Make getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB return the unique successor
[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. We only create one SCEV of a particular shape, so
18 // pointer-comparisons for equality are legal.
19 //
20 // One important aspect of the SCEV objects is that they are never cyclic, even
21 // if there is a cycle in the dataflow for an expression (ie, a PHI node).  If
22 // the PHI node is one of the idioms that we can represent (e.g., a polynomial
23 // recurrence) then we represent it directly as a recurrence node, otherwise we
24 // represent it as a SCEVUnknown node.
25 //
26 // In addition to being able to represent expressions of various types, we also
27 // have folders that are used to build the *canonical* representation for a
28 // particular expression.  These folders are capable of using a variety of
29 // rewrite rules to simplify the expressions.
30 //
31 // Once the folders are defined, we can implement the more interesting
32 // higher-level code, such as the code that recognizes PHI nodes of various
33 // types, computes the execution count of a loop, etc.
34 //
35 // TODO: We should use these routines and value representations to implement
36 // dependence analysis!
37 //
38 //===----------------------------------------------------------------------===//
39 //
40 // There are several good references for the techniques used in this analysis.
41 //
42 //  Chains of recurrences -- a method to expedite the evaluation
43 //  of closed-form functions
44 //  Olaf Bachmann, Paul S. Wang, Eugene V. Zima
45 //
46 //  On computational properties of chains of recurrences
47 //  Eugene V. Zima
48 //
49 //  Symbolic Evaluation of Chains of Recurrences for Loop Optimization
50 //  Robert A. van Engelen
51 //
52 //  Efficient Symbolic Analysis for Optimizing Compilers
53 //  Robert A. van Engelen
54 //
55 //  Using the chains of recurrences algebra for data dependence testing and
56 //  induction variable substitution
57 //  MS Thesis, Johnie Birch
58 //
59 //===----------------------------------------------------------------------===//
60
61 #define DEBUG_TYPE "scalar-evolution"
62 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
63 #include "llvm/Constants.h"
64 #include "llvm/DerivedTypes.h"
65 #include "llvm/GlobalVariable.h"
66 #include "llvm/GlobalAlias.h"
67 #include "llvm/Instructions.h"
68 #include "llvm/LLVMContext.h"
69 #include "llvm/Operator.h"
70 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
71 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
72 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
73 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
74 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
75 #include "llvm/Target/TargetData.h"
76 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
77 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
78 #include "llvm/Support/Debug.h"
79 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
80 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
81 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
82 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
83 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
84 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
85 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
86 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
87 #include <algorithm>
88 using namespace llvm;
89
90 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
91           "Number of trip counts computed with array length");
92 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
93           "Number of loops with predictable loop counts");
94 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
95           "Number of loops without predictable loop counts");
96 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
97           "Number of loops with trip counts computed by force");
98
99 static cl::opt<unsigned>
100 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
101                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
102                                  "symbolically execute a constant "
103                                  "derived loop"),
104                         cl::init(100));
105
106 static RegisterPass<ScalarEvolution>
107 R("scalar-evolution", "Scalar Evolution Analysis", false, true);
108 char ScalarEvolution::ID = 0;
109
110 //===----------------------------------------------------------------------===//
111 //                           SCEV class definitions
112 //===----------------------------------------------------------------------===//
113
114 //===----------------------------------------------------------------------===//
115 // Implementation of the SCEV class.
116 //
117
118 SCEV::~SCEV() {}
119
120 void SCEV::dump() const {
121   print(dbgs());
122   dbgs() << '\n';
123 }
124
125 bool SCEV::isZero() const {
126   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
127     return SC->getValue()->isZero();
128   return false;
129 }
130
131 bool SCEV::isOne() const {
132   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
133     return SC->getValue()->isOne();
134   return false;
135 }
136
137 bool SCEV::isAllOnesValue() const {
138   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
139     return SC->getValue()->isAllOnesValue();
140   return false;
141 }
142
143 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() :
144   SCEV(FoldingSetNodeIDRef(), scCouldNotCompute) {}
145
146 bool SCEVCouldNotCompute::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
147   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
148   return false;
149 }
150
151 const Type *SCEVCouldNotCompute::getType() const {
152   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
153   return 0;
154 }
155
156 bool SCEVCouldNotCompute::hasComputableLoopEvolution(const Loop *L) const {
157   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
158   return false;
159 }
160
161 bool SCEVCouldNotCompute::hasOperand(const SCEV *) const {
162   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
163   return false;
164 }
165
166 void SCEVCouldNotCompute::print(raw_ostream &OS) const {
167   OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
168 }
169
170 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
171   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
172 }
173
174 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(ConstantInt *V) {
175   FoldingSetNodeID ID;
176   ID.AddInteger(scConstant);
177   ID.AddPointer(V);
178   void *IP = 0;
179   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
180   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVConstant(ID.Intern(SCEVAllocator), V);
181   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
182   return S;
183 }
184
185 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(const APInt& Val) {
186   return getConstant(ConstantInt::get(getContext(), Val));
187 }
188
189 const SCEV *
190 ScalarEvolution::getConstant(const Type *Ty, uint64_t V, bool isSigned) {
191   return getConstant(
192     ConstantInt::get(cast<IntegerType>(Ty), V, isSigned));
193 }
194
195 const Type *SCEVConstant::getType() const { return V->getType(); }
196
197 void SCEVConstant::print(raw_ostream &OS) const {
198   WriteAsOperand(OS, V, false);
199 }
200
201 SCEVCastExpr::SCEVCastExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
202                            unsigned SCEVTy, const SCEV *op, const Type *ty)
203   : SCEV(ID, SCEVTy), Op(op), Ty(ty) {}
204
205 bool SCEVCastExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
206   return Op->dominates(BB, DT);
207 }
208
209 bool SCEVCastExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
210   return Op->properlyDominates(BB, DT);
211 }
212
213 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
214                                    const SCEV *op, const Type *ty)
215   : SCEVCastExpr(ID, scTruncate, op, ty) {
216   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
217          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
218          "Cannot truncate non-integer value!");
219 }
220
221 void SCEVTruncateExpr::print(raw_ostream &OS) const {
222   OS << "(trunc " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
223 }
224
225 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
226                                        const SCEV *op, const Type *ty)
227   : SCEVCastExpr(ID, scZeroExtend, op, ty) {
228   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
229          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
230          "Cannot zero extend non-integer value!");
231 }
232
233 void SCEVZeroExtendExpr::print(raw_ostream &OS) const {
234   OS << "(zext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
235 }
236
237 SCEVSignExtendExpr::SCEVSignExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
238                                        const SCEV *op, const Type *ty)
239   : SCEVCastExpr(ID, scSignExtend, op, ty) {
240   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
241          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
242          "Cannot sign extend non-integer value!");
243 }
244
245 void SCEVSignExtendExpr::print(raw_ostream &OS) const {
246   OS << "(sext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
247 }
248
249 void SCEVCommutativeExpr::print(raw_ostream &OS) const {
250   assert(NumOperands > 1 && "This plus expr shouldn't exist!");
251   const char *OpStr = getOperationStr();
252   OS << "(" << *Operands[0];
253   for (unsigned i = 1, e = NumOperands; i != e; ++i)
254     OS << OpStr << *Operands[i];
255   OS << ")";
256 }
257
258 bool SCEVNAryExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
259   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
260     if (!getOperand(i)->dominates(BB, DT))
261       return false;
262   }
263   return true;
264 }
265
266 bool SCEVNAryExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
267   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
268     if (!getOperand(i)->properlyDominates(BB, DT))
269       return false;
270   }
271   return true;
272 }
273
274 bool SCEVUDivExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
275   return LHS->dominates(BB, DT) && RHS->dominates(BB, DT);
276 }
277
278 bool SCEVUDivExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
279   return LHS->properlyDominates(BB, DT) && RHS->properlyDominates(BB, DT);
280 }
281
282 void SCEVUDivExpr::print(raw_ostream &OS) const {
283   OS << "(" << *LHS << " /u " << *RHS << ")";
284 }
285
286 const Type *SCEVUDivExpr::getType() const {
287   // In most cases the types of LHS and RHS will be the same, but in some
288   // crazy cases one or the other may be a pointer. ScalarEvolution doesn't
289   // depend on the type for correctness, but handling types carefully can
290   // avoid extra casts in the SCEVExpander. The LHS is more likely to be
291   // a pointer type than the RHS, so use the RHS' type here.
292   return RHS->getType();
293 }
294
295 bool SCEVAddRecExpr::isLoopInvariant(const Loop *QueryLoop) const {
296   // Add recurrences are never invariant in the function-body (null loop).
297   if (!QueryLoop)
298     return false;
299
300   // This recurrence is variant w.r.t. QueryLoop if QueryLoop contains L.
301   if (QueryLoop->contains(L))
302     return false;
303
304   // This recurrence is variant w.r.t. QueryLoop if any of its operands
305   // are variant.
306   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
307     if (!getOperand(i)->isLoopInvariant(QueryLoop))
308       return false;
309
310   // Otherwise it's loop-invariant.
311   return true;
312 }
313
314 bool
315 SCEVAddRecExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
316   return DT->dominates(L->getHeader(), BB) &&
317          SCEVNAryExpr::dominates(BB, DT);
318 }
319
320 bool
321 SCEVAddRecExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
322   // This uses a "dominates" query instead of "properly dominates" query because
323   // the instruction which produces the addrec's value is a PHI, and a PHI
324   // effectively properly dominates its entire containing block.
325   return DT->dominates(L->getHeader(), BB) &&
326          SCEVNAryExpr::properlyDominates(BB, DT);
327 }
328
329 void SCEVAddRecExpr::print(raw_ostream &OS) const {
330   OS << "{" << *Operands[0];
331   for (unsigned i = 1, e = NumOperands; i != e; ++i)
332     OS << ",+," << *Operands[i];
333   OS << "}<";
334   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
335   OS << ">";
336 }
337
338 bool SCEVUnknown::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
339   // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
340   // invariant if they are not contained in the specified loop.
341   // Instructions are never considered invariant in the function body
342   // (null loop) because they are defined within the "loop".
343   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
344     return L && !L->contains(I);
345   return true;
346 }
347
348 bool SCEVUnknown::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
349   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValue()))
350     return DT->dominates(I->getParent(), BB);
351   return true;
352 }
353
354 bool SCEVUnknown::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
355   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValue()))
356     return DT->properlyDominates(I->getParent(), BB);
357   return true;
358 }
359
360 const Type *SCEVUnknown::getType() const {
361   return V->getType();
362 }
363
364 bool SCEVUnknown::isSizeOf(const Type *&AllocTy) const {
365   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
366     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
367       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
368         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
369             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
370             CE->getNumOperands() == 2)
371           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(1)))
372             if (CI->isOne()) {
373               AllocTy = cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())
374                                  ->getElementType();
375               return true;
376             }
377
378   return false;
379 }
380
381 bool SCEVUnknown::isAlignOf(const Type *&AllocTy) const {
382   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
383     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
384       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
385         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
386             CE->getOperand(0)->isNullValue()) {
387           const Type *Ty =
388             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
389           if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty))
390             if (!STy->isPacked() &&
391                 CE->getNumOperands() == 3 &&
392                 CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
393               if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(2)))
394                 if (CI->isOne() &&
395                     STy->getNumElements() == 2 &&
396                     STy->getElementType(0)->isIntegerTy(1)) {
397                   AllocTy = STy->getElementType(1);
398                   return true;
399                 }
400             }
401         }
402
403   return false;
404 }
405
406 bool SCEVUnknown::isOffsetOf(const Type *&CTy, Constant *&FieldNo) const {
407   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
408     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
409       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
410         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
411             CE->getNumOperands() == 3 &&
412             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
413             CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
414           const Type *Ty =
415             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
416           // Ignore vector types here so that ScalarEvolutionExpander doesn't
417           // emit getelementptrs that index into vectors.
418           if (Ty->isStructTy() || Ty->isArrayTy()) {
419             CTy = Ty;
420             FieldNo = CE->getOperand(2);
421             return true;
422           }
423         }
424
425   return false;
426 }
427
428 void SCEVUnknown::print(raw_ostream &OS) const {
429   const Type *AllocTy;
430   if (isSizeOf(AllocTy)) {
431     OS << "sizeof(" << *AllocTy << ")";
432     return;
433   }
434   if (isAlignOf(AllocTy)) {
435     OS << "alignof(" << *AllocTy << ")";
436     return;
437   }
438
439   const Type *CTy;
440   Constant *FieldNo;
441   if (isOffsetOf(CTy, FieldNo)) {
442     OS << "offsetof(" << *CTy << ", ";
443     WriteAsOperand(OS, FieldNo, false);
444     OS << ")";
445     return;
446   }
447
448   // Otherwise just print it normally.
449   WriteAsOperand(OS, V, false);
450 }
451
452 //===----------------------------------------------------------------------===//
453 //                               SCEV Utilities
454 //===----------------------------------------------------------------------===//
455
456 static bool CompareTypes(const Type *A, const Type *B) {
457   if (A->getTypeID() != B->getTypeID())
458     return A->getTypeID() < B->getTypeID();
459   if (const IntegerType *AI = dyn_cast<IntegerType>(A)) {
460     const IntegerType *BI = cast<IntegerType>(B);
461     return AI->getBitWidth() < BI->getBitWidth();
462   }
463   if (const PointerType *AI = dyn_cast<PointerType>(A)) {
464     const PointerType *BI = cast<PointerType>(B);
465     return CompareTypes(AI->getElementType(), BI->getElementType());
466   }
467   if (const ArrayType *AI = dyn_cast<ArrayType>(A)) {
468     const ArrayType *BI = cast<ArrayType>(B);
469     if (AI->getNumElements() != BI->getNumElements())
470       return AI->getNumElements() < BI->getNumElements();
471     return CompareTypes(AI->getElementType(), BI->getElementType());
472   }
473   if (const VectorType *AI = dyn_cast<VectorType>(A)) {
474     const VectorType *BI = cast<VectorType>(B);
475     if (AI->getNumElements() != BI->getNumElements())
476       return AI->getNumElements() < BI->getNumElements();
477     return CompareTypes(AI->getElementType(), BI->getElementType());
478   }
479   if (const StructType *AI = dyn_cast<StructType>(A)) {
480     const StructType *BI = cast<StructType>(B);
481     if (AI->getNumElements() != BI->getNumElements())
482       return AI->getNumElements() < BI->getNumElements();
483     for (unsigned i = 0, e = AI->getNumElements(); i != e; ++i)
484       if (CompareTypes(AI->getElementType(i), BI->getElementType(i)) ||
485           CompareTypes(BI->getElementType(i), AI->getElementType(i)))
486         return CompareTypes(AI->getElementType(i), BI->getElementType(i));
487   }
488   return false;
489 }
490
491 namespace {
492   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
493   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
494   /// expressions.
495   class SCEVComplexityCompare {
496     LoopInfo *LI;
497   public:
498     explicit SCEVComplexityCompare(LoopInfo *li) : LI(li) {}
499
500     bool operator()(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
501       // Fast-path: SCEVs are uniqued so we can do a quick equality check.
502       if (LHS == RHS)
503         return false;
504
505       // Primarily, sort the SCEVs by their getSCEVType().
506       if (LHS->getSCEVType() != RHS->getSCEVType())
507         return LHS->getSCEVType() < RHS->getSCEVType();
508
509       // Aside from the getSCEVType() ordering, the particular ordering
510       // isn't very important except that it's beneficial to be consistent,
511       // so that (a + b) and (b + a) don't end up as different expressions.
512
513       // Sort SCEVUnknown values with some loose heuristics. TODO: This is
514       // not as complete as it could be.
515       if (const SCEVUnknown *LU = dyn_cast<SCEVUnknown>(LHS)) {
516         const SCEVUnknown *RU = cast<SCEVUnknown>(RHS);
517
518         // Order pointer values after integer values. This helps SCEVExpander
519         // form GEPs.
520         if (LU->getType()->isPointerTy() && !RU->getType()->isPointerTy())
521           return false;
522         if (RU->getType()->isPointerTy() && !LU->getType()->isPointerTy())
523           return true;
524
525         // Compare getValueID values.
526         if (LU->getValue()->getValueID() != RU->getValue()->getValueID())
527           return LU->getValue()->getValueID() < RU->getValue()->getValueID();
528
529         // Sort arguments by their position.
530         if (const Argument *LA = dyn_cast<Argument>(LU->getValue())) {
531           const Argument *RA = cast<Argument>(RU->getValue());
532           return LA->getArgNo() < RA->getArgNo();
533         }
534
535         // For instructions, compare their loop depth, and their opcode.
536         // This is pretty loose.
537         if (Instruction *LV = dyn_cast<Instruction>(LU->getValue())) {
538           Instruction *RV = cast<Instruction>(RU->getValue());
539
540           // Compare loop depths.
541           if (LI->getLoopDepth(LV->getParent()) !=
542               LI->getLoopDepth(RV->getParent()))
543             return LI->getLoopDepth(LV->getParent()) <
544                    LI->getLoopDepth(RV->getParent());
545
546           // Compare opcodes.
547           if (LV->getOpcode() != RV->getOpcode())
548             return LV->getOpcode() < RV->getOpcode();
549
550           // Compare the number of operands.
551           if (LV->getNumOperands() != RV->getNumOperands())
552             return LV->getNumOperands() < RV->getNumOperands();
553         }
554
555         return false;
556       }
557
558       // Compare constant values.
559       if (const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
560         const SCEVConstant *RC = cast<SCEVConstant>(RHS);
561         if (LC->getValue()->getBitWidth() != RC->getValue()->getBitWidth())
562           return LC->getValue()->getBitWidth() < RC->getValue()->getBitWidth();
563         return LC->getValue()->getValue().ult(RC->getValue()->getValue());
564       }
565
566       // Compare addrec loop depths.
567       if (const SCEVAddRecExpr *LA = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
568         const SCEVAddRecExpr *RA = cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
569         if (LA->getLoop()->getLoopDepth() != RA->getLoop()->getLoopDepth())
570           return LA->getLoop()->getLoopDepth() < RA->getLoop()->getLoopDepth();
571       }
572
573       // Lexicographically compare n-ary expressions.
574       if (const SCEVNAryExpr *LC = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(LHS)) {
575         const SCEVNAryExpr *RC = cast<SCEVNAryExpr>(RHS);
576         for (unsigned i = 0, e = LC->getNumOperands(); i != e; ++i) {
577           if (i >= RC->getNumOperands())
578             return false;
579           if (operator()(LC->getOperand(i), RC->getOperand(i)))
580             return true;
581           if (operator()(RC->getOperand(i), LC->getOperand(i)))
582             return false;
583         }
584         return LC->getNumOperands() < RC->getNumOperands();
585       }
586
587       // Lexicographically compare udiv expressions.
588       if (const SCEVUDivExpr *LC = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(LHS)) {
589         const SCEVUDivExpr *RC = cast<SCEVUDivExpr>(RHS);
590         if (operator()(LC->getLHS(), RC->getLHS()))
591           return true;
592         if (operator()(RC->getLHS(), LC->getLHS()))
593           return false;
594         if (operator()(LC->getRHS(), RC->getRHS()))
595           return true;
596         if (operator()(RC->getRHS(), LC->getRHS()))
597           return false;
598         return false;
599       }
600
601       // Compare cast expressions by operand.
602       if (const SCEVCastExpr *LC = dyn_cast<SCEVCastExpr>(LHS)) {
603         const SCEVCastExpr *RC = cast<SCEVCastExpr>(RHS);
604         return operator()(LC->getOperand(), RC->getOperand());
605       }
606
607       llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
608       return false;
609     }
610   };
611 }
612
613 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
614 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
615 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
616 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
617 ///
618 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get deterministic
619 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
620 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
621 /// land in memory.
622 ///
623 static void GroupByComplexity(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
624                               LoopInfo *LI) {
625   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
626   if (Ops.size() == 2) {
627     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
628     // Special case it.
629     if (SCEVComplexityCompare(LI)(Ops[1], Ops[0]))
630       std::swap(Ops[0], Ops[1]);
631     return;
632   }
633
634   // Do the rough sort by complexity.
635   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare(LI));
636
637   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
638   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
639   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
640   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
641   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
642     const SCEV *S = Ops[i];
643     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
644
645     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
646     // one, group them.
647     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
648       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
649         // Move it to immediately after i'th element.
650         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
651         ++i;   // no need to rescan it.
652         if (i == e-2) return;  // Done!
653       }
654     }
655   }
656 }
657
658
659
660 //===----------------------------------------------------------------------===//
661 //                      Simple SCEV method implementations
662 //===----------------------------------------------------------------------===//
663
664 /// BinomialCoefficient - Compute BC(It, K).  The result has width W.
665 /// Assume, K > 0.
666 static const SCEV *BinomialCoefficient(const SCEV *It, unsigned K,
667                                        ScalarEvolution &SE,
668                                        const Type* ResultTy) {
669   // Handle the simplest case efficiently.
670   if (K == 1)
671     return SE.getTruncateOrZeroExtend(It, ResultTy);
672
673   // We are using the following formula for BC(It, K):
674   //
675   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / K!
676   //
677   // Suppose, W is the bitwidth of the return value.  We must be prepared for
678   // overflow.  Hence, we must assure that the result of our computation is
679   // equal to the accurate one modulo 2^W.  Unfortunately, division isn't
680   // safe in modular arithmetic.
681   //
682   // However, this code doesn't use exactly that formula; the formula it uses
683   // is something like the following, where T is the number of factors of 2 in
684   // K! (i.e. trailing zeros in the binary representation of K!), and ^ is
685   // exponentiation:
686   //
687   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / 2^T / (K! / 2^T)
688   //
689   // This formula is trivially equivalent to the previous formula.  However,
690   // this formula can be implemented much more efficiently.  The trick is that
691   // K! / 2^T is odd, and exact division by an odd number *is* safe in modular
692   // arithmetic.  To do exact division in modular arithmetic, all we have
693   // to do is multiply by the inverse.  Therefore, this step can be done at
694   // width W.
695   //
696   // The next issue is how to safely do the division by 2^T.  The way this
697   // is done is by doing the multiplication step at a width of at least W + T
698   // bits.  This way, the bottom W+T bits of the product are accurate. Then,
699   // when we perform the division by 2^T (which is equivalent to a right shift
700   // by T), the bottom W bits are accurate.  Extra bits are okay; they'll get
701   // truncated out after the division by 2^T.
702   //
703   // In comparison to just directly using the first formula, this technique
704   // is much more efficient; using the first formula requires W * K bits,
705   // but this formula less than W + K bits. Also, the first formula requires
706   // a division step, whereas this formula only requires multiplies and shifts.
707   //
708   // It doesn't matter whether the subtraction step is done in the calculation
709   // width or the input iteration count's width; if the subtraction overflows,
710   // the result must be zero anyway.  We prefer here to do it in the width of
711   // the induction variable because it helps a lot for certain cases; CodeGen
712   // isn't smart enough to ignore the overflow, which leads to much less
713   // efficient code if the width of the subtraction is wider than the native
714   // register width.
715   //
716   // (It's possible to not widen at all by pulling out factors of 2 before
717   // the multiplication; for example, K=2 can be calculated as
718   // It/2*(It+(It*INT_MIN/INT_MIN)+-1). However, it requires
719   // extra arithmetic, so it's not an obvious win, and it gets
720   // much more complicated for K > 3.)
721
722   // Protection from insane SCEVs; this bound is conservative,
723   // but it probably doesn't matter.
724   if (K > 1000)
725     return SE.getCouldNotCompute();
726
727   unsigned W = SE.getTypeSizeInBits(ResultTy);
728
729   // Calculate K! / 2^T and T; we divide out the factors of two before
730   // multiplying for calculating K! / 2^T to avoid overflow.
731   // Other overflow doesn't matter because we only care about the bottom
732   // W bits of the result.
733   APInt OddFactorial(W, 1);
734   unsigned T = 1;
735   for (unsigned i = 3; i <= K; ++i) {
736     APInt Mult(W, i);
737     unsigned TwoFactors = Mult.countTrailingZeros();
738     T += TwoFactors;
739     Mult = Mult.lshr(TwoFactors);
740     OddFactorial *= Mult;
741   }
742
743   // We need at least W + T bits for the multiplication step
744   unsigned CalculationBits = W + T;
745
746   // Calculate 2^T, at width T+W.
747   APInt DivFactor = APInt(CalculationBits, 1).shl(T);
748
749   // Calculate the multiplicative inverse of K! / 2^T;
750   // this multiplication factor will perform the exact division by
751   // K! / 2^T.
752   APInt Mod = APInt::getSignedMinValue(W+1);
753   APInt MultiplyFactor = OddFactorial.zext(W+1);
754   MultiplyFactor = MultiplyFactor.multiplicativeInverse(Mod);
755   MultiplyFactor = MultiplyFactor.trunc(W);
756
757   // Calculate the product, at width T+W
758   const IntegerType *CalculationTy = IntegerType::get(SE.getContext(),
759                                                       CalculationBits);
760   const SCEV *Dividend = SE.getTruncateOrZeroExtend(It, CalculationTy);
761   for (unsigned i = 1; i != K; ++i) {
762     const SCEV *S = SE.getMinusSCEV(It, SE.getIntegerSCEV(i, It->getType()));
763     Dividend = SE.getMulExpr(Dividend,
764                              SE.getTruncateOrZeroExtend(S, CalculationTy));
765   }
766
767   // Divide by 2^T
768   const SCEV *DivResult = SE.getUDivExpr(Dividend, SE.getConstant(DivFactor));
769
770   // Truncate the result, and divide by K! / 2^T.
771
772   return SE.getMulExpr(SE.getConstant(MultiplyFactor),
773                        SE.getTruncateOrZeroExtend(DivResult, ResultTy));
774 }
775
776 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
777 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
778 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
779 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
780 ///
781 ///   A*BC(It, 0) + B*BC(It, 1) + C*BC(It, 2) + D*BC(It, 3)
782 ///
783 /// where BC(It, k) stands for binomial coefficient.
784 ///
785 const SCEV *SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(const SCEV *It,
786                                                 ScalarEvolution &SE) const {
787   const SCEV *Result = getStart();
788   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
789     // The computation is correct in the face of overflow provided that the
790     // multiplication is performed _after_ the evaluation of the binomial
791     // coefficient.
792     const SCEV *Coeff = BinomialCoefficient(It, i, SE, getType());
793     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Coeff))
794       return Coeff;
795
796     Result = SE.getAddExpr(Result, SE.getMulExpr(getOperand(i), Coeff));
797   }
798   return Result;
799 }
800
801 //===----------------------------------------------------------------------===//
802 //                    SCEV Expression folder implementations
803 //===----------------------------------------------------------------------===//
804
805 const SCEV *ScalarEvolution::getTruncateExpr(const SCEV *Op,
806                                              const Type *Ty) {
807   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) > getTypeSizeInBits(Ty) &&
808          "This is not a truncating conversion!");
809   assert(isSCEVable(Ty) &&
810          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
811   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
812
813   FoldingSetNodeID ID;
814   ID.AddInteger(scTruncate);
815   ID.AddPointer(Op);
816   ID.AddPointer(Ty);
817   void *IP = 0;
818   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
819
820   // Fold if the operand is constant.
821   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
822     return getConstant(
823       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(), Ty)));
824
825   // trunc(trunc(x)) --> trunc(x)
826   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op))
827     return getTruncateExpr(ST->getOperand(), Ty);
828
829   // trunc(sext(x)) --> sext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
830   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
831     return getTruncateOrSignExtend(SS->getOperand(), Ty);
832
833   // trunc(zext(x)) --> zext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
834   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
835     return getTruncateOrZeroExtend(SZ->getOperand(), Ty);
836
837   // If the input value is a chrec scev, truncate the chrec's operands.
838   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
839     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
840     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
841       Operands.push_back(getTruncateExpr(AddRec->getOperand(i), Ty));
842     return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop());
843   }
844
845   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
846   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
847   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
848   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVTruncateExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
849                                                  Op, Ty);
850   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
851   return S;
852 }
853
854 const SCEV *ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEV *Op,
855                                                const Type *Ty) {
856   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
857          "This is not an extending conversion!");
858   assert(isSCEVable(Ty) &&
859          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
860   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
861
862   // Fold if the operand is constant.
863   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op)) {
864     const Type *IntTy = getEffectiveSCEVType(Ty);
865     Constant *C = ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(), IntTy);
866     if (IntTy != Ty) C = ConstantExpr::getIntToPtr(C, Ty);
867     return getConstant(cast<ConstantInt>(C));
868   }
869
870   // zext(zext(x)) --> zext(x)
871   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
872     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
873
874   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
875   // computed a SCEV for this Op and Ty.
876   FoldingSetNodeID ID;
877   ID.AddInteger(scZeroExtend);
878   ID.AddPointer(Op);
879   ID.AddPointer(Ty);
880   void *IP = 0;
881   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
882
883   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
884   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
885   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
886   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
887   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
888     if (AR->isAffine()) {
889       const SCEV *Start = AR->getStart();
890       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
891       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
892       const Loop *L = AR->getLoop();
893
894       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
895       // we don't need to do any further analysis.
896       if (AR->hasNoUnsignedWrap())
897         return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
898                              getZeroExtendExpr(Step, Ty),
899                              L);
900
901       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
902       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
903       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
904       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
905       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
906       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
907       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
908       // that value once it has finished.
909       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
910       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
911         // Manually compute the final value for AR, checking for
912         // overflow.
913
914         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
915         // the addrec's type. The count is always unsigned.
916         const SCEV *CastedMaxBECount =
917           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
918         const SCEV *RecastedMaxBECount =
919           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
920         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
921           const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
922           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no unsigned overflow.
923           const SCEV *ZMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
924           const SCEV *Add = getAddExpr(Start, ZMul);
925           const SCEV *OperandExtendedAdd =
926             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
927                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
928                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
929           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
930             // Return the expression with the addrec on the outside.
931             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
932                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
933                                  L);
934
935           // Similar to above, only this time treat the step value as signed.
936           // This covers loops that count down.
937           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
938           Add = getAddExpr(Start, SMul);
939           OperandExtendedAdd =
940             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
941                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
942                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
943           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
944             // Return the expression with the addrec on the outside.
945             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
946                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
947                                  L);
948         }
949
950         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
951         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
952         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
953         // with the post-inc value, the addrec is safe.
954         if (isKnownPositive(Step)) {
955           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMinValue(BitWidth) -
956                                       getUnsignedRange(Step).getUnsignedMax());
957           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, AR, N) ||
958               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, Start, N) &&
959                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT,
960                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
961             // Return the expression with the addrec on the outside.
962             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
963                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
964                                  L);
965         } else if (isKnownNegative(Step)) {
966           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth) -
967                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
968           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, AR, N) &&
969               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, Start, N) ||
970                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT,
971                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
972             // Return the expression with the addrec on the outside.
973             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
974                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
975                                  L);
976         }
977       }
978     }
979
980   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
981   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
982   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
983   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVZeroExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
984                                                    Op, Ty);
985   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
986   return S;
987 }
988
989 const SCEV *ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEV *Op,
990                                                const Type *Ty) {
991   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
992          "This is not an extending conversion!");
993   assert(isSCEVable(Ty) &&
994          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
995   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
996
997   // Fold if the operand is constant.
998   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op)) {
999     const Type *IntTy = getEffectiveSCEVType(Ty);
1000     Constant *C = ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(), IntTy);
1001     if (IntTy != Ty) C = ConstantExpr::getIntToPtr(C, Ty);
1002     return getConstant(cast<ConstantInt>(C));
1003   }
1004
1005   // sext(sext(x)) --> sext(x)
1006   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
1007     return getSignExtendExpr(SS->getOperand(), Ty);
1008
1009   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
1010   // computed a SCEV for this Op and Ty.
1011   FoldingSetNodeID ID;
1012   ID.AddInteger(scSignExtend);
1013   ID.AddPointer(Op);
1014   ID.AddPointer(Ty);
1015   void *IP = 0;
1016   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1017
1018   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
1019   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
1020   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
1021   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
1022   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
1023     if (AR->isAffine()) {
1024       const SCEV *Start = AR->getStart();
1025       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
1026       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
1027       const Loop *L = AR->getLoop();
1028
1029       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
1030       // we don't need to do any further analysis.
1031       if (AR->hasNoSignedWrap())
1032         return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1033                              getSignExtendExpr(Step, Ty),
1034                              L);
1035
1036       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
1037       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
1038       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
1039       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
1040       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
1041       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
1042       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
1043       // that value once it has finished.
1044       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
1045       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
1046         // Manually compute the final value for AR, checking for
1047         // overflow.
1048
1049         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
1050         // the addrec's type. The count is always unsigned.
1051         const SCEV *CastedMaxBECount =
1052           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
1053         const SCEV *RecastedMaxBECount =
1054           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
1055         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
1056           const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
1057           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no signed overflow.
1058           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1059           const SCEV *Add = getAddExpr(Start, SMul);
1060           const SCEV *OperandExtendedAdd =
1061             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
1062                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1063                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
1064           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
1065             // Return the expression with the addrec on the outside.
1066             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1067                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1068                                  L);
1069
1070           // Similar to above, only this time treat the step value as unsigned.
1071           // This covers loops that count up with an unsigned step.
1072           const SCEV *UMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1073           Add = getAddExpr(Start, UMul);
1074           OperandExtendedAdd =
1075             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
1076                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1077                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
1078           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
1079             // Return the expression with the addrec on the outside.
1080             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1081                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
1082                                  L);
1083         }
1084
1085         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
1086         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
1087         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
1088         // with the post-inc value, the addrec is safe.
1089         if (isKnownPositive(Step)) {
1090           const SCEV *N = getConstant(APInt::getSignedMinValue(BitWidth) -
1091                                       getSignedRange(Step).getSignedMax());
1092           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT, AR, N) ||
1093               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT, Start, N) &&
1094                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT,
1095                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
1096             // Return the expression with the addrec on the outside.
1097             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1098                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1099                                  L);
1100         } else if (isKnownNegative(Step)) {
1101           const SCEV *N = getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth) -
1102                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
1103           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT, AR, N) ||
1104               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT, Start, N) &&
1105                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT,
1106                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
1107             // Return the expression with the addrec on the outside.
1108             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1109                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1110                                  L);
1111         }
1112       }
1113     }
1114
1115   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
1116   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
1117   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1118   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSignExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1119                                                    Op, Ty);
1120   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1121   return S;
1122 }
1123
1124 /// getAnyExtendExpr - Return a SCEV for the given operand extended with
1125 /// unspecified bits out to the given type.
1126 ///
1127 const SCEV *ScalarEvolution::getAnyExtendExpr(const SCEV *Op,
1128                                               const Type *Ty) {
1129   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1130          "This is not an extending conversion!");
1131   assert(isSCEVable(Ty) &&
1132          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1133   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1134
1135   // Sign-extend negative constants.
1136   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1137     if (SC->getValue()->getValue().isNegative())
1138       return getSignExtendExpr(Op, Ty);
1139
1140   // Peel off a truncate cast.
1141   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1142     const SCEV *NewOp = T->getOperand();
1143     if (getTypeSizeInBits(NewOp->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty))
1144       return getAnyExtendExpr(NewOp, Ty);
1145     return getTruncateOrNoop(NewOp, Ty);
1146   }
1147
1148   // Next try a zext cast. If the cast is folded, use it.
1149   const SCEV *ZExt = getZeroExtendExpr(Op, Ty);
1150   if (!isa<SCEVZeroExtendExpr>(ZExt))
1151     return ZExt;
1152
1153   // Next try a sext cast. If the cast is folded, use it.
1154   const SCEV *SExt = getSignExtendExpr(Op, Ty);
1155   if (!isa<SCEVSignExtendExpr>(SExt))
1156     return SExt;
1157
1158   // Force the cast to be folded into the operands of an addrec.
1159   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
1160     SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
1161     for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = AR->op_begin(), E = AR->op_end();
1162          I != E; ++I)
1163       Ops.push_back(getAnyExtendExpr(*I, Ty));
1164     return getAddRecExpr(Ops, AR->getLoop());
1165   }
1166
1167   // If the expression is obviously signed, use the sext cast value.
1168   if (isa<SCEVSMaxExpr>(Op))
1169     return SExt;
1170
1171   // Absent any other information, use the zext cast value.
1172   return ZExt;
1173 }
1174
1175 /// CollectAddOperandsWithScales - Process the given Ops list, which is
1176 /// a list of operands to be added under the given scale, update the given
1177 /// map. This is a helper function for getAddRecExpr. As an example of
1178 /// what it does, given a sequence of operands that would form an add
1179 /// expression like this:
1180 ///
1181 ///    m + n + 13 + (A * (o + p + (B * q + m + 29))) + r + (-1 * r)
1182 ///
1183 /// where A and B are constants, update the map with these values:
1184 ///
1185 ///    (m, 1+A*B), (n, 1), (o, A), (p, A), (q, A*B), (r, 0)
1186 ///
1187 /// and add 13 + A*B*29 to AccumulatedConstant.
1188 /// This will allow getAddRecExpr to produce this:
1189 ///
1190 ///    13+A*B*29 + n + (m * (1+A*B)) + ((o + p) * A) + (q * A*B)
1191 ///
1192 /// This form often exposes folding opportunities that are hidden in
1193 /// the original operand list.
1194 ///
1195 /// Return true iff it appears that any interesting folding opportunities
1196 /// may be exposed. This helps getAddRecExpr short-circuit extra work in
1197 /// the common case where no interesting opportunities are present, and
1198 /// is also used as a check to avoid infinite recursion.
1199 ///
1200 static bool
1201 CollectAddOperandsWithScales(DenseMap<const SCEV *, APInt> &M,
1202                              SmallVector<const SCEV *, 8> &NewOps,
1203                              APInt &AccumulatedConstant,
1204                              const SCEV *const *Ops, size_t NumOperands,
1205                              const APInt &Scale,
1206                              ScalarEvolution &SE) {
1207   bool Interesting = false;
1208
1209   // Iterate over the add operands.
1210   for (unsigned i = 0, e = NumOperands; i != e; ++i) {
1211     const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i]);
1212     if (Mul && isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
1213       APInt NewScale =
1214         Scale * cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))->getValue()->getValue();
1215       if (Mul->getNumOperands() == 2 && isa<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1))) {
1216         // A multiplication of a constant with another add; recurse.
1217         const SCEVAddExpr *Add = cast<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1));
1218         Interesting |=
1219           CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1220                                        Add->op_begin(), Add->getNumOperands(),
1221                                        NewScale, SE);
1222       } else {
1223         // A multiplication of a constant with some other value. Update
1224         // the map.
1225         SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
1226         const SCEV *Key = SE.getMulExpr(MulOps);
1227         std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1228           M.insert(std::make_pair(Key, NewScale));
1229         if (Pair.second) {
1230           NewOps.push_back(Pair.first->first);
1231         } else {
1232           Pair.first->second += NewScale;
1233           // The map already had an entry for this value, which may indicate
1234           // a folding opportunity.
1235           Interesting = true;
1236         }
1237       }
1238     } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1239       // Pull a buried constant out to the outside.
1240       if (Scale != 1 || AccumulatedConstant != 0 || C->getValue()->isZero())
1241         Interesting = true;
1242       AccumulatedConstant += Scale * C->getValue()->getValue();
1243     } else {
1244       // An ordinary operand. Update the map.
1245       std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1246         M.insert(std::make_pair(Ops[i], Scale));
1247       if (Pair.second) {
1248         NewOps.push_back(Pair.first->first);
1249       } else {
1250         Pair.first->second += Scale;
1251         // The map already had an entry for this value, which may indicate
1252         // a folding opportunity.
1253         Interesting = true;
1254       }
1255     }
1256   }
1257
1258   return Interesting;
1259 }
1260
1261 namespace {
1262   struct APIntCompare {
1263     bool operator()(const APInt &LHS, const APInt &RHS) const {
1264       return LHS.ult(RHS);
1265     }
1266   };
1267 }
1268
1269 /// getAddExpr - Get a canonical add expression, or something simpler if
1270 /// possible.
1271 const SCEV *ScalarEvolution::getAddExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1272                                         bool HasNUW, bool HasNSW) {
1273   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
1274   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1275 #ifndef NDEBUG
1276   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1277     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1278            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1279            "SCEVAddExpr operand types don't match!");
1280 #endif
1281
1282   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1283   if (!HasNUW && HasNSW) {
1284     bool All = true;
1285     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1286       if (!isKnownNonNegative(Ops[i])) {
1287         All = false;
1288         break;
1289       }
1290     if (All) HasNUW = true;
1291   }
1292
1293   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1294   GroupByComplexity(Ops, LI);
1295
1296   // If there are any constants, fold them together.
1297   unsigned Idx = 0;
1298   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1299     ++Idx;
1300     assert(Idx < Ops.size());
1301     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1302       // We found two constants, fold them together!
1303       Ops[0] = getConstant(LHSC->getValue()->getValue() +
1304                            RHSC->getValue()->getValue());
1305       if (Ops.size() == 2) return Ops[0];
1306       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1307       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1308     }
1309
1310     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
1311     if (LHSC->getValue()->isZero()) {
1312       Ops.erase(Ops.begin());
1313       --Idx;
1314     }
1315
1316     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1317   }
1318
1319   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1320   // so, merge them together into an multiply expression.  Since we sorted the
1321   // list, these values are required to be adjacent.
1322   const Type *Ty = Ops[0]->getType();
1323   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1324     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
1325       // Found a match, merge the two values into a multiply, and add any
1326       // remaining values to the result.
1327       const SCEV *Two = getIntegerSCEV(2, Ty);
1328       const SCEV *Mul = getMulExpr(Ops[i], Two);
1329       if (Ops.size() == 2)
1330         return Mul;
1331       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
1332       Ops.push_back(Mul);
1333       return getAddExpr(Ops, HasNUW, HasNSW);
1334     }
1335
1336   // Check for truncates. If all the operands are truncated from the same
1337   // type, see if factoring out the truncate would permit the result to be
1338   // folded. eg., trunc(x) + m*trunc(n) --> trunc(x + trunc(m)*n)
1339   // if the contents of the resulting outer trunc fold to something simple.
1340   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1341     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]);
1342     const Type *DstType = Trunc->getType();
1343     const Type *SrcType = Trunc->getOperand()->getType();
1344     SmallVector<const SCEV *, 8> LargeOps;
1345     bool Ok = true;
1346     // Check all the operands to see if they can be represented in the
1347     // source type of the truncate.
1348     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1349       if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[i])) {
1350         if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1351           Ok = false;
1352           break;
1353         }
1354         LargeOps.push_back(T->getOperand());
1355       } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1356         // This could be either sign or zero extension, but sign extension
1357         // is much more likely to be foldable here.
1358         LargeOps.push_back(getSignExtendExpr(C, SrcType));
1359       } else if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i])) {
1360         SmallVector<const SCEV *, 8> LargeMulOps;
1361         for (unsigned j = 0, f = M->getNumOperands(); j != f && Ok; ++j) {
1362           if (const SCEVTruncateExpr *T =
1363                 dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(M->getOperand(j))) {
1364             if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1365               Ok = false;
1366               break;
1367             }
1368             LargeMulOps.push_back(T->getOperand());
1369           } else if (const SCEVConstant *C =
1370                        dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(j))) {
1371             // This could be either sign or zero extension, but sign extension
1372             // is much more likely to be foldable here.
1373             LargeMulOps.push_back(getSignExtendExpr(C, SrcType));
1374           } else {
1375             Ok = false;
1376             break;
1377           }
1378         }
1379         if (Ok)
1380           LargeOps.push_back(getMulExpr(LargeMulOps));
1381       } else {
1382         Ok = false;
1383         break;
1384       }
1385     }
1386     if (Ok) {
1387       // Evaluate the expression in the larger type.
1388       const SCEV *Fold = getAddExpr(LargeOps, HasNUW, HasNSW);
1389       // If it folds to something simple, use it. Otherwise, don't.
1390       if (isa<SCEVConstant>(Fold) || isa<SCEVUnknown>(Fold))
1391         return getTruncateExpr(Fold, DstType);
1392     }
1393   }
1394
1395   // Skip past any other cast SCEVs.
1396   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
1397     ++Idx;
1398
1399   // If there are add operands they would be next.
1400   if (Idx < Ops.size()) {
1401     bool DeletedAdd = false;
1402     while (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
1403       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
1404       // list.
1405       Ops.insert(Ops.end(), Add->op_begin(), Add->op_end());
1406       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1407       DeletedAdd = true;
1408     }
1409
1410     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
1411     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1412     // any operands we just acquired.
1413     if (DeletedAdd)
1414       return getAddExpr(Ops);
1415   }
1416
1417   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1418   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1419     ++Idx;
1420
1421   // Check to see if there are any folding opportunities present with
1422   // operands multiplied by constant values.
1423   if (Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1424     uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(Ty);
1425     DenseMap<const SCEV *, APInt> M;
1426     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
1427     APInt AccumulatedConstant(BitWidth, 0);
1428     if (CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1429                                      Ops.data(), Ops.size(),
1430                                      APInt(BitWidth, 1), *this)) {
1431       // Some interesting folding opportunity is present, so its worthwhile to
1432       // re-generate the operands list. Group the operands by constant scale,
1433       // to avoid multiplying by the same constant scale multiple times.
1434       std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare> MulOpLists;
1435       for (SmallVector<const SCEV *, 8>::iterator I = NewOps.begin(),
1436            E = NewOps.end(); I != E; ++I)
1437         MulOpLists[M.find(*I)->second].push_back(*I);
1438       // Re-generate the operands list.
1439       Ops.clear();
1440       if (AccumulatedConstant != 0)
1441         Ops.push_back(getConstant(AccumulatedConstant));
1442       for (std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare>::iterator
1443            I = MulOpLists.begin(), E = MulOpLists.end(); I != E; ++I)
1444         if (I->first != 0)
1445           Ops.push_back(getMulExpr(getConstant(I->first),
1446                                    getAddExpr(I->second)));
1447       if (Ops.empty())
1448         return getIntegerSCEV(0, Ty);
1449       if (Ops.size() == 1)
1450         return Ops[0];
1451       return getAddExpr(Ops);
1452     }
1453   }
1454
1455   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
1456   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
1457   // the multiply.
1458   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1459     const SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
1460     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
1461       const SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
1462       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
1463         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp] && !isa<SCEVConstant>(Ops[AddOp])) {
1464           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
1465           const SCEV *InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1466           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1467             // If the multiply has more than two operands, we must get the
1468             // Y*Z term.
1469             SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1470             MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
1471             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
1472           }
1473           const SCEV *One = getIntegerSCEV(1, Ty);
1474           const SCEV *AddOne = getAddExpr(InnerMul, One);
1475           const SCEV *OuterMul = getMulExpr(AddOne, Ops[AddOp]);
1476           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1477           if (AddOp < Idx) {
1478             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
1479             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
1480           } else {
1481             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1482             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
1483           }
1484           Ops.push_back(OuterMul);
1485           return getAddExpr(Ops);
1486         }
1487
1488       // Check this multiply against other multiplies being added together.
1489       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
1490            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1491            ++OtherMulIdx) {
1492         const SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1493         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
1494         // together.
1495         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
1496              OMulOp != e; ++OMulOp)
1497           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
1498             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
1499             const SCEV *InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1500             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1501               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
1502                                                   Mul->op_end());
1503               MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
1504               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
1505             }
1506             const SCEV *InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
1507             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
1508               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(OtherMul->op_begin(),
1509                                                   OtherMul->op_end());
1510               MulOps.erase(MulOps.begin()+OMulOp);
1511               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
1512             }
1513             const SCEV *InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
1514             const SCEV *OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
1515             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1516             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1517             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
1518             Ops.push_back(OuterMul);
1519             return getAddExpr(Ops);
1520           }
1521       }
1522     }
1523   }
1524
1525   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1526   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1527   // recurrence.
1528   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1529     ++Idx;
1530
1531   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1532   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1533     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
1534     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1535     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
1536     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1537     const Loop *AddRecLoop = AddRec->getLoop();
1538     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1539       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRecLoop)) {
1540         LIOps.push_back(Ops[i]);
1541         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1542         --i; --e;
1543       }
1544
1545     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1546     if (!LIOps.empty()) {
1547       //  NLI + LI + {Start,+,Step}  -->  NLI + {LI+Start,+,Step}
1548       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
1549
1550       SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
1551                                              AddRec->op_end());
1552       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
1553
1554       // It's tempting to propagate NUW/NSW flags here, but nuw/nsw addition
1555       // is not associative so this isn't necessarily safe.
1556       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRecLoop);
1557
1558       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1559       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1560
1561       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-liv parts.
1562       for (unsigned i = 0;; ++i)
1563         if (Ops[i] == AddRec) {
1564           Ops[i] = NewRec;
1565           break;
1566         }
1567       return getAddExpr(Ops);
1568     }
1569
1570     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1571     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1572     // added together.  If so, we can fold them.
1573     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1574          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1575       if (OtherIdx != Idx) {
1576         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1577         if (AddRecLoop == OtherAddRec->getLoop()) {
1578           // Other + {A,+,B} + {C,+,D}  -->  Other + {A+C,+,B+D}
1579           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(AddRec->op_begin(),
1580                                               AddRec->op_end());
1581           for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1582             if (i >= NewOps.size()) {
1583               NewOps.insert(NewOps.end(), OtherAddRec->op_begin()+i,
1584                             OtherAddRec->op_end());
1585               break;
1586             }
1587             NewOps[i] = getAddExpr(NewOps[i], OtherAddRec->getOperand(i));
1588           }
1589           const SCEV *NewAddRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRecLoop);
1590
1591           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1592
1593           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1594           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1595           Ops.push_back(NewAddRec);
1596           return getAddExpr(Ops);
1597         }
1598       }
1599
1600     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1601     // next one.
1602   }
1603
1604   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
1605   // already have one, otherwise create a new one.
1606   FoldingSetNodeID ID;
1607   ID.AddInteger(scAddExpr);
1608   ID.AddInteger(Ops.size());
1609   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1610     ID.AddPointer(Ops[i]);
1611   void *IP = 0;
1612   SCEVAddExpr *S =
1613     static_cast<SCEVAddExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
1614   if (!S) {
1615     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
1616     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
1617     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1618                                         O, Ops.size());
1619     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1620   }
1621   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
1622   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
1623   return S;
1624 }
1625
1626 /// getMulExpr - Get a canonical multiply expression, or something simpler if
1627 /// possible.
1628 const SCEV *ScalarEvolution::getMulExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1629                                         bool HasNUW, bool HasNSW) {
1630   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
1631   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1632 #ifndef NDEBUG
1633   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1634     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1635            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1636            "SCEVMulExpr operand types don't match!");
1637 #endif
1638
1639   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1640   if (!HasNUW && HasNSW) {
1641     bool All = true;
1642     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1643       if (!isKnownNonNegative(Ops[i])) {
1644         All = false;
1645         break;
1646       }
1647     if (All) HasNUW = true;
1648   }
1649
1650   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1651   GroupByComplexity(Ops, LI);
1652
1653   // If there are any constants, fold them together.
1654   unsigned Idx = 0;
1655   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1656
1657     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
1658     if (Ops.size() == 2)
1659       if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
1660         if (Add->getNumOperands() == 2 &&
1661             isa<SCEVConstant>(Add->getOperand(0)))
1662           return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
1663                             getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
1664
1665     ++Idx;
1666     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1667       // We found two constants, fold them together!
1668       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
1669                                            LHSC->getValue()->getValue() *
1670                                            RHSC->getValue()->getValue());
1671       Ops[0] = getConstant(Fold);
1672       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1673       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1674       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1675     }
1676
1677     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
1678     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
1679       Ops.erase(Ops.begin());
1680       --Idx;
1681     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
1682       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
1683       return Ops[0];
1684     } else if (Ops[0]->isAllOnesValue()) {
1685       // If we have a mul by -1 of an add, try distributing the -1 among the
1686       // add operands.
1687       if (Ops.size() == 2)
1688         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1])) {
1689           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
1690           bool AnyFolded = false;
1691           for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
1692                I != E; ++I) {
1693             const SCEV *Mul = getMulExpr(Ops[0], *I);
1694             if (!isa<SCEVMulExpr>(Mul)) AnyFolded = true;
1695             NewOps.push_back(Mul);
1696           }
1697           if (AnyFolded)
1698             return getAddExpr(NewOps);
1699         }
1700     }
1701
1702     if (Ops.size() == 1)
1703       return Ops[0];
1704   }
1705
1706   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1707   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1708     ++Idx;
1709
1710   // If there are mul operands inline them all into this expression.
1711   if (Idx < Ops.size()) {
1712     bool DeletedMul = false;
1713     while (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1714       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
1715       // list.
1716       Ops.insert(Ops.end(), Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1717       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1718       DeletedMul = true;
1719     }
1720
1721     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
1722     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1723     // any operands we just acquired.
1724     if (DeletedMul)
1725       return getMulExpr(Ops);
1726   }
1727
1728   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1729   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1730   // recurrence.
1731   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1732     ++Idx;
1733
1734   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1735   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1736     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
1737     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1738     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
1739     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1740     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1741       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
1742         LIOps.push_back(Ops[i]);
1743         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1744         --i; --e;
1745       }
1746
1747     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1748     if (!LIOps.empty()) {
1749       //  NLI * LI * {Start,+,Step}  -->  NLI * {LI*Start,+,LI*Step}
1750       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
1751       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
1752       if (LIOps.size() == 1) {
1753         const SCEV *Scale = LIOps[0];
1754         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
1755           NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
1756       } else {
1757         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1758           SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(LIOps.begin(), LIOps.end());
1759           MulOps.push_back(AddRec->getOperand(i));
1760           NewOps.push_back(getMulExpr(MulOps));
1761         }
1762       }
1763
1764       // It's tempting to propagate the NSW flag here, but nsw multiplication
1765       // is not associative so this isn't necessarily safe.
1766       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop(),
1767                                          HasNUW && AddRec->hasNoUnsignedWrap(),
1768                                          /*HasNSW=*/false);
1769
1770       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1771       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1772
1773       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-liv parts.
1774       for (unsigned i = 0;; ++i)
1775         if (Ops[i] == AddRec) {
1776           Ops[i] = NewRec;
1777           break;
1778         }
1779       return getMulExpr(Ops);
1780     }
1781
1782     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1783     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1784     // multiplied together.  If so, we can fold them.
1785     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1786          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1787       if (OtherIdx != Idx) {
1788         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1789         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
1790           // F * G  -->  {A,+,B} * {C,+,D}  -->  {A*C,+,F*D + G*B + B*D}
1791           const SCEVAddRecExpr *F = AddRec, *G = OtherAddRec;
1792           const SCEV *NewStart = getMulExpr(F->getStart(),
1793                                                  G->getStart());
1794           const SCEV *B = F->getStepRecurrence(*this);
1795           const SCEV *D = G->getStepRecurrence(*this);
1796           const SCEV *NewStep = getAddExpr(getMulExpr(F, D),
1797                                           getMulExpr(G, B),
1798                                           getMulExpr(B, D));
1799           const SCEV *NewAddRec = getAddRecExpr(NewStart, NewStep,
1800                                                F->getLoop());
1801           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1802
1803           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1804           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1805           Ops.push_back(NewAddRec);
1806           return getMulExpr(Ops);
1807         }
1808       }
1809
1810     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1811     // next one.
1812   }
1813
1814   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
1815   // already have one, otherwise create a new one.
1816   FoldingSetNodeID ID;
1817   ID.AddInteger(scMulExpr);
1818   ID.AddInteger(Ops.size());
1819   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1820     ID.AddPointer(Ops[i]);
1821   void *IP = 0;
1822   SCEVMulExpr *S =
1823     static_cast<SCEVMulExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
1824   if (!S) {
1825     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
1826     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
1827     S = new (SCEVAllocator) SCEVMulExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1828                                         O, Ops.size());
1829     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1830   }
1831   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
1832   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
1833   return S;
1834 }
1835
1836 /// getUDivExpr - Get a canonical unsigned division expression, or something
1837 /// simpler if possible.
1838 const SCEV *ScalarEvolution::getUDivExpr(const SCEV *LHS,
1839                                          const SCEV *RHS) {
1840   assert(getEffectiveSCEVType(LHS->getType()) ==
1841          getEffectiveSCEVType(RHS->getType()) &&
1842          "SCEVUDivExpr operand types don't match!");
1843
1844   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
1845     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
1846       return LHS;                               // X udiv 1 --> x
1847     if (RHSC->getValue()->isZero())
1848       return getIntegerSCEV(0, LHS->getType()); // value is undefined
1849
1850     // Determine if the division can be folded into the operands of
1851     // its operands.
1852     // TODO: Generalize this to non-constants by using known-bits information.
1853     const Type *Ty = LHS->getType();
1854     unsigned LZ = RHSC->getValue()->getValue().countLeadingZeros();
1855     unsigned MaxShiftAmt = getTypeSizeInBits(Ty) - LZ;
1856     // For non-power-of-two values, effectively round the value up to the
1857     // nearest power of two.
1858     if (!RHSC->getValue()->getValue().isPowerOf2())
1859       ++MaxShiftAmt;
1860     const IntegerType *ExtTy =
1861       IntegerType::get(getContext(), getTypeSizeInBits(Ty) + MaxShiftAmt);
1862     // {X,+,N}/C --> {X/C,+,N/C} if safe and N/C can be folded.
1863     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
1864       if (const SCEVConstant *Step =
1865             dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*this)))
1866         if (!Step->getValue()->getValue()
1867               .urem(RHSC->getValue()->getValue()) &&
1868             getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
1869             getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
1870                           getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
1871                           AR->getLoop())) {
1872           SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1873           for (unsigned i = 0, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
1874             Operands.push_back(getUDivExpr(AR->getOperand(i), RHS));
1875           return getAddRecExpr(Operands, AR->getLoop());
1876         }
1877     // (A*B)/C --> A*(B/C) if safe and B/C can be folded.
1878     if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
1879       SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1880       for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i)
1881         Operands.push_back(getZeroExtendExpr(M->getOperand(i), ExtTy));
1882       if (getZeroExtendExpr(M, ExtTy) == getMulExpr(Operands))
1883         // Find an operand that's safely divisible.
1884         for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1885           const SCEV *Op = M->getOperand(i);
1886           const SCEV *Div = getUDivExpr(Op, RHSC);
1887           if (!isa<SCEVUDivExpr>(Div) && getMulExpr(Div, RHSC) == Op) {
1888             Operands = SmallVector<const SCEV *, 4>(M->op_begin(), M->op_end());
1889             Operands[i] = Div;
1890             return getMulExpr(Operands);
1891           }
1892         }
1893     }
1894     // (A+B)/C --> (A/C + B/C) if safe and A/C and B/C can be folded.
1895     if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
1896       SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1897       for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i)
1898         Operands.push_back(getZeroExtendExpr(A->getOperand(i), ExtTy));
1899       if (getZeroExtendExpr(A, ExtTy) == getAddExpr(Operands)) {
1900         Operands.clear();
1901         for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1902           const SCEV *Op = getUDivExpr(A->getOperand(i), RHS);
1903           if (isa<SCEVUDivExpr>(Op) || getMulExpr(Op, RHS) != A->getOperand(i))
1904             break;
1905           Operands.push_back(Op);
1906         }
1907         if (Operands.size() == A->getNumOperands())
1908           return getAddExpr(Operands);
1909       }
1910     }
1911
1912     // Fold if both operands are constant.
1913     if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
1914       Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
1915       Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
1916       return getConstant(cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getUDiv(LHSCV,
1917                                                                  RHSCV)));
1918     }
1919   }
1920
1921   FoldingSetNodeID ID;
1922   ID.AddInteger(scUDivExpr);
1923   ID.AddPointer(LHS);
1924   ID.AddPointer(RHS);
1925   void *IP = 0;
1926   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1927   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUDivExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1928                                              LHS, RHS);
1929   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1930   return S;
1931 }
1932
1933
1934 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
1935 /// Simplify the expression as much as possible.
1936 const SCEV *ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEV *Start,
1937                                            const SCEV *Step, const Loop *L,
1938                                            bool HasNUW, bool HasNSW) {
1939   SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1940   Operands.push_back(Start);
1941   if (const SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
1942     if (StepChrec->getLoop() == L) {
1943       Operands.insert(Operands.end(), StepChrec->op_begin(),
1944                       StepChrec->op_end());
1945       return getAddRecExpr(Operands, L);
1946     }
1947
1948   Operands.push_back(Step);
1949   return getAddRecExpr(Operands, L, HasNUW, HasNSW);
1950 }
1951
1952 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
1953 /// Simplify the expression as much as possible.
1954 const SCEV *
1955 ScalarEvolution::getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
1956                                const Loop *L,
1957                                bool HasNUW, bool HasNSW) {
1958   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
1959 #ifndef NDEBUG
1960   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
1961     assert(getEffectiveSCEVType(Operands[i]->getType()) ==
1962            getEffectiveSCEVType(Operands[0]->getType()) &&
1963            "SCEVAddRecExpr operand types don't match!");
1964 #endif
1965
1966   if (Operands.back()->isZero()) {
1967     Operands.pop_back();
1968     return getAddRecExpr(Operands, L, HasNUW, HasNSW); // {X,+,0}  -->  X
1969   }
1970
1971   // It's tempting to want to call getMaxBackedgeTakenCount count here and
1972   // use that information to infer NUW and NSW flags. However, computing a
1973   // BE count requires calling getAddRecExpr, so we may not yet have a
1974   // meaningful BE count at this point (and if we don't, we'd be stuck
1975   // with a SCEVCouldNotCompute as the cached BE count).
1976
1977   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1978   if (!HasNUW && HasNSW) {
1979     bool All = true;
1980     for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
1981       if (!isKnownNonNegative(Operands[i])) {
1982         All = false;
1983         break;
1984       }
1985     if (All) HasNUW = true;
1986   }
1987
1988   // Canonicalize nested AddRecs in by nesting them in order of loop depth.
1989   if (const SCEVAddRecExpr *NestedAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Operands[0])) {
1990     const Loop *NestedLoop = NestedAR->getLoop();
1991     if (L->contains(NestedLoop->getHeader()) ?
1992         (L->getLoopDepth() < NestedLoop->getLoopDepth()) :
1993         (!NestedLoop->contains(L->getHeader()) &&
1994          DT->dominates(L->getHeader(), NestedLoop->getHeader()))) {
1995       SmallVector<const SCEV *, 4> NestedOperands(NestedAR->op_begin(),
1996                                                   NestedAR->op_end());
1997       Operands[0] = NestedAR->getStart();
1998       // AddRecs require their operands be loop-invariant with respect to their
1999       // loops. Don't perform this transformation if it would break this
2000       // requirement.
2001       bool AllInvariant = true;
2002       for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2003         if (!Operands[i]->isLoopInvariant(L)) {
2004           AllInvariant = false;
2005           break;
2006         }
2007       if (AllInvariant) {
2008         NestedOperands[0] = getAddRecExpr(Operands, L);
2009         AllInvariant = true;
2010         for (unsigned i = 0, e = NestedOperands.size(); i != e; ++i)
2011           if (!NestedOperands[i]->isLoopInvariant(NestedLoop)) {
2012             AllInvariant = false;
2013             break;
2014           }
2015         if (AllInvariant)
2016           // Ok, both add recurrences are valid after the transformation.
2017           return getAddRecExpr(NestedOperands, NestedLoop, HasNUW, HasNSW);
2018       }
2019       // Reset Operands to its original state.
2020       Operands[0] = NestedAR;
2021     }
2022   }
2023
2024   // Okay, it looks like we really DO need an addrec expr.  Check to see if we
2025   // already have one, otherwise create a new one.
2026   FoldingSetNodeID ID;
2027   ID.AddInteger(scAddRecExpr);
2028   ID.AddInteger(Operands.size());
2029   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2030     ID.AddPointer(Operands[i]);
2031   ID.AddPointer(L);
2032   void *IP = 0;
2033   SCEVAddRecExpr *S =
2034     static_cast<SCEVAddRecExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2035   if (!S) {
2036     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Operands.size());
2037     std::uninitialized_copy(Operands.begin(), Operands.end(), O);
2038     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddRecExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2039                                            O, Operands.size(), L);
2040     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2041   }
2042   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
2043   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
2044   return S;
2045 }
2046
2047 const SCEV *ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEV *LHS,
2048                                          const SCEV *RHS) {
2049   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2050   Ops.push_back(LHS);
2051   Ops.push_back(RHS);
2052   return getSMaxExpr(Ops);
2053 }
2054
2055 const SCEV *
2056 ScalarEvolution::getSMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2057   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
2058   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2059 #ifndef NDEBUG
2060   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2061     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
2062            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
2063            "SCEVSMaxExpr operand types don't match!");
2064 #endif
2065
2066   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2067   GroupByComplexity(Ops, LI);
2068
2069   // If there are any constants, fold them together.
2070   unsigned Idx = 0;
2071   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2072     ++Idx;
2073     assert(Idx < Ops.size());
2074     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2075       // We found two constants, fold them together!
2076       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2077                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
2078                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2079       Ops[0] = getConstant(Fold);
2080       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2081       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2082       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2083     }
2084
2085     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2086     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
2087       Ops.erase(Ops.begin());
2088       --Idx;
2089     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(true)) {
2090       // If we have an smax with a constant maximum-int, it will always be
2091       // maximum-int.
2092       return Ops[0];
2093     }
2094
2095     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2096   }
2097
2098   // Find the first SMax
2099   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
2100     ++Idx;
2101
2102   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
2103   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2104   if (Idx < Ops.size()) {
2105     bool DeletedSMax = false;
2106     while (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2107       Ops.insert(Ops.end(), SMax->op_begin(), SMax->op_end());
2108       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2109       DeletedSMax = true;
2110     }
2111
2112     if (DeletedSMax)
2113       return getSMaxExpr(Ops);
2114   }
2115
2116   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2117   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2118   // be adjacent.
2119   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2120     //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
2121     //  X smax Y         -->  X, if X is always greater than Y
2122     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
2123         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2124       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
2125       --i; --e;
2126     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SLE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2127       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2128       --i; --e;
2129     }
2130
2131   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2132
2133   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
2134
2135   // Okay, it looks like we really DO need an smax expr.  Check to see if we
2136   // already have one, otherwise create a new one.
2137   FoldingSetNodeID ID;
2138   ID.AddInteger(scSMaxExpr);
2139   ID.AddInteger(Ops.size());
2140   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2141     ID.AddPointer(Ops[i]);
2142   void *IP = 0;
2143   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2144   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2145   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2146   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2147                                              O, Ops.size());
2148   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2149   return S;
2150 }
2151
2152 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxExpr(const SCEV *LHS,
2153                                          const SCEV *RHS) {
2154   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2155   Ops.push_back(LHS);
2156   Ops.push_back(RHS);
2157   return getUMaxExpr(Ops);
2158 }
2159
2160 const SCEV *
2161 ScalarEvolution::getUMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2162   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty umax!");
2163   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2164 #ifndef NDEBUG
2165   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2166     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
2167            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
2168            "SCEVUMaxExpr operand types don't match!");
2169 #endif
2170
2171   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2172   GroupByComplexity(Ops, LI);
2173
2174   // If there are any constants, fold them together.
2175   unsigned Idx = 0;
2176   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2177     ++Idx;
2178     assert(Idx < Ops.size());
2179     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2180       // We found two constants, fold them together!
2181       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2182                               APIntOps::umax(LHSC->getValue()->getValue(),
2183                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2184       Ops[0] = getConstant(Fold);
2185       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2186       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2187       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2188     }
2189
2190     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2191     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(false)) {
2192       Ops.erase(Ops.begin());
2193       --Idx;
2194     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(false)) {
2195       // If we have an umax with a constant maximum-int, it will always be
2196       // maximum-int.
2197       return Ops[0];
2198     }
2199
2200     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2201   }
2202
2203   // Find the first UMax
2204   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scUMaxExpr)
2205     ++Idx;
2206
2207   // Check to see if one of the operands is a UMax. If so, expand its operands
2208   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2209   if (Idx < Ops.size()) {
2210     bool DeletedUMax = false;
2211     while (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2212       Ops.insert(Ops.end(), UMax->op_begin(), UMax->op_end());
2213       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2214       DeletedUMax = true;
2215     }
2216
2217     if (DeletedUMax)
2218       return getUMaxExpr(Ops);
2219   }
2220
2221   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2222   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2223   // be adjacent.
2224   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2225     //  X umax Y umax Y  -->  X umax Y
2226     //  X umax Y         -->  X, if X is always greater than Y
2227     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
2228         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_UGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2229       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
2230       --i; --e;
2231     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_ULE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2232       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2233       --i; --e;
2234     }
2235
2236   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2237
2238   assert(!Ops.empty() && "Reduced umax down to nothing!");
2239
2240   // Okay, it looks like we really DO need a umax expr.  Check to see if we
2241   // already have one, otherwise create a new one.
2242   FoldingSetNodeID ID;
2243   ID.AddInteger(scUMaxExpr);
2244   ID.AddInteger(Ops.size());
2245   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2246     ID.AddPointer(Ops[i]);
2247   void *IP = 0;
2248   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2249   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2250   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2251   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2252                                              O, Ops.size());
2253   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2254   return S;
2255 }
2256
2257 const SCEV *ScalarEvolution::getSMinExpr(const SCEV *LHS,
2258                                          const SCEV *RHS) {
2259   // ~smax(~x, ~y) == smin(x, y).
2260   return getNotSCEV(getSMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2261 }
2262
2263 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinExpr(const SCEV *LHS,
2264                                          const SCEV *RHS) {
2265   // ~umax(~x, ~y) == umin(x, y)
2266   return getNotSCEV(getUMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2267 }
2268
2269 const SCEV *ScalarEvolution::getSizeOfExpr(const Type *AllocTy) {
2270   // If we have TargetData, we can bypass creating a target-independent
2271   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
2272   // This is just a compile-time optimization.
2273   if (TD)
2274     return getConstant(TD->getIntPtrType(getContext()),
2275                        TD->getTypeAllocSize(AllocTy));
2276
2277   Constant *C = ConstantExpr::getSizeOf(AllocTy);
2278   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2279     C = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD);
2280   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(AllocTy));
2281   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2282 }
2283
2284 const SCEV *ScalarEvolution::getAlignOfExpr(const Type *AllocTy) {
2285   Constant *C = ConstantExpr::getAlignOf(AllocTy);
2286   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2287     C = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD);
2288   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(AllocTy));
2289   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2290 }
2291
2292 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(const StructType *STy,
2293                                              unsigned FieldNo) {
2294   // If we have TargetData, we can bypass creating a target-independent
2295   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
2296   // This is just a compile-time optimization.
2297   if (TD)
2298     return getConstant(TD->getIntPtrType(getContext()),
2299                        TD->getStructLayout(STy)->getElementOffset(FieldNo));
2300
2301   Constant *C = ConstantExpr::getOffsetOf(STy, FieldNo);
2302   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2303     C = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD);
2304   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(STy));
2305   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2306 }
2307
2308 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(const Type *CTy,
2309                                              Constant *FieldNo) {
2310   Constant *C = ConstantExpr::getOffsetOf(CTy, FieldNo);
2311   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2312     C = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD);
2313   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(CTy));
2314   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2315 }
2316
2317 const SCEV *ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
2318   // Don't attempt to do anything other than create a SCEVUnknown object
2319   // here.  createSCEV only calls getUnknown after checking for all other
2320   // interesting possibilities, and any other code that calls getUnknown
2321   // is doing so in order to hide a value from SCEV canonicalization.
2322
2323   FoldingSetNodeID ID;
2324   ID.AddInteger(scUnknown);
2325   ID.AddPointer(V);
2326   void *IP = 0;
2327   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2328   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUnknown(ID.Intern(SCEVAllocator), V);
2329   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2330   return S;
2331 }
2332
2333 //===----------------------------------------------------------------------===//
2334 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
2335 //
2336
2337 /// isSCEVable - Test if values of the given type are analyzable within
2338 /// the SCEV framework. This primarily includes integer types, and it
2339 /// can optionally include pointer types if the ScalarEvolution class
2340 /// has access to target-specific information.
2341 bool ScalarEvolution::isSCEVable(const Type *Ty) const {
2342   // Integers and pointers are always SCEVable.
2343   return Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy();
2344 }
2345
2346 /// getTypeSizeInBits - Return the size in bits of the specified type,
2347 /// for which isSCEVable must return true.
2348 uint64_t ScalarEvolution::getTypeSizeInBits(const Type *Ty) const {
2349   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
2350
2351   // If we have a TargetData, use it!
2352   if (TD)
2353     return TD->getTypeSizeInBits(Ty);
2354
2355   // Integer types have fixed sizes.
2356   if (Ty->isIntegerTy())
2357     return Ty->getPrimitiveSizeInBits();
2358
2359   // The only other support type is pointer. Without TargetData, conservatively
2360   // assume pointers are 64-bit.
2361   assert(Ty->isPointerTy() && "isSCEVable permitted a non-SCEVable type!");
2362   return 64;
2363 }
2364
2365 /// getEffectiveSCEVType - Return a type with the same bitwidth as
2366 /// the given type and which represents how SCEV will treat the given
2367 /// type, for which isSCEVable must return true. For pointer types,
2368 /// this is the pointer-sized integer type.
2369 const Type *ScalarEvolution::getEffectiveSCEVType(const Type *Ty) const {
2370   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
2371
2372   if (Ty->isIntegerTy())
2373     return Ty;
2374
2375   // The only other support type is pointer.
2376   assert(Ty->isPointerTy() && "Unexpected non-pointer non-integer type!");
2377   if (TD) return TD->getIntPtrType(getContext());
2378
2379   // Without TargetData, conservatively assume pointers are 64-bit.
2380   return Type::getInt64Ty(getContext());
2381 }
2382
2383 const SCEV *ScalarEvolution::getCouldNotCompute() {
2384   return &CouldNotCompute;
2385 }
2386
2387 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
2388 /// expression and create a new one.
2389 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) {
2390   assert(isSCEVable(V->getType()) && "Value is not SCEVable!");
2391
2392   std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator I = Scalars.find(V);
2393   if (I != Scalars.end()) return I->second;
2394   const SCEV *S = createSCEV(V);
2395   Scalars.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(V, this), S));
2396   return S;
2397 }
2398
2399 /// getIntegerSCEV - Given a SCEVable type, create a constant for the
2400 /// specified signed integer value and return a SCEV for the constant.
2401 const SCEV *ScalarEvolution::getIntegerSCEV(int64_t Val, const Type *Ty) {
2402   const IntegerType *ITy = cast<IntegerType>(getEffectiveSCEVType(Ty));
2403   return getConstant(ConstantInt::get(ITy, Val));
2404 }
2405
2406 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
2407 ///
2408 const SCEV *ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEV *V) {
2409   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2410     return getConstant(
2411                cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue())));
2412
2413   const Type *Ty = V->getType();
2414   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2415   return getMulExpr(V,
2416                   getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty))));
2417 }
2418
2419 /// getNotSCEV - Return a SCEV corresponding to ~V = -1-V
2420 const SCEV *ScalarEvolution::getNotSCEV(const SCEV *V) {
2421   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2422     return getConstant(
2423                 cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(VC->getValue())));
2424
2425   const Type *Ty = V->getType();
2426   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2427   const SCEV *AllOnes =
2428                    getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty)));
2429   return getMinusSCEV(AllOnes, V);
2430 }
2431
2432 /// getMinusSCEV - Return a SCEV corresponding to LHS - RHS.
2433 ///
2434 const SCEV *ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEV *LHS,
2435                                           const SCEV *RHS) {
2436   // X - Y --> X + -Y
2437   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS));
2438 }
2439
2440 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2441 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2442 /// extended.
2443 const SCEV *
2444 ScalarEvolution::getTruncateOrZeroExtend(const SCEV *V,
2445                                          const Type *Ty) {
2446   const Type *SrcTy = V->getType();
2447   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2448          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2449          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2450   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2451     return V;  // No conversion
2452   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2453     return getTruncateExpr(V, Ty);
2454   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2455 }
2456
2457 /// getTruncateOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2458 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2459 /// extended.
2460 const SCEV *
2461 ScalarEvolution::getTruncateOrSignExtend(const SCEV *V,
2462                                          const Type *Ty) {
2463   const Type *SrcTy = V->getType();
2464   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2465          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2466          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2467   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2468     return V;  // No conversion
2469   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2470     return getTruncateExpr(V, Ty);
2471   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2472 }
2473
2474 /// getNoopOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2475 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2476 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2477 const SCEV *
2478 ScalarEvolution::getNoopOrZeroExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2479   const Type *SrcTy = V->getType();
2480   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2481          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2482          "Cannot noop or zero extend with non-integer arguments!");
2483   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2484          "getNoopOrZeroExtend cannot truncate!");
2485   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2486     return V;  // No conversion
2487   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2488 }
2489
2490 /// getNoopOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2491 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2492 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2493 const SCEV *
2494 ScalarEvolution::getNoopOrSignExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2495   const Type *SrcTy = V->getType();
2496   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2497          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2498          "Cannot noop or sign extend with non-integer arguments!");
2499   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2500          "getNoopOrSignExtend cannot truncate!");
2501   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2502     return V;  // No conversion
2503   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2504 }
2505
2506 /// getNoopOrAnyExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
2507 /// the input value to the specified type. If the type must be extended,
2508 /// it is extended with unspecified bits. The conversion must not be
2509 /// narrowing.
2510 const SCEV *
2511 ScalarEvolution::getNoopOrAnyExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2512   const Type *SrcTy = V->getType();
2513   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2514          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2515          "Cannot noop or any extend with non-integer arguments!");
2516   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2517          "getNoopOrAnyExtend cannot truncate!");
2518   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2519     return V;  // No conversion
2520   return getAnyExtendExpr(V, Ty);
2521 }
2522
2523 /// getTruncateOrNoop - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2524 /// input value to the specified type.  The conversion must not be widening.
2525 const SCEV *
2526 ScalarEvolution::getTruncateOrNoop(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2527   const Type *SrcTy = V->getType();
2528   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2529          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2530          "Cannot truncate or noop with non-integer arguments!");
2531   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) >= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2532          "getTruncateOrNoop cannot extend!");
2533   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2534     return V;  // No conversion
2535   return getTruncateExpr(V, Ty);
2536 }
2537
2538 /// getUMaxFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2539 /// the types using zero-extension, and then perform a umax operation
2540 /// with them.
2541 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2542                                                         const SCEV *RHS) {
2543   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
2544   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
2545
2546   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2547     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2548   else
2549     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2550
2551   return getUMaxExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2552 }
2553
2554 /// getUMinFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2555 /// the types using zero-extension, and then perform a umin operation
2556 /// with them.
2557 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2558                                                         const SCEV *RHS) {
2559   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
2560   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
2561
2562   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2563     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2564   else
2565     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2566
2567   return getUMinExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2568 }
2569
2570 /// PushDefUseChildren - Push users of the given Instruction
2571 /// onto the given Worklist.
2572 static void
2573 PushDefUseChildren(Instruction *I,
2574                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
2575   // Push the def-use children onto the Worklist stack.
2576   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
2577        UI != UE; ++UI)
2578     Worklist.push_back(cast<Instruction>(UI));
2579 }
2580
2581 /// ForgetSymbolicValue - This looks up computed SCEV values for all
2582 /// instructions that depend on the given instruction and removes them from
2583 /// the Scalars map if they reference SymName. This is used during PHI
2584 /// resolution.
2585 void
2586 ScalarEvolution::ForgetSymbolicName(Instruction *PN, const SCEV *SymName) {
2587   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
2588   PushDefUseChildren(PN, Worklist);
2589
2590   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
2591   Visited.insert(PN);
2592   while (!Worklist.empty()) {
2593     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
2594     if (!Visited.insert(I)) continue;
2595
2596     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
2597       Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
2598     if (It != Scalars.end()) {
2599       // Short-circuit the def-use traversal if the symbolic name
2600       // ceases to appear in expressions.
2601       if (It->second != SymName && !It->second->hasOperand(SymName))
2602         continue;
2603
2604       // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
2605       // structure, it's a PHI that's in the progress of being computed
2606       // by createNodeForPHI, or it's a single-value PHI. In the first case,
2607       // additional loop trip count information isn't going to change anything.
2608       // In the second case, createNodeForPHI will perform the necessary
2609       // updates on its own when it gets to that point. In the third, we do
2610       // want to forget the SCEVUnknown.
2611       if (!isa<PHINode>(I) ||
2612           !isa<SCEVUnknown>(It->second) ||
2613           (I != PN && It->second == SymName)) {
2614         ValuesAtScopes.erase(It->second);
2615         Scalars.erase(It);
2616       }
2617     }
2618
2619     PushDefUseChildren(I, Worklist);
2620   }
2621 }
2622
2623 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
2624 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
2625 ///
2626 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
2627   if (const Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent()))
2628     if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
2629       // The loop may have multiple entrances or multiple exits; we can analyze
2630       // this phi as an addrec if it has a unique entry value and a unique
2631       // backedge value.
2632       Value *BEValueV = 0, *StartValueV = 0;
2633       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2634         Value *V = PN->getIncomingValue(i);
2635         if (L->contains(PN->getIncomingBlock(i))) {
2636           if (!BEValueV) {
2637             BEValueV = V;
2638           } else if (BEValueV != V) {
2639             BEValueV = 0;
2640             break;
2641           }
2642         } else if (!StartValueV) {
2643           StartValueV = V;
2644         } else if (StartValueV != V) {
2645           StartValueV = 0;
2646           break;
2647         }
2648       }
2649       if (BEValueV && StartValueV) {
2650         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
2651         const SCEV *SymbolicName = getUnknown(PN);
2652         assert(Scalars.find(PN) == Scalars.end() &&
2653                "PHI node already processed?");
2654         Scalars.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(PN, this), SymbolicName));
2655
2656         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
2657         // the back-edge.
2658         const SCEV *BEValue = getSCEV(BEValueV);
2659
2660         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
2661         // has a special value for the first iteration of the loop.
2662
2663         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
2664         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
2665         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
2666           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
2667           // with a recurrence.
2668           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
2669           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2670             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
2671               if (FoundIndex == e) {
2672                 FoundIndex = i;
2673                 break;
2674               }
2675
2676           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
2677             // Create an add with everything but the specified operand.
2678             SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
2679             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2680               if (i != FoundIndex)
2681                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
2682             const SCEV *Accum = getAddExpr(Ops);
2683
2684             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
2685             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
2686             if (Accum->isLoopInvariant(L) ||
2687                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
2688                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
2689               bool HasNUW = false;
2690               bool HasNSW = false;
2691
2692               // If the increment doesn't overflow, then neither the addrec nor
2693               // the post-increment will overflow.
2694               if (const AddOperator *OBO = dyn_cast<AddOperator>(BEValueV)) {
2695                 if (OBO->hasNoUnsignedWrap())
2696                   HasNUW = true;
2697                 if (OBO->hasNoSignedWrap())
2698                   HasNSW = true;
2699               }
2700
2701               const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
2702               const SCEV *PHISCEV =
2703                 getAddRecExpr(StartVal, Accum, L, HasNUW, HasNSW);
2704
2705               // Since the no-wrap flags are on the increment, they apply to the
2706               // post-incremented value as well.
2707               if (Accum->isLoopInvariant(L))
2708                 (void)getAddRecExpr(getAddExpr(StartVal, Accum),
2709                                     Accum, L, HasNUW, HasNSW);
2710
2711               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2712               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
2713               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
2714               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
2715               Scalars[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
2716               return PHISCEV;
2717             }
2718           }
2719         } else if (const SCEVAddRecExpr *AddRec =
2720                      dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
2721           // Otherwise, this could be a loop like this:
2722           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
2723           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
2724           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
2725           // i really is an addrec evolution.
2726           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
2727             const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
2728
2729             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
2730             // initial step of the addrec evolution.
2731             if (StartVal == getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
2732                                          AddRec->getOperand(1))) {
2733               const SCEV *PHISCEV =
2734                  getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1), L);
2735
2736               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2737               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
2738               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
2739               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
2740               Scalars[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
2741               return PHISCEV;
2742             }
2743           }
2744         }
2745       }
2746     }
2747
2748   // If the PHI has a single incoming value, follow that value, unless the
2749   // PHI's incoming blocks are in a different loop, in which case doing so
2750   // risks breaking LCSSA form. Instcombine would normally zap these, but
2751   // it doesn't have DominatorTree information, so it may miss cases.
2752   if (Value *V = PN->hasConstantValue(DT)) {
2753     bool AllSameLoop = true;
2754     Loop *PNLoop = LI->getLoopFor(PN->getParent());
2755     for (size_t i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
2756       if (LI->getLoopFor(PN->getIncomingBlock(i)) != PNLoop) {
2757         AllSameLoop = false;
2758         break;
2759       }
2760     if (AllSameLoop)
2761       return getSCEV(V);
2762   }
2763
2764   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
2765   return getUnknown(PN);
2766 }
2767
2768 /// createNodeForGEP - Expand GEP instructions into add and multiply
2769 /// operations. This allows them to be analyzed by regular SCEV code.
2770 ///
2771 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForGEP(GEPOperator *GEP) {
2772
2773   bool InBounds = GEP->isInBounds();
2774   const Type *IntPtrTy = getEffectiveSCEVType(GEP->getType());
2775   Value *Base = GEP->getOperand(0);
2776   // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
2777   if (!cast<PointerType>(Base->getType())->getElementType()->isSized())
2778     return getUnknown(GEP);
2779   const SCEV *TotalOffset = getIntegerSCEV(0, IntPtrTy);
2780   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
2781   for (GetElementPtrInst::op_iterator I = next(GEP->op_begin()),
2782                                       E = GEP->op_end();
2783        I != E; ++I) {
2784     Value *Index = *I;
2785     // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
2786     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
2787       // For a struct, add the member offset.
2788       unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
2789       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset,
2790                                getOffsetOfExpr(STy, FieldNo),
2791                                /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2792     } else {
2793       // For an array, add the element offset, explicitly scaled.
2794       const SCEV *LocalOffset = getSCEV(Index);
2795       // Getelementptr indices are signed.
2796       LocalOffset = getTruncateOrSignExtend(LocalOffset, IntPtrTy);
2797       // Lower "inbounds" GEPs to NSW arithmetic.
2798       LocalOffset = getMulExpr(LocalOffset, getSizeOfExpr(*GTI),
2799                                /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2800       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, LocalOffset,
2801                                /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2802     }
2803   }
2804   return getAddExpr(getSCEV(Base), TotalOffset,
2805                     /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2806 }
2807
2808 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
2809 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
2810 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
2811 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
2812 uint32_t
2813 ScalarEvolution::GetMinTrailingZeros(const SCEV *S) {
2814   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
2815     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
2816
2817   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
2818     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand()),
2819                     (uint32_t)getTypeSizeInBits(T->getType()));
2820
2821   if (const SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
2822     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
2823     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2824              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2825   }
2826
2827   if (const SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
2828     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
2829     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2830              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2831   }
2832
2833   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2834     // The result is the min of all operands results.
2835     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2836     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2837       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2838     return MinOpRes;
2839   }
2840
2841   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2842     // The result is the sum of all operands results.
2843     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2844     uint32_t BitWidth = getTypeSizeInBits(M->getType());
2845     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
2846          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
2847       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)),
2848                           BitWidth);
2849     return SumOpRes;
2850   }
2851
2852   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2853     // The result is the min of all operands results.
2854     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2855     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2856       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2857     return MinOpRes;
2858   }
2859
2860   if (const SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
2861     // The result is the min of all operands results.
2862     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2863     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2864       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2865     return MinOpRes;
2866   }
2867
2868   if (const SCEVUMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
2869     // The result is the min of all operands results.
2870     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2871     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2872       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2873     return MinOpRes;
2874   }
2875
2876   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
2877     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
2878     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
2879     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
2880     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
2881     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones);
2882     return Zeros.countTrailingOnes();
2883   }
2884
2885   // SCEVUDivExpr
2886   return 0;
2887 }
2888
2889 /// getUnsignedRange - Determine the unsigned range for a particular SCEV.
2890 ///
2891 ConstantRange
2892 ScalarEvolution::getUnsignedRange(const SCEV *S) {
2893
2894   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
2895     return ConstantRange(C->getValue()->getValue());
2896
2897   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
2898   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
2899
2900   // If the value has known zeros, the maximum unsigned value will have those
2901   // known zeros as well.
2902   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
2903   if (TZ != 0)
2904     ConservativeResult =
2905       ConstantRange(APInt::getMinValue(BitWidth),
2906                     APInt::getMaxValue(BitWidth).lshr(TZ).shl(TZ) + 1);
2907
2908   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2909     ConstantRange X = getUnsignedRange(Add->getOperand(0));
2910     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2911       X = X.add(getUnsignedRange(Add->getOperand(i)));
2912     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2913   }
2914
2915   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2916     ConstantRange X = getUnsignedRange(Mul->getOperand(0));
2917     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
2918       X = X.multiply(getUnsignedRange(Mul->getOperand(i)));
2919     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2920   }
2921
2922   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
2923     ConstantRange X = getUnsignedRange(SMax->getOperand(0));
2924     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
2925       X = X.smax(getUnsignedRange(SMax->getOperand(i)));
2926     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2927   }
2928
2929   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
2930     ConstantRange X = getUnsignedRange(UMax->getOperand(0));
2931     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
2932       X = X.umax(getUnsignedRange(UMax->getOperand(i)));
2933     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2934   }
2935
2936   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
2937     ConstantRange X = getUnsignedRange(UDiv->getLHS());
2938     ConstantRange Y = getUnsignedRange(UDiv->getRHS());
2939     return ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y));
2940   }
2941
2942   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
2943     ConstantRange X = getUnsignedRange(ZExt->getOperand());
2944     return ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth));
2945   }
2946
2947   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
2948     ConstantRange X = getUnsignedRange(SExt->getOperand());
2949     return ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth));
2950   }
2951
2952   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
2953     ConstantRange X = getUnsignedRange(Trunc->getOperand());
2954     return ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth));
2955   }
2956
2957   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2958     // If there's no unsigned wrap, the value will never be less than its
2959     // initial value.
2960     if (AddRec->hasNoUnsignedWrap())
2961       if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getStart()))
2962         if (!C->getValue()->isZero())
2963           ConservativeResult =
2964             ConstantRange(C->getValue()->getValue(), APInt(BitWidth, 0));
2965
2966     // TODO: non-affine addrec
2967     if (AddRec->isAffine()) {
2968       const Type *Ty = AddRec->getType();
2969       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
2970       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
2971           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
2972         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
2973
2974         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
2975         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
2976
2977         ConstantRange StartRange = getUnsignedRange(Start);
2978         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
2979         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
2980         ConstantRange EndRange =
2981           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
2982
2983         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
2984         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
2985         // checking code.
2986         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2987         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2988         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
2989           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2990         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2991         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
2992             ExtEndRange)
2993           return ConservativeResult;
2994
2995         APInt Min = APIntOps::umin(StartRange.getUnsignedMin(),
2996                                    EndRange.getUnsignedMin());
2997         APInt Max = APIntOps::umax(StartRange.getUnsignedMax(),
2998                                    EndRange.getUnsignedMax());
2999         if (Min.isMinValue() && Max.isMaxValue())
3000           return ConservativeResult;
3001         return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1));
3002       }
3003     }
3004
3005     return ConservativeResult;
3006   }
3007
3008   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3009     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3010     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
3011     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
3012     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones, TD);
3013     if (Ones == ~Zeros + 1)
3014       return ConservativeResult;
3015     return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Ones, ~Zeros + 1));
3016   }
3017
3018   return ConservativeResult;
3019 }
3020
3021 /// getSignedRange - Determine the signed range for a particular SCEV.
3022 ///
3023 ConstantRange
3024 ScalarEvolution::getSignedRange(const SCEV *S) {
3025
3026   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3027     return ConstantRange(C->getValue()->getValue());
3028
3029   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
3030   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
3031
3032   // If the value has known zeros, the maximum signed value will have those
3033   // known zeros as well.
3034   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
3035   if (TZ != 0)
3036     ConservativeResult =
3037       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3038                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(TZ).shl(TZ) + 1);
3039
3040   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3041     ConstantRange X = getSignedRange(Add->getOperand(0));
3042     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3043       X = X.add(getSignedRange(Add->getOperand(i)));
3044     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3045   }
3046
3047   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3048     ConstantRange X = getSignedRange(Mul->getOperand(0));
3049     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
3050       X = X.multiply(getSignedRange(Mul->getOperand(i)));
3051     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3052   }
3053
3054   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3055     ConstantRange X = getSignedRange(SMax->getOperand(0));
3056     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3057       X = X.smax(getSignedRange(SMax->getOperand(i)));
3058     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3059   }
3060
3061   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3062     ConstantRange X = getSignedRange(UMax->getOperand(0));
3063     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3064       X = X.umax(getSignedRange(UMax->getOperand(i)));
3065     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3066   }
3067
3068   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3069     ConstantRange X = getSignedRange(UDiv->getLHS());
3070     ConstantRange Y = getSignedRange(UDiv->getRHS());
3071     return ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y));
3072   }
3073
3074   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3075     ConstantRange X = getSignedRange(ZExt->getOperand());
3076     return ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth));
3077   }
3078
3079   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3080     ConstantRange X = getSignedRange(SExt->getOperand());
3081     return ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth));
3082   }
3083
3084   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
3085     ConstantRange X = getSignedRange(Trunc->getOperand());
3086     return ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth));
3087   }
3088
3089   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3090     // If there's no signed wrap, and all the operands have the same sign or
3091     // zero, the value won't ever change sign.
3092     if (AddRec->hasNoSignedWrap()) {
3093       bool AllNonNeg = true;
3094       bool AllNonPos = true;
3095       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3096         if (!isKnownNonNegative(AddRec->getOperand(i))) AllNonNeg = false;
3097         if (!isKnownNonPositive(AddRec->getOperand(i))) AllNonPos = false;
3098       }
3099       if (AllNonNeg)
3100         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3101           ConstantRange(APInt(BitWidth, 0),
3102                         APInt::getSignedMinValue(BitWidth)));
3103       else if (AllNonPos)
3104         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3105           ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3106                         APInt(BitWidth, 1)));
3107     }
3108
3109     // TODO: non-affine addrec
3110     if (AddRec->isAffine()) {
3111       const Type *Ty = AddRec->getType();
3112       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
3113       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
3114           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
3115         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
3116
3117         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
3118         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
3119
3120         ConstantRange StartRange = getSignedRange(Start);
3121         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
3122         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
3123         ConstantRange EndRange =
3124           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
3125
3126         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
3127         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
3128         // checking code.
3129         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3130         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3131         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
3132           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3133         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3134         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
3135             ExtEndRange)
3136           return ConservativeResult;
3137
3138         APInt Min = APIntOps::smin(StartRange.getSignedMin(),
3139                                    EndRange.getSignedMin());
3140         APInt Max = APIntOps::smax(StartRange.getSignedMax(),
3141                                    EndRange.getSignedMax());
3142         if (Min.isMinSignedValue() && Max.isMaxSignedValue())
3143           return ConservativeResult;
3144         return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1));
3145       }
3146     }
3147
3148     return ConservativeResult;
3149   }
3150
3151   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3152     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3153     if (!U->getValue()->getType()->isIntegerTy() && !TD)
3154       return ConservativeResult;
3155     unsigned NS = ComputeNumSignBits(U->getValue(), TD);
3156     if (NS == 1)
3157       return ConservativeResult;
3158     return ConservativeResult.intersectWith(
3159       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth).ashr(NS - 1),
3160                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(NS - 1)+1));
3161   }
3162
3163   return ConservativeResult;
3164 }
3165
3166 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
3167 /// Analyze the expression.
3168 ///
3169 const SCEV *ScalarEvolution::createSCEV(Value *V) {
3170   if (!isSCEVable(V->getType()))
3171     return getUnknown(V);
3172
3173   unsigned Opcode = Instruction::UserOp1;
3174   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
3175     Opcode = I->getOpcode();
3176
3177     // Don't attempt to analyze instructions in blocks that aren't
3178     // reachable. Such instructions don't matter, and they aren't required
3179     // to obey basic rules for definitions dominating uses which this
3180     // analysis depends on.
3181     if (!DT->isReachableFromEntry(I->getParent()))
3182       return getUnknown(V);
3183   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
3184     Opcode = CE->getOpcode();
3185   else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
3186     return getConstant(CI);
3187   else if (isa<ConstantPointerNull>(V))
3188     return getIntegerSCEV(0, V->getType());
3189   else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V))
3190     return GA->mayBeOverridden() ? getUnknown(V) : getSCEV(GA->getAliasee());
3191   else
3192     return getUnknown(V);
3193
3194   Operator *U = cast<Operator>(V);
3195   switch (Opcode) {
3196   case Instruction::Add:
3197     // Don't transfer the NSW and NUW bits from the Add instruction to the
3198     // Add expression, because the Instruction may be guarded by control
3199     // flow and the no-overflow bits may not be valid for the expression in
3200     // any context.
3201     return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3202                       getSCEV(U->getOperand(1)));
3203   case Instruction::Mul:
3204     // Don't transfer the NSW and NUW bits from the Mul instruction to the
3205     // Mul expression, as with Add.
3206     return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3207                       getSCEV(U->getOperand(1)));
3208   case Instruction::UDiv:
3209     return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3210                        getSCEV(U->getOperand(1)));
3211   case Instruction::Sub:
3212     return getMinusSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)),
3213                         getSCEV(U->getOperand(1)));
3214   case Instruction::And:
3215     // For an expression like x&255 that merely masks off the high bits,
3216     // use zext(trunc(x)) as the SCEV expression.
3217     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3218       if (CI->isNullValue())
3219         return getSCEV(U->getOperand(1));
3220       if (CI->isAllOnesValue())
3221         return getSCEV(U->getOperand(0));
3222       const APInt &A = CI->getValue();
3223
3224       // Instcombine's ShrinkDemandedConstant may strip bits out of
3225       // constants, obscuring what would otherwise be a low-bits mask.
3226       // Use ComputeMaskedBits to compute what ShrinkDemandedConstant
3227       // knew about to reconstruct a low-bits mask value.
3228       unsigned LZ = A.countLeadingZeros();
3229       unsigned BitWidth = A.getBitWidth();
3230       APInt AllOnes = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
3231       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
3232       ComputeMaskedBits(U->getOperand(0), AllOnes, KnownZero, KnownOne, TD);
3233
3234       APInt EffectiveMask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, BitWidth - LZ);
3235
3236       if (LZ != 0 && !((~A & ~KnownZero) & EffectiveMask))
3237         return
3238           getZeroExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3239                                 IntegerType::get(getContext(), BitWidth - LZ)),
3240                             U->getType());
3241     }
3242     break;
3243
3244   case Instruction::Or:
3245     // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
3246     // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
3247     // optimizations will transparently handle this case.
3248     //
3249     // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
3250     // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
3251     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3252       const SCEV *LHS = getSCEV(U->getOperand(0));
3253       const APInt &CIVal = CI->getValue();
3254       if (GetMinTrailingZeros(LHS) >=
3255           (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros())) {
3256         // Build a plain add SCEV.
3257         const SCEV *S = getAddExpr(LHS, getSCEV(CI));
3258         // If the LHS of the add was an addrec and it has no-wrap flags,
3259         // transfer the no-wrap flags, since an or won't introduce a wrap.
3260         if (const SCEVAddRecExpr *NewAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3261           const SCEVAddRecExpr *OldAR = cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
3262           if (OldAR->hasNoUnsignedWrap())
3263             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setHasNoUnsignedWrap(true);
3264           if (OldAR->hasNoSignedWrap())
3265             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setHasNoSignedWrap(true);
3266         }
3267         return S;
3268       }
3269     }
3270     break;
3271   case Instruction::Xor:
3272     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3273       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
3274       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
3275       if (CI->getValue().isSignBit())
3276         return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3277                           getSCEV(U->getOperand(1)));
3278
3279       // If the RHS of xor is -1, then this is a not operation.
3280       if (CI->isAllOnesValue())
3281         return getNotSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)));
3282
3283       // Model xor(and(x, C), C) as and(~x, C), if C is a low-bits mask.
3284       // This is a variant of the check for xor with -1, and it handles
3285       // the case where instcombine has trimmed non-demanded bits out
3286       // of an xor with -1.
3287       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U->getOperand(0)))
3288         if (ConstantInt *LCI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
3289           if (BO->getOpcode() == Instruction::And &&
3290               LCI->getValue() == CI->getValue())
3291             if (const SCEVZeroExtendExpr *Z =
3292                   dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(getSCEV(U->getOperand(0)))) {
3293               const Type *UTy = U->getType();
3294               const SCEV *Z0 = Z->getOperand();
3295               const Type *Z0Ty = Z0->getType();
3296               unsigned Z0TySize = getTypeSizeInBits(Z0Ty);
3297
3298               // If C is a low-bits mask, the zero extend is serving to
3299               // mask off the high bits. Complement the operand and
3300               // re-apply the zext.
3301               if (APIntOps::isMask(Z0TySize, CI->getValue()))
3302                 return getZeroExtendExpr(getNotSCEV(Z0), UTy);
3303
3304               // If C is a single bit, it may be in the sign-bit position
3305               // before the zero-extend. In this case, represent the xor
3306               // using an add, which is equivalent, and re-apply the zext.
3307               APInt Trunc = APInt(CI->getValue()).trunc(Z0TySize);
3308               if (APInt(Trunc).zext(getTypeSizeInBits(UTy)) == CI->getValue() &&
3309                   Trunc.isSignBit())
3310                 return getZeroExtendExpr(getAddExpr(Z0, getConstant(Trunc)),
3311                                          UTy);
3312             }
3313     }
3314     break;
3315
3316   case Instruction::Shl:
3317     // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
3318     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3319       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
3320       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
3321         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getLimitedValue(BitWidth)));
3322       return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
3323     }
3324     break;
3325
3326   case Instruction::LShr:
3327     // Turn logical shift right of a constant into a unsigned divide.
3328     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3329       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
3330       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
3331         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getLimitedValue(BitWidth)));
3332       return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
3333     }
3334     break;
3335
3336   case Instruction::AShr:
3337     // For a two-shift sext-inreg, use sext(trunc(x)) as the SCEV expression.
3338     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
3339       if (Instruction *L = dyn_cast<Instruction>(U->getOperand(0)))
3340         if (L->getOpcode() == Instruction::Shl &&
3341             L->getOperand(1) == U->getOperand(1)) {
3342           unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
3343           uint64_t Amt = BitWidth - CI->getZExtValue();
3344           if (Amt == BitWidth)
3345             return getSCEV(L->getOperand(0));       // shift by zero --> noop
3346           if (Amt > BitWidth)
3347             return getIntegerSCEV(0, U->getType()); // value is undefined
3348           return
3349             getSignExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(L->getOperand(0)),
3350                                            IntegerType::get(getContext(), Amt)),
3351                                  U->getType());
3352         }
3353     break;
3354
3355   case Instruction::Trunc:
3356     return getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3357
3358   case Instruction::ZExt:
3359     return getZeroExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3360
3361   case Instruction::SExt:
3362     return getSignExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3363
3364   case Instruction::BitCast:
3365     // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
3366     if (isSCEVable(U->getType()) && isSCEVable(U->getOperand(0)->getType()))
3367       return getSCEV(U->getOperand(0));
3368     break;
3369
3370   // It's tempting to handle inttoptr and ptrtoint as no-ops, however this can
3371   // lead to pointer expressions which cannot safely be expanded to GEPs,
3372   // because ScalarEvolution doesn't respect the GEP aliasing rules when
3373   // simplifying integer expressions.
3374
3375   case Instruction::GetElementPtr:
3376     return createNodeForGEP(cast<GEPOperator>(U));
3377
3378   case Instruction::PHI:
3379     return createNodeForPHI(cast<PHINode>(U));
3380
3381   case Instruction::Select:
3382     // This could be a smax or umax that was lowered earlier.
3383     // Try to recover it.
3384     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U->getOperand(0))) {
3385       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
3386       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
3387       switch (ICI->getPredicate()) {
3388       case ICmpInst::ICMP_SLT:
3389       case ICmpInst::ICMP_SLE:
3390         std::swap(LHS, RHS);
3391         // fall through
3392       case ICmpInst::ICMP_SGT:
3393       case ICmpInst::ICMP_SGE:
3394         if (LHS == U->getOperand(1) && RHS == U->getOperand(2))
3395           return getSMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
3396         else if (LHS == U->getOperand(2) && RHS == U->getOperand(1))
3397           return getSMinExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
3398         break;
3399       case ICmpInst::ICMP_ULT:
3400       case ICmpInst::ICMP_ULE:
3401         std::swap(LHS, RHS);
3402         // fall through
3403       case ICmpInst::ICMP_UGT:
3404       case ICmpInst::ICMP_UGE:
3405         if (LHS == U->getOperand(1) && RHS == U->getOperand(2))
3406           return getUMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
3407         else if (LHS == U->getOperand(2) && RHS == U->getOperand(1))
3408           return getUMinExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
3409         break;
3410       case ICmpInst::ICMP_NE:
3411         // n != 0 ? n : 1  ->  umax(n, 1)
3412         if (LHS == U->getOperand(1) &&
3413             isa<ConstantInt>(U->getOperand(2)) &&
3414             cast<ConstantInt>(U->getOperand(2))->isOne() &&
3415             isa<ConstantInt>(RHS) &&
3416             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero())
3417           return getUMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(U->getOperand(2)));
3418         break;
3419       case ICmpInst::ICMP_EQ:
3420         // n == 0 ? 1 : n  ->  umax(n, 1)
3421         if (LHS == U->getOperand(2) &&
3422             isa<ConstantInt>(U->getOperand(1)) &&
3423             cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))->isOne() &&
3424             isa<ConstantInt>(RHS) &&
3425             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero())
3426           return getUMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(U->getOperand(1)));
3427         break;
3428       default:
3429         break;
3430       }
3431     }
3432
3433   default: // We cannot analyze this expression.
3434     break;
3435   }
3436
3437   return getUnknown(V);
3438 }
3439
3440
3441
3442 //===----------------------------------------------------------------------===//
3443 //                   Iteration Count Computation Code
3444 //
3445
3446 /// getBackedgeTakenCount - If the specified loop has a predictable
3447 /// backedge-taken count, return it, otherwise return a SCEVCouldNotCompute
3448 /// object. The backedge-taken count is the number of times the loop header
3449 /// will be branched to from within the loop. This is one less than the
3450 /// trip count of the loop, since it doesn't count the first iteration,
3451 /// when the header is branched to from outside the loop.
3452 ///
3453 /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
3454 /// loop-invariant backedge-taken count (see
3455 /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
3456 ///
3457 const SCEV *ScalarEvolution::getBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3458   return getBackedgeTakenInfo(L).Exact;
3459 }
3460
3461 /// getMaxBackedgeTakenCount - Similar to getBackedgeTakenCount, except
3462 /// return the least SCEV value that is known never to be less than the
3463 /// actual backedge taken count.
3464 const SCEV *ScalarEvolution::getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3465   return getBackedgeTakenInfo(L).Max;
3466 }
3467
3468 /// PushLoopPHIs - Push PHI nodes in the header of the given loop
3469 /// onto the given Worklist.
3470 static void
3471 PushLoopPHIs(const Loop *L, SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
3472   BasicBlock *Header = L->getHeader();
3473
3474   // Push all Loop-header PHIs onto the Worklist stack.
3475   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
3476        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
3477     Worklist.push_back(PN);
3478 }
3479
3480 const ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo &
3481 ScalarEvolution::getBackedgeTakenInfo(const Loop *L) {
3482   // Initially insert a CouldNotCompute for this loop. If the insertion
3483   // succeeds, proceed to actually compute a backedge-taken count and
3484   // update the value. The temporary CouldNotCompute value tells SCEV
3485   // code elsewhere that it shouldn't attempt to request a new
3486   // backedge-taken count, which could result in infinite recursion.
3487   std::pair<std::map<const Loop *, BackedgeTakenInfo>::iterator, bool> Pair =
3488     BackedgeTakenCounts.insert(std::make_pair(L, getCouldNotCompute()));
3489   if (Pair.second) {
3490     BackedgeTakenInfo BECount = ComputeBackedgeTakenCount(L);
3491     if (BECount.Exact != getCouldNotCompute()) {
3492       assert(BECount.Exact->isLoopInvariant(L) &&
3493              BECount.Max->isLoopInvariant(L) &&
3494              "Computed backedge-taken count isn't loop invariant for loop!");
3495       ++NumTripCountsComputed;
3496
3497       // Update the value in the map.
3498       Pair.first->second = BECount;
3499     } else {
3500       if (BECount.Max != getCouldNotCompute())
3501         // Update the value in the map.
3502         Pair.first->second = BECount;
3503       if (isa<PHINode>(L->getHeader()->begin()))
3504         // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
3505         ++NumTripCountsNotComputed;
3506     }
3507
3508     // Now that we know more about the trip count for this loop, forget any
3509     // existing SCEV values for PHI nodes in this loop since they are only
3510     // conservative estimates made without the benefit of trip count
3511     // information. This is similar to the code in forgetLoop, except that
3512     // it handles SCEVUnknown PHI nodes specially.
3513     if (BECount.hasAnyInfo()) {
3514       SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3515       PushLoopPHIs(L, Worklist);
3516
3517       SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3518       while (!Worklist.empty()) {
3519         Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3520         if (!Visited.insert(I)) continue;
3521
3522         std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
3523           Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
3524         if (It != Scalars.end()) {
3525           // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
3526           // structure, or it's a PHI that's in the progress of being computed
3527           // by createNodeForPHI.  In the former case, additional loop trip
3528           // count information isn't going to change anything. In the later
3529           // case, createNodeForPHI will perform the necessary updates on its
3530           // own when it gets to that point.
3531           if (!isa<PHINode>(I) || !isa<SCEVUnknown>(It->second)) {
3532             ValuesAtScopes.erase(It->second);
3533             Scalars.erase(It);
3534           }
3535           if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3536             ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3537         }
3538
3539         PushDefUseChildren(I, Worklist);
3540       }
3541     }
3542   }
3543   return Pair.first->second;
3544 }
3545
3546 /// forgetLoop - This method should be called by the client when it has
3547 /// changed a loop in a way that may effect ScalarEvolution's ability to
3548 /// compute a trip count, or if the loop is deleted.
3549 void ScalarEvolution::forgetLoop(const Loop *L) {
3550   // Drop any stored trip count value.
3551   BackedgeTakenCounts.erase(L);
3552
3553   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
3554   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3555   PushLoopPHIs(L, Worklist);
3556
3557   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3558   while (!Worklist.empty()) {
3559     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3560     if (!Visited.insert(I)) continue;
3561
3562     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
3563       Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
3564     if (It != Scalars.end()) {
3565       ValuesAtScopes.erase(It->second);
3566       Scalars.erase(It);
3567       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3568         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3569     }
3570
3571     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3572   }
3573 }
3574
3575 /// forgetValue - This method should be called by the client when it has
3576 /// changed a value in a way that may effect its value, or which may
3577 /// disconnect it from a def-use chain linking it to a loop.
3578 void ScalarEvolution::forgetValue(Value *V) {
3579   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
3580   if (!I) return;
3581
3582   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
3583   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3584   Worklist.push_back(I);
3585
3586   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3587   while (!Worklist.empty()) {
3588     I = Worklist.pop_back_val();
3589     if (!Visited.insert(I)) continue;
3590
3591     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
3592       Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
3593     if (It != Scalars.end()) {
3594       ValuesAtScopes.erase(It->second);
3595       Scalars.erase(It);
3596       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3597         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3598     }
3599
3600     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3601   }
3602 }
3603
3604 /// ComputeBackedgeTakenCount - Compute the number of times the backedge
3605 /// of the specified loop will execute.
3606 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3607 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3608   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitingBlocks;
3609   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
3610
3611   // Examine all exits and pick the most conservative values.
3612   const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3613   const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3614   bool CouldNotComputeBECount = false;
3615   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
3616     BackedgeTakenInfo NewBTI =
3617       ComputeBackedgeTakenCountFromExit(L, ExitingBlocks[i]);
3618
3619     if (NewBTI.Exact == getCouldNotCompute()) {
3620       // We couldn't compute an exact value for this exit, so
3621       // we won't be able to compute an exact value for the loop.
3622       CouldNotComputeBECount = true;
3623       BECount = getCouldNotCompute();
3624     } else if (!CouldNotComputeBECount) {
3625       if (BECount == getCouldNotCompute())
3626         BECount = NewBTI.Exact;
3627       else
3628         BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BECount, NewBTI.Exact);
3629     }
3630     if (MaxBECount == getCouldNotCompute())
3631       MaxBECount = NewBTI.Max;
3632     else if (NewBTI.Max != getCouldNotCompute())
3633       MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(MaxBECount, NewBTI.Max);
3634   }
3635
3636   return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3637 }
3638
3639 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExit - Compute the number of times the backedge
3640 /// of the specified loop will execute if it exits via the specified block.
3641 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3642 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExit(const Loop *L,
3643                                                    BasicBlock *ExitingBlock) {
3644
3645   // Okay, we've chosen an exiting block.  See what condition causes us to
3646   // exit at this block.
3647   //
3648   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
3649   BranchInst *ExitBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
3650   if (ExitBr == 0) return getCouldNotCompute();
3651   assert(ExitBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
3652
3653   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
3654   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
3655   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
3656   // not be equal to the trip count of the loop.
3657   //
3658   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
3659   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
3660   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
3661   // loop header.  This is common for un-rotated loops.
3662   //
3663   // If both of those tests fail, walk up the unique predecessor chain to the
3664   // header, stopping if there is an edge that doesn't exit the loop. If the
3665   // header is reached, the execution count of the branch will be equal to the
3666   // trip count of the loop.
3667   //
3668   //  More extensive analysis could be done to handle more cases here.
3669   //
3670   if (ExitBr->getSuccessor(0) != L->getHeader() &&
3671       ExitBr->getSuccessor(1) != L->getHeader() &&
3672       ExitBr->getParent() != L->getHeader()) {
3673     // The simple checks failed, try climbing the unique predecessor chain
3674     // up to the header.
3675     bool Ok = false;
3676     for (BasicBlock *BB = ExitBr->getParent(); BB; ) {
3677       BasicBlock *Pred = BB->getUniquePredecessor();
3678       if (!Pred)
3679         return getCouldNotCompute();
3680       TerminatorInst *PredTerm = Pred->getTerminator();
3681       for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
3682         BasicBlock *PredSucc = PredTerm->getSuccessor(i);
3683         if (PredSucc == BB)
3684           continue;
3685         // If the predecessor has a successor that isn't BB and isn't
3686         // outside the loop, assume the worst.
3687         if (L->contains(PredSucc))
3688           return getCouldNotCompute();
3689       }
3690       if (Pred == L->getHeader()) {
3691         Ok = true;
3692         break;
3693       }
3694       BB = Pred;
3695     }
3696     if (!Ok)
3697       return getCouldNotCompute();
3698   }
3699
3700   // Proceed to the next level to examine the exit condition expression.
3701   return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, ExitBr->getCondition(),
3702                                                ExitBr->getSuccessor(0),
3703                                                ExitBr->getSuccessor(1));
3704 }
3705
3706 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond - Compute the number of times the
3707 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
3708 /// were a conditional branch of ExitCond, TBB, and FBB.
3709 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3710 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(const Loop *L,
3711                                                        Value *ExitCond,
3712                                                        BasicBlock *TBB,
3713                                                        BasicBlock *FBB) {
3714   // Check if the controlling expression for this loop is an And or Or.
3715   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(ExitCond)) {
3716     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
3717       // Recurse on the operands of the and.
3718       BackedgeTakenInfo BTI0 =
3719         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
3720       BackedgeTakenInfo BTI1 =
3721         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
3722       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3723       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3724       if (L->contains(TBB)) {
3725         // Both conditions must be true for the loop to continue executing.
3726         // Choose the less conservative count.
3727         if (BTI0.Exact == getCouldNotCompute() ||
3728             BTI1.Exact == getCouldNotCompute())
3729           BECount = getCouldNotCompute();
3730         else
3731           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3732         if (BTI0.Max == getCouldNotCompute())
3733           MaxBECount = BTI1.Max;
3734         else if (BTI1.Max == getCouldNotCompute())
3735           MaxBECount = BTI0.Max;
3736         else
3737           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3738       } else {
3739         // Both conditions must be true for the loop to exit.
3740         assert(L->contains(FBB) && "Loop block has no successor in loop!");
3741         if (BTI0.Exact != getCouldNotCompute() &&
3742             BTI1.Exact != getCouldNotCompute())
3743           BECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3744         if (BTI0.Max != getCouldNotCompute() &&
3745             BTI1.Max != getCouldNotCompute())
3746           MaxBECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3747       }
3748
3749       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3750     }
3751     if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
3752       // Recurse on the operands of the or.
3753       BackedgeTakenInfo BTI0 =
3754         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
3755       BackedgeTakenInfo BTI1 =
3756         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
3757       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3758       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3759       if (L->contains(FBB)) {
3760         // Both conditions must be false for the loop to continue executing.
3761         // Choose the less conservative count.
3762         if (BTI0.Exact == getCouldNotCompute() ||
3763             BTI1.Exact == getCouldNotCompute())
3764           BECount = getCouldNotCompute();
3765         else
3766           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3767         if (BTI0.Max == getCouldNotCompute())
3768           MaxBECount = BTI1.Max;
3769         else if (BTI1.Max == getCouldNotCompute())
3770           MaxBECount = BTI0.Max;
3771         else
3772           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3773       } else {
3774         // Both conditions must be false for the loop to exit.
3775         assert(L->contains(TBB) && "Loop block has no successor in loop!");
3776         if (BTI0.Exact != getCouldNotCompute() &&
3777             BTI1.Exact != getCouldNotCompute())
3778           BECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3779         if (BTI0.Max != getCouldNotCompute() &&
3780             BTI1.Max != getCouldNotCompute())
3781           MaxBECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3782       }
3783
3784       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3785     }
3786   }
3787
3788   // With an icmp, it may be feasible to compute an exact backedge-taken count.
3789   // Proceed to the next level to examine the icmp.
3790   if (ICmpInst *ExitCondICmp = dyn_cast<ICmpInst>(ExitCond))
3791     return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(L, ExitCondICmp, TBB, FBB);
3792
3793   // Check for a constant condition. These are normally stripped out by
3794   // SimplifyCFG, but ScalarEvolution may be used by a pass which wishes to
3795   // preserve the CFG and is temporarily leaving constant conditions
3796   // in place.
3797   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(ExitCond)) {
3798     if (L->contains(FBB) == !CI->getZExtValue())
3799       // The backedge is always taken.
3800       return getCouldNotCompute();
3801     else
3802       // The backedge is never taken.
3803       return getIntegerSCEV(0, CI->getType());
3804   }
3805
3806   // If it's not an integer or pointer comparison then compute it the hard way.
3807   return ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
3808 }
3809
3810 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp - Compute the number of times the
3811 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
3812 /// were a conditional branch of the ICmpInst ExitCond, TBB, and FBB.
3813 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3814 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(const Loop *L,
3815                                                            ICmpInst *ExitCond,
3816                                                            BasicBlock *TBB,
3817                                                            BasicBlock *FBB) {
3818
3819   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
3820   ICmpInst::Predicate Cond;
3821   if (!L->contains(FBB))
3822     Cond = ExitCond->getPredicate();
3823   else
3824     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
3825
3826   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
3827   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
3828     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
3829       BackedgeTakenInfo ItCnt =
3830         ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(LI, RHS, L, Cond);
3831       if (ItCnt.hasAnyInfo())
3832         return ItCnt;
3833     }
3834
3835   const SCEV *LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
3836   const SCEV *RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
3837
3838   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
3839   LHS = getSCEVAtScope(LHS, L);
3840   RHS = getSCEVAtScope(RHS, L);
3841
3842   // At this point, we would like to compute how many iterations of the
3843   // loop the predicate will return true for these inputs.
3844   if (LHS->isLoopInvariant(L) && !RHS->isLoopInvariant(L)) {
3845     // If there is a loop-invariant, force it into the RHS.
3846     std::swap(LHS, RHS);
3847     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
3848   }
3849
3850   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
3851   // ranges to answer this query.
3852   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
3853     if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
3854       if (AddRec->getLoop() == L) {
3855         // Form the constant range.
3856         ConstantRange CompRange(
3857             ICmpInst::makeConstantRange(Cond, RHSC->getValue()->getValue()));
3858
3859         const SCEV *Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, *this);
3860         if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
3861       }
3862
3863   switch (Cond) {
3864   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
3865     // Convert to: while (X-Y != 0)
3866     BackedgeTakenInfo BTI = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
3867     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3868     break;
3869   }
3870   case ICmpInst::ICMP_EQ: {                     // while (X == Y)
3871     // Convert to: while (X-Y == 0)
3872     BackedgeTakenInfo BTI = HowFarToNonZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
3873     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3874     break;
3875   }
3876   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
3877     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, true);
3878     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3879     break;
3880   }
3881   case ICmpInst::ICMP_SGT: {
3882     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
3883                                              getNotSCEV(RHS), L, true);
3884     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3885     break;
3886   }
3887   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
3888     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, false);
3889     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3890     break;
3891   }
3892   case ICmpInst::ICMP_UGT: {
3893     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
3894                                              getNotSCEV(RHS), L, false);
3895     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3896     break;
3897   }
3898   default:
3899 #if 0
3900     dbgs() << "ComputeBackedgeTakenCount ";
3901     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
3902       dbgs() << "[unsigned] ";
3903     dbgs() << *LHS << "   "
3904          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp)
3905          << "   " << *RHS << "\n";
3906 #endif
3907     break;
3908   }
3909   return
3910     ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
3911 }
3912
3913 static ConstantInt *
3914 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
3915                                 ScalarEvolution &SE) {
3916   const SCEV *InVal = SE.getConstant(C);
3917   const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
3918   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
3919          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
3920   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
3921 }
3922
3923 /// GetAddressedElementFromGlobal - Given a global variable with an initializer
3924 /// and a GEP expression (missing the pointer index) indexing into it, return
3925 /// the addressed element of the initializer or null if the index expression is
3926 /// invalid.
3927 static Constant *
3928 GetAddressedElementFromGlobal(GlobalVariable *GV,
3929                               const std::vector<ConstantInt*> &Indices) {
3930   Constant *Init = GV->getInitializer();
3931   for (unsigned i = 0, e = Indices.size(); i != e; ++i) {
3932     uint64_t Idx = Indices[i]->getZExtValue();
3933     if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Init)) {
3934       assert(Idx < CS->getNumOperands() && "Bad struct index!");
3935       Init = cast<Constant>(CS->getOperand(Idx));
3936     } else if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Init)) {
3937       if (Idx >= CA->getNumOperands()) return 0;  // Bogus program
3938       Init = cast<Constant>(CA->getOperand(Idx));
3939     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
3940       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
3941         assert(Idx < STy->getNumElements() && "Bad struct index!");
3942         Init = Constant::getNullValue(STy->getElementType(Idx));
3943       } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Init->getType())) {
3944         if (Idx >= ATy->getNumElements()) return 0;  // Bogus program
3945         Init = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
3946       } else {
3947         llvm_unreachable("Unknown constant aggregate type!");
3948       }
3949       return 0;
3950     } else {
3951       return 0; // Unknown initializer type
3952     }
3953   }
3954   return Init;
3955 }
3956
3957 /// ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount - Given an exit condition of
3958 /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the backedge
3959 /// execution count.
3960 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3961 ScalarEvolution::ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(
3962                                                 LoadInst *LI,
3963                                                 Constant *RHS,
3964                                                 const Loop *L,
3965                                                 ICmpInst::Predicate predicate) {
3966   if (LI->isVolatile()) return getCouldNotCompute();
3967
3968   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
3969   // TODO: Use SCEV instead of manually grubbing with GEPs.
3970   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
3971   if (!GEP) return getCouldNotCompute();
3972
3973   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
3974   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
3975   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
3976   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer() ||
3977       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
3978       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
3979     return getCouldNotCompute();
3980
3981   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
3982   Value *VarIdx = 0;
3983   std::vector<ConstantInt*> Indexes;
3984   unsigned VarIdxNum = 0;
3985   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
3986     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
3987       Indexes.push_back(CI);
3988     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
3989       if (VarIdx) return getCouldNotCompute();  // Multiple non-constant idx's.
3990       VarIdx = GEP->getOperand(i);
3991       VarIdxNum = i-2;
3992       Indexes.push_back(0);
3993     }
3994
3995   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
3996   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
3997   const SCEV *Idx = getSCEV(VarIdx);
3998   Idx = getSCEVAtScope(Idx, L);
3999
4000   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
4001   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
4002   const SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
4003   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || IdxExpr->isLoopInvariant(L) ||
4004       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
4005       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
4006     return getCouldNotCompute();
4007
4008   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
4009   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
4010     ConstantInt *ItCst = ConstantInt::get(
4011                            cast<IntegerType>(IdxExpr->getType()), IterationNum);
4012     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, *this);
4013
4014     // Form the GEP offset.
4015     Indexes[VarIdxNum] = Val;
4016
4017     Constant *Result = GetAddressedElementFromGlobal(GV, Indexes);
4018     if (Result == 0) break;  // Cannot compute!
4019
4020     // Evaluate the condition for this iteration.
4021     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
4022     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
4023     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
4024 #if 0
4025       dbgs() << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
4026              << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
4027              << "***\n";
4028 #endif
4029       ++NumArrayLenItCounts;
4030       return getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
4031     }
4032   }
4033   return getCouldNotCompute();
4034 }
4035
4036
4037 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
4038 /// specified type, assuming that all operands were constants.
4039 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
4040   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
4041       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I))
4042     return true;
4043
4044   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
4045     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
4046       return canConstantFoldCallTo(F);
4047   return false;
4048 }
4049
4050 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
4051 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
4052 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
4053 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
4054 /// constraints, return null.
4055 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
4056   // If this is not an instruction, or if this is an instruction outside of the
4057   // loop, it can't be derived from a loop PHI.
4058   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
4059   if (I == 0 || !L->contains(I)) return 0;
4060
4061   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
4062     if (L->getHeader() == I->getParent())
4063       return PN;
4064     else
4065       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
4066       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
4067       return 0;
4068   }
4069
4070   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
4071   // are constants, return early.
4072   if (!CanConstantFold(I)) return 0;
4073
4074   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
4075   // constant or derived from a PHI node themselves.
4076   PHINode *PHI = 0;
4077   for (unsigned Op = 0, e = I->getNumOperands(); Op != e; ++Op)
4078     if (!(isa<Constant>(I->getOperand(Op)) ||
4079           isa<GlobalValue>(I->getOperand(Op)))) {
4080       PHINode *P = getConstantEvolvingPHI(I->getOperand(Op), L);
4081       if (P == 0) return 0;  // Not evolving from PHI
4082       if (PHI == 0)
4083         PHI = P;
4084       else if (PHI != P)
4085         return 0;  // Evolving from multiple different PHIs.
4086     }
4087
4088   // This is a expression evolving from a constant PHI!
4089   return PHI;
4090 }
4091
4092 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
4093 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
4094 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
4095 /// reason, return null.
4096 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, Constant *PHIVal,
4097                                     const TargetData *TD) {
4098   if (isa<PHINode>(V)) return PHIVal;
4099   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
4100   if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V)) return GV;
4101   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
4102
4103   std::vector<Constant*> Operands;
4104   Operands.resize(I->getNumOperands());
4105
4106   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4107     Operands[i] = EvaluateExpression(I->getOperand(i), PHIVal, TD);
4108     if (Operands[i] == 0) return 0;
4109   }
4110
4111   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
4112     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(), Operands[0],
4113                                            Operands[1], TD);
4114   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
4115                                   &Operands[0], Operands.size(), TD);
4116 }
4117
4118 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
4119 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
4120 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
4121 /// involving constants, fold it.
4122 Constant *
4123 ScalarEvolution::getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN,
4124                                                    const APInt &BEs,
4125                                                    const Loop *L) {
4126   std::map<PHINode*, Constant*>::iterator I =
4127     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
4128   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
4129     return I->second;
4130
4131   if (BEs.ugt(MaxBruteForceIterations))
4132     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = 0;  // Not going to evaluate it.
4133
4134   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
4135
4136   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
4137   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
4138   // second must be derived from the same PHI.
4139   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
4140   Constant *StartCST =
4141     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
4142   if (StartCST == 0)
4143     return RetVal = 0;  // Must be a constant.
4144
4145   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
4146   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
4147   if (PN2 != PN)
4148     return RetVal = 0;  // Not derived from same PHI.
4149
4150   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
4151   if (BEs.getActiveBits() >= 32)
4152     return RetVal = 0; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
4153
4154   unsigned NumIterations = BEs.getZExtValue(); // must be in range
4155   unsigned IterationNum = 0;
4156   for (Constant *PHIVal = StartCST; ; ++IterationNum) {
4157     if (IterationNum == NumIterations)
4158       return RetVal = PHIVal;  // Got exit value!
4159
4160     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
4161     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal, TD);
4162     if (NextPHI == PHIVal)
4163       return RetVal = NextPHI;  // Stopped evolving!
4164     if (NextPHI == 0)
4165       return 0;        // Couldn't evaluate!
4166     PHIVal = NextPHI;
4167   }
4168 }
4169
4170 /// ComputeBackedgeTakenCountExhaustively - If the loop is known to execute a
4171 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
4172 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
4173 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
4174 /// evaluate the trip count of the loop, return getCouldNotCompute().
4175 const SCEV *
4176 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(const Loop *L,
4177                                                        Value *Cond,
4178                                                        bool ExitWhen) {
4179   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
4180   if (PN == 0) return getCouldNotCompute();
4181
4182   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
4183   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
4184   // second must be derived from the same PHI.
4185   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
4186   Constant *StartCST =
4187     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
4188   if (StartCST == 0) return getCouldNotCompute();  // Must be a constant.
4189
4190   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
4191   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
4192   if (PN2 != PN) return getCouldNotCompute();  // Not derived from same PHI.
4193
4194   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
4195   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
4196   // "ExitWhen".
4197   unsigned IterationNum = 0;
4198   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
4199   for (Constant *PHIVal = StartCST;
4200        IterationNum != MaxIterations; ++IterationNum) {
4201     ConstantInt *CondVal =
4202       dyn_cast_or_null<ConstantInt>(EvaluateExpression(Cond, PHIVal, TD));
4203
4204     // Couldn't symbolically evaluate.
4205     if (!CondVal) return getCouldNotCompute();
4206
4207     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
4208       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
4209       return getConstant(Type::getInt32Ty(getContext()), IterationNum);
4210     }
4211
4212     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
4213     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal, TD);
4214     if (NextPHI == 0 || NextPHI == PHIVal)
4215       return getCouldNotCompute();// Couldn't evaluate or not making progress...
4216     PHIVal = NextPHI;
4217   }
4218
4219   // Too many iterations were needed to evaluate.
4220   return getCouldNotCompute();
4221 }
4222
4223 /// getSCEVAtScope - Return a SCEV expression for the specified value
4224 /// at the specified scope in the program.  The L value specifies a loop
4225 /// nest to evaluate the expression at, where null is the top-level or a
4226 /// specified loop is immediately inside of the loop.
4227 ///
4228 /// This method can be used to compute the exit value for a variable defined
4229 /// in a loop by querying what the value will hold in the parent loop.
4230 ///
4231 /// In the case that a relevant loop exit value cannot be computed, the
4232 /// original value V is returned.
4233 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
4234   // Check to see if we've folded this expression at this loop before.
4235   std::map<const Loop *, const SCEV *> &Values = ValuesAtScopes[V];
4236   std::pair<std::map<const Loop *, const SCEV *>::iterator, bool> Pair =
4237     Values.insert(std::make_pair(L, static_cast<const SCEV *>(0)));
4238   if (!Pair.second)
4239     return Pair.first->second ? Pair.first->second : V;
4240
4241   // Otherwise compute it.
4242   const SCEV *C = computeSCEVAtScope(V, L);
4243   ValuesAtScopes[V][L] = C;
4244   return C;
4245 }
4246
4247 const SCEV *ScalarEvolution::computeSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
4248   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
4249
4250   // If this instruction is evolved from a constant-evolving PHI, compute the
4251   // exit value from the loop without using SCEVs.
4252   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
4253     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
4254       const Loop *LI = (*this->LI)[I->getParent()];
4255       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
4256         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4257           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
4258             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
4259             // to see if the loop that contains it has a known backedge-taken
4260             // count.  If so, we may be able to force computation of the exit
4261             // value.
4262             const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(LI);
4263             if (const SCEVConstant *BTCC =
4264                   dyn_cast<SCEVConstant>(BackedgeTakenCount)) {
4265               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
4266               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
4267               // the specified iteration number.
4268               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
4269                                                    BTCC->getValue()->getValue(),
4270                                                                LI);
4271               if (RV) return getSCEV(RV);
4272             }
4273           }
4274
4275       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
4276       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
4277       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
4278       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
4279       if (CanConstantFold(I)) {
4280         std::vector<Constant*> Operands;
4281         Operands.reserve(I->getNumOperands());
4282         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4283           Value *Op = I->getOperand(i);
4284           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
4285             Operands.push_back(C);
4286           } else {
4287             // If any of the operands is non-constant and if they are
4288             // non-integer and non-pointer, don't even try to analyze them
4289             // with scev techniques.
4290             if (!isSCEVable(Op->getType()))
4291               return V;
4292
4293             const SCEV *OpV = getSCEVAtScope(Op, L);
4294             if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OpV)) {
4295               Constant *C = SC->getValue();
4296               if (C->getType() != Op->getType())
4297                 C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
4298                                                                   Op->getType(),
4299                                                                   false),
4300                                           C, Op->getType());
4301               Operands.push_back(C);
4302             } else if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(OpV)) {
4303               if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(SU->getValue())) {
4304                 if (C->getType() != Op->getType())
4305                   C =
4306                     ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
4307                                                                   Op->getType(),
4308                                                                   false),
4309                                           C, Op->getType());
4310                 Operands.push_back(C);
4311               } else
4312                 return V;
4313             } else {
4314               return V;
4315             }
4316           }
4317         }
4318
4319         Constant *C = 0;
4320         if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
4321           C = ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
4322                                               Operands[0], Operands[1], TD);
4323         else
4324           C = ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
4325                                        &Operands[0], Operands.size(), TD);
4326         if (C)
4327           return getSCEV(C);
4328       }
4329     }
4330
4331     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
4332     return V;
4333   }
4334
4335   if (const SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
4336     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
4337     // expression has no loop-variant portions.
4338     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4339       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
4340       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
4341         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
4342         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
4343         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Comm->op_begin(),
4344                                             Comm->op_begin()+i);
4345         NewOps.push_back(OpAtScope);
4346
4347         for (++i; i != e; ++i) {
4348           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
4349           NewOps.push_back(OpAtScope);
4350         }
4351         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
4352           return getAddExpr(NewOps);
4353         if (isa<SCEVMulExpr>(Comm))
4354           return getMulExpr(NewOps);
4355         if (isa<SCEVSMaxExpr>(Comm))
4356           return getSMaxExpr(NewOps);
4357         if (isa<SCEVUMaxExpr>(Comm))
4358           return getUMaxExpr(NewOps);
4359         llvm_unreachable("Unknown commutative SCEV type!");
4360       }
4361     }
4362     // If we got here, all operands are loop invariant.
4363     return Comm;
4364   }
4365
4366   if (const SCEVUDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(V)) {
4367     const SCEV *LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
4368     const SCEV *RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
4369     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
4370       return Div;   // must be loop invariant
4371     return getUDivExpr(LHS, RHS);
4372   }
4373
4374   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
4375   // are dealing with the final value computed by the loop.
4376   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
4377     if (!L || !AddRec->getLoop()->contains(L)) {
4378       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
4379       // loop iterates.  Compute this now.
4380       const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
4381       if (BackedgeTakenCount == getCouldNotCompute()) return AddRec;
4382
4383       // Then, evaluate the AddRec.
4384       return AddRec->evaluateAtIteration(BackedgeTakenCount, *this);
4385     }
4386     return AddRec;
4387   }
4388
4389   if (const SCEVZeroExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(V)) {
4390     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4391     if (Op == Cast->getOperand())
4392       return Cast;  // must be loop invariant
4393     return getZeroExtendExpr(Op, Cast->getType());
4394   }
4395
4396   if (const SCEVSignExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(V)) {
4397     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4398     if (Op == Cast->getOperand())
4399       return Cast;  // must be loop invariant
4400     return getSignExtendExpr(Op, Cast->getType());
4401   }
4402
4403   if (const SCEVTruncateExpr *Cast = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(V)) {
4404     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4405     if (Op == Cast->getOperand())
4406       return Cast;  // must be loop invariant
4407     return getTruncateExpr(Op, Cast->getType());
4408   }
4409
4410   llvm_unreachable("Unknown SCEV type!");
4411   return 0;
4412 }
4413
4414 /// getSCEVAtScope - This is a convenience function which does
4415 /// getSCEVAtScope(getSCEV(V), L).
4416 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) {
4417   return getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
4418 }
4419
4420 /// SolveLinEquationWithOverflow - Finds the minimum unsigned root of the
4421 /// following equation:
4422 ///
4423 ///     A * X = B (mod N)
4424 ///
4425 /// where N = 2^BW and BW is the common bit width of A and B. The signedness of
4426 /// A and B isn't important.
4427 ///
4428 /// If the equation does not have a solution, SCEVCouldNotCompute is returned.
4429 static const SCEV *SolveLinEquationWithOverflow(const APInt &A, const APInt &B,
4430                                                ScalarEvolution &SE) {
4431   uint32_t BW = A.getBitWidth();
4432   assert(BW == B.getBitWidth() && "Bit widths must be the same.");
4433   assert(A != 0 && "A must be non-zero.");
4434
4435   // 1. D = gcd(A, N)
4436   //
4437   // The gcd of A and N may have only one prime factor: 2. The number of
4438   // trailing zeros in A is its multiplicity
4439   uint32_t Mult2 = A.countTrailingZeros();
4440   // D = 2^Mult2
4441
4442   // 2. Check if B is divisible by D.
4443   //
4444   // B is divisible by D if and only if the multiplicity of prime factor 2 for B
4445   // is not less than multiplicity of this prime factor for D.
4446   if (B.countTrailingZeros() < Mult2)
4447     return SE.getCouldNotCompute();
4448
4449   // 3. Compute I: the multiplicative inverse of (A / D) in arithmetic
4450   // modulo (N / D).
4451   //
4452   // (N / D) may need BW+1 bits in its representation.  Hence, we'll use this
4453   // bit width during computations.
4454   APInt AD = A.lshr(Mult2).zext(BW + 1);  // AD = A / D
4455   APInt Mod(BW + 1, 0);
4456   Mod.set(BW - Mult2);  // Mod = N / D
4457   APInt I = AD.multiplicativeInverse(Mod);
4458
4459   // 4. Compute the minimum unsigned root of the equation:
4460   // I * (B / D) mod (N / D)
4461   APInt Result = (I * B.lshr(Mult2).zext(BW + 1)).urem(Mod);
4462
4463   // The result is guaranteed to be less than 2^BW so we may truncate it to BW
4464   // bits.
4465   return SE.getConstant(Result.trunc(BW));
4466 }
4467
4468 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
4469 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
4470 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
4471 ///
4472 static std::pair<const SCEV *,const SCEV *>
4473 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ScalarEvolution &SE) {
4474   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
4475   const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
4476   const SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
4477   const SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
4478
4479   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
4480   if (!LC || !MC || !NC) {
4481     const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
4482     return std::make_pair(CNC, CNC);
4483   }
4484
4485   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
4486   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
4487   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
4488   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
4489   APInt Two(BitWidth, 2);
4490   APInt Four(BitWidth, 4);
4491
4492   {
4493     using namespace APIntOps;
4494     const APInt& C = L;
4495     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
4496     // The B coefficient is M-N/2
4497     APInt B(M);
4498     B -= sdiv(N,Two);
4499
4500     // The A coefficient is N/2
4501     APInt A(N.sdiv(Two));
4502
4503     // Compute the B^2-4ac term.
4504     APInt SqrtTerm(B);
4505     SqrtTerm *= B;
4506     SqrtTerm -= Four * (A * C);
4507
4508     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
4509     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
4510     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
4511
4512     // Compute the two solutions for the quadratic formula.
4513     // The divisions must be performed as signed divisions.
4514     APInt NegB(-B);
4515     APInt TwoA( A << 1 );
4516     if (TwoA.isMinValue()) {
4517       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
4518       return std::make_pair(CNC, CNC);
4519     }
4520
4521     LLVMContext &Context = SE.getContext();
4522
4523     ConstantInt *Solution1 =
4524       ConstantInt::get(Context, (NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
4525     ConstantInt *Solution2 =
4526       ConstantInt::get(Context, (NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
4527
4528     return std::make_pair(SE.getConstant(Solution1),
4529                           SE.getConstant(Solution2));
4530     } // end APIntOps namespace
4531 }
4532
4533 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
4534 /// value to zero will execute.  If not computable, return CouldNotCompute.
4535 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4536 ScalarEvolution::HowFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
4537   // If the value is a constant
4538   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
4539     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
4540     if (C->getValue()->isZero()) return C;
4541     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
4542   }
4543
4544   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
4545   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
4546     return getCouldNotCompute();
4547
4548   if (AddRec->isAffine()) {
4549     // If this is an affine expression, the execution count of this branch is
4550     // the minimum unsigned root of the following equation:
4551     //
4552     //     Start + Step*N = 0 (mod 2^BW)
4553     //
4554     // equivalent to:
4555     //
4556     //             Step*N = -Start (mod 2^BW)
4557     //
4558     // where BW is the common bit width of Start and Step.
4559
4560     // Get the initial value for the loop.
4561     const SCEV *Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(),
4562                                        L->getParentLoop());
4563     const SCEV *Step = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(1),
4564                                       L->getParentLoop());
4565
4566     if (const SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step)) {
4567       // For now we handle only constant steps.
4568
4569       // First, handle unitary steps.
4570       if (StepC->getValue()->equalsInt(1))      // 1*N = -Start (mod 2^BW), so:
4571         return getNegativeSCEV(Start);          //   N = -Start (as unsigned)
4572       if (StepC->getValue()->isAllOnesValue())  // -1*N = -Start (mod 2^BW), so:
4573         return Start;                           //    N = Start (as unsigned)
4574
4575       // Then, try to solve the above equation provided that Start is constant.
4576       if (const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start))
4577         return SolveLinEquationWithOverflow(StepC->getValue()->getValue(),
4578                                             -StartC->getValue()->getValue(),
4579                                             *this);
4580     }
4581   } else if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isIntegerTy()) {
4582     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
4583     // the quadratic equation to solve it.
4584     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots = SolveQuadraticEquation(AddRec,
4585                                                                     *this);
4586     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
4587     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
4588     if (R1) {
4589 #if 0
4590       dbgs() << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
4591              << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
4592 #endif
4593       // Pick the smallest positive root value.
4594       if (ConstantInt *CB =
4595           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
4596                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
4597         if (CB->getZExtValue() == false)
4598           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
4599
4600         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
4601         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
4602         // should not accept a root of 2.
4603         const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1, *this);
4604         if (Val->isZero())
4605           return R1;  // We found a quadratic root!
4606       }
4607     }
4608   }
4609
4610   return getCouldNotCompute();
4611 }
4612
4613 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
4614 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
4615 /// CouldNotCompute
4616 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4617 ScalarEvolution::HowFarToNonZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
4618   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
4619   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
4620   // future as needed.
4621
4622   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
4623   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
4624   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
4625     if (!C->getValue()->isNullValue())
4626       return getIntegerSCEV(0, C->getType());
4627     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
4628   }
4629
4630   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
4631   // this, and if they did, they would already be constant folded.
4632   return getCouldNotCompute();
4633 }
4634
4635 /// getLoopPredecessor - If the given loop's header has exactly one unique
4636 /// predecessor outside the loop, return it. Otherwise return null.
4637 /// This is less strict that the loop "preheader" concept, which requires
4638 /// the predecessor to have only one single successor.
4639 ///
4640 BasicBlock *ScalarEvolution::getLoopPredecessor(const Loop *L) {
4641   BasicBlock *Header = L->getHeader();
4642   BasicBlock *Pred = 0;
4643   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), E = pred_end(Header);
4644        PI != E; ++PI)
4645     if (!L->contains(*PI)) {
4646       if (Pred && Pred != *PI) return 0; // Multiple predecessors.
4647       Pred = *PI;
4648     }
4649   return Pred;
4650 }
4651
4652 /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
4653 /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
4654 /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
4655 /// found.
4656 ///
4657 std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
4658 ScalarEvolution::getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB) {
4659   // If the block has a unique predecessor, then there is no path from the
4660   // predecessor to the block that does not go through the direct edge
4661   // from the predecessor to the block.
4662   if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor())
4663     return std::make_pair(Pred, BB);
4664
4665   // A loop's header is defined to be a block that dominates the loop.
4666   // If the header has a unique predecessor outside the loop, it must be
4667   // a block that has exactly one successor that can reach the loop.
4668   if (Loop *L = LI->getLoopFor(BB))
4669     return std::make_pair(getLoopPredecessor(L), L->getHeader());
4670
4671   return std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>();
4672 }
4673
4674 /// HasSameValue - SCEV structural equivalence is usually sufficient for
4675 /// testing whether two expressions are equal, however for the purposes of
4676 /// looking for a condition guarding a loop, it can be useful to be a little
4677 /// more general, since a front-end may have replicated the controlling
4678 /// expression.
4679 ///
4680 static bool HasSameValue(const SCEV *A, const SCEV *B) {
4681   // Quick check to see if they are the same SCEV.
4682   if (A == B) return true;
4683
4684   // Otherwise, if they're both SCEVUnknown, it's possible that they hold
4685   // two different instructions with the same value. Check for this case.
4686   if (const SCEVUnknown *AU = dyn_cast<SCEVUnknown>(A))
4687     if (const SCEVUnknown *BU = dyn_cast<SCEVUnknown>(B))
4688       if (const Instruction *AI = dyn_cast<Instruction>(AU->getValue()))
4689         if (const Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(BU->getValue()))
4690           if (AI->isIdenticalTo(BI) && !AI->mayReadFromMemory())
4691             return true;
4692
4693   // Otherwise assume they may have a different value.
4694   return false;
4695 }
4696
4697 bool ScalarEvolution::isKnownNegative(const SCEV *S) {
4698   return getSignedRange(S).getSignedMax().isNegative();
4699 }
4700
4701 bool ScalarEvolution::isKnownPositive(const SCEV *S) {
4702   return getSignedRange(S).getSignedMin().isStrictlyPositive();
4703 }
4704
4705 bool ScalarEvolution::isKnownNonNegative(const SCEV *S) {
4706   return !getSignedRange(S).getSignedMin().isNegative();
4707 }
4708
4709 bool ScalarEvolution::isKnownNonPositive(const SCEV *S) {
4710   return !getSignedRange(S).getSignedMax().isStrictlyPositive();
4711 }
4712
4713 bool ScalarEvolution::isKnownNonZero(const SCEV *S) {
4714   return isKnownNegative(S) || isKnownPositive(S);
4715 }
4716
4717 bool ScalarEvolution::isKnownPredicate(ICmpInst::Predicate Pred,
4718                                        const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
4719   // If LHS or RHS is an addrec, check to see if the condition is true in
4720   // every iteration of the loop.
4721   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
4722     if (isLoopEntryGuardedByCond(
4723           AR->getLoop(), Pred, AR->getStart(), RHS) &&
4724         isLoopBackedgeGuardedByCond(
4725           AR->getLoop(), Pred,
4726           getAddExpr(AR, AR->getStepRecurrence(*this)), RHS))
4727       return true;
4728   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS))
4729     if (isLoopEntryGuardedByCond(
4730           AR->getLoop(), Pred, LHS, AR->getStart()) &&
4731         isLoopBackedgeGuardedByCond(
4732           AR->getLoop(), Pred,
4733           LHS, getAddExpr(AR, AR->getStepRecurrence(*this))))
4734       return true;
4735
4736   // Otherwise see what can be done with known constant ranges.
4737   return isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS);
4738 }
4739
4740 bool
4741 ScalarEvolution::isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
4742                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
4743   if (HasSameValue(LHS, RHS))
4744     return ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
4745
4746   // This code is split out from isKnownPredicate because it is called from
4747   // within isLoopEntryGuardedByCond.
4748   switch (Pred) {
4749   default:
4750     llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
4751     break;
4752   case ICmpInst::ICMP_SGT:
4753     Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
4754     std::swap(LHS, RHS);
4755   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
4756     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
4757     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
4758     if (LHSRange.getSignedMax().slt(RHSRange.getSignedMin()))
4759       return true;
4760     if (LHSRange.getSignedMin().sge(RHSRange.getSignedMax()))
4761       return false;
4762     break;
4763   }
4764   case ICmpInst::ICMP_SGE:
4765     Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
4766     std::swap(LHS, RHS);
4767   case ICmpInst::ICMP_SLE: {
4768     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
4769     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
4770     if (LHSRange.getSignedMax().sle(RHSRange.getSignedMin()))
4771       return true;
4772     if (LHSRange.getSignedMin().sgt(RHSRange.getSignedMax()))
4773       return false;
4774     break;
4775   }
4776   case ICmpInst::ICMP_UGT:
4777     Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
4778     std::swap(LHS, RHS);
4779   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
4780     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
4781     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
4782     if (LHSRange.getUnsignedMax().ult(RHSRange.getUnsignedMin()))
4783       return true;
4784     if (LHSRange.getUnsignedMin().uge(RHSRange.getUnsignedMax()))
4785       return false;
4786     break;
4787   }
4788   case ICmpInst::ICMP_UGE:
4789     Pred = ICmpInst::ICMP_ULE;
4790     std::swap(LHS, RHS);
4791   case ICmpInst::ICMP_ULE: {
4792     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
4793     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
4794     if (LHSRange.getUnsignedMax().ule(RHSRange.getUnsignedMin()))
4795       return true;
4796     if (LHSRange.getUnsignedMin().ugt(RHSRange.getUnsignedMax()))
4797       return false;
4798     break;
4799   }
4800   case ICmpInst::ICMP_NE: {
4801     if (getUnsignedRange(LHS).intersectWith(getUnsignedRange(RHS)).isEmptySet())
4802       return true;
4803     if (getSignedRange(LHS).intersectWith(getSignedRange(RHS)).isEmptySet())
4804       return true;
4805
4806     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(LHS, RHS);
4807     if (isKnownNonZero(Diff))
4808       return true;
4809     break;
4810   }
4811   case ICmpInst::ICMP_EQ:
4812     // The check at the top of the function catches the case where
4813     // the values are known to be equal.
4814     break;
4815   }
4816   return false;
4817 }
4818
4819 /// isLoopBackedgeGuardedByCond - Test whether the backedge of the loop is
4820 /// protected by a conditional between LHS and RHS.  This is used to
4821 /// to eliminate casts.
4822 bool
4823 ScalarEvolution::isLoopBackedgeGuardedByCond(const Loop *L,
4824                                              ICmpInst::Predicate Pred,
4825                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
4826   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
4827   // (interprocedural conditions notwithstanding).
4828   if (!L) return true;
4829
4830   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
4831   if (!Latch)
4832     return false;
4833
4834   BranchInst *LoopContinuePredicate =
4835     dyn_cast<BranchInst>(Latch->getTerminator());
4836   if (!LoopContinuePredicate ||
4837       LoopContinuePredicate->isUnconditional())
4838     return false;
4839
4840   return isImpliedCond(LoopContinuePredicate->getCondition(), Pred, LHS, RHS,
4841                        LoopContinuePredicate->getSuccessor(0) != L->getHeader());
4842 }
4843
4844 /// isLoopEntryGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected
4845 /// by a conditional between LHS and RHS.  This is used to help avoid max
4846 /// expressions in loop trip counts, and to eliminate casts.
4847 bool
4848 ScalarEvolution::isLoopEntryGuardedByCond(const Loop *L,
4849                                           ICmpInst::Predicate Pred,
4850                                           const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
4851   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
4852   // (interprocedural conditions notwithstanding).
4853   if (!L) return false;
4854
4855   // Starting at the loop predecessor, climb up the predecessor chain, as long
4856   // as there are predecessors that can be found that have unique successors
4857   // leading to the original header.
4858   for (std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
4859          Pair(getLoopPredecessor(L), L->getHeader());
4860        Pair.first;
4861        Pair = getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(Pair.first)) {
4862
4863     BranchInst *LoopEntryPredicate =
4864       dyn_cast<BranchInst>(Pair.first->getTerminator());
4865     if (!LoopEntryPredicate ||
4866         LoopEntryPredicate->isUnconditional())
4867       continue;
4868
4869     if (isImpliedCond(LoopEntryPredicate->getCondition(), Pred, LHS, RHS,
4870                       LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) != Pair.second))
4871       return true;
4872   }
4873
4874   return false;
4875 }
4876
4877 /// isImpliedCond - Test whether the condition described by Pred, LHS,
4878 /// and RHS is true whenever the given Cond value evaluates to true.
4879 bool ScalarEvolution::isImpliedCond(Value *CondValue,
4880                                     ICmpInst::Predicate Pred,
4881                                     const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
4882                                     bool Inverse) {
4883   // Recursively handle And and Or conditions.
4884   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(CondValue)) {
4885     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
4886       if (!Inverse)
4887         return isImpliedCond(BO->getOperand(0), Pred, LHS, RHS, Inverse) ||
4888                isImpliedCond(BO->getOperand(1), Pred, LHS, RHS, Inverse);
4889     } else if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
4890       if (Inverse)
4891         return isImpliedCond(BO->getOperand(0), Pred, LHS, RHS, Inverse) ||
4892                isImpliedCond(BO->getOperand(1), Pred, LHS, RHS, Inverse);
4893     }
4894   }
4895
4896   ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(CondValue);
4897   if (!ICI) return false;
4898
4899   // Bail if the ICmp's operands' types are wider than the needed type
4900   // before attempting to call getSCEV on them. This avoids infinite
4901   // recursion, since the analysis of widening casts can require loop
4902   // exit condition information for overflow checking, which would
4903   // lead back here.
4904   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <
4905       getTypeSizeInBits(ICI->getOperand(0)->getType()))
4906     return false;
4907
4908   // Now that we found a conditional branch that dominates the loop, check to
4909   // see if it is the comparison we are looking for.
4910   ICmpInst::Predicate FoundPred;
4911   if (Inverse)
4912     FoundPred = ICI->getInversePredicate();
4913   else
4914     FoundPred = ICI->getPredicate();
4915
4916   const SCEV *FoundLHS = getSCEV(ICI->getOperand(0));
4917   const SCEV *FoundRHS = getSCEV(ICI->getOperand(1));
4918
4919   // Balance the types. The case where FoundLHS' type is wider than
4920   // LHS' type is checked for above.
4921   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) >
4922       getTypeSizeInBits(FoundLHS->getType())) {
4923     if (CmpInst::isSigned(Pred)) {
4924       FoundLHS = getSignExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
4925       FoundRHS = getSignExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
4926     } else {
4927       FoundLHS = getZeroExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
4928       FoundRHS = getZeroExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
4929     }
4930   }
4931
4932   // Canonicalize the query to match the way instcombine will have
4933   // canonicalized the comparison.
4934   // First, put a constant operand on the right.
4935   if (isa<SCEVConstant>(LHS)) {
4936     std::swap(LHS, RHS);
4937     Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4938   }
4939   // Then, canonicalize comparisons with boundary cases.
4940   if (const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
4941     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
4942     switch (Pred) {
4943     default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
4944     case ICmpInst::ICMP_EQ:
4945     case ICmpInst::ICMP_NE:
4946       break;
4947     case ICmpInst::ICMP_UGE:
4948       if ((RA - 1).isMinValue()) {
4949         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4950         RHS = getConstant(RA - 1);
4951         break;
4952       }
4953       if (RA.isMaxValue()) {
4954         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4955         break;
4956       }
4957       if (RA.isMinValue()) return true;
4958       break;
4959     case ICmpInst::ICMP_ULE:
4960       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
4961         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4962         RHS = getConstant(RA + 1);
4963         break;
4964       }
4965       if (RA.isMinValue()) {
4966         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4967         break;
4968       }
4969       if (RA.isMaxValue()) return true;
4970       break;
4971     case ICmpInst::ICMP_SGE:
4972       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
4973         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4974         RHS = getConstant(RA - 1);
4975         break;
4976       }
4977       if (RA.isMaxSignedValue()) {
4978         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4979         break;
4980       }
4981       if (RA.isMinSignedValue()) return true;
4982       break;
4983     case ICmpInst::ICMP_SLE:
4984       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
4985         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4986         RHS = getConstant(RA + 1);
4987         break;
4988       }
4989       if (RA.isMinSignedValue()) {
4990         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4991         break;
4992       }
4993       if (RA.isMaxSignedValue()) return true;
4994       break;
4995     case ICmpInst::ICMP_UGT:
4996       if (RA.isMinValue()) {
4997         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4998         break;
4999       }
5000       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
5001         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5002         RHS = getConstant(RA + 1);
5003         break;
5004       }
5005       if (RA.isMaxValue()) return false;
5006       break;
5007     case ICmpInst::ICMP_ULT:
5008       if (RA.isMaxValue()) {
5009         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5010         break;
5011       }
5012       if ((RA - 1).isMinValue()) {
5013         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5014         RHS = getConstant(RA - 1);
5015         break;
5016       }
5017       if (RA.isMinValue()) return false;
5018       break;
5019     case ICmpInst::ICMP_SGT:
5020       if (RA.isMinSignedValue()) {
5021         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5022         break;
5023       }
5024       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
5025         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5026         RHS = getConstant(RA + 1);
5027         break;
5028       }
5029       if (RA.isMaxSignedValue()) return false;
5030       break;
5031     case ICmpInst::ICMP_SLT:
5032       if (RA.isMaxSignedValue()) {
5033         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5034         break;
5035       }
5036       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
5037        Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5038        RHS = getConstant(RA - 1);
5039        break;
5040       }
5041       if (RA.isMinSignedValue()) return false;
5042       break;
5043     }
5044   }
5045
5046   // Check to see if we can make the LHS or RHS match.
5047   if (LHS == FoundRHS || RHS == FoundLHS) {
5048     if (isa<SCEVConstant>(RHS)) {
5049       std::swap(FoundLHS, FoundRHS);
5050       FoundPred = ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred);
5051     } else {
5052       std::swap(LHS, RHS);
5053       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
5054     }
5055   }
5056
5057   // Check whether the found predicate is the same as the desired predicate.
5058   if (FoundPred == Pred)
5059     return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS);
5060
5061   // Check whether swapping the found predicate makes it the same as the
5062   // desired predicate.
5063   if (ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred) == Pred) {
5064     if (isa<SCEVConstant>(RHS))
5065       return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundRHS, FoundLHS);
5066     else
5067       return isImpliedCondOperands(ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred),
5068                                    RHS, LHS, FoundLHS, FoundRHS);
5069   }
5070
5071   // Check whether the actual condition is beyond sufficient.
5072   if (FoundPred == ICmpInst::ICMP_EQ)
5073     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
5074       if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
5075         return true;
5076   if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
5077     if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(FoundPred))
5078       if (isImpliedCondOperands(FoundPred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
5079         return true;
5080
5081   // Otherwise assume the worst.
5082   return false;
5083 }
5084
5085 /// isImpliedCondOperands - Test whether the condition described by Pred,
5086 /// LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred, FoundLHS,
5087 /// and FoundRHS is true.
5088 bool ScalarEvolution::isImpliedCondOperands(ICmpInst::Predicate Pred,
5089                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5090                                             const SCEV *FoundLHS,
5091                                             const SCEV *FoundRHS) {
5092   return isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
5093                                      FoundLHS, FoundRHS) ||
5094          // ~x < ~y --> x > y
5095          isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
5096                                      getNotSCEV(FoundRHS),
5097                                      getNotSCEV(FoundLHS));
5098 }
5099
5100 /// isImpliedCondOperandsHelper - Test whether the condition described by
5101 /// Pred, LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred,
5102 /// FoundLHS, and FoundRHS is true.
5103 bool
5104 ScalarEvolution::isImpliedCondOperandsHelper(ICmpInst::Predicate Pred,
5105                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5106                                              const SCEV *FoundLHS,
5107                                              const SCEV *FoundRHS) {
5108   switch (Pred) {
5109   default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
5110   case ICmpInst::ICMP_EQ:
5111   case ICmpInst::ICMP_NE:
5112     if (HasSameValue(LHS, FoundLHS) && HasSameValue(RHS, FoundRHS))
5113       return true;
5114     break;
5115   case ICmpInst::ICMP_SLT:
5116   case ICmpInst::ICMP_SLE:
5117     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SLE, LHS, FoundLHS) &&
5118         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SGE, RHS, FoundRHS))
5119       return true;
5120     break;
5121   case ICmpInst::ICMP_SGT:
5122   case ICmpInst::ICMP_SGE:
5123     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SGE, LHS, FoundLHS) &&
5124         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SLE, RHS, FoundRHS))
5125       return true;
5126     break;
5127   case ICmpInst::ICMP_ULT:
5128   case ICmpInst::ICMP_ULE:
5129     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_ULE, LHS, FoundLHS) &&
5130         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_UGE, RHS, FoundRHS))
5131       return true;
5132     break;
5133   case ICmpInst::ICMP_UGT:
5134   case ICmpInst::ICMP_UGE:
5135     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_UGE, LHS, FoundLHS) &&
5136         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_ULE, RHS, FoundRHS))
5137       return true;
5138     break;
5139   }
5140
5141   return false;
5142 }
5143
5144 /// getBECount - Subtract the end and start values and divide by the step,
5145 /// rounding up, to get the number of times the backedge is executed. Return
5146 /// CouldNotCompute if an intermediate computation overflows.
5147 const SCEV *ScalarEvolution::getBECount(const SCEV *Start,
5148                                         const SCEV *End,
5149                                         const SCEV *Step,
5150                                         bool NoWrap) {
5151   assert(!isKnownNegative(Step) &&
5152          "This code doesn't handle negative strides yet!");
5153
5154   const Type *Ty = Start->getType();
5155   const SCEV *NegOne = getIntegerSCEV(-1, Ty);
5156   const SCEV *Diff = getMinusSCEV(End, Start);
5157   const SCEV *RoundUp = getAddExpr(Step, NegOne);
5158
5159   // Add an adjustment to the difference between End and Start so that
5160   // the division will effectively round up.
5161   const SCEV *Add = getAddExpr(Diff, RoundUp);
5162
5163   if (!NoWrap) {
5164     // Check Add for unsigned overflow.
5165     // TODO: More sophisticated things could be done here.
5166     const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(),
5167                                           getTypeSizeInBits(Ty) + 1);
5168     const SCEV *EDiff = getZeroExtendExpr(Diff, WideTy);
5169     const SCEV *ERoundUp = getZeroExtendExpr(RoundUp, WideTy);
5170     const SCEV *OperandExtendedAdd = getAddExpr(EDiff, ERoundUp);
5171     if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) != OperandExtendedAdd)
5172       return getCouldNotCompute();
5173   }
5174
5175   return getUDivExpr(Add, Step);
5176 }
5177
5178 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
5179 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
5180 /// CouldNotCompute.
5181 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
5182 ScalarEvolution::HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5183                                   const Loop *L, bool isSigned) {
5184   // Only handle:  "ADDREC < LoopInvariant".
5185   if (!RHS->isLoopInvariant(L)) return getCouldNotCompute();
5186
5187   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
5188   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
5189     return getCouldNotCompute();
5190
5191   // Check to see if we have a flag which makes analysis easy.
5192   bool NoWrap = isSigned ? AddRec->hasNoSignedWrap() :
5193                            AddRec->hasNoUnsignedWrap();
5194
5195   if (AddRec->isAffine()) {
5196     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AddRec->getType());
5197     const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
5198
5199     if (Step->isZero())
5200       return getCouldNotCompute();
5201     if (Step->isOne()) {
5202       // With unit stride, the iteration never steps past the limit value.
5203     } else if (isKnownPositive(Step)) {
5204       // Test whether a positive iteration can step past the limit
5205       // value and past the maximum value for its type in a single step.
5206       // Note that it's not sufficient to check NoWrap here, because even
5207       // though the value after a wrap is undefined, it's not undefined
5208       // behavior, so if wrap does occur, the loop could either terminate or
5209       // loop infinitely, but in either case, the loop is guaranteed to
5210       // iterate at least until the iteration where the wrapping occurs.
5211       const SCEV *One = getIntegerSCEV(1, Step->getType());
5212       if (isSigned) {
5213         APInt Max = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
5214         if ((Max - getSignedRange(getMinusSCEV(Step, One)).getSignedMax())
5215               .slt(getSignedRange(RHS).getSignedMax()))
5216           return getCouldNotCompute();
5217       } else {
5218         APInt Max = APInt::getMaxValue(BitWidth);
5219         if ((Max - getUnsignedRange(getMinusSCEV(Step, One)).getUnsignedMax())
5220               .ult(getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax()))
5221           return getCouldNotCompute();
5222       }
5223     } else
5224       // TODO: Handle negative strides here and below.
5225       return getCouldNotCompute();
5226
5227     // We know the LHS is of the form {n,+,s} and the RHS is some loop-invariant
5228     // m.  So, we count the number of iterations in which {n,+,s} < m is true.
5229     // Note that we cannot simply return max(m-n,0)/s because it's not safe to
5230     // treat m-n as signed nor unsigned due to overflow possibility.
5231
5232     // First, we get the value of the LHS in the first iteration: n
5233     const SCEV *Start = AddRec->getOperand(0);
5234
5235     // Determine the minimum constant start value.
5236     const SCEV *MinStart = getConstant(isSigned ?
5237       getSignedRange(Start).getSignedMin() :
5238       getUnsignedRange(Start).getUnsignedMin());
5239
5240     // If we know that the condition is true in order to enter the loop,
5241     // then we know that it will run exactly (m-n)/s times. Otherwise, we
5242     // only know that it will execute (max(m,n)-n)/s times. In both cases,
5243     // the division must round up.
5244     const SCEV *End = RHS;
5245     if (!isLoopEntryGuardedByCond(L,
5246                                   isSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT :
5247                                              ICmpInst::ICMP_ULT,
5248                                   getMinusSCEV(Start, Step), RHS))
5249       End = isSigned ? getSMaxExpr(RHS, Start)
5250                      : getUMaxExpr(RHS, Start);
5251
5252     // Determine the maximum constant end value.
5253     const SCEV *MaxEnd = getConstant(isSigned ?
5254       getSignedRange(End).getSignedMax() :
5255       getUnsignedRange(End).getUnsignedMax());
5256
5257     // If MaxEnd is within a step of the maximum integer value in its type,
5258     // adjust it down to the minimum value which would produce the same effect.
5259     // This allows the subsequent ceiling division of (N+(step-1))/step to
5260     // compute the correct value.
5261     const SCEV *StepMinusOne = getMinusSCEV(Step,
5262                                             getIntegerSCEV(1, Step->getType()));
5263     MaxEnd = isSigned ?
5264       getSMinExpr(MaxEnd,
5265                   getMinusSCEV(getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth)),
5266                                StepMinusOne)) :
5267       getUMinExpr(MaxEnd,
5268                   getMinusSCEV(getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth)),
5269                                StepMinusOne));
5270
5271     // Finally, we subtract these two values and divide, rounding up, to get
5272     // the number of times the backedge is executed.
5273     const SCEV *BECount = getBECount(Start, End, Step, NoWrap);
5274
5275     // The maximum backedge count is similar, except using the minimum start
5276     // value and the maximum end value.
5277     const SCEV *MaxBECount = getBECount(MinStart, MaxEnd, Step, NoWrap);
5278
5279     return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
5280   }
5281
5282   return getCouldNotCompute();
5283 }
5284
5285 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
5286 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
5287 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
5288 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
5289 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
5290 const SCEV *SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
5291                                                     ScalarEvolution &SE) const {
5292   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
5293     return SE.getCouldNotCompute();
5294
5295   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
5296   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
5297     if (!SC->getValue()->isZero()) {
5298       SmallVector<const SCEV *, 4> Operands(op_begin(), op_end());
5299       Operands[0] = SE.getIntegerSCEV(0, SC->getType());
5300       const SCEV *Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop());
5301       if (const SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec =
5302             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
5303         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
5304                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
5305       // This is strange and shouldn't happen.
5306       return SE.getCouldNotCompute();
5307     }
5308
5309   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
5310   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
5311   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
5312     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
5313       return SE.getCouldNotCompute();
5314
5315
5316   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
5317   // that the start element is zero.
5318
5319   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
5320   // iteration exits.
5321   unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(getType());
5322   if (!Range.contains(APInt(BitWidth, 0)))
5323     return SE.getIntegerSCEV(0, getType());
5324
5325   if (isAffine()) {
5326     // If this is an affine expression then we have this situation:
5327     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
5328
5329     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
5330     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
5331     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
5332     // value.  Also note that we already checked for a full range.
5333     APInt One(BitWidth,1);
5334     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
5335     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
5336
5337     // The exit value should be (End+A)/A.
5338     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
5339     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal);
5340
5341     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
5342     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
5343     // things must have happened.
5344     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
5345     if (Range.contains(Val->getValue()))
5346       return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5347
5348     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
5349     assert(Range.contains(
5350            EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
5351            ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
5352            "Linear scev computation is off in a bad way!");
5353     return SE.getConstant(ExitValue);
5354   } else if (isQuadratic()) {
5355     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
5356     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
5357     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
5358     // Range.getUpper() is crossed.
5359     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(op_begin(), op_end());
5360     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
5361     const SCEV *NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop());
5362
5363     // Next, solve the constructed addrec
5364     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots =
5365       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
5366     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
5367     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
5368     if (R1) {
5369       // Pick the smallest positive root value.
5370       if (ConstantInt *CB =
5371           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
5372                          R1->getValue(), R2->getValue()))) {
5373         if (CB->getZExtValue() == false)
5374           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
5375
5376         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
5377         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
5378         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
5379         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
5380                                                              R1->getValue(),
5381                                                              SE);
5382         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
5383           // The next iteration must be out of the range...
5384           ConstantInt *NextVal =
5385                 ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()+1);
5386
5387           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
5388           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
5389             return SE.getConstant(NextVal);
5390           return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5391         }
5392
5393         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
5394         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
5395         ConstantInt *NextVal =
5396                ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()-1);
5397         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
5398         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
5399           return R1;
5400         return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5401       }
5402     }
5403   }
5404
5405   return SE.getCouldNotCompute();
5406 }
5407
5408
5409
5410 //===----------------------------------------------------------------------===//
5411 //                   SCEVCallbackVH Class Implementation
5412 //===----------------------------------------------------------------------===//
5413
5414 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::deleted() {
5415   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
5416   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(getValPtr()))
5417     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5418   SE->Scalars.erase(getValPtr());
5419   // this now dangles!
5420 }
5421
5422 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::allUsesReplacedWith(Value *) {
5423   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
5424
5425   // Forget all the expressions associated with users of the old value,
5426   // so that future queries will recompute the expressions using the new
5427   // value.
5428   SmallVector<User *, 16> Worklist;
5429   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
5430   Value *Old = getValPtr();
5431   bool DeleteOld = false;
5432   for (Value::use_iterator UI = Old->use_begin(), UE = Old->use_end();
5433        UI != UE; ++UI)
5434     Worklist.push_back(*UI);
5435   while (!Worklist.empty()) {
5436     User *U = Worklist.pop_back_val();
5437     // Deleting the Old value will cause this to dangle. Postpone
5438     // that until everything else is done.
5439     if (U == Old) {
5440       DeleteOld = true;
5441       continue;
5442     }
5443     if (!Visited.insert(U))
5444       continue;
5445     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U))
5446       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5447     SE->Scalars.erase(U);
5448     for (Value::use_iterator UI = U->use_begin(), UE = U->use_end();
5449          UI != UE; ++UI)
5450       Worklist.push_back(*UI);
5451   }
5452   // Delete the Old value if it (indirectly) references itself.
5453   if (DeleteOld) {
5454     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Old))
5455       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5456     SE->Scalars.erase(Old);
5457     // this now dangles!
5458   }
5459   // this may dangle!
5460 }
5461
5462 ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *se)
5463   : CallbackVH(V), SE(se) {}
5464
5465 //===----------------------------------------------------------------------===//
5466 //                   ScalarEvolution Class Implementation
5467 //===----------------------------------------------------------------------===//
5468
5469 ScalarEvolution::ScalarEvolution()
5470   : FunctionPass(&ID) {
5471 }
5472
5473 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
5474   this->F = &F;
5475   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
5476   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
5477   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
5478   return false;
5479 }
5480
5481 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
5482   Scalars.clear();
5483   BackedgeTakenCounts.clear();
5484   ConstantEvolutionLoopExitValue.clear();
5485   ValuesAtScopes.clear();
5486   UniqueSCEVs.clear();
5487   SCEVAllocator.Reset();
5488 }
5489
5490 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
5491   AU.setPreservesAll();
5492   AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
5493   AU.addRequiredTransitive<DominatorTree>();
5494 }
5495
5496 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
5497   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getBackedgeTakenCount(L));
5498 }
5499
5500 static void PrintLoopInfo(raw_ostream &OS, ScalarEvolution *SE,
5501                           const Loop *L) {
5502   // Print all inner loops first
5503   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
5504     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
5505
5506   OS << "Loop ";
5507   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
5508   OS << ": ";
5509
5510   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
5511   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
5512   if (ExitBlocks.size() != 1)
5513     OS << "<multiple exits> ";
5514
5515   if (SE->hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(L)) {
5516     OS << "backedge-taken count is " << *SE->getBackedgeTakenCount(L);
5517   } else {
5518     OS << "Unpredictable backedge-taken count. ";
5519   }
5520
5521   OS << "\n"
5522         "Loop ";
5523   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
5524   OS << ": ";
5525
5526   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(SE->getMaxBackedgeTakenCount(L))) {
5527     OS << "max backedge-taken count is " << *SE->getMaxBackedgeTakenCount(L);
5528   } else {
5529     OS << "Unpredictable max backedge-taken count. ";
5530   }
5531
5532   OS << "\n";
5533 }
5534
5535 void ScalarEvolution::print(raw_ostream &OS, const Module *) const {
5536   // ScalarEvolution's implementation of the print method is to print
5537   // out SCEV values of all instructions that are interesting. Doing
5538   // this potentially causes it to create new SCEV objects though,
5539   // which technically conflicts with the const qualifier. This isn't
5540   // observable from outside the class though, so casting away the
5541   // const isn't dangerous.
5542   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
5543
5544   OS << "Classifying expressions for: ";
5545   WriteAsOperand(OS, F, /*PrintType=*/false);
5546   OS << "\n";
5547   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
5548     if (isSCEVable(I->getType())) {
5549       OS << *I << '\n';
5550       OS << "  -->  ";
5551       const SCEV *SV = SE.getSCEV(&*I);
5552       SV->print(OS);
5553
5554       const Loop *L = LI->getLoopFor((*I).getParent());
5555
5556       const SCEV *AtUse = SE.getSCEVAtScope(SV, L);
5557       if (AtUse != SV) {
5558         OS << "  -->  ";
5559         AtUse->print(OS);
5560       }
5561
5562       if (L) {
5563         OS << "\t\t" "Exits: ";
5564         const SCEV *ExitValue = SE.getSCEVAtScope(SV, L->getParentLoop());
5565         if (!ExitValue->isLoopInvariant(L)) {
5566           OS << "<<Unknown>>";
5567         } else {
5568           OS << *ExitValue;
5569         }
5570       }
5571
5572       OS << "\n";
5573     }
5574
5575   OS << "Determining loop execution counts for: ";
5576   WriteAsOperand(OS, F, /*PrintType=*/false);
5577   OS << "\n";
5578   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
5579     PrintLoopInfo(OS, &SE, *I);
5580 }
5581