ///
962 /// where A and B are constants, update the map with these values:
963 ///
964 ///    (m, 1+A*B), (n, 1), (o, A), (p, A), (q, A*B), (r, 0)
965 ///
966 /// and add 13 + A*B*29 to AccumulatedConstant.
967 /// This will allow getAddRecExpr to produce this:
968 ///
969 ///    13+A*B*29 + n + (m * (1+A*B)) + ((o + p) * A) + (q * A*B)
970 ///
971 /// This form often exposes folding opportunities that are hidden in
972 /// the original operand list.
973 ///
974 /// Return true iff it appears that any interesting folding opportunities
975 /// may be exposed. This helps getAddRecExpr short-circuit extra work in
976 /// the common case where no interesting opportunities are present, and
977 /// is also used as a check to avoid infinite recursion.
978 ///
979 static bool
980 CollectAddOperandsWithScales(DenseMap<const SCEV*, APInt> &M,
981                              SmallVector<const SCEV*, 8> &NewOps,
982                              APInt &AccumulatedConstant,
983                              const SmallVectorImpl<const SCEV*> &Ops,
984                              const APInt &Scale,
985                              ScalarEvolution &SE) {
986   bool Interesting = false;
987
988   // Iterate over the add operands.
989   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
990     const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i]);
991     if (Mul && isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
992       APInt NewScale =
993         Scale * cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))->getValue()->getValue();
994       if (Mul->getNumOperands() == 2 && isa<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1))) {
995         // A multiplication of a constant with another add; recurse.
996         Interesting |=
997           CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
998                                        cast<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1))
999                                          ->getOperands(),
1000                                        NewScale, SE);
1001       } else {
1002         // A multiplication of a constant with some other value. Update
1003         // the map.
1004         SmallVector<const SCEV*, 4> MulOps(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
1005         const SCEV* Key = SE.getMulExpr(MulOps);
1006         std::pair<DenseMap<const SCEV*, APInt>::iterator, bool> Pair =
1007           M.insert(std::make_pair(Key, APInt()));
1008         if (Pair.second) {
1009           Pair.first->second = NewScale;
1010           NewOps.push_back(Pair.first->first);
1011         } else {
1012           Pair.first->second += NewScale;
1013           // The map already had an entry for this value, which may indicate
1014           // a folding opportunity.
1015           Interesting = true;
1016         }
1017       }
1018     } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1019       // Pull a buried constant out to the outside.
1020       if (Scale != 1 || AccumulatedConstant != 0 || C->isZero())
1021         Interesting = true;
1022       AccumulatedConstant += Scale * C->getValue()->getValue();
1023     } else {
1024       // An ordinary operand. Update the map.
1025       std::pair<DenseMap<const SCEV*, APInt>::iterator, bool> Pair =
1026         M.insert(std::make_pair(Ops[i], APInt()));
1027       if (Pair.second) {
1028         Pair.first->second = Scale;
1029         NewOps.push_back(Pair.first->first);
1030       } else {
1031         Pair.first->second += Scale;
1032         // The map already had an entry for this value, which may indicate
1033         // a folding opportunity.
1034         Interesting = true;
1035       }
1036     }
1037   }
1038
1039   return Interesting;
1040 }
1041
1042 namespace {
1043   struct APIntCompare {
1044     bool operator()(const APInt &LHS, const APInt &RHS) const {
1045       return LHS.ult(RHS);
1046     }
1047   };
1048 }
1049
1050 /// getAddExpr - Get a canonical add expression, or something simpler if
1051 /// possible.
1052 const SCEV* ScalarEvolution::getAddExpr(SmallVectorImpl<const SCEV*> &Ops) {
1053   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
1054   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1055 #ifndef NDEBUG
1056   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1057     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1058            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1059            "SCEVAddExpr operand types don't match!");
1060 #endif
1061
1062   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1063   GroupByComplexity(Ops, LI);
1064
1065   // If there are any constants, fold them together.
1066   unsigned Idx = 0;
1067   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1068     ++Idx;
1069     assert(Idx < Ops.size());
1070     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1071       // We found two constants, fold them together!
1072       Ops[0] = getConstant(LHSC->getValue()->getValue() +
1073                            RHSC->getValue()->getValue());
1074       if (Ops.size() == 2) return Ops[0];
1075       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1076       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1077     }
1078
1079     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
1080     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
1081       Ops.erase(Ops.begin());
1082       --Idx;
1083     }
1084   }
1085
1086   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1087
1088   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1089   // so, merge them together into an multiply expression.  Since we sorted the
1090   // list, these values are required to be adjacent.
1091   const Type *Ty = Ops[0]->getType();
1092   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1093     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
1094       // Found a match, merge the two values into a multiply, and add any
1095       // remaining values to the result.
1096       const SCEV* Two = getIntegerSCEV(2, Ty);
1097       const SCEV* Mul = getMulExpr(Ops[i], Two);
1098       if (Ops.size() == 2)
1099         return Mul;
1100       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
1101       Ops.push_back(Mul);
1102       return getAddExpr(Ops);
1103     }
1104
1105   // Check for truncates. If all the operands are truncated from the same
1106   // type, see if factoring out the truncate would permit the result to be
1107   // folded. eg., trunc(x) + m*trunc(n) --> trunc(x + trunc(m)*n)
1108   // if the contents of the resulting outer trunc fold to something simple.
1109   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1110     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]);
1111     const Type *DstType = Trunc->getType();
1112     const Type *SrcType = Trunc->getOperand()->getType();
1113     SmallVector<const SCEV*, 8> LargeOps;
1114     bool Ok = true;
1115     // Check all the operands to see if they can be represented in the
1116     // source type of the truncate.
1117     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1118       if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[i])) {
1119         if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1120           Ok = false;
1121           break;
1122         }
1123         LargeOps.push_back(T->getOperand());
1124       } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1125         // This could be either sign or zero extension, but sign extension
1126         // is much more likely to be foldable here.
1127         LargeOps.push_back(getSignExtendExpr(C, SrcType));
1128       } else if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i])) {
1129         SmallVector<const SCEV*, 8> LargeMulOps;
1130         for (unsigned j = 0, f = M->getNumOperands(); j != f && Ok; ++j) {
1131           if (const SCEVTruncateExpr *T =
1132                 dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(M->getOperand(j))) {
1133             if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1134               Ok = false;
1135               break;
1136             }
1137             LargeMulOps.push_back(T->getOperand());
1138           } else if (const SCEVConstant *C =
1139                        dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(j))) {
1140             // This could be either sign or zero extension, but sign extension
1141             // is much more likely to be foldable here.
1142             LargeMulOps.push_back(getSignExtendExpr(C, SrcType));
1143           } else {
1144             Ok = false;
1145             break;
1146           }
1147         }
1148         if (Ok)
1149           LargeOps.push_back(getMulExpr(LargeMulOps));
1150       } else {
1151         Ok = false;
1152         break;
1153       }
1154     }
1155     if (Ok) {
1156       // Evaluate the expression in the larger type.
1157       const SCEV* Fold = getAddExpr(LargeOps);
1158       // If it folds to something simple, use it. Otherwise, don't.
1159       if (isa<SCEVConstant>(Fold) || isa<SCEVUnknown>(Fold))
1160         return getTruncateExpr(Fold, DstType);
1161     }
1162   }
1163
1164   // Skip past any other cast SCEVs.
1165   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
1166     ++Idx;
1167
1168   // If there are add operands they would be next.
1169   if (Idx < Ops.size()) {
1170     bool DeletedAdd = false;
1171     while (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
1172       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
1173       // list.
1174       Ops.insert(Ops.end(), Add->op_begin(), Add->op_end());
1175       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1176       DeletedAdd = true;
1177     }
1178
1179     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
1180     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1181     // any operands we just aquired.
1182     if (DeletedAdd)
1183       return getAddExpr(Ops);
1184   }
1185
1186   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1187   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1188     ++Idx;
1189
1190   // Check to see if there are any folding opportunities present with
1191   // operands multiplied by constant values.
1192   if (Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1193     uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(Ty);
1194     DenseMap<const SCEV*, APInt> M;
1195     SmallVector<const SCEV*, 8> NewOps;
1196     APInt AccumulatedConstant(BitWidth, 0);
1197     if (CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1198                                      Ops, APInt(BitWidth, 1), *this)) {
1199       // Some interesting folding opportunity is present, so its worthwhile to
1200       // re-generate the operands list. Group the operands by constant scale,
1201       // to avoid multiplying by the same constant scale multiple times.
1202       std::map<APInt, SmallVector<const SCEV*, 4>, APIntCompare> MulOpLists;
1203       for (SmallVector<const SCEV*, 8>::iterator I = NewOps.begin(),
1204            E = NewOps.end(); I != E; ++I)
1205         MulOpLists[M.find(*I)->second].push_back(*I);
1206       // Re-generate the operands list.
1207       Ops.clear();
1208       if (AccumulatedConstant != 0)
1209         Ops.push_back(getConstant(AccumulatedConstant));
1210       for (std::map<APInt, SmallVector<const SCEV*, 4>, APIntCompare>::iterator I =
1211            MulOpLists.begin(), E = MulOpLists.end(); I != E; ++I)
1212         if (I->first != 0)
1213           Ops.push_back(getMulExpr(getConstant(I->first), getAddExpr(I->second)));
1214       if (Ops.empty())
1215         return getIntegerSCEV(0, Ty);
1216       if (Ops.size() == 1)
1217         return Ops[0];
1218       return getAddExpr(Ops);
1219     }
1220   }
1221
1222   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
1223   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
1224   // the multiply.
1225   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1226     const SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
1227     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
1228       const SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
1229       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
1230         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp] && !isa<SCEVConstant>(Ops[AddOp])) {
1231           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
1232           const SCEV* InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1233           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1234             // If the multiply has more than two operands, we must get the
1235             // Y*Z term.
1236             SmallVector<const SCEV*, 4> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1237             MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
1238             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
1239           }
1240           const SCEV* One = getIntegerSCEV(1, Ty);
1241           const SCEV* AddOne = getAddExpr(InnerMul, One);
1242           const SCEV* OuterMul = getMulExpr(AddOne, Ops[AddOp]);
1243           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1244           if (AddOp < Idx) {
1245             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
1246             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
1247           } else {
1248             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1249             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
1250           }
1251           Ops.push_back(OuterMul);
1252           return getAddExpr(Ops);
1253         }
1254
1255       // Check this multiply against other multiplies being added together.
1256       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
1257            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1258            ++OtherMulIdx) {
1259         const SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1260         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
1261         // together.
1262         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
1263              OMulOp != e; ++OMulOp)
1264           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
1265             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
1266             const SCEV* InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1267             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1268               SmallVector<const SCEV*, 4> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1269               MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
1270               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
1271             }
1272             const SCEV* InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
1273             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
1274               SmallVector<const SCEV*, 4> MulOps(OtherMul->op_begin(),
1275                                              OtherMul->op_end());
1276               MulOps.erase(MulOps.begin()+OMulOp);
1277               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
1278             }
1279             const SCEV* InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
1280             const SCEV* OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
1281             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1282             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1283             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
1284             Ops.push_back(OuterMul);
1285             return getAddExpr(Ops);
1286           }
1287       }
1288     }
1289   }
1290
1291   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1292   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1293   // recurrence.
1294   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1295     ++Idx;
1296
1297   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1298   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1299     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
1300     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1301     SmallVector<const SCEV*, 8> LIOps;
1302     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1303     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1304       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
1305         LIOps.push_back(Ops[i]);
1306         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1307         --i; --e;
1308       }
1309
1310     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1311     if (!LIOps.empty()) {
1312       //  NLI + LI + {Start,+,Step}  -->  NLI + {LI+Start,+,Step}
1313       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
1314
1315       SmallVector<const SCEV*, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
1316                                            AddRec->op_end());
1317       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
1318
1319       const SCEV* NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRec->getLoop());
1320       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1321       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1322
1323       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-liv parts.
1324       for (unsigned i = 0;; ++i)
1325         if (Ops[i] == AddRec) {
1326           Ops[i] = NewRec;
1327           break;
1328         }
1329       return getAddExpr(Ops);
1330     }
1331
1332     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1333     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1334     // added together.  If so, we can fold them.
1335     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1336          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1337       if (OtherIdx != Idx) {
1338         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1339         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
1340           // Other + {A,+,B} + {C,+,D}  -->  Other + {A+C,+,B+D}
1341           SmallVector<const SCEV*, 4> NewOps(AddRec->op_begin(), AddRec->op_end());
1342           for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1343             if (i >= NewOps.size()) {
1344               NewOps.insert(NewOps.end(), OtherAddRec->op_begin()+i,
1345                             OtherAddRec->op_end());
1346               break;
1347             }
1348             NewOps[i] = getAddExpr(NewOps[i], OtherAddRec->getOperand(i));
1349           }
1350           const SCEV* NewAddRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop());
1351
1352           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1353
1354           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1355           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1356           Ops.push_back(NewAddRec);
1357           return getAddExpr(Ops);
1358         }
1359       }
1360
1361     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1362     // next one.
1363   }
1364
1365   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
1366   // already have one, otherwise create a new one.
1367   std::vector<const SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1368   SCEVCommutativeExpr *&Result = SCEVCommExprs[std::make_pair(scAddExpr,
1369                                                                  SCEVOps)];
1370   if (Result == 0) Result = new SCEVAddExpr(Ops, this);
1371   return Result;
1372 }
1373
1374
1375 /// getMulExpr - Get a canonical multiply expression, or something simpler if
1376 /// possible.
1377 const SCEV* ScalarEvolution::getMulExpr(SmallVectorImpl<const SCEV*> &Ops) {
1378   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
1379 #ifndef NDEBUG
1380   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1381     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1382            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1383            "SCEVMulExpr operand types don't match!");
1384 #endif
1385
1386   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1387   GroupByComplexity(Ops, LI);
1388
1389   // If there are any constants, fold them together.
1390   unsigned Idx = 0;
1391   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1392
1393     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
1394     if (Ops.size() == 2)
1395       if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
1396         if (Add->getNumOperands() == 2 &&
1397             isa<SCEVConstant>(Add->getOperand(0)))
1398           return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
1399                             getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
1400
1401
1402     ++Idx;
1403     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1404       // We found two constants, fold them together!
1405       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(LHSC->getValue()->getValue() * 
1406                                            RHSC->getValue()->getValue());
1407       Ops[0] = getConstant(Fold);
1408       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1409       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1410       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1411     }
1412
1413     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
1414     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
1415       Ops.erase(Ops.begin());
1416       --Idx;
1417     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
1418       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
1419       return Ops[0];
1420     }
1421   }
1422
1423   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1424   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1425     ++Idx;
1426
1427   if (Ops.size() == 1)
1428     return Ops[0];
1429
1430   // If there are mul operands inline them all into this expression.
1431   if (Idx < Ops.size()) {
1432     bool DeletedMul = false;
1433     while (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1434       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
1435       // list.
1436       Ops.insert(Ops.end(), Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1437       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1438       DeletedMul = true;
1439     }
1440
1441     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
1442     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1443     // any operands we just aquired.
1444     if (DeletedMul)
1445       return getMulExpr(Ops);
1446   }
1447
1448   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1449   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1450   // recurrence.
1451   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1452     ++Idx;
1453
1454   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1455   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1456     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
1457     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1458     SmallVector<const SCEV*, 8> LIOps;
1459     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1460     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1461       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
1462         LIOps.push_back(Ops[i]);
1463         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1464         --i; --e;
1465       }
1466
1467     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1468     if (!LIOps.empty()) {
1469       //  NLI * LI * {Start,+,Step}  -->  NLI * {LI*Start,+,LI*Step}
1470       SmallVector<const SCEV*, 4> NewOps;
1471       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
1472       if (LIOps.size() == 1) {
1473         const SCEV *Scale = LIOps[0];
1474         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
1475           NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
1476       } else {
1477         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1478           SmallVector<const SCEV*, 4> MulOps(LIOps.begin(), LIOps.end());
1479           MulOps.push_back(AddRec->getOperand(i));
1480           NewOps.push_back(getMulExpr(MulOps));
1481         }
1482       }
1483
1484       const SCEV* NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop());
1485
1486       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1487       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1488
1489       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-liv parts.
1490       for (unsigned i = 0;; ++i)
1491         if (Ops[i] == AddRec) {
1492           Ops[i] = NewRec;
1493           break;
1494         }
1495       return getMulExpr(Ops);
1496     }
1497
1498     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1499     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1500     // multiplied together.  If so, we can fold them.
1501     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1502          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1503       if (OtherIdx != Idx) {
1504         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1505         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
1506           // F * G  -->  {A,+,B} * {C,+,D}  -->  {A*C,+,F*D + G*B + B*D}
1507           const SCEVAddRecExpr *F = AddRec, *G = OtherAddRec;
1508           const SCEV* NewStart = getMulExpr(F->getStart(),
1509                                                  G->getStart());
1510           const SCEV* B = F->getStepRecurrence(*this);
1511           const SCEV* D = G->getStepRecurrence(*this);
1512           const SCEV* NewStep = getAddExpr(getMulExpr(F, D),
1513                                           getMulExpr(G, B),
1514                                           getMulExpr(B, D));
1515           const SCEV* NewAddRec = getAddRecExpr(NewStart, NewStep,
1516                                                F->getLoop());
1517           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1518
1519           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1520           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1521           Ops.push_back(NewAddRec);
1522           return getMulExpr(Ops);
1523         }
1524       }
1525
1526     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1527     // next one.
1528   }
1529
1530   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
1531   // already have one, otherwise create a new one.
1532   std::vector<const SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1533   SCEVCommutativeExpr *&Result = SCEVCommExprs[std::make_pair(scMulExpr,
1534                                                                  SCEVOps)];
1535   if (Result == 0)
1536     Result = new SCEVMulExpr(Ops, this);
1537   return Result;
1538 }
1539
1540 /// getUDivExpr - Get a canonical multiply expression, or something simpler if
1541 /// possible.
1542 const SCEV* ScalarEvolution::getUDivExpr(const SCEV* LHS,
1543                                         const SCEV* RHS) {
1544   assert(getEffectiveSCEVType(LHS->getType()) ==
1545          getEffectiveSCEVType(RHS->getType()) &&
1546          "SCEVUDivExpr operand types don't match!");
1547
1548   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
1549     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
1550       return LHS;                            // X udiv 1 --> x
1551     if (RHSC->isZero())
1552       return getIntegerSCEV(0, LHS->getType()); // value is undefined
1553
1554     // Determine if the division can be folded into the operands of
1555     // its operands.
1556     // TODO: Generalize this to non-constants by using known-bits information.
1557     const Type *Ty = LHS->getType();
1558     unsigned LZ = RHSC->getValue()->getValue().countLeadingZeros();
1559     unsigned MaxShiftAmt = getTypeSizeInBits(Ty) - LZ;
1560     // For non-power-of-two values, effectively round the value up to the
1561     // nearest power of two.
1562     if (!RHSC->getValue()->getValue().isPowerOf2())
1563       ++MaxShiftAmt;
1564     const IntegerType *ExtTy =
1565       IntegerType::get(getTypeSizeInBits(Ty) + MaxShiftAmt);
1566     // {X,+,N}/C --> {X/C,+,N/C} if safe and N/C can be folded.
1567     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
1568       if (const SCEVConstant *Step =
1569             dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*this)))
1570         if (!Step->getValue()->getValue()
1571               .urem(RHSC->getValue()->getValue()) &&
1572             getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
1573             getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
1574                           getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
1575                           AR->getLoop())) {
1576           SmallVector<const SCEV*, 4> Operands;
1577           for (unsigned i = 0, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
1578             Operands.push_back(getUDivExpr(AR->getOperand(i), RHS));
1579           return getAddRecExpr(Operands, AR->getLoop());
1580         }
1581     // (A*B)/C --> A*(B/C) if safe and B/C can be folded.
1582     if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
1583       SmallVector<const SCEV*, 4> Operands;
1584       for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i)
1585         Operands.push_back(getZeroExtendExpr(M->getOperand(i), ExtTy));
1586       if (getZeroExtendExpr(M, ExtTy) == getMulExpr(Operands))
1587         // Find an operand that's safely divisible.
1588         for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1589           const SCEV* Op = M->getOperand(i);
1590           const SCEV* Div = getUDivExpr(Op, RHSC);
1591           if (!isa<SCEVUDivExpr>(Div) && getMulExpr(Div, RHSC) == Op) {
1592             const SmallVectorImpl<const SCEV*> &MOperands = M->getOperands();
1593             Operands = SmallVector<const SCEV*, 4>(MOperands.begin(),
1594                                                   MOperands.end());
1595             Operands[i] = Div;
1596             return getMulExpr(Operands);
1597           }
1598         }
1599     }
1600     // (A+B)/C --> (A/C + B/C) if safe and A/C and B/C can be folded.
1601     if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
1602       SmallVector<const SCEV*, 4> Operands;
1603       for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i)
1604         Operands.push_back(getZeroExtendExpr(A->getOperand(i), ExtTy));
1605       if (getZeroExtendExpr(A, ExtTy) == getAddExpr(Operands)) {
1606         Operands.clear();
1607         for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1608           const SCEV* Op = getUDivExpr(A->getOperand(i), RHS);
1609           if (isa<SCEVUDivExpr>(Op) || getMulExpr(Op, RHS) != A->getOperand(i))
1610             break;
1611           Operands.push_back(Op);
1612         }
1613         if (Operands.size() == A->getNumOperands())
1614           return getAddExpr(Operands);
1615       }
1616     }
1617
1618     // Fold if both operands are constant.
1619     if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
1620       Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
1621       Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
1622       return getUnknown(ConstantExpr::getUDiv(LHSCV, RHSCV));
1623     }
1624   }
1625
1626   SCEVUDivExpr *&Result = SCEVUDivs[std::make_pair(LHS, RHS)];
1627   if (Result == 0) Result = new SCEVUDivExpr(LHS, RHS, this);
1628   return Result;
1629 }
1630
1631
1632 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
1633 /// Simplify the expression as much as possible.
1634 const SCEV* ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEV* Start,
1635                                const SCEV* Step, const Loop *L) {
1636   SmallVector<const SCEV*, 4> Operands;
1637   Operands.push_back(Start);
1638   if (const SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
1639     if (StepChrec->getLoop() == L) {
1640       Operands.insert(Operands.end(), StepChrec->op_begin(),
1641                       StepChrec->op_end());
1642       return getAddRecExpr(Operands, L);
1643     }
1644
1645   Operands.push_back(Step);
1646   return getAddRecExpr(Operands, L);
1647 }
1648
1649 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
1650 /// Simplify the expression as much as possible.
1651 const SCEV* ScalarEvolution::getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV*> &Operands,
1652                                           const Loop *L) {
1653   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
1654 #ifndef NDEBUG
1655   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
1656     assert(getEffectiveSCEVType(Operands[i]->getType()) ==
1657            getEffectiveSCEVType(Operands[0]->getType()) &&
1658            "SCEVAddRecExpr operand types don't match!");
1659 #endif
1660
1661   if (Operands.back()->isZero()) {
1662     Operands.pop_back();
1663     return getAddRecExpr(Operands, L);             // {X,+,0}  -->  X
1664   }
1665
1666   // Canonicalize nested AddRecs in by nesting them in order of loop depth.
1667   if (const SCEVAddRecExpr *NestedAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Operands[0])) {
1668     const Loop* NestedLoop = NestedAR->getLoop();
1669     if (L->getLoopDepth() < NestedLoop->getLoopDepth()) {
1670       SmallVector<const SCEV*, 4> NestedOperands(NestedAR->op_begin(),
1671                                                 NestedAR->op_end());
1672       Operands[0] = NestedAR->getStart();
1673       NestedOperands[0] = getAddRecExpr(Operands, L);
1674       return getAddRecExpr(NestedOperands, NestedLoop);
1675     }
1676   }
1677
1678   std::vector<const SCEV*> SCEVOps(Operands.begin(), Operands.end());
1679   SCEVAddRecExpr *&Result = SCEVAddRecExprs[std::make_pair(L, SCEVOps)];
1680   if (Result == 0) Result = new SCEVAddRecExpr(Operands, L, this);
1681   return Result;
1682 }
1683
1684 const SCEV* ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEV* LHS,
1685                                         const SCEV* RHS) {
1686   SmallVector<const SCEV*, 2> Ops;
1687   Ops.push_back(LHS);
1688   Ops.push_back(RHS);
1689   return getSMaxExpr(Ops);
1690 }
1691
1692 const SCEV*
1693 ScalarEvolution::getSMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV*> &Ops) {
1694   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
1695   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1696 #ifndef NDEBUG
1697   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1698     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1699            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1700            "SCEVSMaxExpr operand types don't match!");
1701 #endif
1702
1703   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1704   GroupByComplexity(Ops, LI);
1705
1706   // If there are any constants, fold them together.
1707   unsigned Idx = 0;
1708   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1709     ++Idx;
1710     assert(Idx < Ops.size());
1711     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1712       // We found two constants, fold them together!
1713       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(
1714                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
1715                                              RHSC->getValue()->getValue()));
1716       Ops[0] = getConstant(Fold);
1717       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1718       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1719       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1720     }
1721
1722     // If we are left with a constant -inf, strip it off.
1723     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
1724       Ops.erase(Ops.begin());
1725       --Idx;
1726     }
1727   }
1728
1729   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1730
1731   // Find the first SMax
1732   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
1733     ++Idx;
1734
1735   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
1736   // onto our operand list, and recurse to simplify.
1737   if (Idx < Ops.size()) {
1738     bool DeletedSMax = false;
1739     while (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
1740       Ops.insert(Ops.end(), SMax->op_begin(), SMax->op_end());
1741       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1742       DeletedSMax = true;
1743     }
1744
1745     if (DeletedSMax)
1746       return getSMaxExpr(Ops);
1747   }
1748
1749   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1750   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
1751   // be adjacent.
1752   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1753     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
1754       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
1755       --i; --e;
1756     }
1757
1758   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1759
1760   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
1761
1762   // Okay, it looks like we really DO need an smax expr.  Check to see if we
1763   // already have one, otherwise create a new one.
1764   std::vector<const SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1765   SCEVCommutativeExpr *&Result = SCEVCommExprs[std::make_pair(scSMaxExpr,
1766                                                                  SCEVOps)];
1767   if (Result == 0) Result = new SCEVSMaxExpr(Ops, this);
1768   return Result;
1769 }
1770
1771 const SCEV* ScalarEvolution::getUMaxExpr(const SCEV* LHS,
1772                                         const SCEV* RHS) {
1773   SmallVector<const SCEV*, 2> Ops;
1774   Ops.push_back(LHS);
1775   Ops.push_back(RHS);
1776   return getUMaxExpr(Ops);
1777 }
1778
1779 const SCEV*
1780 ScalarEvolution::getUMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV*> &Ops) {
1781   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty umax!");
1782   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1783 #ifndef NDEBUG
1784   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1785     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1786            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1787            "SCEVUMaxExpr operand types don't match!");
1788 #endif
1789
1790   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1791   GroupByComplexity(Ops, LI);
1792
1793   // If there are any constants, fold them together.
1794   unsigned Idx = 0;
1795   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1796     ++Idx;
1797     assert(Idx < Ops.size());
1798     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1799       // We found two constants, fold them together!
1800       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(
1801                               APIntOps::umax(LHSC->getValue()->getValue(),
1802                                              RHSC->getValue()->getValue()));
1803       Ops[0] = getConstant(Fold);
1804       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1805       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1806       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1807     }
1808
1809     // If we are left with a constant zero, strip it off.
1810     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(false)) {
1811       Ops.erase(Ops.begin());
1812       --Idx;
1813     }
1814   }
1815
1816   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1817
1818   // Find the first UMax
1819   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scUMaxExpr)
1820     ++Idx;
1821
1822   // Check to see if one of the operands is a UMax. If so, expand its operands
1823   // onto our operand list, and recurse to simplify.
1824   if (Idx < Ops.size()) {
1825     bool DeletedUMax = false;
1826     while (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(Ops[Idx])) {
1827       Ops.insert(Ops.end(), UMax->op_begin(), UMax->op_end());
1828       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1829       DeletedUMax = true;
1830     }
1831
1832     if (DeletedUMax)
1833       return getUMaxExpr(Ops);
1834   }
1835
1836   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1837   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
1838   // be adjacent.
1839   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1840     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X umax Y umax Y  -->  X umax Y
1841       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
1842       --i; --e;
1843     }
1844
1845   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1846
1847   assert(!Ops.empty() && "Reduced umax down to nothing!");
1848
1849   // Okay, it looks like we really DO need a umax expr.  Check to see if we
1850   // already have one, otherwise create a new one.
1851   std::vector<const SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1852   SCEVCommutativeExpr *&Result = SCEVCommExprs[std::make_pair(scUMaxExpr,
1853                                                                  SCEVOps)];
1854   if (Result == 0) Result = new SCEVUMaxExpr(Ops, this);
1855   return Result;
1856 }
1857
1858 const SCEV* ScalarEvolution::getSMinExpr(const SCEV* LHS,
1859                                         const SCEV* RHS) {
1860   // ~smax(~x, ~y) == smin(x, y).
1861   return getNotSCEV(getSMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
1862 }
1863
1864 const SCEV* ScalarEvolution::getUMinExpr(const SCEV* LHS,
1865                                         const SCEV* RHS) {
1866   // ~umax(~x, ~y) == umin(x, y)
1867   return getNotSCEV(getUMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
1868 }
1869
1870 const SCEV* ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
1871   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
1872     return getConstant(CI);
1873   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
1874     return getIntegerSCEV(0, V->getType());
1875   SCEVUnknown *&Result = SCEVUnknowns[V];
1876   if (Result == 0) Result = new SCEVUnknown(V, this);
1877   return Result;
1878 }
1879
1880 //===----------------------------------------------------------------------===//
1881 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
1882 //
1883
1884 /// isSCEVable - Test if values of the given type are analyzable within
1885 /// the SCEV framework. This primarily includes integer types, and it
1886 /// can optionally include pointer types if the ScalarEvolution class
1887 /// has access to target-specific information.
1888 bool ScalarEvolution::isSCEVable(const Type *Ty) const {
1889   // Integers are always SCEVable.
1890   if (Ty->isInteger())
1891     return true;
1892
1893   // Pointers are SCEVable if TargetData information is available
1894   // to provide pointer size information.
1895   if (isa<PointerType>(Ty))
1896     return TD != NULL;
1897
1898   // Otherwise it's not SCEVable.
1899   return false;
1900 }
1901
1902 /// getTypeSizeInBits - Return the size in bits of the specified type,
1903 /// for which isSCEVable must return true.
1904 uint64_t ScalarEvolution::getTypeSizeInBits(const Type *Ty) const {
1905   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
1906
1907   // If we have a TargetData, use it!
1908   if (TD)
1909     return TD->getTypeSizeInBits(Ty);
1910
1911   // Otherwise, we support only integer types.
1912   assert(Ty->isInteger() && "isSCEVable permitted a non-SCEVable type!");
1913   return Ty->getPrimitiveSizeInBits();
1914 }
1915
1916 /// getEffectiveSCEVType - Return a type with the same bitwidth as
1917 /// the given type and which represents how SCEV will treat the given
1918 /// type, for which isSCEVable must return true. For pointer types,
1919 /// this is the pointer-sized integer type.
1920 const Type *ScalarEvolution::getEffectiveSCEVType(const Type *Ty) const {
1921   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
1922
1923   if (Ty->isInteger())
1924     return Ty;
1925
1926   assert(isa<PointerType>(Ty) && "Unexpected non-pointer non-integer type!");
1927   return TD->getIntPtrType();
1928 }
1929
1930 const SCEV* ScalarEvolution::getCouldNotCompute() {
1931   return CouldNotCompute;
1932 }
1933
1934 /// hasSCEV - Return true if the SCEV for this value has already been
1935 /// computed.
1936 bool ScalarEvolution::hasSCEV(Value *V) const {
1937   return Scalars.count(V);
1938 }
1939
1940 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
1941 /// expression and create a new one.
1942 const SCEV* ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) {
1943   assert(isSCEVable(V->getType()) && "Value is not SCEVable!");
1944
1945   std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV*>::iterator I = Scalars.find(V);
1946   if (I != Scalars.end()) return I->second;
1947   const SCEV* S = createSCEV(V);
1948   Scalars.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(V, this), S));
1949   return S;
1950 }
1951
1952 /// getIntegerSCEV - Given an integer or FP type, create a constant for the
1953 /// specified signed integer value and return a SCEV for the constant.
1954 const SCEV* ScalarEvolution::getIntegerSCEV(int Val, const Type *Ty) {
1955   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1956   Constant *C;
1957   if (Val == 0)
1958     C = Constant::getNullValue(Ty);
1959   else if (Ty->isFloatingPoint())
1960     C = ConstantFP::get(APFloat(Ty==Type::FloatTy ? APFloat::IEEEsingle :
1961                                 APFloat::IEEEdouble, Val));
1962   else
1963     C = ConstantInt::get(Ty, Val);
1964   return getUnknown(C);
1965 }
1966
1967 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
1968 ///
1969 const SCEV* ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEV* V) {
1970   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
1971     return getUnknown(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue()));
1972
1973   const Type *Ty = V->getType();
1974   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1975   return getMulExpr(V, getConstant(ConstantInt::getAllOnesValue(Ty)));
1976 }
1977
1978 /// getNotSCEV - Return a SCEV corresponding to ~V = -1-V
1979 const SCEV* ScalarEvolution::getNotSCEV(const SCEV* V) {
1980   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
1981     return getUnknown(ConstantExpr::getNot(VC->getValue()));
1982
1983   const Type *Ty = V->getType();
1984   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1985   const SCEV* AllOnes = getConstant(ConstantInt::getAllOnesValue(Ty));
1986   return getMinusSCEV(AllOnes, V);
1987 }
1988
1989 /// getMinusSCEV - Return a SCEV corresponding to LHS - RHS.
1990 ///
1991 const SCEV* ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEV* LHS,
1992                                          const SCEV* RHS) {
1993   // X - Y --> X + -Y
1994   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS));
1995 }
1996
1997 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
1998 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
1999 /// extended.
2000 const SCEV*
2001 ScalarEvolution::getTruncateOrZeroExtend(const SCEV* V,
2002                                          const Type *Ty) {
2003   const Type *SrcTy = V->getType();
2004   assert((SrcTy->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(SrcTy))) &&
2005          (Ty->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(Ty))) &&
2006          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2007   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2008     return V;  // No conversion
2009   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2010     return getTruncateExpr(V, Ty);
2011   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2012 }
2013
2014 /// getTruncateOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2015 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2016 /// extended.
2017 const SCEV*
2018 ScalarEvolution::getTruncateOrSignExtend(const SCEV* V,
2019                                          const Type *Ty) {
2020   const Type *SrcTy = V->getType();
2021   assert((SrcTy->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(SrcTy))) &&
2022          (Ty->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(Ty))) &&
2023          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2024   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2025     return V;  // No conversion
2026   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2027     return getTruncateExpr(V, Ty);
2028   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2029 }
2030
2031 /// getNoopOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2032 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2033 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2034 const SCEV*
2035 ScalarEvolution::getNoopOrZeroExtend(const SCEV* V, const Type *Ty) {
2036   const Type *SrcTy = V->getType();
2037   assert((SrcTy->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(SrcTy))) &&
2038          (Ty->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(Ty))) &&
2039          "Cannot noop or zero extend with non-integer arguments!");
2040   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2041          "getNoopOrZeroExtend cannot truncate!");
2042   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2043     return V;  // No conversion
2044   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2045 }
2046
2047 /// getNoopOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2048 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2049 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2050 const SCEV*
2051 ScalarEvolution::getNoopOrSignExtend(const SCEV* V, const Type *Ty) {
2052   const Type *SrcTy = V->getType();
2053   assert((SrcTy->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(SrcTy))) &&
2054          (Ty->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(Ty))) &&
2055          "Cannot noop or sign extend with non-integer arguments!");
2056   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2057          "getNoopOrSignExtend cannot truncate!");
2058   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2059     return V;  // No conversion
2060   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2061 }
2062
2063 /// getNoopOrAnyExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
2064 /// the input value to the specified type. If the type must be extended,
2065 /// it is extended with unspecified bits. The conversion must not be
2066 /// narrowing.
2067 const SCEV*
2068 ScalarEvolution::getNoopOrAnyExtend(const SCEV* V, const Type *Ty) {
2069   const Type *SrcTy = V->getType();
2070   assert((SrcTy->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(SrcTy))) &&
2071          (Ty->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(Ty))) &&
2072          "Cannot noop or any extend with non-integer arguments!");
2073   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2074          "getNoopOrAnyExtend cannot truncate!");
2075   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2076     return V;  // No conversion
2077   return getAnyExtendExpr(V, Ty);
2078 }
2079
2080 /// getTruncateOrNoop - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2081 /// input value to the specified type.  The conversion must not be widening.
2082 const SCEV*
2083 ScalarEvolution::getTruncateOrNoop(const SCEV* V, const Type *Ty) {
2084   const Type *SrcTy = V->getType();
2085   assert((SrcTy->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(SrcTy))) &&
2086          (Ty->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(Ty))) &&
2087          "Cannot truncate or noop with non-integer arguments!");
2088   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) >= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2089          "getTruncateOrNoop cannot extend!");
2090   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2091     return V;  // No conversion
2092   return getTruncateExpr(V, Ty);
2093 }
2094
2095 /// getUMaxFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2096 /// the types using zero-extension, and then perform a umax operation
2097 /// with them.
2098 const SCEV* ScalarEvolution::getUMaxFromMismatchedTypes(const SCEV* LHS,
2099                                                        const SCEV* RHS) {
2100   const SCEV* PromotedLHS = LHS;
2101   const SCEV* PromotedRHS = RHS;
2102
2103   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2104     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2105   else
2106     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2107
2108   return getUMaxExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2109 }
2110
2111 /// getUMinFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2112 /// the types using zero-extension, and then perform a umin operation
2113 /// with them.
2114 const SCEV* ScalarEvolution::getUMinFromMismatchedTypes(const SCEV* LHS,
2115                                                        const SCEV* RHS) {
2116   const SCEV* PromotedLHS = LHS;
2117   const SCEV* PromotedRHS = RHS;
2118
2119   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2120     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2121   else
2122     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2123
2124   return getUMinExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2125 }
2126
2127 /// ReplaceSymbolicValueWithConcrete - This looks up the computed SCEV value for
2128 /// the specified instruction and replaces any references to the symbolic value
2129 /// SymName with the specified value.  This is used during PHI resolution.
2130 void ScalarEvolution::
2131 ReplaceSymbolicValueWithConcrete(Instruction *I, const SCEV* SymName,
2132                                  const SCEV* NewVal) {
2133   std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV*>::iterator SI =
2134     Scalars.find(SCEVCallbackVH(I, this));
2135   if (SI == Scalars.end()) return;
2136
2137   const SCEV* NV =
2138     SI->second->replaceSymbolicValuesWithConcrete(SymName, NewVal, *this);
2139   if (NV == SI->second) return;  // No change.
2140
2141   SI->second = NV;       // Update the scalars map!
2142
2143   // Any instruction values that use this instruction might also need to be
2144   // updated!
2145   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
2146        UI != E; ++UI)
2147     ReplaceSymbolicValueWithConcrete(cast<Instruction>(*UI), SymName, NewVal);
2148 }
2149
2150 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
2151 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
2152 ///
2153 const SCEV* ScalarEvolution::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
2154   if (PN->getNumIncomingValues() == 2)  // The loops have been canonicalized.
2155     if (const Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent()))
2156       if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
2157         // If it lives in the loop header, it has two incoming values, one
2158         // from outside the loop, and one from inside.
2159         unsigned IncomingEdge = L->contains(PN->getIncomingBlock(0));
2160         unsigned BackEdge     = IncomingEdge^1;
2161
2162         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
2163         const SCEV* SymbolicName = getUnknown(PN);
2164         assert(Scalars.find(PN) == Scalars.end() &&
2165                "PHI node already processed?");
2166         Scalars.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(PN, this), SymbolicName));
2167
2168         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
2169         // the back-edge.
2170         const SCEV* BEValue = getSCEV(PN->getIncomingValue(BackEdge));
2171
2172         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
2173         // has a special value for the first iteration of the loop.
2174
2175         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
2176         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
2177         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
2178           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
2179           // with a recurrence.
2180           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
2181           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2182             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
2183               if (FoundIndex == e) {
2184                 FoundIndex = i;
2185                 break;
2186               }
2187
2188           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
2189             // Create an add with everything but the specified operand.
2190             SmallVector<const SCEV*, 8> Ops;
2191             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2192               if (i != FoundIndex)
2193                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
2194             const SCEV* Accum = getAddExpr(Ops);
2195
2196             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
2197             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
2198             if (Accum->isLoopInvariant(L) ||
2199                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
2200                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
2201               const SCEV* StartVal = getSCEV(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
2202               const SCEV* PHISCEV  = getAddRecExpr(StartVal, Accum, L);
2203
2204               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2205               // to be symbolic.  We now need to go back and update all of the
2206               // entries for the scalars that use the PHI (except for the PHI
2207               // itself) to use the new analyzed value instead of the "symbolic"
2208               // value.
2209               ReplaceSymbolicValueWithConcrete(PN, SymbolicName, PHISCEV);
2210               return PHISCEV;
2211             }
2212           }
2213         } else if (const SCEVAddRecExpr *AddRec =
2214                      dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
2215           // Otherwise, this could be a loop like this:
2216           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
2217           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
2218           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
2219           // i really is an addrec evolution.
2220           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
2221             const SCEV* StartVal = getSCEV(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
2222
2223             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
2224             // initial step of the addrec evolution.
2225             if (StartVal == getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
2226                                             AddRec->getOperand(1))) {
2227               const SCEV* PHISCEV = 
2228                  getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1), L);
2229
2230               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2231               // to be symbolic.  We now need to go back and update all of the
2232               // entries for the scalars that use the PHI (except for the PHI
2233               // itself) to use the new analyzed value instead of the "symbolic"
2234               // value.
2235               ReplaceSymbolicValueWithConcrete(PN, SymbolicName, PHISCEV);
2236               return PHISCEV;
2237             }
2238           }
2239         }
2240
2241         return SymbolicName;
2242       }
2243
2244   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
2245   return getUnknown(PN);
2246 }
2247
2248 /// createNodeForGEP - Expand GEP instructions into add and multiply
2249 /// operations. This allows them to be analyzed by regular SCEV code.
2250 ///
2251 const SCEV* ScalarEvolution::createNodeForGEP(User *GEP) {
2252
2253   const Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType();
2254   Value *Base = GEP->getOperand(0);
2255   // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
2256   if (!cast<PointerType>(Base->getType())->getElementType()->isSized())
2257     return getUnknown(GEP);
2258   const SCEV* TotalOffset = getIntegerSCEV(0, IntPtrTy);
2259   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
2260   for (GetElementPtrInst::op_iterator I = next(GEP->op_begin()),
2261                                       E = GEP->op_end();
2262        I != E; ++I) {
2263     Value *Index = *I;
2264     // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
2265     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
2266       // For a struct, add the member offset.
2267       const StructLayout &SL = *TD->getStructLayout(STy);
2268       unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
2269       uint64_t Offset = SL.getElementOffset(FieldNo);
2270       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset,
2271                                   getIntegerSCEV(Offset, IntPtrTy));
2272     } else {
2273       // For an array, add the element offset, explicitly scaled.
2274       const SCEV* LocalOffset = getSCEV(Index);
2275       if (!isa<PointerType>(LocalOffset->getType()))
2276         // Getelementptr indicies are signed.
2277         LocalOffset = getTruncateOrSignExtend(LocalOffset,
2278                                               IntPtrTy);
2279       LocalOffset =
2280         getMulExpr(LocalOffset,
2281                    getIntegerSCEV(TD->getTypeAllocSize(*GTI),
2282                                   IntPtrTy));
2283       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, LocalOffset);
2284     }
2285   }
2286   return getAddExpr(getSCEV(Base), TotalOffset);
2287 }
2288
2289 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
2290 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
2291 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
2292 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
2293 uint32_t
2294 ScalarEvolution::GetMinTrailingZeros(const SCEV* S) {
2295   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
2296     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
2297
2298   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
2299     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand()),
2300                     (uint32_t)getTypeSizeInBits(T->getType()));
2301
2302   if (const SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
2303     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
2304     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2305              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2306   }
2307
2308   if (const SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
2309     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
2310     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2311              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2312   }
2313
2314   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2315     // The result is the min of all operands results.
2316     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2317     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2318       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2319     return MinOpRes;
2320   }
2321
2322   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2323     // The result is the sum of all operands results.
2324     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2325     uint32_t BitWidth = getTypeSizeInBits(M->getType());
2326     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
2327          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
2328       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)),
2329                           BitWidth);
2330     return SumOpRes;
2331   }
2332
2333   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2334     // The result is the min of all operands results.
2335     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2336     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2337       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2338     return MinOpRes;
2339   }
2340
2341   if (const SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
2342     // The result is the min of all operands results.
2343     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2344     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2345       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2346     return MinOpRes;
2347   }
2348
2349   if (const SCEVUMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
2350     // The result is the min of all operands results.
2351     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2352     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2353       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2354     return MinOpRes;
2355   }
2356
2357   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
2358     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
2359     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
2360     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
2361     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
2362     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones);
2363     return Zeros.countTrailingOnes();
2364   }
2365
2366   // SCEVUDivExpr
2367   return 0;
2368 }
2369
2370 uint32_t
2371 ScalarEvolution::GetMinLeadingZeros(const SCEV* S) {
2372   // TODO: Handle other SCEV expression types here.
2373
2374   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
2375     return C->getValue()->getValue().countLeadingZeros();
2376
2377   if (const SCEVZeroExtendExpr *C = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
2378     // A zero-extension cast adds zero bits.
2379     return GetMinLeadingZeros(C->getOperand()) +
2380            (getTypeSizeInBits(C->getType()) -
2381             getTypeSizeInBits(C->getOperand()->getType()));
2382   }
2383
2384   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
2385     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
2386     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
2387     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
2388     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
2389     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones, TD);
2390     return Zeros.countLeadingOnes();
2391   }
2392
2393   return 1;
2394 }
2395
2396 uint32_t
2397 ScalarEvolution::GetMinSignBits(const SCEV* S) {
2398   // TODO: Handle other SCEV expression types here.
2399
2400   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
2401     const APInt &A = C->getValue()->getValue();
2402     return A.isNegative() ? A.countLeadingOnes() :
2403                             A.countLeadingZeros();
2404   }
2405
2406   if (const SCEVSignExtendExpr *C = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
2407     // A sign-extension cast adds sign bits.
2408     return GetMinSignBits(C->getOperand()) +
2409            (getTypeSizeInBits(C->getType()) -
2410             getTypeSizeInBits(C->getOperand()->getType()));
2411   }
2412
2413   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
2414     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
2415     return ComputeNumSignBits(U->getValue(), TD);
2416   }
2417
2418   return 1;
2419 }
2420
2421 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
2422 /// Analyze the expression.
2423 ///
2424 const SCEV* ScalarEvolution::createSCEV(Value *V) {
2425   if (!isSCEVable(V->getType()))
2426     return getUnknown(V);
2427
2428   unsigned Opcode = Instruction::UserOp1;
2429   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
2430     Opcode = I->getOpcode();
2431   else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
2432     Opcode = CE->getOpcode();
2433   else
2434     return getUnknown(V);
2435
2436   User *U = cast<User>(V);
2437   switch (Opcode) {
2438   case Instruction::Add:
2439     return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
2440                       getSCEV(U->getOperand(1)));
2441   case Instruction::Mul:
2442     return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
2443                       getSCEV(U->getOperand(1)));
2444   case Instruction::UDiv:
2445     return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
2446                        getSCEV(U->getOperand(1)));
2447   case Instruction::Sub:
2448     return getMinusSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)),
2449                         getSCEV(U->getOperand(1)));
2450   case Instruction::And:
2451     // For an expression like x&255 that merely masks off the high bits,
2452     // use zext(trunc(x)) as the SCEV expression.
2453     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
2454       if (CI->isNullValue())
2455         return getSCEV(U->getOperand(1));
2456       if (CI->isAllOnesValue())
2457         return getSCEV(U->getOperand(0));
2458       const APInt &A = CI->getValue();
2459
2460       // Instcombine's ShrinkDemandedConstant may strip bits out of
2461       // constants, obscuring what would otherwise be a low-bits mask.
2462       // Use ComputeMaskedBits to compute what ShrinkDemandedConstant
2463       // knew about to reconstruct a low-bits mask value.
2464       unsigned LZ = A.countLeadingZeros();
2465       unsigned BitWidth = A.getBitWidth();
2466       APInt AllOnes = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
2467       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
2468       ComputeMaskedBits(U->getOperand(0), AllOnes, KnownZero, KnownOne, TD);
2469
2470       APInt EffectiveMask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, BitWidth - LZ);
2471
2472       if (LZ != 0 && !((~A & ~KnownZero) & EffectiveMask))
2473         return
2474           getZeroExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
2475                                             IntegerType::get(BitWidth - LZ)),
2476                             U->getType());
2477     }
2478     break;
2479
2480   case Instruction::Or:
2481     // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
2482     // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
2483     // optimizations will transparently handle this case.
2484     //
2485     // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
2486     // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
2487     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
2488       const SCEV* LHS = getSCEV(U->getOperand(0));
2489       const APInt &CIVal = CI->getValue();
2490       if (GetMinTrailingZeros(LHS) >=
2491           (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros()))
2492         return getAddExpr(LHS, getSCEV(U->getOperand(1)));
2493     }
2494     break;
2495   case Instruction::Xor:
2496     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
2497       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
2498       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
2499       if (CI->getValue().isSignBit())
2500         return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
2501                           getSCEV(U->getOperand(1)));
2502
2503       // If the RHS of xor is -1, then this is a not operation.
2504       if (CI->isAllOnesValue())
2505         return getNotSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)));
2506
2507       // Model xor(and(x, C), C) as and(~x, C), if C is a low-bits mask.
2508       // This is a variant of the check for xor with -1, and it handles
2509       // the case where instcombine has trimmed non-demanded bits out
2510       // of an xor with -1.
2511       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U->getOperand(0)))
2512         if (ConstantInt *LCI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
2513           if (BO->getOpcode() == Instruction::And &&
2514               LCI->getValue() == CI->getValue())
2515             if (const SCEVZeroExtendExpr *Z =
2516                   dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(getSCEV(U->getOperand(0)))) {
2517               const Type *UTy = U->getType();
2518               const SCEV* Z0 = Z->getOperand();
2519               const Type *Z0Ty = Z0->getType();
2520               unsigned Z0TySize = getTypeSizeInBits(Z0Ty);
2521
2522               // If C is a low-bits mask, the zero extend is zerving to
2523               // mask off the high bits. Complement the operand and
2524               // re-apply the zext.
2525               if (APIntOps::isMask(Z0TySize, CI->getValue()))
2526                 return getZeroExtendExpr(getNotSCEV(Z0), UTy);
2527
2528               // If C is a single bit, it may be in the sign-bit position
2529               // before the zero-extend. In this case, represent the xor
2530               // using an add, which is equivalent, and re-apply the zext.
2531               APInt Trunc = APInt(CI->getValue()).trunc(Z0TySize);
2532               if (APInt(Trunc).zext(getTypeSizeInBits(UTy)) == CI->getValue() &&
2533                   Trunc.isSignBit())
2534                 return getZeroExtendExpr(getAddExpr(Z0, getConstant(Trunc)),
2535                                          UTy);
2536             }
2537     }
2538     break;
2539
2540   case Instruction::Shl:
2541     // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
2542     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
2543       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth();
2544       Constant *X = ConstantInt::get(
2545         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getLimitedValue(BitWidth)));
2546       return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
2547     }
2548     break;
2549
2550   case Instruction::LShr:
2551     // Turn logical shift right of a constant into a unsigned divide.
2552     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
2553       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth();
2554       Constant *X = ConstantInt::get(
2555         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getLimitedValue(BitWidth)));
2556       return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
2557     }
2558     break;
2559
2560   case Instruction::AShr:
2561     // For a two-shift sext-inreg, use sext(trunc(x)) as the SCEV expression.
2562     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
2563       if (Instruction *L = dyn_cast<Instruction>(U->getOperand(0)))
2564         if (L->getOpcode() == Instruction::Shl &&
2565             L->getOperand(1) == U->getOperand(1)) {
2566           unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
2567           uint64_t Amt = BitWidth - CI->getZExtValue();
2568           if (Amt == BitWidth)
2569             return getSCEV(L->getOperand(0));       // shift by zero --> noop
2570           if (Amt > BitWidth)
2571             return getIntegerSCEV(0, U->getType()); // value is undefined
2572           return
2573             getSignExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(L->getOperand(0)),
2574                                                       IntegerType::get(Amt)),
2575                                  U->getType());
2576         }
2577     break;
2578
2579   case Instruction::Trunc:
2580     return getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
2581
2582   case Instruction::ZExt:
2583     return getZeroExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
2584
2585   case Instruction::SExt:
2586     return getSignExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
2587
2588   case Instruction::BitCast:
2589     // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
2590     if (isSCEVable(U->getType()) && isSCEVable(U->getOperand(0)->getType()))
2591       return getSCEV(U->getOperand(0));
2592     break;
2593
2594   case Instruction::IntToPtr:
2595     if (!TD) break; // Without TD we can't analyze pointers.
2596     return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(U->getOperand(0)),
2597                                    TD->getIntPtrType());
2598
2599   case Instruction::PtrToInt:
2600     if (!TD) break; // Without TD we can't analyze pointers.
2601     return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(U->getOperand(0)),
2602                                    U->getType());
2603
2604   case Instruction::GetElementPtr:
2605     if (!TD) break; // Without TD we can't analyze pointers.
2606     return createNodeForGEP(U);
2607
2608   case Instruction::PHI:
2609     return createNodeForPHI(cast<PHINode>(U));
2610
2611   case Instruction::Select:
2612     // This could be a smax or umax that was lowered earlier.
2613     // Try to recover it.
2614     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U->getOperand(0))) {
2615       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
2616       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
2617       switch (ICI->getPredicate()) {
2618       case ICmpInst::ICMP_SLT:
2619       case ICmpInst::ICMP_SLE:
2620         std::swap(LHS, RHS);
2621         // fall through
2622       case ICmpInst::ICMP_SGT:
2623       case ICmpInst::ICMP_SGE:
2624         if (LHS == U->getOperand(1) && RHS == U->getOperand(2))
2625           return getSMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
2626         else if (LHS == U->getOperand(2) && RHS == U->getOperand(1))
2627           return getSMinExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
2628         break;
2629       case ICmpInst::ICMP_ULT:
2630       case ICmpInst::ICMP_ULE:
2631         std::swap(LHS, RHS);
2632         // fall through
2633       case ICmpInst::ICMP_UGT:
2634       case ICmpInst::ICMP_UGE:
2635         if (LHS == U->getOperand(1) && RHS == U->getOperand(2))
2636           return getUMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
2637         else if (LHS == U->getOperand(2) && RHS == U->getOperand(1))
2638           return getUMinExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
2639         break;
2640       case ICmpInst::ICMP_NE:
2641         // n != 0 ? n : 1  ->  umax(n, 1)
2642         if (LHS == U->getOperand(1) &&
2643             isa<ConstantInt>(U->getOperand(2)) &&
2644             cast<ConstantInt>(U->getOperand(2))->isOne() &&
2645             isa<ConstantInt>(RHS) &&
2646             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero())
2647           return getUMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(U->getOperand(2)));
2648         break;
2649       case ICmpInst::ICMP_EQ:
2650         // n == 0 ? 1 : n  ->  umax(n, 1)
2651         if (LHS == U->getOperand(2) &&
2652             isa<ConstantInt>(U->getOperand(1)) &&
2653             cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))->isOne() &&
2654             isa<ConstantInt>(RHS) &&
2655             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero())
2656           return getUMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(U->getOperand(1)));
2657         break;
2658       default:
2659         break;
2660       }
2661     }
2662
2663   default: // We cannot analyze this expression.
2664     break;
2665   }
2666
2667   return getUnknown(V);
2668 }
2669
2670
2671
2672 //===----------------------------------------------------------------------===//
2673 //                   Iteration Count Computation Code
2674 //
2675
2676 /// getBackedgeTakenCount - If the specified loop has a predictable
2677 /// backedge-taken count, return it, otherwise return a SCEVCouldNotCompute
2678 /// object. The backedge-taken count is the number of times the loop header
2679 /// will be branched to from within the loop. This is one less than the
2680 /// trip count of the loop, since it doesn't count the first iteration,
2681 /// when the header is branched to from outside the loop.
2682 ///
2683 /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
2684 /// loop-invariant backedge-taken count (see
2685 /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
2686 ///
2687 const SCEV* ScalarEvolution::getBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
2688   return getBackedgeTakenInfo(L).Exact;
2689 }
2690
2691 /// getMaxBackedgeTakenCount - Similar to getBackedgeTakenCount, except
2692 /// return the least SCEV value that is known never to be less than the
2693 /// actual backedge taken count.
2694 const SCEV* ScalarEvolution::getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
2695   return getBackedgeTakenInfo(L).Max;
2696 }
2697
2698 const ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo &
2699 ScalarEvolution::getBackedgeTakenInfo(const Loop *L) {
2700   // Initially insert a CouldNotCompute for this loop. If the insertion
2701   // succeeds, procede to actually compute a backedge-taken count and
2702   // update the value. The temporary CouldNotCompute value tells SCEV
2703   // code elsewhere that it shouldn't attempt to request a new
2704   // backedge-taken count, which could result in infinite recursion.
2705   std::pair<std::map<const Loop*, BackedgeTakenInfo>::iterator, bool> Pair =
2706     BackedgeTakenCounts.insert(std::make_pair(L, getCouldNotCompute()));
2707   if (Pair.second) {
2708     BackedgeTakenInfo ItCount = ComputeBackedgeTakenCount(L);
2709     if (ItCount.Exact != CouldNotCompute) {
2710       assert(ItCount.Exact->isLoopInvariant(L) &&
2711              ItCount.Max->isLoopInvariant(L) &&
2712              "Computed trip count isn't loop invariant for loop!");
2713       ++NumTripCountsComputed;
2714
2715       // Update the value in the map.
2716       Pair.first->second = ItCount;
2717     } else {
2718       if (ItCount.Max != CouldNotCompute)
2719         // Update the value in the map.
2720         Pair.first->second = ItCount;
2721       if (isa<PHINode>(L->getHeader()->begin()))
2722         // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
2723         ++NumTripCountsNotComputed;
2724     }
2725
2726     // Now that we know more about the trip count for this loop, forget any
2727     // existing SCEV values for PHI nodes in this loop since they are only
2728     // conservative estimates made without the benefit
2729     // of trip count information.
2730     if (ItCount.hasAnyInfo())
2731       forgetLoopPHIs(L);
2732   }
2733   return Pair.first->second;
2734 }
2735
2736 /// forgetLoopBackedgeTakenCount - This method should be called by the
2737 /// client when it has changed a loop in a way that may effect
2738 /// ScalarEvolution's ability to compute a trip count, or if the loop
2739 /// is deleted.
2740 void ScalarEvolution::forgetLoopBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
2741   BackedgeTakenCounts.erase(L);
2742   forgetLoopPHIs(L);
2743 }
2744
2745 /// forgetLoopPHIs - Delete the memoized SCEVs associated with the
2746 /// PHI nodes in the given loop. This is used when the trip count of
2747 /// the loop may have changed.
2748 void ScalarEvolution::forgetLoopPHIs(const Loop *L) {
2749   BasicBlock *Header = L->getHeader();
2750
2751   // Push all Loop-header PHIs onto the Worklist stack, except those
2752   // that are presently represented via a SCEVUnknown. SCEVUnknown for
2753   // a PHI either means that it has an unrecognized structure, or it's
2754   // a PHI that's in the progress of being computed by createNodeForPHI.
2755   // In the former case, additional loop trip count information isn't
2756   // going to change anything. In the later case, createNodeForPHI will
2757   // perform the necessary updates on its own when it gets to that point.
2758   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
2759   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
2760        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
2761     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV*>::iterator It = Scalars.find((Value*)I);
2762     if (It != Scalars.end() && !isa<SCEVUnknown>(It->second))
2763       Worklist.push_back(PN);
2764   }
2765
2766   while (!Worklist.empty()) {
2767     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
2768     if (Scalars.erase(I))
2769       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
2770            UI != UE; ++UI)
2771         Worklist.push_back(cast<Instruction>(UI));
2772   }
2773 }
2774
2775 /// ComputeBackedgeTakenCount - Compute the number of times the backedge
2776 /// of the specified loop will execute.
2777 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
2778 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
2779   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
2780   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
2781
2782   // Examine all exits and pick the most conservative values.
2783   const SCEV* BECount = CouldNotCompute;
2784   const SCEV* MaxBECount = CouldNotCompute;
2785   bool CouldNotComputeBECount = false;
2786   bool CouldNotComputeMaxBECount = false;
2787   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
2788     BackedgeTakenInfo NewBTI =
2789       ComputeBackedgeTakenCountFromExit(L, ExitingBlocks[i]);
2790
2791     if (NewBTI.Exact == CouldNotCompute) {
2792       // We couldn't compute an exact value for this exit, so
2793       // we won't be able to compute an exact value for the loop.
2794       CouldNotComputeBECount = true;
2795       BECount = CouldNotCompute;
2796     } else if (!CouldNotComputeBECount) {
2797       if (BECount == CouldNotCompute)
2798         BECount = NewBTI.Exact;
2799       else {
2800         // TODO: More analysis could be done here. For example, a
2801         // loop with a short-circuiting && operator has an exact count
2802         // of the min of both sides.
2803         CouldNotComputeBECount = true;
2804         BECount = CouldNotCompute;
2805       }
2806     }
2807     if (NewBTI.Max == CouldNotCompute) {
2808       // We couldn't compute an maximum value for this exit, so
2809       // we won't be able to compute an maximum value for the loop.
2810       CouldNotComputeMaxBECount = true;
2811       MaxBECount = CouldNotCompute;
2812     } else if (!CouldNotComputeMaxBECount) {
2813       if (MaxBECount == CouldNotCompute)
2814         MaxBECount = NewBTI.Max;
2815       else
2816         MaxBECount = getUMaxFromMismatchedTypes(MaxBECount, NewBTI.Max);
2817     }
2818   }
2819
2820   return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
2821 }
2822
2823 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExit - Compute the number of times the backedge
2824 /// of the specified loop will execute if it exits via the specified block.
2825 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
2826 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExit(const Loop *L,
2827                                                    BasicBlock *ExitingBlock) {
2828
2829   // Okay, we've chosen an exiting block.  See what condition causes us to
2830   // exit at this block.
2831   //
2832   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
2833   BranchInst *ExitBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
2834   if (ExitBr == 0) return CouldNotCompute;
2835   assert(ExitBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
2836   
2837   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
2838   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
2839   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
2840   // not be equal to the trip count of the loop.
2841   //
2842   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
2843   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
2844   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
2845   // loop header.  This is common for un-rotated loops.
2846   //
2847   // If both of those tests fail, walk up the unique predecessor chain to the
2848   // header, stopping if there is an edge that doesn't exit the loop. If the
2849   // header is reached, the execution count of the branch will be equal to the
2850   // trip count of the loop.
2851   //
2852   //  More extensive analysis could be done to handle more cases here.
2853   //
2854   if (ExitBr->getSuccessor(0) != L->getHeader() &&
2855       ExitBr->getSuccessor(1) != L->getHeader() &&
2856       ExitBr->getParent() != L->getHeader()) {
2857     // The simple checks failed, try climbing the unique predecessor chain
2858     // up to the header.
2859     bool Ok = false;
2860     for (BasicBlock *BB = ExitBr->getParent(); BB; ) {
2861       BasicBlock *Pred = BB->getUniquePredecessor();
2862       if (!Pred)
2863         return CouldNotCompute;
2864       TerminatorInst *PredTerm = Pred->getTerminator();
2865       for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
2866         BasicBlock *PredSucc = PredTerm->getSuccessor(i);
2867         if (PredSucc == BB)
2868           continue;
2869         // If the predecessor has a successor that isn't BB and isn't
2870         // outside the loop, assume the worst.
2871         if (L->contains(PredSucc))
2872           return CouldNotCompute;
2873       }
2874       if (Pred == L->getHeader()) {
2875         Ok = true;
2876         break;
2877       }
2878       BB = Pred;
2879     }
2880     if (!Ok)
2881       return CouldNotCompute;
2882   }
2883
2884   // Procede to the next level to examine the exit condition expression.
2885   return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, ExitBr->getCondition(),
2886                                                ExitBr->getSuccessor(0),
2887                                                ExitBr->getSuccessor(1));
2888 }
2889
2890 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond - Compute the number of times the
2891 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
2892 /// were a conditional branch of ExitCond, TBB, and FBB.
2893 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
2894 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(const Loop *L,
2895                                                        Value *ExitCond,
2896                                                        BasicBlock *TBB,
2897                                                        BasicBlock *FBB) {
2898   // Check if the controlling expression for this loop is an and or or. In
2899   // such cases, an exact backedge-taken count may be infeasible, but a
2900   // maximum count may still be feasible.
2901   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(ExitCond)) {
2902     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
2903       // Recurse on the operands of the and.
2904       BackedgeTakenInfo BTI0 =
2905         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
2906       BackedgeTakenInfo BTI1 =
2907         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
2908       const SCEV* BECount = CouldNotCompute;
2909       const SCEV* MaxBECount = CouldNotCompute;
2910       if (L->contains(TBB)) {
2911         // Both conditions must be true for the loop to continue executing.
2912         // Choose the less conservative count.
2913         if (BTI0.Exact == CouldNotCompute)
2914           BECount = BTI1.Exact;
2915         else if (BTI1.Exact == CouldNotCompute)
2916           BECount = BTI0.Exact;
2917         else
2918           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
2919         if (BTI0.Max == CouldNotCompute)
2920           MaxBECount = BTI1.Max;
2921         else if (BTI1.Max == CouldNotCompute)
2922           MaxBECount = BTI0.Max;
2923         else
2924           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
2925       } else {
2926         // Both conditions must be true for the loop to exit.
2927         assert(L->contains(FBB) && "Loop block has no successor in loop!");
2928         if (BTI0.Exact != CouldNotCompute && BTI1.Exact != CouldNotCompute)
2929           BECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
2930         if (BTI0.Max != CouldNotCompute && BTI1.Max != CouldNotCompute)
2931           MaxBECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
2932       }
2933
2934       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
2935     }
2936     if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
2937       // Recurse on the operands of the or.
2938       BackedgeTakenInfo BTI0 =
2939         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
2940       BackedgeTakenInfo BTI1 =
2941         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
2942       const SCEV* BECount = CouldNotCompute;
2943       const SCEV* MaxBECount = CouldNotCompute;
2944       if (L->contains(FBB)) {
2945         // Both conditions must be false for the loop to continue executing.
2946         // Choose the less conservative count.
2947         if (BTI0.Exact == CouldNotCompute)
2948           BECount = BTI1.Exact;
2949         else if (BTI1.Exact == CouldNotCompute)
2950           BECount = BTI0.Exact;
2951         else
2952           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
2953         if (BTI0.Max == CouldNotCompute)
2954           MaxBECount = BTI1.Max;
2955         else if (BTI1.Max == CouldNotCompute)
2956           MaxBECount = BTI0.Max;
2957         else
2958           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
2959       } else {
2960         // Both conditions must be false for the loop to exit.
2961         assert(L->contains(TBB) && "Loop block has no successor in loop!");
2962         if (BTI0.Exact != CouldNotCompute && BTI1.Exact != CouldNotCompute)
2963           BECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
2964         if (BTI0.Max != CouldNotCompute && BTI1.Max != CouldNotCompute)
2965           MaxBECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
2966       }
2967
2968       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
2969     }
2970   }
2971
2972   // With an icmp, it may be feasible to compute an exact backedge-taken count.
2973   // Procede to the next level to examine the icmp.
2974   if (ICmpInst *ExitCondICmp = dyn_cast<ICmpInst>(ExitCond))
2975     return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(L, ExitCondICmp, TBB, FBB);
2976
2977   // If it's not an integer or pointer comparison then compute it the hard way.
2978   return ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
2979 }
2980
2981 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp - Compute the number of times the
2982 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
2983 /// were a conditional branch of the ICmpInst ExitCond, TBB, and FBB.
2984 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
2985 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(const Loop *L,
2986                                                            ICmpInst *ExitCond,
2987                                                            BasicBlock *TBB,
2988                                                            BasicBlock *FBB) {
2989
2990   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
2991   ICmpInst::Predicate Cond;
2992   if (!L->contains(FBB))
2993     Cond = ExitCond->getPredicate();
2994   else
2995     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
2996
2997   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
2998   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
2999     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
3000       const SCEV* ItCnt =
3001         ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(LI, RHS, L, Cond);
3002       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(ItCnt)) {
3003         unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(ItCnt->getType());
3004         return BackedgeTakenInfo(ItCnt,
3005                                  isa<SCEVConstant>(ItCnt) ? ItCnt :
3006                                    getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth)-1));
3007       }
3008     }
3009
3010   const SCEV* LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
3011   const SCEV* RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
3012
3013   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
3014   LHS = getSCEVAtScope(LHS, L);
3015   RHS = getSCEVAtScope(RHS, L);
3016
3017   // At this point, we would like to compute how many iterations of the 
3018   // loop the predicate will return true for these inputs.
3019   if (LHS->isLoopInvariant(L) && !RHS->isLoopInvariant(L)) {
3020     // If there is a loop-invariant, force it into the RHS.
3021     std::swap(LHS, RHS);
3022     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
3023   }
3024
3025   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
3026   // ranges to answer this query.
3027   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
3028     if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
3029       if (AddRec->getLoop() == L) {
3030         // Form the constant range.
3031         ConstantRange CompRange(
3032             ICmpInst::makeConstantRange(Cond, RHSC->getValue()->getValue()));
3033
3034         const SCEV* Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, *this);
3035         if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
3036       }
3037
3038   switch (Cond) {
3039   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
3040     // Convert to: while (X-Y != 0)
3041     const SCEV* TC = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
3042     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
3043     break;
3044   }
3045   case ICmpInst::ICMP_EQ: {
3046     // Convert to: while (X-Y == 0)           // while (X == Y)
3047     const SCEV* TC = HowFarToNonZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
3048     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
3049     break;
3050   }
3051   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
3052     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, true);
3053     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3054     break;
3055   }
3056   case ICmpInst::ICMP_SGT: {
3057     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
3058                                              getNotSCEV(RHS), L, true);
3059     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3060     break;
3061   }
3062   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
3063     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, false);
3064     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3065     break;
3066   }
3067   case ICmpInst::ICMP_UGT: {
3068     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
3069                                              getNotSCEV(RHS), L, false);
3070     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3071     break;
3072   }
3073   default:
3074 #if 0
3075     errs() << "ComputeBackedgeTakenCount ";
3076     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
3077       errs() << "[unsigned] ";
3078     errs() << *LHS << "   "
3079          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp) 
3080          << "   " << *RHS << "\n";
3081 #endif
3082     break;
3083   }
3084   return
3085     ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
3086 }
3087
3088 static ConstantInt *
3089 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
3090                                 ScalarEvolution &SE) {
3091   const SCEV* InVal = SE.getConstant(C);
3092   const SCEV* Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
3093   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
3094          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
3095   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
3096 }
3097
3098 /// GetAddressedElementFromGlobal - Given a global variable with an initializer
3099 /// and a GEP expression (missing the pointer index) indexing into it, return
3100 /// the addressed element of the initializer or null if the index expression is
3101 /// invalid.
3102 static Constant *
3103 GetAddressedElementFromGlobal(GlobalVariable *GV,
3104                               const std::vector<ConstantInt*> &Indices) {
3105   Constant *Init = GV->getInitializer();
3106   for (unsigned i = 0, e = Indices.size(); i != e; ++i) {
3107     uint64_t Idx = Indices[i]->getZExtValue();
3108     if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Init)) {
3109       assert(Idx < CS->getNumOperands() && "Bad struct index!");
3110       Init = cast<Constant>(CS->getOperand(Idx));
3111     } else if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Init)) {
3112       if (Idx >= CA->getNumOperands()) return 0;  // Bogus program
3113       Init = cast<Constant>(CA->getOperand(Idx));
3114     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
3115       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
3116         assert(Idx < STy->getNumElements() && "Bad struct index!");
3117         Init = Constant::getNullValue(STy->getElementType(Idx));
3118       } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Init->getType())) {
3119         if (Idx >= ATy->getNumElements()) return 0;  // Bogus program
3120         Init = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
3121       } else {
3122         assert(0 && "Unknown constant aggregate type!");
3123       }
3124       return 0;
3125     } else {
3126       return 0; // Unknown initializer type
3127     }
3128   }
3129   return Init;
3130 }
3131
3132 /// ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount - Given an exit condition of
3133 /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the backedge
3134 /// execution count.
3135 const SCEV* ScalarEvolution::
3136 ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(LoadInst *LI, Constant *RHS,
3137                                              const Loop *L,
3138                                              ICmpInst::Predicate predicate) {
3139   if (LI->isVolatile()) return CouldNotCompute;
3140
3141   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
3142   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
3143   if (!GEP) return CouldNotCompute;
3144
3145   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
3146   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
3147   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
3148   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer() ||
3149       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
3150       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
3151     return CouldNotCompute;
3152
3153   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
3154   Value *VarIdx = 0;
3155   std::vector<ConstantInt*> Indexes;
3156   unsigned VarIdxNum = 0;
3157   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
3158     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
3159       Indexes.push_back(CI);
3160     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
3161       if (VarIdx) return CouldNotCompute;  // Multiple non-constant idx's.
3162       VarIdx = GEP->getOperand(i);
3163       VarIdxNum = i-2;
3164       Indexes.push_back(0);
3165     }
3166
3167   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
3168   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
3169   const SCEV* Idx = getSCEV(VarIdx);
3170   Idx = getSCEVAtScope(Idx, L);
3171
3172   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
3173   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
3174   const SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
3175   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || IdxExpr->isLoopInvariant(L) ||
3176       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
3177       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
3178     return CouldNotCompute;
3179
3180   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
3181   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
3182     ConstantInt *ItCst =
3183       ConstantInt::get(cast<IntegerType>(IdxExpr->getType()), IterationNum);
3184     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, *this);
3185
3186     // Form the GEP offset.
3187     Indexes[VarIdxNum] = Val;
3188
3189     Constant *Result = GetAddressedElementFromGlobal(GV, Indexes);
3190     if (Result == 0) break;  // Cannot compute!
3191
3192     // Evaluate the condition for this iteration.
3193     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
3194     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
3195     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
3196 #if 0
3197       errs() << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
3198              << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
3199              << "***\n";
3200 #endif
3201       ++NumArrayLenItCounts;
3202       return getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
3203     }
3204   }
3205   return CouldNotCompute;
3206 }
3207
3208
3209 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
3210 /// specified type, assuming that all operands were constants.
3211 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
3212   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
3213       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I))
3214     return true;
3215
3216   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
3217     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
3218       return canConstantFoldCallTo(F);
3219   return false;
3220 }
3221
3222 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
3223 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
3224 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
3225 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
3226 /// constraints, return null.
3227 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
3228   // If this is not an instruction, or if this is an instruction outside of the
3229   // loop, it can't be derived from a loop PHI.
3230   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
3231   if (I == 0 || !L->contains(I->getParent())) return 0;
3232
3233   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
3234     if (L->getHeader() == I->getParent())
3235       return PN;
3236     else
3237       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
3238       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
3239       return 0;
3240   }
3241
3242   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
3243   // are constants, return early.
3244   if (!CanConstantFold(I)) return 0;
3245
3246   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
3247   // constant or derived from a PHI node themselves.
3248   PHINode *PHI = 0;
3249   for (unsigned Op = 0, e = I->getNumOperands(); Op != e; ++Op)
3250     if (!(isa<Constant>(I->getOperand(Op)) ||
3251           isa<GlobalValue>(I->getOperand(Op)))) {
3252       PHINode *P = getConstantEvolvingPHI(I->getOperand(Op), L);
3253       if (P == 0) return 0;  // Not evolving from PHI
3254       if (PHI == 0)
3255         PHI = P;
3256       else if (PHI != P)
3257         return 0;  // Evolving from multiple different PHIs.
3258     }
3259
3260   // This is a expression evolving from a constant PHI!
3261   return PHI;
3262 }
3263
3264 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
3265 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
3266 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
3267 /// reason, return null.
3268 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, Constant *PHIVal) {
3269   if (isa<PHINode>(V)) return PHIVal;
3270   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
3271   if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V)) return GV;
3272   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
3273
3274   std::vector<Constant*> Operands;
3275   Operands.resize(I->getNumOperands());
3276
3277   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3278     Operands[i] = EvaluateExpression(I->getOperand(i), PHIVal);
3279     if (Operands[i] == 0) return 0;
3280   }
3281
3282   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
3283     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
3284                                            &Operands[0], Operands.size());
3285   else
3286     return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
3287                                     &Operands[0], Operands.size());
3288 }
3289
3290 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
3291 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
3292 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
3293 /// involving constants, fold it.
3294 Constant *ScalarEvolution::
3295 getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN, const APInt& BEs, const Loop *L){
3296   std::map<PHINode*, Constant*>::iterator I =
3297     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
3298   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
3299     return I->second;
3300
3301   if (BEs.ugt(APInt(BEs.getBitWidth(),MaxBruteForceIterations)))
3302     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = 0;  // Not going to evaluate it.
3303
3304   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
3305
3306   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
3307   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
3308   // second must be derived from the same PHI.
3309   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
3310   Constant *StartCST =
3311     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
3312   if (StartCST == 0)
3313     return RetVal = 0;  // Must be a constant.
3314
3315   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
3316   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
3317   if (PN2 != PN)
3318     return RetVal = 0;  // Not derived from same PHI.
3319
3320   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
3321   if (BEs.getActiveBits() >= 32)
3322     return RetVal = 0; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
3323
3324   unsigned NumIterations = BEs.getZExtValue(); // must be in range
3325   unsigned IterationNum = 0;
3326   for (Constant *PHIVal = StartCST; ; ++IterationNum) {
3327     if (IterationNum == NumIterations)
3328       return RetVal = PHIVal;  // Got exit value!
3329
3330     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
3331     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
3332     if (NextPHI == PHIVal)
3333       return RetVal = NextPHI;  // Stopped evolving!
3334     if (NextPHI == 0)
3335       return 0;        // Couldn't evaluate!
3336     PHIVal = NextPHI;
3337   }
3338 }
3339
3340 /// ComputeBackedgeTakenCountExhaustively - If the trip is known to execute a
3341 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
3342 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
3343 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
3344 /// evaluate the trip count of the loop, return CouldNotCompute.
3345 const SCEV* ScalarEvolution::
3346 ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(const Loop *L, Value *Cond, bool ExitWhen) {
3347   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
3348   if (PN == 0) return CouldNotCompute;
3349
3350   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
3351   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
3352   // second must be derived from the same PHI.
3353   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
3354   Constant *StartCST =
3355     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
3356   if (StartCST == 0) return CouldNotCompute;  // Must be a constant.
3357
3358   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
3359   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
3360   if (PN2 != PN) return CouldNotCompute;  // Not derived from same PHI.
3361
3362   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
3363   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
3364   // "ExitWhen".
3365   unsigned IterationNum = 0;
3366   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
3367   for (Constant *PHIVal = StartCST;
3368        IterationNum != MaxIterations; ++IterationNum) {
3369     ConstantInt *CondVal =
3370       dyn_cast_or_null<ConstantInt>(EvaluateExpression(Cond, PHIVal));
3371
3372     // Couldn't symbolically evaluate.
3373     if (!CondVal) return CouldNotCompute;
3374
3375     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
3376       ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = PHIVal;
3377       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
3378       return getConstant(Type::Int32Ty, IterationNum);
3379     }
3380
3381     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
3382     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
3383     if (NextPHI == 0 || NextPHI == PHIVal)
3384       return CouldNotCompute;   // Couldn't evaluate or not making progress...
3385     PHIVal = NextPHI;
3386   }
3387
3388   // Too many iterations were needed to evaluate.
3389   return CouldNotCompute;
3390 }
3391
3392 /// getSCEVAtScope - Return a SCEV expression handle for the specified value
3393 /// at the specified scope in the program.  The L value specifies a loop
3394 /// nest to evaluate the expression at, where null is the top-level or a
3395 /// specified loop is immediately inside of the loop.
3396 ///
3397 /// This method can be used to compute the exit value for a variable defined
3398 /// in a loop by querying what the value will hold in the parent loop.
3399 ///
3400 /// In the case that a relevant loop exit value cannot be computed, the
3401 /// original value V is returned.
3402 const SCEV* ScalarEvolution::getSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
3403   // FIXME: this should be turned into a virtual method on SCEV!
3404
3405   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
3406
3407   // If this instruction is evolved from a constant-evolving PHI, compute the
3408   // exit value from the loop without using SCEVs.
3409   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
3410     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
3411       const Loop *LI = (*this->LI)[I->getParent()];
3412       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
3413         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3414           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
3415             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
3416             // to see if the loop that contains it has a known backedge-taken
3417             // count.  If so, we may be able to force computation of the exit
3418             // value.
3419             const SCEV* BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(LI);
3420             if (const SCEVConstant *BTCC =
3421                   dyn_cast<SCEVConstant>(BackedgeTakenCount)) {
3422               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
3423               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
3424               // the specified iteration number.
3425               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
3426                                                    BTCC->getValue()->getValue(),
3427                                                                LI);
3428               if (RV) return getUnknown(RV);
3429             }
3430           }
3431
3432       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
3433       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
3434       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
3435       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
3436       if (CanConstantFold(I)) {
3437         // Check to see if we've folded this instruction at this loop before.
3438         std::map<const Loop *, Constant *> &Values = ValuesAtScopes[I];
3439         std::pair<std::map<const Loop *, Constant *>::iterator, bool> Pair =
3440           Values.insert(std::make_pair(L, static_cast<Constant *>(0)));
3441         if (!Pair.second)
3442           return Pair.first->second ? &*getUnknown(Pair.first->second) : V;
3443
3444         std::vector<Constant*> Operands;
3445         Operands.reserve(I->getNumOperands());
3446         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3447           Value *Op = I->getOperand(i);
3448           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
3449             Operands.push_back(C);
3450           } else {
3451             // If any of the operands is non-constant and if they are
3452             // non-integer and non-pointer, don't even try to analyze them
3453             // with scev techniques.
3454             if (!isSCEVable(Op->getType()))
3455               return V;
3456
3457             const SCEV* OpV = getSCEVAtScope(getSCEV(Op), L);
3458             if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OpV)) {
3459               Constant *C = SC->getValue();
3460               if (C->getType() != Op->getType())
3461                 C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
3462                                                                   Op->getType(),
3463                                                                   false),
3464                                           C, Op->getType());
3465               Operands.push_back(C);
3466             } else if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(OpV)) {
3467               if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(SU->getValue())) {
3468                 if (C->getType() != Op->getType())
3469                   C =
3470                     ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
3471                                                                   Op->getType(),
3472                                                                   false),
3473                                           C, Op->getType());
3474                 Operands.push_back(C);
3475               } else
3476                 return V;
3477             } else {
3478               return V;
3479             }
3480           }
3481         }
3482         
3483         Constant *C;
3484         if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
3485           C = ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
3486                                               &Operands[0], Operands.size());
3487         else
3488           C = ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
3489                                        &Operands[0], Operands.size());
3490         Pair.first->second = C;
3491         return getUnknown(C);
3492       }
3493     }
3494
3495     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
3496     return V;
3497   }
3498
3499   if (const SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
3500     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
3501     // expression has no loop-variant portions.
3502     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3503       const SCEV* OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
3504       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
3505         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
3506         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
3507         SmallVector<const SCEV*, 8> NewOps(Comm->op_begin(), Comm->op_begin()+i);
3508         NewOps.push_back(OpAtScope);
3509
3510         for (++i; i != e; ++i) {
3511           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
3512           NewOps.push_back(OpAtScope);
3513         }
3514         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
3515           return getAddExpr(NewOps);
3516         if (isa<SCEVMulExpr>(Comm))
3517           return getMulExpr(NewOps);
3518         if (isa<SCEVSMaxExpr>(Comm))
3519           return getSMaxExpr(NewOps);
3520         if (isa<SCEVUMaxExpr>(Comm))
3521           return getUMaxExpr(NewOps);
3522         assert(0 && "Unknown commutative SCEV type!");
3523       }
3524     }
3525     // If we got here, all operands are loop invariant.
3526     return Comm;
3527   }
3528
3529   if (const SCEVUDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(V)) {
3530     const SCEV* LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
3531     const SCEV* RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
3532     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
3533       return Div;   // must be loop invariant
3534     return getUDivExpr(LHS, RHS);
3535   }
3536
3537   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
3538   // are dealing with the final value computed by the loop.
3539   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
3540     if (!L || !AddRec->getLoop()->contains(L->getHeader())) {
3541       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
3542       // loop iterates.  Compute this now.
3543       const SCEV* BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
3544       if (BackedgeTakenCount == CouldNotCompute) return AddRec;
3545
3546       // Then, evaluate the AddRec.
3547       return AddRec->evaluateAtIteration(BackedgeTakenCount, *this);
3548     }
3549     return AddRec;
3550   }
3551
3552   if (const SCEVZeroExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(V)) {
3553     const SCEV* Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
3554     if (Op == Cast->getOperand())
3555       return Cast;  // must be loop invariant
3556     return getZeroExtendExpr(Op, Cast->getType());
3557   }
3558
3559   if (const SCEVSignExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(V)) {
3560     const SCEV* Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
3561     if (Op == Cast->getOperand())
3562       return Cast;  // must be loop invariant
3563     return getSignExtendExpr(Op, Cast->getType());
3564   }
3565
3566   if (const SCEVTruncateExpr *Cast = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(V)) {
3567     const SCEV* Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
3568     if (Op == Cast->getOperand())
3569       return Cast;  // must be loop invariant
3570     return getTruncateExpr(Op, Cast->getType());
3571   }
3572
3573   assert(0 && "Unknown SCEV type!");
3574   return 0;
3575 }
3576
3577 /// getSCEVAtScope - This is a convenience function which does
3578 /// getSCEVAtScope(getSCEV(V), L).
3579 const SCEV* ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) {
3580   return getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
3581 }
3582
3583 /// SolveLinEquationWithOverflow - Finds the minimum unsigned root of the
3584 /// following equation:
3585 ///
3586 ///     A * X = B (mod N)
3587 ///
3588 /// where N = 2^BW and BW is the common bit width of A and B. The signedness of
3589 /// A and B isn't important.
3590 ///
3591 /// If the equation does not have a solution, SCEVCouldNotCompute is returned.
3592 static const SCEV* SolveLinEquationWithOverflow(const APInt &A, const APInt &B,
3593                                                ScalarEvolution &SE) {
3594   uint32_t BW = A.getBitWidth();
3595   assert(BW == B.getBitWidth() && "Bit widths must be the same.");
3596   assert(A != 0 && "A must be non-zero.");
3597
3598   // 1. D = gcd(A, N)
3599   //
3600   // The gcd of A and N may have only one prime factor: 2. The number of
3601   // trailing zeros in A is its multiplicity
3602   uint32_t Mult2 = A.countTrailingZeros();
3603   // D = 2^Mult2
3604
3605   // 2. Check if B is divisible by D.
3606   //
3607   // B is divisible by D if and only if the multiplicity of prime factor 2 for B
3608   // is not less than multiplicity of this prime factor for D.
3609   if (B.countTrailingZeros() < Mult2)
3610     return SE.getCouldNotCompute();
3611
3612   // 3. Compute I: the multiplicative inverse of (A / D) in arithmetic
3613   // modulo (N / D).
3614   //
3615   // (N / D) may need BW+1 bits in its representation.  Hence, we'll use this
3616   // bit width during computations.
3617   APInt AD = A.lshr(Mult2).zext(BW + 1);  // AD = A / D
3618   APInt Mod(BW + 1, 0);
3619   Mod.set(BW - Mult2);  // Mod = N / D
3620   APInt I = AD.multiplicativeInverse(Mod);
3621
3622   // 4. Compute the minimum unsigned root of the equation:
3623   // I * (B / D) mod (N / D)
3624   APInt Result = (I * B.lshr(Mult2).zext(BW + 1)).urem(Mod);
3625
3626   // The result is guaranteed to be less than 2^BW so we may truncate it to BW
3627   // bits.
3628   return SE.getConstant(Result.trunc(BW));
3629 }
3630
3631 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
3632 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
3633 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
3634 ///
3635 static std::pair<const SCEV*,const SCEV*>
3636 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ScalarEvolution &SE) {
3637   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
3638   const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
3639   const SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
3640   const SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
3641
3642   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
3643   if (!LC || !MC || !NC) {
3644     const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
3645     return std::make_pair(CNC, CNC);
3646   }
3647
3648   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
3649   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
3650   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
3651   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
3652   APInt Two(BitWidth, 2);
3653   APInt Four(BitWidth, 4);
3654
3655   { 
3656     using namespace APIntOps;
3657     const APInt& C = L;
3658     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
3659     // The B coefficient is M-N/2
3660     APInt B(M);
3661     B -= sdiv(N,Two);
3662
3663     // The A coefficient is N/2
3664     APInt A(N.sdiv(Two));
3665
3666     // Compute the B^2-4ac term.
3667     APInt SqrtTerm(B);
3668     SqrtTerm *= B;
3669     SqrtTerm -= Four * (A * C);
3670
3671     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
3672     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
3673     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
3674
3675     // Compute the two solutions for the quadratic formula. 
3676     // The divisions must be performed as signed divisions.
3677     APInt NegB(-B);
3678     APInt TwoA( A << 1 );
3679     if (TwoA.isMinValue()) {
3680       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
3681       return std::make_pair(CNC, CNC);
3682     }
3683
3684     ConstantInt *Solution1 = ConstantInt::get((NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
3685     ConstantInt *Solution2 = ConstantInt::get((NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
3686
3687     return std::make_pair(SE.getConstant(Solution1), 
3688                           SE.getConstant(Solution2));
3689     } // end APIntOps namespace
3690 }
3691
3692 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
3693 /// value to zero will execute.  If not computable, return CouldNotCompute.
3694 const SCEV* ScalarEvolution::HowFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
3695   // If the value is a constant
3696   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
3697     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
3698     if (C->getValue()->isZero()) return C;
3699     return CouldNotCompute;  // Otherwise it will loop infinitely.
3700   }
3701
3702   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
3703   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
3704     return CouldNotCompute;
3705
3706   if (AddRec->isAffine()) {
3707     // If this is an affine expression, the execution count of this branch is
3708     // the minimum unsigned root of the following equation:
3709     //
3710     //     Start + Step*N = 0 (mod 2^BW)
3711     //
3712     // equivalent to:
3713     //
3714     //             Step*N = -Start (mod 2^BW)
3715     //
3716     // where BW is the common bit width of Start and Step.
3717
3718     // Get the initial value for the loop.
3719     const SCEV* Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(), L->getParentLoop());
3720     const SCEV* Step = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(1), L->getParentLoop());
3721
3722     if (const SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step)) {
3723       // For now we handle only constant steps.
3724
3725       // First, handle unitary steps.
3726       if (StepC->getValue()->equalsInt(1))      // 1*N = -Start (mod 2^BW), so:
3727         return getNegativeSCEV(Start);       //   N = -Start (as unsigned)
3728       if (StepC->getValue()->isAllOnesValue())  // -1*N = -Start (mod 2^BW), so:
3729         return Start;                           //    N = Start (as unsigned)
3730
3731       // Then, try to solve the above equation provided that Start is constant.
3732       if (const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start))
3733         return SolveLinEquationWithOverflow(StepC->getValue()->getValue(),
3734                                             -StartC->getValue()->getValue(),
3735                                             *this);
3736     }
3737   } else if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isInteger()) {
3738     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
3739     // the quadratic equation to solve it.
3740     std::pair<const SCEV*,const SCEV*> Roots = SolveQuadraticEquation(AddRec,
3741                                                                     *this);
3742     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
3743     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
3744     if (R1) {
3745 #if 0
3746       errs() << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
3747              << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
3748 #endif
3749       // Pick the smallest positive root value.
3750       if (ConstantInt *CB =
3751           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT, 
3752                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
3753         if (CB->getZExtValue() == false)
3754           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
3755
3756         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
3757         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
3758         // should not accept a root of 2.
3759         const SCEV* Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1, *this);
3760         if (Val->isZero())
3761           return R1;  // We found a quadratic root!
3762       }
3763     }
3764   }
3765
3766   return CouldNotCompute;
3767 }
3768
3769 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
3770 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
3771 /// CouldNotCompute
3772 const SCEV* ScalarEvolution::HowFarToNonZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
3773   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
3774   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
3775   // future as needed.
3776
3777   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
3778   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
3779   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
3780     if (!C->getValue()->isNullValue())
3781       return getIntegerSCEV(0, C->getType());
3782     return CouldNotCompute;  // Otherwise it will loop infinitely.
3783   }
3784
3785   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
3786   // this, and if they did, they would already be constant folded.
3787   return CouldNotCompute;
3788 }
3789
3790 /// getLoopPredecessor - If the given loop's header has exactly one unique
3791 /// predecessor outside the loop, return it. Otherwise return null.
3792 ///
3793 BasicBlock *ScalarEvolution::getLoopPredecessor(const Loop *L) {
3794   BasicBlock *Header = L->getHeader();
3795   BasicBlock *Pred = 0;
3796   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), E = pred_end(Header);
3797        PI != E; ++PI)
3798     if (!L->contains(*PI)) {
3799       if (Pred && Pred != *PI) return 0; // Multiple predecessors.
3800       Pred = *PI;
3801     }
3802   return Pred;
3803 }
3804
3805 /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
3806 /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
3807 /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
3808 /// found.
3809 ///
3810 BasicBlock *
3811 ScalarEvolution::getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB) {
3812   // If the block has a unique predecessor, then there is no path from the
3813   // predecessor to the block that does not go through the direct edge
3814   // from the predecessor to the block.
3815   if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor())
3816     return Pred;
3817
3818   // A loop's header is defined to be a block that dominates the loop.
3819   // If the header has a unique predecessor outside the loop, it must be
3820   // a block that has exactly one successor that can reach the loop.
3821   if (Loop *L = LI->getLoopFor(BB))
3822     return getLoopPredecessor(L);
3823
3824   return 0;
3825 }
3826
3827 /// HasSameValue - SCEV structural equivalence is usually sufficient for
3828 /// testing whether two expressions are equal, however for the purposes of
3829 /// looking for a condition guarding a loop, it can be useful to be a little
3830 /// more general, since a front-end may have replicated the controlling
3831 /// expression.
3832 ///
3833 static bool HasSameValue(const SCEV* A, const SCEV* B) {
3834   // Quick check to see if they are the same SCEV.
3835   if (A == B) return true;
3836
3837   // Otherwise, if they're both SCEVUnknown, it's possible that they hold
3838   // two different instructions with the same value. Check for this case.
3839   if (const SCEVUnknown *AU = dyn_cast<SCEVUnknown>(A))
3840     if (const SCEVUnknown *BU = dyn_cast<SCEVUnknown>(B))
3841       if (const Instruction *AI = dyn_cast<Instruction>(AU->getValue()))
3842         if (const Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(BU->getValue()))
3843           if (AI->isIdenticalTo(BI))
3844             return true;
3845
3846   // Otherwise assume they may have a different value.
3847   return false;
3848 }
3849
3850 /// isLoopGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected by
3851 /// a conditional between LHS and RHS.  This is used to help avoid max
3852 /// expressions in loop trip counts.
3853 bool ScalarEvolution::isLoopGuardedByCond(const Loop *L,
3854                                           ICmpInst::Predicate Pred,
3855                                           const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
3856   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
3857   // (interprocedural conditions notwithstanding).
3858   if (!L) return false;
3859
3860   BasicBlock *Predecessor = getLoopPredecessor(L);
3861   BasicBlock *PredecessorDest = L->getHeader();
3862
3863   // Starting at the loop predecessor, climb up the predecessor chain, as long
3864   // as there are predecessors that can be found that have unique successors
3865   // leading to the original header.
3866   for (; Predecessor;
3867        PredecessorDest = Predecessor,
3868        Predecessor = getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(Predecessor)) {
3869
3870     BranchInst *LoopEntryPredicate =
3871       dyn_cast<BranchInst>(Predecessor->getTerminator());
3872     if (!LoopEntryPredicate ||
3873         LoopEntryPredicate->isUnconditional())
3874       continue;
3875
3876     ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(LoopEntryPredicate->getCondition());
3877     if (!ICI) continue;
3878
3879     // Now that we found a conditional branch that dominates the loop, check to
3880     // see if it is the comparison we are looking for.
3881     Value *PreCondLHS = ICI->getOperand(0);
3882     Value *PreCondRHS = ICI->getOperand(1);
3883     ICmpInst::Predicate Cond;
3884     if (LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) == PredecessorDest)
3885       Cond = ICI->getPredicate();
3886     else
3887       Cond = ICI->getInversePredicate();
3888
3889     if (Cond == Pred)
3890       ; // An exact match.
3891     else if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(Cond) && Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
3892       ; // The actual condition is beyond sufficient.
3893     else
3894       // Check a few special cases.
3895       switch (Cond) {
3896       case ICmpInst::ICMP_UGT:
3897         if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT) {
3898           std::swap(PreCondLHS, PreCondRHS);
3899           Cond = ICmpInst::ICMP_ULT;
3900           break;
3901         }
3902         continue;
3903       case ICmpInst::ICMP_SGT:
3904         if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT) {
3905           std::swap(PreCondLHS, PreCondRHS);
3906           Cond = ICmpInst::ICMP_SLT;
3907           break;
3908         }
3909         continue;
3910       case ICmpInst::ICMP_NE:
3911         // Expressions like (x >u 0) are often canonicalized to (x != 0),
3912         // so check for this case by checking if the NE is comparing against
3913         // a minimum or maximum constant.
3914         if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
3915           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(PreCondRHS)) {
3916             const APInt &A = CI->getValue();
3917             switch (Pred) {
3918             case ICmpInst::ICMP_SLT:
3919               if (A.isMaxSignedValue()) break;
3920               continue;
3921             case ICmpInst::ICMP_SGT:
3922               if (A.isMinSignedValue()) break;
3923               continue;
3924             case ICmpInst::ICMP_ULT:
3925               if (A.isMaxValue()) break;
3926               continue;
3927             case ICmpInst::ICMP_UGT:
3928               if (A.isMinValue()) break;
3929               continue;
3930             default:
3931               continue;
3932             }
3933             Cond = ICmpInst::ICMP_NE;
3934             // NE is symmetric but the original comparison may not be. Swap
3935             // the operands if necessary so that they match below.
3936             if (isa<SCEVConstant>(LHS))
3937               std::swap(PreCondLHS, PreCondRHS);
3938             break;
3939           }
3940         continue;
3941       default:
3942         // We weren't able to reconcile the condition.
3943         continue;
3944       }
3945
3946     if (!PreCondLHS->getType()->isInteger()) continue;
3947
3948     const SCEV* PreCondLHSSCEV = getSCEV(PreCondLHS);
3949     const SCEV* PreCondRHSSCEV = getSCEV(PreCondRHS);
3950     if ((HasSameValue(LHS, PreCondLHSSCEV) &&
3951          HasSameValue(RHS, PreCondRHSSCEV)) ||
3952         (HasSameValue(LHS, getNotSCEV(PreCondRHSSCEV)) &&
3953          HasSameValue(RHS, getNotSCEV(PreCondLHSSCEV))))
3954       return true;
3955   }
3956
3957   return false;
3958 }
3959
3960 /// getBECount - Subtract the end and start values and divide by the step,
3961 /// rounding up, to get the number of times the backedge is executed. Return
3962 /// CouldNotCompute if an intermediate computation overflows.
3963 const SCEV* ScalarEvolution::getBECount(const SCEV* Start,
3964                                        const SCEV* End,
3965                                        const SCEV* Step) {
3966   const Type *Ty = Start->getType();
3967   const SCEV* NegOne = getIntegerSCEV(-1, Ty);
3968   const SCEV* Diff = getMinusSCEV(End, Start);
3969   const SCEV* RoundUp = getAddExpr(Step, NegOne);
3970
3971   // Add an adjustment to the difference between End and Start so that
3972   // the division will effectively round up.
3973   const SCEV* Add = getAddExpr(Diff, RoundUp);
3974
3975   // Check Add for unsigned overflow.
3976   // TODO: More sophisticated things could be done here.
3977   const Type *WideTy = IntegerType::get(getTypeSizeInBits(Ty) + 1);
3978   const SCEV* OperandExtendedAdd =
3979     getAddExpr(getZeroExtendExpr(Diff, WideTy),
3980                getZeroExtendExpr(RoundUp, WideTy));
3981   if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) != OperandExtendedAdd)
3982     return CouldNotCompute;
3983
3984   return getUDivExpr(Add, Step);
3985 }
3986
3987 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
3988 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
3989 /// CouldNotCompute.
3990 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo ScalarEvolution::
3991 HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
3992                  const Loop *L, bool isSigned) {
3993   // Only handle:  "ADDREC < LoopInvariant".
3994   if (!RHS->isLoopInvariant(L)) return CouldNotCompute;
3995
3996   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
3997   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
3998     return CouldNotCompute;
3999
4000   if (AddRec->isAffine()) {
4001     // FORNOW: We only support unit strides.
4002     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AddRec->getType());
4003     const SCEV* Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
4004
4005     // TODO: handle non-constant strides.
4006     const SCEVConstant *CStep = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
4007     if (!CStep || CStep->isZero())
4008       return CouldNotCompute;
4009     if (CStep->isOne()) {
4010       // With unit stride, the iteration never steps past the limit value.
4011     } else if (CStep->getValue()->getValue().isStrictlyPositive()) {
4012       if (const SCEVConstant *CLimit = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
4013         // Test whether a positive iteration iteration can step past the limit
4014         // value and past the maximum value for its type in a single step.
4015         if (isSigned) {
4016           APInt Max = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
4017           if ((Max - CStep->getValue()->getValue())
4018                 .slt(CLimit->getValue()->getValue()))
4019             return CouldNotCompute;
4020         } else {
4021           APInt Max = APInt::getMaxValue(BitWidth);
4022           if ((Max - CStep->getValue()->getValue())
4023                 .ult(CLimit->getValue()->getValue()))
4024             return CouldNotCompute;
4025         }
4026       } else
4027         // TODO: handle non-constant limit values below.
4028         return CouldNotCompute;
4029     } else
4030       // TODO: handle negative strides below.
4031       return CouldNotCompute;
4032
4033     // We know the LHS is of the form {n,+,s} and the RHS is some loop-invariant
4034     // m.  So, we count the number of iterations in which {n,+,s} < m is true.
4035     // Note that we cannot simply return max(m-n,0)/s because it's not safe to
4036     // treat m-n as signed nor unsigned due to overflow possibility.
4037
4038     // First, we get the value of the LHS in the first iteration: n
4039     const SCEV* Start = AddRec->getOperand(0);
4040
4041     // Determine the minimum constant start value.
4042     const SCEV* MinStart = isa<SCEVConstant>(Start) ? Start :
4043       getConstant(isSigned ? APInt::getSignedMinValue(BitWidth) :
4044                              APInt::getMinValue(BitWidth));
4045
4046     // If we know that the condition is true in order to enter the loop,
4047     // then we know that it will run exactly (m-n)/s times. Otherwise, we
4048     // only know that it will execute (max(m,n)-n)/s times. In both cases,
4049     // the division must round up.
4050     const SCEV* End = RHS;
4051     if (!isLoopGuardedByCond(L,
4052                              isSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_ULT,
4053                              getMinusSCEV(Start, Step), RHS))
4054       End = isSigned ? getSMaxExpr(RHS, Start)
4055                      : getUMaxExpr(RHS, Start);
4056
4057     // Determine the maximum constant end value.
4058     const SCEV* MaxEnd =
4059       isa<SCEVConstant>(End) ? End :
4060       getConstant(isSigned ? APInt::getSignedMaxValue(BitWidth)
4061                                .ashr(GetMinSignBits(End) - 1) :
4062                              APInt::getMaxValue(BitWidth)
4063                                .lshr(GetMinLeadingZeros(End)));
4064
4065     // Finally, we subtract these two values and divide, rounding up, to get
4066     // the number of times the backedge is executed.
4067     const SCEV* BECount = getBECount(Start, End, Step);
4068
4069     // The maximum backedge count is similar, except using the minimum start
4070     // value and the maximum end value.
4071     const SCEV* MaxBECount = getBECount(MinStart, MaxEnd, Step);;
4072
4073     return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
4074   }
4075
4076   return CouldNotCompute;
4077 }
4078
4079 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
4080 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
4081 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
4082 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
4083 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
4084 const SCEV* SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
4085                                                    ScalarEvolution &SE) const {
4086   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
4087     return SE.getCouldNotCompute();
4088
4089   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
4090   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
4091     if (!SC->getValue()->isZero()) {
4092       SmallVector<const SCEV*, 4> Operands(op_begin(), op_end());
4093       Operands[0] = SE.getIntegerSCEV(0, SC->getType());
4094       const SCEV* Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop());
4095       if (const SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec =
4096             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
4097         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
4098                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
4099       // This is strange and shouldn't happen.
4100       return SE.getCouldNotCompute();
4101     }
4102
4103   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
4104   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
4105   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
4106     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
4107       return SE.getCouldNotCompute();
4108
4109
4110   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
4111   // that the start element is zero.
4112
4113   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
4114   // iteration exits.
4115   unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(getType());
4116   if (!Range.contains(APInt(BitWidth, 0)))
4117     return SE.getIntegerSCEV(0, getType());
4118
4119   if (isAffine()) {
4120     // If this is an affine expression then we have this situation:
4121     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
4122
4123     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
4124     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
4125     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
4126     // value.  Also note that we already checked for a full range.
4127     APInt One(BitWidth,1);
4128     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
4129     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
4130
4131     // The exit value should be (End+A)/A.
4132     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
4133     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(ExitVal);
4134
4135     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
4136     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
4137     // things must have happened.
4138     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
4139     if (Range.contains(Val->getValue()))
4140       return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
4141
4142     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
4143     assert(Range.contains(
4144            EvaluateConstantChrecAtConstant(this, 
4145            ConstantInt::get(ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
4146            "Linear scev computation is off in a bad way!");
4147     return SE.getConstant(ExitValue);
4148   } else if (isQuadratic()) {
4149     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
4150     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
4151     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
4152     // Range.getUpper() is crossed.
4153     SmallVector<const SCEV*, 4> NewOps(op_begin(), op_end());
4154     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
4155     const SCEV* NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop());
4156
4157     // Next, solve the constructed addrec
4158     std::pair<const SCEV*,const SCEV*> Roots =
4159       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
4160     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
4161     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
4162     if (R1) {
4163       // Pick the smallest positive root value.
4164       if (ConstantInt *CB =
4165           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT, 
4166                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
4167         if (CB->getZExtValue() == false)
4168           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
4169
4170         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
4171         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
4172         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
4173         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
4174                                                              R1->getValue(),
4175                                                              SE);
4176         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
4177           // The next iteration must be out of the range...
4178           ConstantInt *NextVal = ConstantInt::get(R1->getValue()->getValue()+1);
4179
4180           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
4181           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
4182             return SE.getConstant(NextVal);
4183           return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
4184         }
4185
4186         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
4187         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
4188         ConstantInt *NextVal = ConstantInt::get(R1->getValue()->getValue()-1);
4189         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
4190         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
4191           return R1;
4192         return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
4193       }
4194     }
4195   }
4196
4197   return SE.getCouldNotCompute();
4198 }
4199
4200
4201
4202 //===----------------------------------------------------------------------===//
4203 //                   SCEVCallbackVH Class Implementation
4204 //===----------------------------------------------------------------------===//
4205
4206 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::deleted() {
4207   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a non-null ScalarEvolution!");
4208   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(getValPtr()))
4209     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4210   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValPtr()))
4211     SE->ValuesAtScopes.erase(I);
4212   SE->Scalars.erase(getValPtr());
4213   // this now dangles!
4214 }
4215
4216 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::allUsesReplacedWith(Value *) {
4217   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a non-null ScalarEvolution!");
4218
4219   // Forget all the expressions associated with users of the old value,
4220   // so that future queries will recompute the expressions using the new
4221   // value.
4222   SmallVector<User *, 16> Worklist;
4223   Value *Old = getValPtr();
4224   bool DeleteOld = false;
4225   for (Value::use_iterator UI = Old->use_begin(), UE = Old->use_end();
4226        UI != UE; ++UI)
4227     Worklist.push_back(*UI);
4228   while (!Worklist.empty()) {
4229     User *U = Worklist.pop_back_val();
4230     // Deleting the Old value will cause this to dangle. Postpone
4231     // that until everything else is done.
4232     if (U == Old) {
4233       DeleteOld = true;
4234       continue;
4235     }
4236     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U))
4237       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4238     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U))
4239       SE->ValuesAtScopes.erase(I);
4240     if (SE->Scalars.erase(U))
4241       for (Value::use_iterator UI = U->use_begin(), UE = U->use_end();
4242            UI != UE; ++UI)
4243         Worklist.push_back(*UI);
4244   }
4245   if (DeleteOld) {
4246     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Old))
4247       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4248     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Old))
4249       SE->ValuesAtScopes.erase(I);
4250     SE->Scalars.erase(Old);
4251     // this now dangles!
4252   }
4253   // this may dangle!
4254 }
4255
4256 ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *se)
4257   : CallbackVH(V), SE(se) {}
4258
4259 //===----------------------------------------------------------------------===//
4260 //                   ScalarEvolution Class Implementation
4261 //===----------------------------------------------------------------------===//
4262
4263 ScalarEvolution::ScalarEvolution()
4264   : FunctionPass(&ID), CouldNotCompute(new SCEVCouldNotCompute(0)) {
4265 }
4266
4267 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
4268   this->F = &F;
4269   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
4270   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
4271   return false;
4272 }
4273
4274 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
4275   Scalars.clear();
4276   BackedgeTakenCounts.clear();
4277   ConstantEvolutionLoopExitValue.clear();
4278   ValuesAtScopes.clear();
4279   
4280   for (std::map<ConstantInt*, SCEVConstant*>::iterator
4281        I = SCEVConstants.begin(), E = SCEVConstants.end(); I != E; ++I)
4282     delete I->second;
4283   for (std::map<std::pair<const SCEV*, const Type*>,
4284        SCEVTruncateExpr*>::iterator I = SCEVTruncates.begin(),
4285        E = SCEVTruncates.end(); I != E; ++I)
4286     delete I->second;
4287   for (std::map<std::pair<const SCEV*, const Type*>,
4288        SCEVZeroExtendExpr*>::iterator I = SCEVZeroExtends.begin(),
4289        E = SCEVZeroExtends.end(); I != E; ++I)
4290     delete I->second;
4291   for (std::map<std::pair<unsigned, std::vector<const SCEV*> >,
4292        SCEVCommutativeExpr*>::iterator I = SCEVCommExprs.begin(),
4293        E = SCEVCommExprs.end(); I != E; ++I)
4294     delete I->second;
4295   for (std::map<std::pair<const SCEV*, const SCEV*>, SCEVUDivExpr*>::iterator
4296        I = SCEVUDivs.begin(), E = SCEVUDivs.end(); I != E; ++I)
4297     delete I->second;
4298   for (std::map<std::pair<const SCEV*, const Type*>,
4299        SCEVSignExtendExpr*>::iterator I =  SCEVSignExtends.begin(),
4300        E = SCEVSignExtends.end(); I != E; ++I)
4301     delete I->second;
4302   for (std::map<std::pair<const Loop *, std::vector<const SCEV*> >,
4303        SCEVAddRecExpr*>::iterator I = SCEVAddRecExprs.begin(),
4304        E = SCEVAddRecExprs.end(); I != E; ++I)
4305     delete I->second;
4306   for (std::map<Value*, SCEVUnknown*>::iterator I = SCEVUnknowns.begin(),
4307        E = SCEVUnknowns.end(); I != E; ++I)
4308     delete I->second;
4309   
4310   SCEVConstants.clear();
4311   SCEVTruncates.clear();
4312   SCEVZeroExtends.clear();
4313   SCEVCommExprs.clear();
4314   SCEVUDivs.clear();
4315   SCEVSignExtends.clear();
4316   SCEVAddRecExprs.clear();
4317   SCEVUnknowns.clear();
4318 }
4319
4320 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
4321   AU.setPreservesAll();
4322   AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
4323 }
4324
4325 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
4326   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getBackedgeTakenCount(L));
4327 }
4328
4329 static void PrintLoopInfo(raw_ostream &OS, ScalarEvolution *SE,
4330                           const Loop *L) {
4331   // Print all inner loops first
4332   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
4333     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
4334
4335   OS << "Loop " << L->getHeader()->getName() << ": ";
4336
4337   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
4338   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
4339   if (ExitBlocks.size() != 1)
4340     OS << "<multiple exits> ";
4341
4342   if (SE->hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(L)) {
4343     OS << "backedge-taken count is " << *SE->getBackedgeTakenCount(L);
4344   } else {
4345     OS << "Unpredictable backedge-taken count. ";
4346   }
4347
4348   OS << "\n";
4349 }
4350
4351 void ScalarEvolution::print(raw_ostream &OS, const Module* ) const {
4352   // ScalarEvolution's implementaiton of the print method is to print
4353   // out SCEV values of all instructions that are interesting. Doing
4354   // this potentially causes it to create new SCEV objects though,
4355   // which technically conflicts with the const qualifier. This isn't
4356   // observable from outside the class though (the hasSCEV function
4357   // notwithstanding), so casting away the const isn't dangerous.
4358   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution*>(this);
4359
4360   OS << "Classifying expressions for: " << F->getName() << "\n";
4361   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
4362     if (isSCEVable(I->getType())) {
4363       OS << *I;
4364       OS << "  -->  ";
4365       const SCEV* SV = SE.getSCEV(&*I);
4366       SV->print(OS);
4367
4368       const Loop *L = LI->getLoopFor((*I).getParent());
4369
4370       const SCEV* AtUse = SE.getSCEVAtScope(SV, L);
4371       if (AtUse != SV) {
4372         OS << "  -->  ";
4373         AtUse->print(OS);
4374       }
4375
4376       if (L) {
4377         OS << "\t\t" "Exits: ";
4378         const SCEV* ExitValue = SE.getSCEVAtScope(SV, L->getParentLoop());
4379         if (!ExitValue->isLoopInvariant(L)) {
4380           OS << "<<Unknown>>";
4381         } else {
4382           OS << *ExitValue;
4383         }
4384       }
4385
4386       OS << "\n";
4387     }
4388
4389   OS << "Determining loop execution counts for: " << F->getName() << "\n";
4390   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
4391     PrintLoopInfo(OS, &SE, *I);
4392 }
4393
4394 void ScalarEvolution::print(std::ostream &o, const Module *M) const {
4395   raw_os_ostream OS(o);
4396   print(OS, M);
4397 }