In ScalarEvolution::forgetValue, eliminate any SCEVUnknown
[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   const IntegerType *ITy = cast<IntegerType>(getEffectiveSCEVType(Ty));
192   return getConstant(ConstantInt::get(ITy, 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   const char *OpStr = getOperationStr();
251   OS << "(";
252   for (op_iterator I = op_begin(), E = op_end(); I != E; ++I) {
253     OS << **I;
254     if (next(I) != E)
255       OS << OpStr;
256   }
257   OS << ")";
258 }
259
260 bool SCEVNAryExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
261   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
262     if (!getOperand(i)->dominates(BB, DT))
263       return false;
264   }
265   return true;
266 }
267
268 bool SCEVNAryExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
269   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
270     if (!getOperand(i)->properlyDominates(BB, DT))
271       return false;
272   }
273   return true;
274 }
275
276 bool SCEVUDivExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
277   return LHS->dominates(BB, DT) && RHS->dominates(BB, DT);
278 }
279
280 bool SCEVUDivExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
281   return LHS->properlyDominates(BB, DT) && RHS->properlyDominates(BB, DT);
282 }
283
284 void SCEVUDivExpr::print(raw_ostream &OS) const {
285   OS << "(" << *LHS << " /u " << *RHS << ")";
286 }
287
288 const Type *SCEVUDivExpr::getType() const {
289   // In most cases the types of LHS and RHS will be the same, but in some
290   // crazy cases one or the other may be a pointer. ScalarEvolution doesn't
291   // depend on the type for correctness, but handling types carefully can
292   // avoid extra casts in the SCEVExpander. The LHS is more likely to be
293   // a pointer type than the RHS, so use the RHS' type here.
294   return RHS->getType();
295 }
296
297 bool SCEVAddRecExpr::isLoopInvariant(const Loop *QueryLoop) const {
298   // Add recurrences are never invariant in the function-body (null loop).
299   if (!QueryLoop)
300     return false;
301
302   // This recurrence is variant w.r.t. QueryLoop if QueryLoop contains L.
303   if (QueryLoop->contains(L))
304     return false;
305
306   // This recurrence is variant w.r.t. QueryLoop if any of its operands
307   // are variant.
308   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
309     if (!getOperand(i)->isLoopInvariant(QueryLoop))
310       return false;
311
312   // Otherwise it's loop-invariant.
313   return true;
314 }
315
316 bool
317 SCEVAddRecExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
318   return DT->dominates(L->getHeader(), BB) &&
319          SCEVNAryExpr::dominates(BB, DT);
320 }
321
322 bool
323 SCEVAddRecExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
324   // This uses a "dominates" query instead of "properly dominates" query because
325   // the instruction which produces the addrec's value is a PHI, and a PHI
326   // effectively properly dominates its entire containing block.
327   return DT->dominates(L->getHeader(), BB) &&
328          SCEVNAryExpr::properlyDominates(BB, DT);
329 }
330
331 void SCEVAddRecExpr::print(raw_ostream &OS) const {
332   OS << "{" << *Operands[0];
333   for (unsigned i = 1, e = NumOperands; i != e; ++i)
334     OS << ",+," << *Operands[i];
335   OS << "}<";
336   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
337   OS << ">";
338 }
339
340 bool SCEVUnknown::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
341   // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
342   // invariant if they are not contained in the specified loop.
343   // Instructions are never considered invariant in the function body
344   // (null loop) because they are defined within the "loop".
345   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
346     return L && !L->contains(I);
347   return true;
348 }
349
350 bool SCEVUnknown::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
351   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValue()))
352     return DT->dominates(I->getParent(), BB);
353   return true;
354 }
355
356 bool SCEVUnknown::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
357   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValue()))
358     return DT->properlyDominates(I->getParent(), BB);
359   return true;
360 }
361
362 const Type *SCEVUnknown::getType() const {
363   return V->getType();
364 }
365
366 bool SCEVUnknown::isSizeOf(const Type *&AllocTy) const {
367   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
368     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
369       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
370         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
371             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
372             CE->getNumOperands() == 2)
373           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(1)))
374             if (CI->isOne()) {
375               AllocTy = cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())
376                                  ->getElementType();
377               return true;
378             }
379
380   return false;
381 }
382
383 bool SCEVUnknown::isAlignOf(const Type *&AllocTy) const {
384   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
385     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
386       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
387         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
388             CE->getOperand(0)->isNullValue()) {
389           const Type *Ty =
390             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
391           if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty))
392             if (!STy->isPacked() &&
393                 CE->getNumOperands() == 3 &&
394                 CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
395               if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(2)))
396                 if (CI->isOne() &&
397                     STy->getNumElements() == 2 &&
398                     STy->getElementType(0)->isIntegerTy(1)) {
399                   AllocTy = STy->getElementType(1);
400                   return true;
401                 }
402             }
403         }
404
405   return false;
406 }
407
408 bool SCEVUnknown::isOffsetOf(const Type *&CTy, Constant *&FieldNo) const {
409   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
410     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
411       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
412         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
413             CE->getNumOperands() == 3 &&
414             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
415             CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
416           const Type *Ty =
417             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
418           // Ignore vector types here so that ScalarEvolutionExpander doesn't
419           // emit getelementptrs that index into vectors.
420           if (Ty->isStructTy() || Ty->isArrayTy()) {
421             CTy = Ty;
422             FieldNo = CE->getOperand(2);
423             return true;
424           }
425         }
426
427   return false;
428 }
429
430 void SCEVUnknown::print(raw_ostream &OS) const {
431   const Type *AllocTy;
432   if (isSizeOf(AllocTy)) {
433     OS << "sizeof(" << *AllocTy << ")";
434     return;
435   }
436   if (isAlignOf(AllocTy)) {
437     OS << "alignof(" << *AllocTy << ")";
438     return;
439   }
440
441   const Type *CTy;
442   Constant *FieldNo;
443   if (isOffsetOf(CTy, FieldNo)) {
444     OS << "offsetof(" << *CTy << ", ";
445     WriteAsOperand(OS, FieldNo, false);
446     OS << ")";
447     return;
448   }
449
450   // Otherwise just print it normally.
451   WriteAsOperand(OS, V, false);
452 }
453
454 //===----------------------------------------------------------------------===//
455 //                               SCEV Utilities
456 //===----------------------------------------------------------------------===//
457
458 static bool CompareTypes(const Type *A, const Type *B) {
459   if (A->getTypeID() != B->getTypeID())
460     return A->getTypeID() < B->getTypeID();
461   if (const IntegerType *AI = dyn_cast<IntegerType>(A)) {
462     const IntegerType *BI = cast<IntegerType>(B);
463     return AI->getBitWidth() < BI->getBitWidth();
464   }
465   if (const PointerType *AI = dyn_cast<PointerType>(A)) {
466     const PointerType *BI = cast<PointerType>(B);
467     return CompareTypes(AI->getElementType(), BI->getElementType());
468   }
469   if (const ArrayType *AI = dyn_cast<ArrayType>(A)) {
470     const ArrayType *BI = cast<ArrayType>(B);
471     if (AI->getNumElements() != BI->getNumElements())
472       return AI->getNumElements() < BI->getNumElements();
473     return CompareTypes(AI->getElementType(), BI->getElementType());
474   }
475   if (const VectorType *AI = dyn_cast<VectorType>(A)) {
476     const VectorType *BI = cast<VectorType>(B);
477     if (AI->getNumElements() != BI->getNumElements())
478       return AI->getNumElements() < BI->getNumElements();
479     return CompareTypes(AI->getElementType(), BI->getElementType());
480   }
481   if (const StructType *AI = dyn_cast<StructType>(A)) {
482     const StructType *BI = cast<StructType>(B);
483     if (AI->getNumElements() != BI->getNumElements())
484       return AI->getNumElements() < BI->getNumElements();
485     for (unsigned i = 0, e = AI->getNumElements(); i != e; ++i)
486       if (CompareTypes(AI->getElementType(i), BI->getElementType(i)) ||
487           CompareTypes(BI->getElementType(i), AI->getElementType(i)))
488         return CompareTypes(AI->getElementType(i), BI->getElementType(i));
489   }
490   return false;
491 }
492
493 namespace {
494   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
495   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
496   /// expressions.
497   class SCEVComplexityCompare {
498     LoopInfo *LI;
499   public:
500     explicit SCEVComplexityCompare(LoopInfo *li) : LI(li) {}
501
502     bool operator()(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
503       // Fast-path: SCEVs are uniqued so we can do a quick equality check.
504       if (LHS == RHS)
505         return false;
506
507       // Primarily, sort the SCEVs by their getSCEVType().
508       if (LHS->getSCEVType() != RHS->getSCEVType())
509         return LHS->getSCEVType() < RHS->getSCEVType();
510
511       // Aside from the getSCEVType() ordering, the particular ordering
512       // isn't very important except that it's beneficial to be consistent,
513       // so that (a + b) and (b + a) don't end up as different expressions.
514
515       // Sort SCEVUnknown values with some loose heuristics. TODO: This is
516       // not as complete as it could be.
517       if (const SCEVUnknown *LU = dyn_cast<SCEVUnknown>(LHS)) {
518         const SCEVUnknown *RU = cast<SCEVUnknown>(RHS);
519
520         // Order pointer values after integer values. This helps SCEVExpander
521         // form GEPs.
522         if (LU->getType()->isPointerTy() && !RU->getType()->isPointerTy())
523           return false;
524         if (RU->getType()->isPointerTy() && !LU->getType()->isPointerTy())
525           return true;
526
527         // Compare getValueID values.
528         if (LU->getValue()->getValueID() != RU->getValue()->getValueID())
529           return LU->getValue()->getValueID() < RU->getValue()->getValueID();
530
531         // Sort arguments by their position.
532         if (const Argument *LA = dyn_cast<Argument>(LU->getValue())) {
533           const Argument *RA = cast<Argument>(RU->getValue());
534           return LA->getArgNo() < RA->getArgNo();
535         }
536
537         // For instructions, compare their loop depth, and their opcode.
538         // This is pretty loose.
539         if (Instruction *LV = dyn_cast<Instruction>(LU->getValue())) {
540           Instruction *RV = cast<Instruction>(RU->getValue());
541
542           // Compare loop depths.
543           if (LI->getLoopDepth(LV->getParent()) !=
544               LI->getLoopDepth(RV->getParent()))
545             return LI->getLoopDepth(LV->getParent()) <
546                    LI->getLoopDepth(RV->getParent());
547
548           // Compare opcodes.
549           if (LV->getOpcode() != RV->getOpcode())
550             return LV->getOpcode() < RV->getOpcode();
551
552           // Compare the number of operands.
553           if (LV->getNumOperands() != RV->getNumOperands())
554             return LV->getNumOperands() < RV->getNumOperands();
555         }
556
557         return false;
558       }
559
560       // Compare constant values.
561       if (const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
562         const SCEVConstant *RC = cast<SCEVConstant>(RHS);
563         if (LC->getValue()->getBitWidth() != RC->getValue()->getBitWidth())
564           return LC->getValue()->getBitWidth() < RC->getValue()->getBitWidth();
565         return LC->getValue()->getValue().ult(RC->getValue()->getValue());
566       }
567
568       // Compare addrec loop depths.
569       if (const SCEVAddRecExpr *LA = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
570         const SCEVAddRecExpr *RA = cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
571         if (LA->getLoop()->getLoopDepth() != RA->getLoop()->getLoopDepth())
572           return LA->getLoop()->getLoopDepth() < RA->getLoop()->getLoopDepth();
573       }
574
575       // Lexicographically compare n-ary expressions.
576       if (const SCEVNAryExpr *LC = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(LHS)) {
577         const SCEVNAryExpr *RC = cast<SCEVNAryExpr>(RHS);
578         for (unsigned i = 0, e = LC->getNumOperands(); i != e; ++i) {
579           if (i >= RC->getNumOperands())
580             return false;
581           if (operator()(LC->getOperand(i), RC->getOperand(i)))
582             return true;
583           if (operator()(RC->getOperand(i), LC->getOperand(i)))
584             return false;
585         }
586         return LC->getNumOperands() < RC->getNumOperands();
587       }
588
589       // Lexicographically compare udiv expressions.
590       if (const SCEVUDivExpr *LC = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(LHS)) {
591         const SCEVUDivExpr *RC = cast<SCEVUDivExpr>(RHS);
592         if (operator()(LC->getLHS(), RC->getLHS()))
593           return true;
594         if (operator()(RC->getLHS(), LC->getLHS()))
595           return false;
596         if (operator()(LC->getRHS(), RC->getRHS()))
597           return true;
598         if (operator()(RC->getRHS(), LC->getRHS()))
599           return false;
600         return false;
601       }
602
603       // Compare cast expressions by operand.
604       if (const SCEVCastExpr *LC = dyn_cast<SCEVCastExpr>(LHS)) {
605         const SCEVCastExpr *RC = cast<SCEVCastExpr>(RHS);
606         return operator()(LC->getOperand(), RC->getOperand());
607       }
608
609       llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
610       return false;
611     }
612   };
613 }
614
615 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
616 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
617 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
618 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
619 ///
620 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get deterministic
621 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
622 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
623 /// land in memory.
624 ///
625 static void GroupByComplexity(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
626                               LoopInfo *LI) {
627   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
628   if (Ops.size() == 2) {
629     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
630     // Special case it.
631     if (SCEVComplexityCompare(LI)(Ops[1], Ops[0]))
632       std::swap(Ops[0], Ops[1]);
633     return;
634   }
635
636   // Do the rough sort by complexity.
637   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare(LI));
638
639   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
640   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
641   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
642   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
643   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
644     const SCEV *S = Ops[i];
645     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
646
647     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
648     // one, group them.
649     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
650       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
651         // Move it to immediately after i'th element.
652         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
653         ++i;   // no need to rescan it.
654         if (i == e-2) return;  // Done!
655       }
656     }
657   }
658 }
659
660
661
662 //===----------------------------------------------------------------------===//
663 //                      Simple SCEV method implementations
664 //===----------------------------------------------------------------------===//
665
666 /// BinomialCoefficient - Compute BC(It, K).  The result has width W.
667 /// Assume, K > 0.
668 static const SCEV *BinomialCoefficient(const SCEV *It, unsigned K,
669                                        ScalarEvolution &SE,
670                                        const Type* ResultTy) {
671   // Handle the simplest case efficiently.
672   if (K == 1)
673     return SE.getTruncateOrZeroExtend(It, ResultTy);
674
675   // We are using the following formula for BC(It, K):
676   //
677   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / K!
678   //
679   // Suppose, W is the bitwidth of the return value.  We must be prepared for
680   // overflow.  Hence, we must assure that the result of our computation is
681   // equal to the accurate one modulo 2^W.  Unfortunately, division isn't
682   // safe in modular arithmetic.
683   //
684   // However, this code doesn't use exactly that formula; the formula it uses
685   // is something like the following, where T is the number of factors of 2 in
686   // K! (i.e. trailing zeros in the binary representation of K!), and ^ is
687   // exponentiation:
688   //
689   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / 2^T / (K! / 2^T)
690   //
691   // This formula is trivially equivalent to the previous formula.  However,
692   // this formula can be implemented much more efficiently.  The trick is that
693   // K! / 2^T is odd, and exact division by an odd number *is* safe in modular
694   // arithmetic.  To do exact division in modular arithmetic, all we have
695   // to do is multiply by the inverse.  Therefore, this step can be done at
696   // width W.
697   //
698   // The next issue is how to safely do the division by 2^T.  The way this
699   // is done is by doing the multiplication step at a width of at least W + T
700   // bits.  This way, the bottom W+T bits of the product are accurate. Then,
701   // when we perform the division by 2^T (which is equivalent to a right shift
702   // by T), the bottom W bits are accurate.  Extra bits are okay; they'll get
703   // truncated out after the division by 2^T.
704   //
705   // In comparison to just directly using the first formula, this technique
706   // is much more efficient; using the first formula requires W * K bits,
707   // but this formula less than W + K bits. Also, the first formula requires
708   // a division step, whereas this formula only requires multiplies and shifts.
709   //
710   // It doesn't matter whether the subtraction step is done in the calculation
711   // width or the input iteration count's width; if the subtraction overflows,
712   // the result must be zero anyway.  We prefer here to do it in the width of
713   // the induction variable because it helps a lot for certain cases; CodeGen
714   // isn't smart enough to ignore the overflow, which leads to much less
715   // efficient code if the width of the subtraction is wider than the native
716   // register width.
717   //
718   // (It's possible to not widen at all by pulling out factors of 2 before
719   // the multiplication; for example, K=2 can be calculated as
720   // It/2*(It+(It*INT_MIN/INT_MIN)+-1). However, it requires
721   // extra arithmetic, so it's not an obvious win, and it gets
722   // much more complicated for K > 3.)
723
724   // Protection from insane SCEVs; this bound is conservative,
725   // but it probably doesn't matter.
726   if (K > 1000)
727     return SE.getCouldNotCompute();
728
729   unsigned W = SE.getTypeSizeInBits(ResultTy);
730
731   // Calculate K! / 2^T and T; we divide out the factors of two before
732   // multiplying for calculating K! / 2^T to avoid overflow.
733   // Other overflow doesn't matter because we only care about the bottom
734   // W bits of the result.
735   APInt OddFactorial(W, 1);
736   unsigned T = 1;
737   for (unsigned i = 3; i <= K; ++i) {
738     APInt Mult(W, i);
739     unsigned TwoFactors = Mult.countTrailingZeros();
740     T += TwoFactors;
741     Mult = Mult.lshr(TwoFactors);
742     OddFactorial *= Mult;
743   }
744
745   // We need at least W + T bits for the multiplication step
746   unsigned CalculationBits = W + T;
747
748   // Calculate 2^T, at width T+W.
749   APInt DivFactor = APInt(CalculationBits, 1).shl(T);
750
751   // Calculate the multiplicative inverse of K! / 2^T;
752   // this multiplication factor will perform the exact division by
753   // K! / 2^T.
754   APInt Mod = APInt::getSignedMinValue(W+1);
755   APInt MultiplyFactor = OddFactorial.zext(W+1);
756   MultiplyFactor = MultiplyFactor.multiplicativeInverse(Mod);
757   MultiplyFactor = MultiplyFactor.trunc(W);
758
759   // Calculate the product, at width T+W
760   const IntegerType *CalculationTy = IntegerType::get(SE.getContext(),
761                                                       CalculationBits);
762   const SCEV *Dividend = SE.getTruncateOrZeroExtend(It, CalculationTy);
763   for (unsigned i = 1; i != K; ++i) {
764     const SCEV *S = SE.getMinusSCEV(It, SE.getConstant(It->getType(), i));
765     Dividend = SE.getMulExpr(Dividend,
766                              SE.getTruncateOrZeroExtend(S, CalculationTy));
767   }
768
769   // Divide by 2^T
770   const SCEV *DivResult = SE.getUDivExpr(Dividend, SE.getConstant(DivFactor));
771
772   // Truncate the result, and divide by K! / 2^T.
773
774   return SE.getMulExpr(SE.getConstant(MultiplyFactor),
775                        SE.getTruncateOrZeroExtend(DivResult, ResultTy));
776 }
777
778 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
779 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
780 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
781 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
782 ///
783 ///   A*BC(It, 0) + B*BC(It, 1) + C*BC(It, 2) + D*BC(It, 3)
784 ///
785 /// where BC(It, k) stands for binomial coefficient.
786 ///
787 const SCEV *SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(const SCEV *It,
788                                                 ScalarEvolution &SE) const {
789   const SCEV *Result = getStart();
790   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
791     // The computation is correct in the face of overflow provided that the
792     // multiplication is performed _after_ the evaluation of the binomial
793     // coefficient.
794     const SCEV *Coeff = BinomialCoefficient(It, i, SE, getType());
795     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Coeff))
796       return Coeff;
797
798     Result = SE.getAddExpr(Result, SE.getMulExpr(getOperand(i), Coeff));
799   }
800   return Result;
801 }
802
803 //===----------------------------------------------------------------------===//
804 //                    SCEV Expression folder implementations
805 //===----------------------------------------------------------------------===//
806
807 const SCEV *ScalarEvolution::getTruncateExpr(const SCEV *Op,
808                                              const Type *Ty) {
809   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) > getTypeSizeInBits(Ty) &&
810          "This is not a truncating conversion!");
811   assert(isSCEVable(Ty) &&
812          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
813   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
814
815   FoldingSetNodeID ID;
816   ID.AddInteger(scTruncate);
817   ID.AddPointer(Op);
818   ID.AddPointer(Ty);
819   void *IP = 0;
820   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
821
822   // Fold if the operand is constant.
823   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
824     return getConstant(
825       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(),
826                                                getEffectiveSCEVType(Ty))));
827
828   // trunc(trunc(x)) --> trunc(x)
829   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op))
830     return getTruncateExpr(ST->getOperand(), Ty);
831
832   // trunc(sext(x)) --> sext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
833   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
834     return getTruncateOrSignExtend(SS->getOperand(), Ty);
835
836   // trunc(zext(x)) --> zext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
837   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
838     return getTruncateOrZeroExtend(SZ->getOperand(), Ty);
839
840   // If the input value is a chrec scev, truncate the chrec's operands.
841   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
842     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
843     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
844       Operands.push_back(getTruncateExpr(AddRec->getOperand(i), Ty));
845     return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop());
846   }
847
848   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node. We can reuse
849   // the existing insert position since if we get here, we won't have
850   // made any changes which would invalidate it.
851   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVTruncateExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
852                                                  Op, Ty);
853   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
854   return S;
855 }
856
857 const SCEV *ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEV *Op,
858                                                const Type *Ty) {
859   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
860          "This is not an extending conversion!");
861   assert(isSCEVable(Ty) &&
862          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
863   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
864
865   // Fold if the operand is constant.
866   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
867     return getConstant(
868       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(),
869                                               getEffectiveSCEVType(Ty))));
870
871   // zext(zext(x)) --> zext(x)
872   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
873     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
874
875   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
876   // computed a SCEV for this Op and Ty.
877   FoldingSetNodeID ID;
878   ID.AddInteger(scZeroExtend);
879   ID.AddPointer(Op);
880   ID.AddPointer(Ty);
881   void *IP = 0;
882   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
883
884   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
885   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
886   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
887   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
888   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
889     if (AR->isAffine()) {
890       const SCEV *Start = AR->getStart();
891       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
892       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
893       const Loop *L = AR->getLoop();
894
895       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
896       // we don't need to do any further analysis.
897       if (AR->hasNoUnsignedWrap())
898         return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
899                              getZeroExtendExpr(Step, Ty),
900                              L);
901
902       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
903       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
904       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
905       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
906       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
907       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
908       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
909       // that value once it has finished.
910       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
911       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
912         // Manually compute the final value for AR, checking for
913         // overflow.
914
915         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
916         // the addrec's type. The count is always unsigned.
917         const SCEV *CastedMaxBECount =
918           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
919         const SCEV *RecastedMaxBECount =
920           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
921         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
922           const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
923           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no unsigned overflow.
924           const SCEV *ZMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
925           const SCEV *Add = getAddExpr(Start, ZMul);
926           const SCEV *OperandExtendedAdd =
927             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
928                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
929                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
930           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
931             // Return the expression with the addrec on the outside.
932             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
933                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
934                                  L);
935
936           // Similar to above, only this time treat the step value as signed.
937           // This covers loops that count down.
938           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
939           Add = getAddExpr(Start, SMul);
940           OperandExtendedAdd =
941             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
942                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
943                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
944           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
945             // Return the expression with the addrec on the outside.
946             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
947                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
948                                  L);
949         }
950
951         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
952         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
953         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
954         // with the post-inc value, the addrec is safe.
955         if (isKnownPositive(Step)) {
956           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMinValue(BitWidth) -
957                                       getUnsignedRange(Step).getUnsignedMax());
958           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, AR, N) ||
959               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, Start, N) &&
960                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT,
961                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
962             // Return the expression with the addrec on the outside.
963             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
964                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
965                                  L);
966         } else if (isKnownNegative(Step)) {
967           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth) -
968                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
969           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, AR, N) ||
970               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, Start, N) &&
971                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT,
972                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
973             // Return the expression with the addrec on the outside.
974             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
975                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
976                                  L);
977         }
978       }
979     }
980
981   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
982   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
983   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
984   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVZeroExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
985                                                    Op, Ty);
986   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
987   return S;
988 }
989
990 const SCEV *ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEV *Op,
991                                                const Type *Ty) {
992   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
993          "This is not an extending conversion!");
994   assert(isSCEVable(Ty) &&
995          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
996   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
997
998   // Fold if the operand is constant.
999   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1000     return getConstant(
1001       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(),
1002                                               getEffectiveSCEVType(Ty))));
1003
1004   // sext(sext(x)) --> sext(x)
1005   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
1006     return getSignExtendExpr(SS->getOperand(), Ty);
1007
1008   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
1009   // computed a SCEV for this Op and Ty.
1010   FoldingSetNodeID ID;
1011   ID.AddInteger(scSignExtend);
1012   ID.AddPointer(Op);
1013   ID.AddPointer(Ty);
1014   void *IP = 0;
1015   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1016
1017   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
1018   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
1019   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
1020   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
1021   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
1022     if (AR->isAffine()) {
1023       const SCEV *Start = AR->getStart();
1024       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
1025       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
1026       const Loop *L = AR->getLoop();
1027
1028       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
1029       // we don't need to do any further analysis.
1030       if (AR->hasNoSignedWrap())
1031         return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1032                              getSignExtendExpr(Step, Ty),
1033                              L);
1034
1035       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
1036       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
1037       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
1038       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
1039       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
1040       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
1041       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
1042       // that value once it has finished.
1043       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
1044       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
1045         // Manually compute the final value for AR, checking for
1046         // overflow.
1047
1048         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
1049         // the addrec's type. The count is always unsigned.
1050         const SCEV *CastedMaxBECount =
1051           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
1052         const SCEV *RecastedMaxBECount =
1053           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
1054         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
1055           const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
1056           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no signed overflow.
1057           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1058           const SCEV *Add = getAddExpr(Start, SMul);
1059           const SCEV *OperandExtendedAdd =
1060             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
1061                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1062                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
1063           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
1064             // Return the expression with the addrec on the outside.
1065             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1066                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1067                                  L);
1068
1069           // Similar to above, only this time treat the step value as unsigned.
1070           // This covers loops that count up with an unsigned step.
1071           const SCEV *UMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1072           Add = getAddExpr(Start, UMul);
1073           OperandExtendedAdd =
1074             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
1075                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1076                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
1077           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
1078             // Return the expression with the addrec on the outside.
1079             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1080                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
1081                                  L);
1082         }
1083
1084         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
1085         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
1086         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
1087         // with the post-inc value, the addrec is safe.
1088         if (isKnownPositive(Step)) {
1089           const SCEV *N = getConstant(APInt::getSignedMinValue(BitWidth) -
1090                                       getSignedRange(Step).getSignedMax());
1091           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT, AR, N) ||
1092               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT, Start, N) &&
1093                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT,
1094                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
1095             // Return the expression with the addrec on the outside.
1096             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1097                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1098                                  L);
1099         } else if (isKnownNegative(Step)) {
1100           const SCEV *N = getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth) -
1101                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
1102           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT, AR, N) ||
1103               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT, Start, N) &&
1104                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT,
1105                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
1106             // Return the expression with the addrec on the outside.
1107             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1108                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1109                                  L);
1110         }
1111       }
1112     }
1113
1114   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
1115   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
1116   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1117   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSignExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1118                                                    Op, Ty);
1119   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1120   return S;
1121 }
1122
1123 /// getAnyExtendExpr - Return a SCEV for the given operand extended with
1124 /// unspecified bits out to the given type.
1125 ///
1126 const SCEV *ScalarEvolution::getAnyExtendExpr(const SCEV *Op,
1127                                               const Type *Ty) {
1128   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1129          "This is not an extending conversion!");
1130   assert(isSCEVable(Ty) &&
1131          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1132   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1133
1134   // Sign-extend negative constants.
1135   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1136     if (SC->getValue()->getValue().isNegative())
1137       return getSignExtendExpr(Op, Ty);
1138
1139   // Peel off a truncate cast.
1140   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1141     const SCEV *NewOp = T->getOperand();
1142     if (getTypeSizeInBits(NewOp->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty))
1143       return getAnyExtendExpr(NewOp, Ty);
1144     return getTruncateOrNoop(NewOp, Ty);
1145   }
1146
1147   // Next try a zext cast. If the cast is folded, use it.
1148   const SCEV *ZExt = getZeroExtendExpr(Op, Ty);
1149   if (!isa<SCEVZeroExtendExpr>(ZExt))
1150     return ZExt;
1151
1152   // Next try a sext cast. If the cast is folded, use it.
1153   const SCEV *SExt = getSignExtendExpr(Op, Ty);
1154   if (!isa<SCEVSignExtendExpr>(SExt))
1155     return SExt;
1156
1157   // Force the cast to be folded into the operands of an addrec.
1158   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
1159     SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
1160     for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = AR->op_begin(), E = AR->op_end();
1161          I != E; ++I)
1162       Ops.push_back(getAnyExtendExpr(*I, Ty));
1163     return getAddRecExpr(Ops, AR->getLoop());
1164   }
1165
1166   // If the expression is obviously signed, use the sext cast value.
1167   if (isa<SCEVSMaxExpr>(Op))
1168     return SExt;
1169
1170   // Absent any other information, use the zext cast value.
1171   return ZExt;
1172 }
1173
1174 /// CollectAddOperandsWithScales - Process the given Ops list, which is
1175 /// a list of operands to be added under the given scale, update the given
1176 /// map. This is a helper function for getAddRecExpr. As an example of
1177 /// what it does, given a sequence of operands that would form an add
1178 /// expression like this:
1179 ///
1180 ///    m + n + 13 + (A * (o + p + (B * q + m + 29))) + r + (-1 * r)
1181 ///
1182 /// where A and B are constants, update the map with these values:
1183 ///
1184 ///    (m, 1+A*B), (n, 1), (o, A), (p, A), (q, A*B), (r, 0)
1185 ///
1186 /// and add 13 + A*B*29 to AccumulatedConstant.
1187 /// This will allow getAddRecExpr to produce this:
1188 ///
1189 ///    13+A*B*29 + n + (m * (1+A*B)) + ((o + p) * A) + (q * A*B)
1190 ///
1191 /// This form often exposes folding opportunities that are hidden in
1192 /// the original operand list.
1193 ///
1194 /// Return true iff it appears that any interesting folding opportunities
1195 /// may be exposed. This helps getAddRecExpr short-circuit extra work in
1196 /// the common case where no interesting opportunities are present, and
1197 /// is also used as a check to avoid infinite recursion.
1198 ///
1199 static bool
1200 CollectAddOperandsWithScales(DenseMap<const SCEV *, APInt> &M,
1201                              SmallVector<const SCEV *, 8> &NewOps,
1202                              APInt &AccumulatedConstant,
1203                              const SCEV *const *Ops, size_t NumOperands,
1204                              const APInt &Scale,
1205                              ScalarEvolution &SE) {
1206   bool Interesting = false;
1207
1208   // Iterate over the add operands. They are sorted, with constants first.
1209   unsigned i = 0;
1210   while (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1211     ++i;
1212     // Pull a buried constant out to the outside.
1213     if (Scale != 1 || AccumulatedConstant != 0 || C->getValue()->isZero())
1214       Interesting = true;
1215     AccumulatedConstant += Scale * C->getValue()->getValue();
1216   }
1217
1218   // Next comes everything else. We're especially interested in multiplies
1219   // here, but they're in the middle, so just visit the rest with one loop.
1220   for (; i != NumOperands; ++i) {
1221     const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i]);
1222     if (Mul && isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
1223       APInt NewScale =
1224         Scale * cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))->getValue()->getValue();
1225       if (Mul->getNumOperands() == 2 && isa<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1))) {
1226         // A multiplication of a constant with another add; recurse.
1227         const SCEVAddExpr *Add = cast<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1));
1228         Interesting |=
1229           CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1230                                        Add->op_begin(), Add->getNumOperands(),
1231                                        NewScale, SE);
1232       } else {
1233         // A multiplication of a constant with some other value. Update
1234         // the map.
1235         SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
1236         const SCEV *Key = SE.getMulExpr(MulOps);
1237         std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1238           M.insert(std::make_pair(Key, NewScale));
1239         if (Pair.second) {
1240           NewOps.push_back(Pair.first->first);
1241         } else {
1242           Pair.first->second += NewScale;
1243           // The map already had an entry for this value, which may indicate
1244           // a folding opportunity.
1245           Interesting = true;
1246         }
1247       }
1248     } else {
1249       // An ordinary operand. Update the map.
1250       std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1251         M.insert(std::make_pair(Ops[i], Scale));
1252       if (Pair.second) {
1253         NewOps.push_back(Pair.first->first);
1254       } else {
1255         Pair.first->second += Scale;
1256         // The map already had an entry for this value, which may indicate
1257         // a folding opportunity.
1258         Interesting = true;
1259       }
1260     }
1261   }
1262
1263   return Interesting;
1264 }
1265
1266 namespace {
1267   struct APIntCompare {
1268     bool operator()(const APInt &LHS, const APInt &RHS) const {
1269       return LHS.ult(RHS);
1270     }
1271   };
1272 }
1273
1274 /// getAddExpr - Get a canonical add expression, or something simpler if
1275 /// possible.
1276 const SCEV *ScalarEvolution::getAddExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1277                                         bool HasNUW, bool HasNSW) {
1278   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
1279   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1280 #ifndef NDEBUG
1281   const Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
1282   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1283     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
1284            "SCEVAddExpr operand types don't match!");
1285 #endif
1286
1287   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1288   if (!HasNUW && HasNSW) {
1289     bool All = true;
1290     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1291       if (!isKnownNonNegative(Ops[i])) {
1292         All = false;
1293         break;
1294       }
1295     if (All) HasNUW = true;
1296   }
1297
1298   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1299   GroupByComplexity(Ops, LI);
1300
1301   // If there are any constants, fold them together.
1302   unsigned Idx = 0;
1303   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1304     ++Idx;
1305     assert(Idx < Ops.size());
1306     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1307       // We found two constants, fold them together!
1308       Ops[0] = getConstant(LHSC->getValue()->getValue() +
1309                            RHSC->getValue()->getValue());
1310       if (Ops.size() == 2) return Ops[0];
1311       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1312       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1313     }
1314
1315     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
1316     if (LHSC->getValue()->isZero()) {
1317       Ops.erase(Ops.begin());
1318       --Idx;
1319     }
1320
1321     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1322   }
1323
1324   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1325   // so, merge them together into an multiply expression.  Since we sorted the
1326   // list, these values are required to be adjacent.
1327   const Type *Ty = Ops[0]->getType();
1328   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1329     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
1330       // Found a match, merge the two values into a multiply, and add any
1331       // remaining values to the result.
1332       const SCEV *Two = getConstant(Ty, 2);
1333       const SCEV *Mul = getMulExpr(Ops[i], Two);
1334       if (Ops.size() == 2)
1335         return Mul;
1336       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
1337       Ops.push_back(Mul);
1338       return getAddExpr(Ops, HasNUW, HasNSW);
1339     }
1340
1341   // Check for truncates. If all the operands are truncated from the same
1342   // type, see if factoring out the truncate would permit the result to be
1343   // folded. eg., trunc(x) + m*trunc(n) --> trunc(x + trunc(m)*n)
1344   // if the contents of the resulting outer trunc fold to something simple.
1345   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1346     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]);
1347     const Type *DstType = Trunc->getType();
1348     const Type *SrcType = Trunc->getOperand()->getType();
1349     SmallVector<const SCEV *, 8> LargeOps;
1350     bool Ok = true;
1351     // Check all the operands to see if they can be represented in the
1352     // source type of the truncate.
1353     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1354       if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[i])) {
1355         if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1356           Ok = false;
1357           break;
1358         }
1359         LargeOps.push_back(T->getOperand());
1360       } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1361         LargeOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
1362       } else if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i])) {
1363         SmallVector<const SCEV *, 8> LargeMulOps;
1364         for (unsigned j = 0, f = M->getNumOperands(); j != f && Ok; ++j) {
1365           if (const SCEVTruncateExpr *T =
1366                 dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(M->getOperand(j))) {
1367             if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1368               Ok = false;
1369               break;
1370             }
1371             LargeMulOps.push_back(T->getOperand());
1372           } else if (const SCEVConstant *C =
1373                        dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(j))) {
1374             LargeMulOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
1375           } else {
1376             Ok = false;
1377             break;
1378           }
1379         }
1380         if (Ok)
1381           LargeOps.push_back(getMulExpr(LargeMulOps));
1382       } else {
1383         Ok = false;
1384         break;
1385       }
1386     }
1387     if (Ok) {
1388       // Evaluate the expression in the larger type.
1389       const SCEV *Fold = getAddExpr(LargeOps, HasNUW, HasNSW);
1390       // If it folds to something simple, use it. Otherwise, don't.
1391       if (isa<SCEVConstant>(Fold) || isa<SCEVUnknown>(Fold))
1392         return getTruncateExpr(Fold, DstType);
1393     }
1394   }
1395
1396   // Skip past any other cast SCEVs.
1397   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
1398     ++Idx;
1399
1400   // If there are add operands they would be next.
1401   if (Idx < Ops.size()) {
1402     bool DeletedAdd = false;
1403     while (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
1404       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
1405       // list.
1406       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1407       Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
1408       DeletedAdd = true;
1409     }
1410
1411     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
1412     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1413     // any operands we just acquired.
1414     if (DeletedAdd)
1415       return getAddExpr(Ops);
1416   }
1417
1418   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1419   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1420     ++Idx;
1421
1422   // Check to see if there are any folding opportunities present with
1423   // operands multiplied by constant values.
1424   if (Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1425     uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(Ty);
1426     DenseMap<const SCEV *, APInt> M;
1427     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
1428     APInt AccumulatedConstant(BitWidth, 0);
1429     if (CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1430                                      Ops.data(), Ops.size(),
1431                                      APInt(BitWidth, 1), *this)) {
1432       // Some interesting folding opportunity is present, so its worthwhile to
1433       // re-generate the operands list. Group the operands by constant scale,
1434       // to avoid multiplying by the same constant scale multiple times.
1435       std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare> MulOpLists;
1436       for (SmallVector<const SCEV *, 8>::iterator I = NewOps.begin(),
1437            E = NewOps.end(); I != E; ++I)
1438         MulOpLists[M.find(*I)->second].push_back(*I);
1439       // Re-generate the operands list.
1440       Ops.clear();
1441       if (AccumulatedConstant != 0)
1442         Ops.push_back(getConstant(AccumulatedConstant));
1443       for (std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare>::iterator
1444            I = MulOpLists.begin(), E = MulOpLists.end(); I != E; ++I)
1445         if (I->first != 0)
1446           Ops.push_back(getMulExpr(getConstant(I->first),
1447                                    getAddExpr(I->second)));
1448       if (Ops.empty())
1449         return getConstant(Ty, 0);
1450       if (Ops.size() == 1)
1451         return Ops[0];
1452       return getAddExpr(Ops);
1453     }
1454   }
1455
1456   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
1457   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
1458   // the multiply.
1459   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1460     const SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
1461     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
1462       const SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
1463       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
1464         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp] && !isa<SCEVConstant>(Ops[AddOp])) {
1465           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
1466           const SCEV *InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1467           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1468             // If the multiply has more than two operands, we must get the
1469             // Y*Z term.
1470             SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1471             MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
1472             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
1473           }
1474           const SCEV *One = getConstant(Ty, 1);
1475           const SCEV *AddOne = getAddExpr(InnerMul, One);
1476           const SCEV *OuterMul = getMulExpr(AddOne, Ops[AddOp]);
1477           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1478           if (AddOp < Idx) {
1479             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
1480             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
1481           } else {
1482             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1483             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
1484           }
1485           Ops.push_back(OuterMul);
1486           return getAddExpr(Ops);
1487         }
1488
1489       // Check this multiply against other multiplies being added together.
1490       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
1491            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1492            ++OtherMulIdx) {
1493         const SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1494         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
1495         // together.
1496         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
1497              OMulOp != e; ++OMulOp)
1498           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
1499             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
1500             const SCEV *InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1501             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1502               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
1503                                                   Mul->op_end());
1504               MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
1505               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
1506             }
1507             const SCEV *InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
1508             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
1509               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(OtherMul->op_begin(),
1510                                                   OtherMul->op_end());
1511               MulOps.erase(MulOps.begin()+OMulOp);
1512               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
1513             }
1514             const SCEV *InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
1515             const SCEV *OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
1516             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1517             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1518             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
1519             Ops.push_back(OuterMul);
1520             return getAddExpr(Ops);
1521           }
1522       }
1523     }
1524   }
1525
1526   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1527   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1528   // recurrence.
1529   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1530     ++Idx;
1531
1532   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1533   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1534     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
1535     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1536     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
1537     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1538     const Loop *AddRecLoop = AddRec->getLoop();
1539     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1540       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRecLoop)) {
1541         LIOps.push_back(Ops[i]);
1542         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1543         --i; --e;
1544       }
1545
1546     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1547     if (!LIOps.empty()) {
1548       //  NLI + LI + {Start,+,Step}  -->  NLI + {LI+Start,+,Step}
1549       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
1550
1551       SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
1552                                              AddRec->op_end());
1553       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
1554
1555       // Build the new addrec. Propagate the NUW and NSW flags if both the
1556       // outer add and the inner addrec are guaranteed to have no overflow.
1557       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRecLoop,
1558                                          HasNUW && AddRec->hasNoUnsignedWrap(),
1559                                          HasNSW && AddRec->hasNoSignedWrap());
1560
1561       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1562       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1563
1564       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-liv parts.
1565       for (unsigned i = 0;; ++i)
1566         if (Ops[i] == AddRec) {
1567           Ops[i] = NewRec;
1568           break;
1569         }
1570       return getAddExpr(Ops);
1571     }
1572
1573     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1574     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1575     // added together.  If so, we can fold them.
1576     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1577          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1578       if (OtherIdx != Idx) {
1579         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1580         if (AddRecLoop == OtherAddRec->getLoop()) {
1581           // Other + {A,+,B} + {C,+,D}  -->  Other + {A+C,+,B+D}
1582           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(AddRec->op_begin(),
1583                                               AddRec->op_end());
1584           for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1585             if (i >= NewOps.size()) {
1586               NewOps.append(OtherAddRec->op_begin()+i,
1587                             OtherAddRec->op_end());
1588               break;
1589             }
1590             NewOps[i] = getAddExpr(NewOps[i], OtherAddRec->getOperand(i));
1591           }
1592           const SCEV *NewAddRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRecLoop);
1593
1594           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1595
1596           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1597           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1598           Ops.push_back(NewAddRec);
1599           return getAddExpr(Ops);
1600         }
1601       }
1602
1603     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1604     // next one.
1605   }
1606
1607   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
1608   // already have one, otherwise create a new one.
1609   FoldingSetNodeID ID;
1610   ID.AddInteger(scAddExpr);
1611   ID.AddInteger(Ops.size());
1612   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1613     ID.AddPointer(Ops[i]);
1614   void *IP = 0;
1615   SCEVAddExpr *S =
1616     static_cast<SCEVAddExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
1617   if (!S) {
1618     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
1619     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
1620     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1621                                         O, Ops.size());
1622     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1623   }
1624   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
1625   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
1626   return S;
1627 }
1628
1629 /// getMulExpr - Get a canonical multiply expression, or something simpler if
1630 /// possible.
1631 const SCEV *ScalarEvolution::getMulExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1632                                         bool HasNUW, bool HasNSW) {
1633   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
1634   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1635 #ifndef NDEBUG
1636   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1637     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1638            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1639            "SCEVMulExpr operand types don't match!");
1640 #endif
1641
1642   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1643   if (!HasNUW && HasNSW) {
1644     bool All = true;
1645     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1646       if (!isKnownNonNegative(Ops[i])) {
1647         All = false;
1648         break;
1649       }
1650     if (All) HasNUW = true;
1651   }
1652
1653   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1654   GroupByComplexity(Ops, LI);
1655
1656   // If there are any constants, fold them together.
1657   unsigned Idx = 0;
1658   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1659
1660     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
1661     if (Ops.size() == 2)
1662       if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
1663         if (Add->getNumOperands() == 2 &&
1664             isa<SCEVConstant>(Add->getOperand(0)))
1665           return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
1666                             getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
1667
1668     ++Idx;
1669     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1670       // We found two constants, fold them together!
1671       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
1672                                            LHSC->getValue()->getValue() *
1673                                            RHSC->getValue()->getValue());
1674       Ops[0] = getConstant(Fold);
1675       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1676       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1677       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1678     }
1679
1680     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
1681     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
1682       Ops.erase(Ops.begin());
1683       --Idx;
1684     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
1685       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
1686       return Ops[0];
1687     } else if (Ops[0]->isAllOnesValue()) {
1688       // If we have a mul by -1 of an add, try distributing the -1 among the
1689       // add operands.
1690       if (Ops.size() == 2)
1691         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1])) {
1692           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
1693           bool AnyFolded = false;
1694           for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
1695                I != E; ++I) {
1696             const SCEV *Mul = getMulExpr(Ops[0], *I);
1697             if (!isa<SCEVMulExpr>(Mul)) AnyFolded = true;
1698             NewOps.push_back(Mul);
1699           }
1700           if (AnyFolded)
1701             return getAddExpr(NewOps);
1702         }
1703     }
1704
1705     if (Ops.size() == 1)
1706       return Ops[0];
1707   }
1708
1709   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1710   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1711     ++Idx;
1712
1713   // If there are mul operands inline them all into this expression.
1714   if (Idx < Ops.size()) {
1715     bool DeletedMul = false;
1716     while (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1717       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
1718       // list.
1719       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1720       Ops.append(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1721       DeletedMul = true;
1722     }
1723
1724     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
1725     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1726     // any operands we just acquired.
1727     if (DeletedMul)
1728       return getMulExpr(Ops);
1729   }
1730
1731   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1732   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1733   // recurrence.
1734   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1735     ++Idx;
1736
1737   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1738   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1739     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
1740     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1741     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
1742     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1743     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1744       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
1745         LIOps.push_back(Ops[i]);
1746         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1747         --i; --e;
1748       }
1749
1750     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1751     if (!LIOps.empty()) {
1752       //  NLI * LI * {Start,+,Step}  -->  NLI * {LI*Start,+,LI*Step}
1753       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
1754       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
1755       const SCEV *Scale = getMulExpr(LIOps);
1756       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
1757         NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
1758
1759       // Build the new addrec. Propagate the NUW and NSW flags if both the
1760       // outer mul and the inner addrec are guaranteed to have no overflow.
1761       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop(),
1762                                          HasNUW && AddRec->hasNoUnsignedWrap(),
1763                                          HasNSW && AddRec->hasNoSignedWrap());
1764
1765       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1766       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1767
1768       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-liv parts.
1769       for (unsigned i = 0;; ++i)
1770         if (Ops[i] == AddRec) {
1771           Ops[i] = NewRec;
1772           break;
1773         }
1774       return getMulExpr(Ops);
1775     }
1776
1777     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1778     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1779     // multiplied together.  If so, we can fold them.
1780     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1781          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1782       if (OtherIdx != Idx) {
1783         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1784         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
1785           // F * G  -->  {A,+,B} * {C,+,D}  -->  {A*C,+,F*D + G*B + B*D}
1786           const SCEVAddRecExpr *F = AddRec, *G = OtherAddRec;
1787           const SCEV *NewStart = getMulExpr(F->getStart(),
1788                                                  G->getStart());
1789           const SCEV *B = F->getStepRecurrence(*this);
1790           const SCEV *D = G->getStepRecurrence(*this);
1791           const SCEV *NewStep = getAddExpr(getMulExpr(F, D),
1792                                           getMulExpr(G, B),
1793                                           getMulExpr(B, D));
1794           const SCEV *NewAddRec = getAddRecExpr(NewStart, NewStep,
1795                                                F->getLoop());
1796           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1797
1798           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1799           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1800           Ops.push_back(NewAddRec);
1801           return getMulExpr(Ops);
1802         }
1803       }
1804
1805     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1806     // next one.
1807   }
1808
1809   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
1810   // already have one, otherwise create a new one.
1811   FoldingSetNodeID ID;
1812   ID.AddInteger(scMulExpr);
1813   ID.AddInteger(Ops.size());
1814   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1815     ID.AddPointer(Ops[i]);
1816   void *IP = 0;
1817   SCEVMulExpr *S =
1818     static_cast<SCEVMulExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
1819   if (!S) {
1820     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
1821     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
1822     S = new (SCEVAllocator) SCEVMulExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1823                                         O, Ops.size());
1824     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1825   }
1826   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
1827   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
1828   return S;
1829 }
1830
1831 /// getUDivExpr - Get a canonical unsigned division expression, or something
1832 /// simpler if possible.
1833 const SCEV *ScalarEvolution::getUDivExpr(const SCEV *LHS,
1834                                          const SCEV *RHS) {
1835   assert(getEffectiveSCEVType(LHS->getType()) ==
1836          getEffectiveSCEVType(RHS->getType()) &&
1837          "SCEVUDivExpr operand types don't match!");
1838
1839   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
1840     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
1841       return LHS;                               // X udiv 1 --> x
1842     // If the denominator is zero, the result of the udiv is undefined. Don't
1843     // try to analyze it, because the resolution chosen here may differ from
1844     // the resolution chosen in other parts of the compiler.
1845     if (!RHSC->getValue()->isZero()) {
1846       // Determine if the division can be folded into the operands of
1847       // its operands.
1848       // TODO: Generalize this to non-constants by using known-bits information.
1849       const Type *Ty = LHS->getType();
1850       unsigned LZ = RHSC->getValue()->getValue().countLeadingZeros();
1851       unsigned MaxShiftAmt = getTypeSizeInBits(Ty) - LZ;
1852       // For non-power-of-two values, effectively round the value up to the
1853       // nearest power of two.
1854       if (!RHSC->getValue()->getValue().isPowerOf2())
1855         ++MaxShiftAmt;
1856       const IntegerType *ExtTy =
1857         IntegerType::get(getContext(), getTypeSizeInBits(Ty) + MaxShiftAmt);
1858       // {X,+,N}/C --> {X/C,+,N/C} if safe and N/C can be folded.
1859       if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
1860         if (const SCEVConstant *Step =
1861               dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*this)))
1862           if (!Step->getValue()->getValue()
1863                 .urem(RHSC->getValue()->getValue()) &&
1864               getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
1865               getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
1866                             getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
1867                             AR->getLoop())) {
1868             SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1869             for (unsigned i = 0, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
1870               Operands.push_back(getUDivExpr(AR->getOperand(i), RHS));
1871             return getAddRecExpr(Operands, AR->getLoop());
1872           }
1873       // (A*B)/C --> A*(B/C) if safe and B/C can be folded.
1874       if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
1875         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1876         for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i)
1877           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(M->getOperand(i), ExtTy));
1878         if (getZeroExtendExpr(M, ExtTy) == getMulExpr(Operands))
1879           // Find an operand that's safely divisible.
1880           for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1881             const SCEV *Op = M->getOperand(i);
1882             const SCEV *Div = getUDivExpr(Op, RHSC);
1883             if (!isa<SCEVUDivExpr>(Div) && getMulExpr(Div, RHSC) == Op) {
1884               Operands = SmallVector<const SCEV *, 4>(M->op_begin(),
1885                                                       M->op_end());
1886               Operands[i] = Div;
1887               return getMulExpr(Operands);
1888             }
1889           }
1890       }
1891       // (A+B)/C --> (A/C + B/C) if safe and A/C and B/C can be folded.
1892       if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
1893         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1894         for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i)
1895           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(A->getOperand(i), ExtTy));
1896         if (getZeroExtendExpr(A, ExtTy) == getAddExpr(Operands)) {
1897           Operands.clear();
1898           for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1899             const SCEV *Op = getUDivExpr(A->getOperand(i), RHS);
1900             if (isa<SCEVUDivExpr>(Op) ||
1901                 getMulExpr(Op, RHS) != A->getOperand(i))
1902               break;
1903             Operands.push_back(Op);
1904           }
1905           if (Operands.size() == A->getNumOperands())
1906             return getAddExpr(Operands);
1907         }
1908       }
1909
1910       // Fold if both operands are constant.
1911       if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
1912         Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
1913         Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
1914         return getConstant(cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getUDiv(LHSCV,
1915                                                                    RHSCV)));
1916       }
1917     }
1918   }
1919
1920   FoldingSetNodeID ID;
1921   ID.AddInteger(scUDivExpr);
1922   ID.AddPointer(LHS);
1923   ID.AddPointer(RHS);
1924   void *IP = 0;
1925   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1926   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUDivExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1927                                              LHS, RHS);
1928   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1929   return S;
1930 }
1931
1932
1933 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
1934 /// Simplify the expression as much as possible.
1935 const SCEV *ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEV *Start,
1936                                            const SCEV *Step, const Loop *L,
1937                                            bool HasNUW, bool HasNSW) {
1938   SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1939   Operands.push_back(Start);
1940   if (const SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
1941     if (StepChrec->getLoop() == L) {
1942       Operands.append(StepChrec->op_begin(), StepChrec->op_end());
1943       return getAddRecExpr(Operands, L);
1944     }
1945
1946   Operands.push_back(Step);
1947   return getAddRecExpr(Operands, L, HasNUW, HasNSW);
1948 }
1949
1950 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
1951 /// Simplify the expression as much as possible.
1952 const SCEV *
1953 ScalarEvolution::getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
1954                                const Loop *L,
1955                                bool HasNUW, bool HasNSW) {
1956   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
1957 #ifndef NDEBUG
1958   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
1959     assert(getEffectiveSCEVType(Operands[i]->getType()) ==
1960            getEffectiveSCEVType(Operands[0]->getType()) &&
1961            "SCEVAddRecExpr operand types don't match!");
1962 #endif
1963
1964   if (Operands.back()->isZero()) {
1965     Operands.pop_back();
1966     return getAddRecExpr(Operands, L, HasNUW, HasNSW); // {X,+,0}  -->  X
1967   }
1968
1969   // It's tempting to want to call getMaxBackedgeTakenCount count here and
1970   // use that information to infer NUW and NSW flags. However, computing a
1971   // BE count requires calling getAddRecExpr, so we may not yet have a
1972   // meaningful BE count at this point (and if we don't, we'd be stuck
1973   // with a SCEVCouldNotCompute as the cached BE count).
1974
1975   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1976   if (!HasNUW && HasNSW) {
1977     bool All = true;
1978     for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
1979       if (!isKnownNonNegative(Operands[i])) {
1980         All = false;
1981         break;
1982       }
1983     if (All) HasNUW = true;
1984   }
1985
1986   // Canonicalize nested AddRecs in by nesting them in order of loop depth.
1987   if (const SCEVAddRecExpr *NestedAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Operands[0])) {
1988     const Loop *NestedLoop = NestedAR->getLoop();
1989     if (L->contains(NestedLoop->getHeader()) ?
1990         (L->getLoopDepth() < NestedLoop->getLoopDepth()) :
1991         (!NestedLoop->contains(L->getHeader()) &&
1992          DT->dominates(L->getHeader(), NestedLoop->getHeader()))) {
1993       SmallVector<const SCEV *, 4> NestedOperands(NestedAR->op_begin(),
1994                                                   NestedAR->op_end());
1995       Operands[0] = NestedAR->getStart();
1996       // AddRecs require their operands be loop-invariant with respect to their
1997       // loops. Don't perform this transformation if it would break this
1998       // requirement.
1999       bool AllInvariant = true;
2000       for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2001         if (!Operands[i]->isLoopInvariant(L)) {
2002           AllInvariant = false;
2003           break;
2004         }
2005       if (AllInvariant) {
2006         NestedOperands[0] = getAddRecExpr(Operands, L);
2007         AllInvariant = true;
2008         for (unsigned i = 0, e = NestedOperands.size(); i != e; ++i)
2009           if (!NestedOperands[i]->isLoopInvariant(NestedLoop)) {
2010             AllInvariant = false;
2011             break;
2012           }
2013         if (AllInvariant)
2014           // Ok, both add recurrences are valid after the transformation.
2015           return getAddRecExpr(NestedOperands, NestedLoop, HasNUW, HasNSW);
2016       }
2017       // Reset Operands to its original state.
2018       Operands[0] = NestedAR;
2019     }
2020   }
2021
2022   // Okay, it looks like we really DO need an addrec expr.  Check to see if we
2023   // already have one, otherwise create a new one.
2024   FoldingSetNodeID ID;
2025   ID.AddInteger(scAddRecExpr);
2026   ID.AddInteger(Operands.size());
2027   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2028     ID.AddPointer(Operands[i]);
2029   ID.AddPointer(L);
2030   void *IP = 0;
2031   SCEVAddRecExpr *S =
2032     static_cast<SCEVAddRecExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2033   if (!S) {
2034     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Operands.size());
2035     std::uninitialized_copy(Operands.begin(), Operands.end(), O);
2036     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddRecExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2037                                            O, Operands.size(), L);
2038     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2039   }
2040   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
2041   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
2042   return S;
2043 }
2044
2045 const SCEV *ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEV *LHS,
2046                                          const SCEV *RHS) {
2047   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2048   Ops.push_back(LHS);
2049   Ops.push_back(RHS);
2050   return getSMaxExpr(Ops);
2051 }
2052
2053 const SCEV *
2054 ScalarEvolution::getSMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2055   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
2056   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2057 #ifndef NDEBUG
2058   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2059     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
2060            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
2061            "SCEVSMaxExpr operand types don't match!");
2062 #endif
2063
2064   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2065   GroupByComplexity(Ops, LI);
2066
2067   // If there are any constants, fold them together.
2068   unsigned Idx = 0;
2069   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2070     ++Idx;
2071     assert(Idx < Ops.size());
2072     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2073       // We found two constants, fold them together!
2074       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2075                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
2076                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2077       Ops[0] = getConstant(Fold);
2078       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2079       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2080       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2081     }
2082
2083     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2084     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
2085       Ops.erase(Ops.begin());
2086       --Idx;
2087     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(true)) {
2088       // If we have an smax with a constant maximum-int, it will always be
2089       // maximum-int.
2090       return Ops[0];
2091     }
2092
2093     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2094   }
2095
2096   // Find the first SMax
2097   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
2098     ++Idx;
2099
2100   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
2101   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2102   if (Idx < Ops.size()) {
2103     bool DeletedSMax = false;
2104     while (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2105       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2106       Ops.append(SMax->op_begin(), SMax->op_end());
2107       DeletedSMax = true;
2108     }
2109
2110     if (DeletedSMax)
2111       return getSMaxExpr(Ops);
2112   }
2113
2114   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2115   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2116   // be adjacent.
2117   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2118     //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
2119     //  X smax Y         -->  X, if X is always greater than Y
2120     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
2121         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2122       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
2123       --i; --e;
2124     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SLE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2125       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2126       --i; --e;
2127     }
2128
2129   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2130
2131   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
2132
2133   // Okay, it looks like we really DO need an smax expr.  Check to see if we
2134   // already have one, otherwise create a new one.
2135   FoldingSetNodeID ID;
2136   ID.AddInteger(scSMaxExpr);
2137   ID.AddInteger(Ops.size());
2138   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2139     ID.AddPointer(Ops[i]);
2140   void *IP = 0;
2141   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2142   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2143   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2144   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2145                                              O, Ops.size());
2146   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2147   return S;
2148 }
2149
2150 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxExpr(const SCEV *LHS,
2151                                          const SCEV *RHS) {
2152   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2153   Ops.push_back(LHS);
2154   Ops.push_back(RHS);
2155   return getUMaxExpr(Ops);
2156 }
2157
2158 const SCEV *
2159 ScalarEvolution::getUMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2160   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty umax!");
2161   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2162 #ifndef NDEBUG
2163   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2164     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
2165            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
2166            "SCEVUMaxExpr operand types don't match!");
2167 #endif
2168
2169   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2170   GroupByComplexity(Ops, LI);
2171
2172   // If there are any constants, fold them together.
2173   unsigned Idx = 0;
2174   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2175     ++Idx;
2176     assert(Idx < Ops.size());
2177     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2178       // We found two constants, fold them together!
2179       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2180                               APIntOps::umax(LHSC->getValue()->getValue(),
2181                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2182       Ops[0] = getConstant(Fold);
2183       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2184       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2185       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2186     }
2187
2188     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2189     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(false)) {
2190       Ops.erase(Ops.begin());
2191       --Idx;
2192     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(false)) {
2193       // If we have an umax with a constant maximum-int, it will always be
2194       // maximum-int.
2195       return Ops[0];
2196     }
2197
2198     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2199   }
2200
2201   // Find the first UMax
2202   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scUMaxExpr)
2203     ++Idx;
2204
2205   // Check to see if one of the operands is a UMax. If so, expand its operands
2206   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2207   if (Idx < Ops.size()) {
2208     bool DeletedUMax = false;
2209     while (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2210       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2211       Ops.append(UMax->op_begin(), UMax->op_end());
2212       DeletedUMax = true;
2213     }
2214
2215     if (DeletedUMax)
2216       return getUMaxExpr(Ops);
2217   }
2218
2219   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2220   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2221   // be adjacent.
2222   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2223     //  X umax Y umax Y  -->  X umax Y
2224     //  X umax Y         -->  X, if X is always greater than Y
2225     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
2226         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_UGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2227       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
2228       --i; --e;
2229     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_ULE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2230       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2231       --i; --e;
2232     }
2233
2234   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2235
2236   assert(!Ops.empty() && "Reduced umax down to nothing!");
2237
2238   // Okay, it looks like we really DO need a umax expr.  Check to see if we
2239   // already have one, otherwise create a new one.
2240   FoldingSetNodeID ID;
2241   ID.AddInteger(scUMaxExpr);
2242   ID.AddInteger(Ops.size());
2243   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2244     ID.AddPointer(Ops[i]);
2245   void *IP = 0;
2246   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2247   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2248   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2249   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2250                                              O, Ops.size());
2251   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2252   return S;
2253 }
2254
2255 const SCEV *ScalarEvolution::getSMinExpr(const SCEV *LHS,
2256                                          const SCEV *RHS) {
2257   // ~smax(~x, ~y) == smin(x, y).
2258   return getNotSCEV(getSMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2259 }
2260
2261 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinExpr(const SCEV *LHS,
2262                                          const SCEV *RHS) {
2263   // ~umax(~x, ~y) == umin(x, y)
2264   return getNotSCEV(getUMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2265 }
2266
2267 const SCEV *ScalarEvolution::getSizeOfExpr(const Type *AllocTy) {
2268   // If we have TargetData, we can bypass creating a target-independent
2269   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
2270   // This is just a compile-time optimization.
2271   if (TD)
2272     return getConstant(TD->getIntPtrType(getContext()),
2273                        TD->getTypeAllocSize(AllocTy));
2274
2275   Constant *C = ConstantExpr::getSizeOf(AllocTy);
2276   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2277     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2278       C = Folded;
2279   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(AllocTy));
2280   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2281 }
2282
2283 const SCEV *ScalarEvolution::getAlignOfExpr(const Type *AllocTy) {
2284   Constant *C = ConstantExpr::getAlignOf(AllocTy);
2285   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2286     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2287       C = Folded;
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     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2304       C = Folded;
2305   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(STy));
2306   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2307 }
2308
2309 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(const Type *CTy,
2310                                              Constant *FieldNo) {
2311   Constant *C = ConstantExpr::getOffsetOf(CTy, FieldNo);
2312   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2313     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2314       C = Folded;
2315   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(CTy));
2316   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2317 }
2318
2319 const SCEV *ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
2320   // Don't attempt to do anything other than create a SCEVUnknown object
2321   // here.  createSCEV only calls getUnknown after checking for all other
2322   // interesting possibilities, and any other code that calls getUnknown
2323   // is doing so in order to hide a value from SCEV canonicalization.
2324
2325   FoldingSetNodeID ID;
2326   ID.AddInteger(scUnknown);
2327   ID.AddPointer(V);
2328   void *IP = 0;
2329   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2330   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUnknown(ID.Intern(SCEVAllocator), V);
2331   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2332   return S;
2333 }
2334
2335 //===----------------------------------------------------------------------===//
2336 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
2337 //
2338
2339 /// isSCEVable - Test if values of the given type are analyzable within
2340 /// the SCEV framework. This primarily includes integer types, and it
2341 /// can optionally include pointer types if the ScalarEvolution class
2342 /// has access to target-specific information.
2343 bool ScalarEvolution::isSCEVable(const Type *Ty) const {
2344   // Integers and pointers are always SCEVable.
2345   return Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy();
2346 }
2347
2348 /// getTypeSizeInBits - Return the size in bits of the specified type,
2349 /// for which isSCEVable must return true.
2350 uint64_t ScalarEvolution::getTypeSizeInBits(const Type *Ty) const {
2351   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
2352
2353   // If we have a TargetData, use it!
2354   if (TD)
2355     return TD->getTypeSizeInBits(Ty);
2356
2357   // Integer types have fixed sizes.
2358   if (Ty->isIntegerTy())
2359     return Ty->getPrimitiveSizeInBits();
2360
2361   // The only other support type is pointer. Without TargetData, conservatively
2362   // assume pointers are 64-bit.
2363   assert(Ty->isPointerTy() && "isSCEVable permitted a non-SCEVable type!");
2364   return 64;
2365 }
2366
2367 /// getEffectiveSCEVType - Return a type with the same bitwidth as
2368 /// the given type and which represents how SCEV will treat the given
2369 /// type, for which isSCEVable must return true. For pointer types,
2370 /// this is the pointer-sized integer type.
2371 const Type *ScalarEvolution::getEffectiveSCEVType(const Type *Ty) const {
2372   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
2373
2374   if (Ty->isIntegerTy())
2375     return Ty;
2376
2377   // The only other support type is pointer.
2378   assert(Ty->isPointerTy() && "Unexpected non-pointer non-integer type!");
2379   if (TD) return TD->getIntPtrType(getContext());
2380
2381   // Without TargetData, conservatively assume pointers are 64-bit.
2382   return Type::getInt64Ty(getContext());
2383 }
2384
2385 const SCEV *ScalarEvolution::getCouldNotCompute() {
2386   return &CouldNotCompute;
2387 }
2388
2389 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
2390 /// expression and create a new one.
2391 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) {
2392   assert(isSCEVable(V->getType()) && "Value is not SCEVable!");
2393
2394   std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator I = Scalars.find(V);
2395   if (I != Scalars.end()) return I->second;
2396   const SCEV *S = createSCEV(V);
2397   Scalars.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(V, this), S));
2398   return S;
2399 }
2400
2401 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
2402 ///
2403 const SCEV *ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEV *V) {
2404   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2405     return getConstant(
2406                cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue())));
2407
2408   const Type *Ty = V->getType();
2409   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2410   return getMulExpr(V,
2411                   getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty))));
2412 }
2413
2414 /// getNotSCEV - Return a SCEV corresponding to ~V = -1-V
2415 const SCEV *ScalarEvolution::getNotSCEV(const SCEV *V) {
2416   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2417     return getConstant(
2418                 cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(VC->getValue())));
2419
2420   const Type *Ty = V->getType();
2421   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2422   const SCEV *AllOnes =
2423                    getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty)));
2424   return getMinusSCEV(AllOnes, V);
2425 }
2426
2427 /// getMinusSCEV - Return a SCEV corresponding to LHS - RHS.
2428 ///
2429 const SCEV *ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEV *LHS,
2430                                           const SCEV *RHS) {
2431   // X - Y --> X + -Y
2432   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS));
2433 }
2434
2435 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2436 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2437 /// extended.
2438 const SCEV *
2439 ScalarEvolution::getTruncateOrZeroExtend(const SCEV *V,
2440                                          const Type *Ty) {
2441   const Type *SrcTy = V->getType();
2442   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2443          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2444          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2445   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2446     return V;  // No conversion
2447   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2448     return getTruncateExpr(V, Ty);
2449   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2450 }
2451
2452 /// getTruncateOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2453 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2454 /// extended.
2455 const SCEV *
2456 ScalarEvolution::getTruncateOrSignExtend(const SCEV *V,
2457                                          const Type *Ty) {
2458   const Type *SrcTy = V->getType();
2459   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2460          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2461          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2462   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2463     return V;  // No conversion
2464   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2465     return getTruncateExpr(V, Ty);
2466   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2467 }
2468
2469 /// getNoopOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2470 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2471 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2472 const SCEV *
2473 ScalarEvolution::getNoopOrZeroExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2474   const Type *SrcTy = V->getType();
2475   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2476          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2477          "Cannot noop or zero extend with non-integer arguments!");
2478   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2479          "getNoopOrZeroExtend cannot truncate!");
2480   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2481     return V;  // No conversion
2482   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2483 }
2484
2485 /// getNoopOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2486 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2487 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2488 const SCEV *
2489 ScalarEvolution::getNoopOrSignExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2490   const Type *SrcTy = V->getType();
2491   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2492          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2493          "Cannot noop or sign extend with non-integer arguments!");
2494   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2495          "getNoopOrSignExtend cannot truncate!");
2496   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2497     return V;  // No conversion
2498   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2499 }
2500
2501 /// getNoopOrAnyExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
2502 /// the input value to the specified type. If the type must be extended,
2503 /// it is extended with unspecified bits. The conversion must not be
2504 /// narrowing.
2505 const SCEV *
2506 ScalarEvolution::getNoopOrAnyExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2507   const Type *SrcTy = V->getType();
2508   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2509          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2510          "Cannot noop or any extend with non-integer arguments!");
2511   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2512          "getNoopOrAnyExtend cannot truncate!");
2513   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2514     return V;  // No conversion
2515   return getAnyExtendExpr(V, Ty);
2516 }
2517
2518 /// getTruncateOrNoop - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2519 /// input value to the specified type.  The conversion must not be widening.
2520 const SCEV *
2521 ScalarEvolution::getTruncateOrNoop(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2522   const Type *SrcTy = V->getType();
2523   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2524          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2525          "Cannot truncate or noop with non-integer arguments!");
2526   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) >= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2527          "getTruncateOrNoop cannot extend!");
2528   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2529     return V;  // No conversion
2530   return getTruncateExpr(V, Ty);
2531 }
2532
2533 /// getUMaxFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2534 /// the types using zero-extension, and then perform a umax operation
2535 /// with them.
2536 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2537                                                         const SCEV *RHS) {
2538   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
2539   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
2540
2541   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2542     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2543   else
2544     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2545
2546   return getUMaxExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2547 }
2548
2549 /// getUMinFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2550 /// the types using zero-extension, and then perform a umin operation
2551 /// with them.
2552 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2553                                                         const SCEV *RHS) {
2554   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
2555   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
2556
2557   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2558     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2559   else
2560     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2561
2562   return getUMinExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2563 }
2564
2565 /// PushDefUseChildren - Push users of the given Instruction
2566 /// onto the given Worklist.
2567 static void
2568 PushDefUseChildren(Instruction *I,
2569                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
2570   // Push the def-use children onto the Worklist stack.
2571   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
2572        UI != UE; ++UI)
2573     Worklist.push_back(cast<Instruction>(UI));
2574 }
2575
2576 /// ForgetSymbolicValue - This looks up computed SCEV values for all
2577 /// instructions that depend on the given instruction and removes them from
2578 /// the Scalars map if they reference SymName. This is used during PHI
2579 /// resolution.
2580 void
2581 ScalarEvolution::ForgetSymbolicName(Instruction *PN, const SCEV *SymName) {
2582   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
2583   PushDefUseChildren(PN, Worklist);
2584
2585   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
2586   Visited.insert(PN);
2587   while (!Worklist.empty()) {
2588     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
2589     if (!Visited.insert(I)) continue;
2590
2591     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
2592       Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
2593     if (It != Scalars.end()) {
2594       // Short-circuit the def-use traversal if the symbolic name
2595       // ceases to appear in expressions.
2596       if (It->second != SymName && !It->second->hasOperand(SymName))
2597         continue;
2598
2599       // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
2600       // structure, it's a PHI that's in the progress of being computed
2601       // by createNodeForPHI, or it's a single-value PHI. In the first case,
2602       // additional loop trip count information isn't going to change anything.
2603       // In the second case, createNodeForPHI will perform the necessary
2604       // updates on its own when it gets to that point. In the third, we do
2605       // want to forget the SCEVUnknown.
2606       if (!isa<PHINode>(I) ||
2607           !isa<SCEVUnknown>(It->second) ||
2608           (I != PN && It->second == SymName)) {
2609         ValuesAtScopes.erase(It->second);
2610         Scalars.erase(It);
2611       }
2612     }
2613
2614     PushDefUseChildren(I, Worklist);
2615   }
2616 }
2617
2618 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
2619 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
2620 ///
2621 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
2622   if (const Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent()))
2623     if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
2624       // The loop may have multiple entrances or multiple exits; we can analyze
2625       // this phi as an addrec if it has a unique entry value and a unique
2626       // backedge value.
2627       Value *BEValueV = 0, *StartValueV = 0;
2628       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2629         Value *V = PN->getIncomingValue(i);
2630         if (L->contains(PN->getIncomingBlock(i))) {
2631           if (!BEValueV) {
2632             BEValueV = V;
2633           } else if (BEValueV != V) {
2634             BEValueV = 0;
2635             break;
2636           }
2637         } else if (!StartValueV) {
2638           StartValueV = V;
2639         } else if (StartValueV != V) {
2640           StartValueV = 0;
2641           break;
2642         }
2643       }
2644       if (BEValueV && StartValueV) {
2645         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
2646         const SCEV *SymbolicName = getUnknown(PN);
2647         assert(Scalars.find(PN) == Scalars.end() &&
2648                "PHI node already processed?");
2649         Scalars.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(PN, this), SymbolicName));
2650
2651         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
2652         // the back-edge.
2653         const SCEV *BEValue = getSCEV(BEValueV);
2654
2655         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
2656         // has a special value for the first iteration of the loop.
2657
2658         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
2659         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
2660         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
2661           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
2662           // with a recurrence.
2663           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
2664           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2665             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
2666               if (FoundIndex == e) {
2667                 FoundIndex = i;
2668                 break;
2669               }
2670
2671           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
2672             // Create an add with everything but the specified operand.
2673             SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
2674             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2675               if (i != FoundIndex)
2676                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
2677             const SCEV *Accum = getAddExpr(Ops);
2678
2679             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
2680             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
2681             if (Accum->isLoopInvariant(L) ||
2682                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
2683                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
2684               bool HasNUW = false;
2685               bool HasNSW = false;
2686
2687               // If the increment doesn't overflow, then neither the addrec nor
2688               // the post-increment will overflow.
2689               if (const AddOperator *OBO = dyn_cast<AddOperator>(BEValueV)) {
2690                 if (OBO->hasNoUnsignedWrap())
2691                   HasNUW = true;
2692                 if (OBO->hasNoSignedWrap())
2693                   HasNSW = true;
2694               }
2695
2696               const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
2697               const SCEV *PHISCEV =
2698                 getAddRecExpr(StartVal, Accum, L, HasNUW, HasNSW);
2699
2700               // Since the no-wrap flags are on the increment, they apply to the
2701               // post-incremented value as well.
2702               if (Accum->isLoopInvariant(L))
2703                 (void)getAddRecExpr(getAddExpr(StartVal, Accum),
2704                                     Accum, L, HasNUW, HasNSW);
2705
2706               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2707               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
2708               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
2709               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
2710               Scalars[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
2711               return PHISCEV;
2712             }
2713           }
2714         } else if (const SCEVAddRecExpr *AddRec =
2715                      dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
2716           // Otherwise, this could be a loop like this:
2717           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
2718           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
2719           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
2720           // i really is an addrec evolution.
2721           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
2722             const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
2723
2724             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
2725             // initial step of the addrec evolution.
2726             if (StartVal == getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
2727                                          AddRec->getOperand(1))) {
2728               const SCEV *PHISCEV =
2729                  getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1), L);
2730
2731               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2732               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
2733               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
2734               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
2735               Scalars[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
2736               return PHISCEV;
2737             }
2738           }
2739         }
2740       }
2741     }
2742
2743   // If the PHI has a single incoming value, follow that value, unless the
2744   // PHI's incoming blocks are in a different loop, in which case doing so
2745   // risks breaking LCSSA form. Instcombine would normally zap these, but
2746   // it doesn't have DominatorTree information, so it may miss cases.
2747   if (Value *V = PN->hasConstantValue(DT)) {
2748     bool AllSameLoop = true;
2749     Loop *PNLoop = LI->getLoopFor(PN->getParent());
2750     for (size_t i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
2751       if (LI->getLoopFor(PN->getIncomingBlock(i)) != PNLoop) {
2752         AllSameLoop = false;
2753         break;
2754       }
2755     if (AllSameLoop)
2756       return getSCEV(V);
2757   }
2758
2759   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
2760   return getUnknown(PN);
2761 }
2762
2763 /// createNodeForGEP - Expand GEP instructions into add and multiply
2764 /// operations. This allows them to be analyzed by regular SCEV code.
2765 ///
2766 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForGEP(GEPOperator *GEP) {
2767
2768   // Don't blindly transfer the inbounds flag from the GEP instruction to the
2769   // Add expression, because the Instruction may be guarded by control flow
2770   // and the no-overflow bits may not be valid for the expression in any
2771   // context.
2772
2773   const Type *IntPtrTy = getEffectiveSCEVType(GEP->getType());
2774   Value *Base = GEP->getOperand(0);
2775   // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
2776   if (!cast<PointerType>(Base->getType())->getElementType()->isSized())
2777     return getUnknown(GEP);
2778   const SCEV *TotalOffset = getConstant(IntPtrTy, 0);
2779   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
2780   for (GetElementPtrInst::op_iterator I = next(GEP->op_begin()),
2781                                       E = GEP->op_end();
2782        I != E; ++I) {
2783     Value *Index = *I;
2784     // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
2785     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
2786       // For a struct, add the member offset.
2787       unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
2788       const SCEV *FieldOffset = getOffsetOfExpr(STy, FieldNo);
2789
2790       // Add the field offset to the running total offset.
2791       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, FieldOffset);
2792     } else {
2793       // For an array, add the element offset, explicitly scaled.
2794       const SCEV *ElementSize = getSizeOfExpr(*GTI);
2795       const SCEV *IndexS = getSCEV(Index);
2796       // Getelementptr indices are signed.
2797       IndexS = getTruncateOrSignExtend(IndexS, IntPtrTy);
2798
2799       // Multiply the index by the element size to compute the element offset.
2800       const SCEV *LocalOffset = getMulExpr(IndexS, ElementSize);
2801
2802       // Add the element offset to the running total offset.
2803       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, LocalOffset);
2804     }
2805   }
2806
2807   // Get the SCEV for the GEP base.
2808   const SCEV *BaseS = getSCEV(Base);
2809
2810   // Add the total offset from all the GEP indices to the base.
2811   return getAddExpr(BaseS, TotalOffset);
2812 }
2813
2814 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
2815 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
2816 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
2817 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
2818 uint32_t
2819 ScalarEvolution::GetMinTrailingZeros(const SCEV *S) {
2820   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
2821     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
2822
2823   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
2824     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand()),
2825                     (uint32_t)getTypeSizeInBits(T->getType()));
2826
2827   if (const SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(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 SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
2834     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
2835     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2836              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2837   }
2838
2839   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2840     // The result is the min of all operands results.
2841     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2842     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2843       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2844     return MinOpRes;
2845   }
2846
2847   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2848     // The result is the sum of all operands results.
2849     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2850     uint32_t BitWidth = getTypeSizeInBits(M->getType());
2851     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
2852          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
2853       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)),
2854                           BitWidth);
2855     return SumOpRes;
2856   }
2857
2858   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2859     // The result is the min of all operands results.
2860     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2861     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2862       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2863     return MinOpRes;
2864   }
2865
2866   if (const SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
2867     // The result is the min of all operands results.
2868     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2869     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2870       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2871     return MinOpRes;
2872   }
2873
2874   if (const SCEVUMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
2875     // The result is the min of all operands results.
2876     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2877     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2878       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2879     return MinOpRes;
2880   }
2881
2882   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
2883     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
2884     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
2885     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
2886     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
2887     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones);
2888     return Zeros.countTrailingOnes();
2889   }
2890
2891   // SCEVUDivExpr
2892   return 0;
2893 }
2894
2895 /// getUnsignedRange - Determine the unsigned range for a particular SCEV.
2896 ///
2897 ConstantRange
2898 ScalarEvolution::getUnsignedRange(const SCEV *S) {
2899
2900   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
2901     return ConstantRange(C->getValue()->getValue());
2902
2903   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
2904   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
2905
2906   // If the value has known zeros, the maximum unsigned value will have those
2907   // known zeros as well.
2908   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
2909   if (TZ != 0)
2910     ConservativeResult =
2911       ConstantRange(APInt::getMinValue(BitWidth),
2912                     APInt::getMaxValue(BitWidth).lshr(TZ).shl(TZ) + 1);
2913
2914   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2915     ConstantRange X = getUnsignedRange(Add->getOperand(0));
2916     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2917       X = X.add(getUnsignedRange(Add->getOperand(i)));
2918     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2919   }
2920
2921   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2922     ConstantRange X = getUnsignedRange(Mul->getOperand(0));
2923     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
2924       X = X.multiply(getUnsignedRange(Mul->getOperand(i)));
2925     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2926   }
2927
2928   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
2929     ConstantRange X = getUnsignedRange(SMax->getOperand(0));
2930     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
2931       X = X.smax(getUnsignedRange(SMax->getOperand(i)));
2932     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2933   }
2934
2935   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
2936     ConstantRange X = getUnsignedRange(UMax->getOperand(0));
2937     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
2938       X = X.umax(getUnsignedRange(UMax->getOperand(i)));
2939     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2940   }
2941
2942   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
2943     ConstantRange X = getUnsignedRange(UDiv->getLHS());
2944     ConstantRange Y = getUnsignedRange(UDiv->getRHS());
2945     return ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y));
2946   }
2947
2948   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
2949     ConstantRange X = getUnsignedRange(ZExt->getOperand());
2950     return ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth));
2951   }
2952
2953   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
2954     ConstantRange X = getUnsignedRange(SExt->getOperand());
2955     return ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth));
2956   }
2957
2958   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
2959     ConstantRange X = getUnsignedRange(Trunc->getOperand());
2960     return ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth));
2961   }
2962
2963   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2964     // If there's no unsigned wrap, the value will never be less than its
2965     // initial value.
2966     if (AddRec->hasNoUnsignedWrap())
2967       if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getStart()))
2968         if (!C->getValue()->isZero())
2969           ConservativeResult =
2970             ConservativeResult.intersectWith(
2971               ConstantRange(C->getValue()->getValue(), APInt(BitWidth, 0)));
2972
2973     // TODO: non-affine addrec
2974     if (AddRec->isAffine()) {
2975       const Type *Ty = AddRec->getType();
2976       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
2977       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
2978           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
2979         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
2980
2981         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
2982         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
2983
2984         ConstantRange StartRange = getUnsignedRange(Start);
2985         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
2986         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
2987         ConstantRange EndRange =
2988           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
2989
2990         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
2991         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
2992         // checking code.
2993         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2994         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2995         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
2996           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2997         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2998         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
2999             ExtEndRange)
3000           return ConservativeResult;
3001
3002         APInt Min = APIntOps::umin(StartRange.getUnsignedMin(),
3003                                    EndRange.getUnsignedMin());
3004         APInt Max = APIntOps::umax(StartRange.getUnsignedMax(),
3005                                    EndRange.getUnsignedMax());
3006         if (Min.isMinValue() && Max.isMaxValue())
3007           return ConservativeResult;
3008         return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1));
3009       }
3010     }
3011
3012     return ConservativeResult;
3013   }
3014
3015   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3016     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3017     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
3018     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
3019     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones, TD);
3020     if (Ones == ~Zeros + 1)
3021       return ConservativeResult;
3022     return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Ones, ~Zeros + 1));
3023   }
3024
3025   return ConservativeResult;
3026 }
3027
3028 /// getSignedRange - Determine the signed range for a particular SCEV.
3029 ///
3030 ConstantRange
3031 ScalarEvolution::getSignedRange(const SCEV *S) {
3032
3033   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3034     return ConstantRange(C->getValue()->getValue());
3035
3036   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
3037   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
3038
3039   // If the value has known zeros, the maximum signed value will have those
3040   // known zeros as well.
3041   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
3042   if (TZ != 0)
3043     ConservativeResult =
3044       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3045                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(TZ).shl(TZ) + 1);
3046
3047   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3048     ConstantRange X = getSignedRange(Add->getOperand(0));
3049     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3050       X = X.add(getSignedRange(Add->getOperand(i)));
3051     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3052   }
3053
3054   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3055     ConstantRange X = getSignedRange(Mul->getOperand(0));
3056     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
3057       X = X.multiply(getSignedRange(Mul->getOperand(i)));
3058     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3059   }
3060
3061   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3062     ConstantRange X = getSignedRange(SMax->getOperand(0));
3063     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3064       X = X.smax(getSignedRange(SMax->getOperand(i)));
3065     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3066   }
3067
3068   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3069     ConstantRange X = getSignedRange(UMax->getOperand(0));
3070     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3071       X = X.umax(getSignedRange(UMax->getOperand(i)));
3072     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3073   }
3074
3075   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3076     ConstantRange X = getSignedRange(UDiv->getLHS());
3077     ConstantRange Y = getSignedRange(UDiv->getRHS());
3078     return ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y));
3079   }
3080
3081   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3082     ConstantRange X = getSignedRange(ZExt->getOperand());
3083     return ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth));
3084   }
3085
3086   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3087     ConstantRange X = getSignedRange(SExt->getOperand());
3088     return ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth));
3089   }
3090
3091   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
3092     ConstantRange X = getSignedRange(Trunc->getOperand());
3093     return ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth));
3094   }
3095
3096   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3097     // If there's no signed wrap, and all the operands have the same sign or
3098     // zero, the value won't ever change sign.
3099     if (AddRec->hasNoSignedWrap()) {
3100       bool AllNonNeg = true;
3101       bool AllNonPos = true;
3102       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3103         if (!isKnownNonNegative(AddRec->getOperand(i))) AllNonNeg = false;
3104         if (!isKnownNonPositive(AddRec->getOperand(i))) AllNonPos = false;
3105       }
3106       if (AllNonNeg)
3107         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3108           ConstantRange(APInt(BitWidth, 0),
3109                         APInt::getSignedMinValue(BitWidth)));
3110       else if (AllNonPos)
3111         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3112           ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3113                         APInt(BitWidth, 1)));
3114     }
3115
3116     // TODO: non-affine addrec
3117     if (AddRec->isAffine()) {
3118       const Type *Ty = AddRec->getType();
3119       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
3120       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
3121           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
3122         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
3123
3124         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
3125         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
3126
3127         ConstantRange StartRange = getSignedRange(Start);
3128         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
3129         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
3130         ConstantRange EndRange =
3131           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
3132
3133         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
3134         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
3135         // checking code.
3136         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3137         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3138         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
3139           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3140         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3141         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
3142             ExtEndRange)
3143           return ConservativeResult;
3144
3145         APInt Min = APIntOps::smin(StartRange.getSignedMin(),
3146                                    EndRange.getSignedMin());
3147         APInt Max = APIntOps::smax(StartRange.getSignedMax(),
3148                                    EndRange.getSignedMax());
3149         if (Min.isMinSignedValue() && Max.isMaxSignedValue())
3150           return ConservativeResult;
3151         return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1));
3152       }
3153     }
3154
3155     return ConservativeResult;
3156   }
3157
3158   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3159     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3160     if (!U->getValue()->getType()->isIntegerTy() && !TD)
3161       return ConservativeResult;
3162     unsigned NS = ComputeNumSignBits(U->getValue(), TD);
3163     if (NS == 1)
3164       return ConservativeResult;
3165     return ConservativeResult.intersectWith(
3166       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth).ashr(NS - 1),
3167                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(NS - 1)+1));
3168   }
3169
3170   return ConservativeResult;
3171 }
3172
3173 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
3174 /// Analyze the expression.
3175 ///
3176 const SCEV *ScalarEvolution::createSCEV(Value *V) {
3177   if (!isSCEVable(V->getType()))
3178     return getUnknown(V);
3179
3180   unsigned Opcode = Instruction::UserOp1;
3181   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
3182     Opcode = I->getOpcode();
3183
3184     // Don't attempt to analyze instructions in blocks that aren't
3185     // reachable. Such instructions don't matter, and they aren't required
3186     // to obey basic rules for definitions dominating uses which this
3187     // analysis depends on.
3188     if (!DT->isReachableFromEntry(I->getParent()))
3189       return getUnknown(V);
3190   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
3191     Opcode = CE->getOpcode();
3192   else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
3193     return getConstant(CI);
3194   else if (isa<ConstantPointerNull>(V))
3195     return getConstant(V->getType(), 0);
3196   else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V))
3197     return GA->mayBeOverridden() ? getUnknown(V) : getSCEV(GA->getAliasee());
3198   else
3199     return getUnknown(V);
3200
3201   Operator *U = cast<Operator>(V);
3202   switch (Opcode) {
3203   case Instruction::Add:
3204     return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3205                       getSCEV(U->getOperand(1)));
3206   case Instruction::Mul:
3207     return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3208                       getSCEV(U->getOperand(1)));
3209   case Instruction::UDiv:
3210     return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3211                        getSCEV(U->getOperand(1)));
3212   case Instruction::Sub:
3213     return getMinusSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)),
3214                         getSCEV(U->getOperand(1)));
3215   case Instruction::And:
3216     // For an expression like x&255 that merely masks off the high bits,
3217     // use zext(trunc(x)) as the SCEV expression.
3218     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3219       if (CI->isNullValue())
3220         return getSCEV(U->getOperand(1));
3221       if (CI->isAllOnesValue())
3222         return getSCEV(U->getOperand(0));
3223       const APInt &A = CI->getValue();
3224
3225       // Instcombine's ShrinkDemandedConstant may strip bits out of
3226       // constants, obscuring what would otherwise be a low-bits mask.
3227       // Use ComputeMaskedBits to compute what ShrinkDemandedConstant
3228       // knew about to reconstruct a low-bits mask value.
3229       unsigned LZ = A.countLeadingZeros();
3230       unsigned BitWidth = A.getBitWidth();
3231       APInt AllOnes = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
3232       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
3233       ComputeMaskedBits(U->getOperand(0), AllOnes, KnownZero, KnownOne, TD);
3234
3235       APInt EffectiveMask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, BitWidth - LZ);
3236
3237       if (LZ != 0 && !((~A & ~KnownZero) & EffectiveMask))
3238         return
3239           getZeroExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3240                                 IntegerType::get(getContext(), BitWidth - LZ)),
3241                             U->getType());
3242     }
3243     break;
3244
3245   case Instruction::Or:
3246     // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
3247     // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
3248     // optimizations will transparently handle this case.
3249     //
3250     // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
3251     // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
3252     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3253       const SCEV *LHS = getSCEV(U->getOperand(0));
3254       const APInt &CIVal = CI->getValue();
3255       if (GetMinTrailingZeros(LHS) >=
3256           (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros())) {
3257         // Build a plain add SCEV.
3258         const SCEV *S = getAddExpr(LHS, getSCEV(CI));
3259         // If the LHS of the add was an addrec and it has no-wrap flags,
3260         // transfer the no-wrap flags, since an or won't introduce a wrap.
3261         if (const SCEVAddRecExpr *NewAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3262           const SCEVAddRecExpr *OldAR = cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
3263           if (OldAR->hasNoUnsignedWrap())
3264             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setHasNoUnsignedWrap(true);
3265           if (OldAR->hasNoSignedWrap())
3266             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setHasNoSignedWrap(true);
3267         }
3268         return S;
3269       }
3270     }
3271     break;
3272   case Instruction::Xor:
3273     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3274       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
3275       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
3276       if (CI->getValue().isSignBit())
3277         return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3278                           getSCEV(U->getOperand(1)));
3279
3280       // If the RHS of xor is -1, then this is a not operation.
3281       if (CI->isAllOnesValue())
3282         return getNotSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)));
3283
3284       // Model xor(and(x, C), C) as and(~x, C), if C is a low-bits mask.
3285       // This is a variant of the check for xor with -1, and it handles
3286       // the case where instcombine has trimmed non-demanded bits out
3287       // of an xor with -1.
3288       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U->getOperand(0)))
3289         if (ConstantInt *LCI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
3290           if (BO->getOpcode() == Instruction::And &&
3291               LCI->getValue() == CI->getValue())
3292             if (const SCEVZeroExtendExpr *Z =
3293                   dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(getSCEV(U->getOperand(0)))) {
3294               const Type *UTy = U->getType();
3295               const SCEV *Z0 = Z->getOperand();
3296               const Type *Z0Ty = Z0->getType();
3297               unsigned Z0TySize = getTypeSizeInBits(Z0Ty);
3298
3299               // If C is a low-bits mask, the zero extend is serving to
3300               // mask off the high bits. Complement the operand and
3301               // re-apply the zext.
3302               if (APIntOps::isMask(Z0TySize, CI->getValue()))
3303                 return getZeroExtendExpr(getNotSCEV(Z0), UTy);
3304
3305               // If C is a single bit, it may be in the sign-bit position
3306               // before the zero-extend. In this case, represent the xor
3307               // using an add, which is equivalent, and re-apply the zext.
3308               APInt Trunc = APInt(CI->getValue()).trunc(Z0TySize);
3309               if (APInt(Trunc).zext(getTypeSizeInBits(UTy)) == CI->getValue() &&
3310                   Trunc.isSignBit())
3311                 return getZeroExtendExpr(getAddExpr(Z0, getConstant(Trunc)),
3312                                          UTy);
3313             }
3314     }
3315     break;
3316
3317   case Instruction::Shl:
3318     // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
3319     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3320       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
3321
3322       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
3323       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
3324       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
3325       // other parts of the compiler.
3326       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
3327         break;
3328
3329       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
3330         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getZExtValue()));
3331       return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
3332     }
3333     break;
3334
3335   case Instruction::LShr:
3336     // Turn logical shift right of a constant into a unsigned divide.
3337     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3338       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
3339
3340       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
3341       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
3342       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
3343       // other parts of the compiler.
3344       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
3345         break;
3346
3347       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
3348         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getZExtValue()));
3349       return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
3350     }
3351     break;
3352
3353   case Instruction::AShr:
3354     // For a two-shift sext-inreg, use sext(trunc(x)) as the SCEV expression.
3355     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
3356       if (Operator *L = dyn_cast<Operator>(U->getOperand(0)))
3357         if (L->getOpcode() == Instruction::Shl &&
3358             L->getOperand(1) == U->getOperand(1)) {
3359           uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
3360
3361           // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
3362           // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
3363           // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
3364           // other parts of the compiler.
3365           if (CI->getValue().uge(BitWidth))
3366             break;
3367
3368           uint64_t Amt = BitWidth - CI->getZExtValue();
3369           if (Amt == BitWidth)
3370             return getSCEV(L->getOperand(0));       // shift by zero --> noop
3371           return
3372             getSignExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(L->getOperand(0)),
3373                                               IntegerType::get(getContext(),
3374                                                                Amt)),
3375                               U->getType());
3376         }
3377     break;
3378
3379   case Instruction::Trunc:
3380     return getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3381
3382   case Instruction::ZExt:
3383     return getZeroExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3384
3385   case Instruction::SExt:
3386     return getSignExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3387
3388   case Instruction::BitCast:
3389     // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
3390     if (isSCEVable(U->getType()) && isSCEVable(U->getOperand(0)->getType()))
3391       return getSCEV(U->getOperand(0));
3392     break;
3393
3394   // It's tempting to handle inttoptr and ptrtoint as no-ops, however this can
3395   // lead to pointer expressions which cannot safely be expanded to GEPs,
3396   // because ScalarEvolution doesn't respect the GEP aliasing rules when
3397   // simplifying integer expressions.
3398
3399   case Instruction::GetElementPtr:
3400     return createNodeForGEP(cast<GEPOperator>(U));
3401
3402   case Instruction::PHI:
3403     return createNodeForPHI(cast<PHINode>(U));
3404
3405   case Instruction::Select:
3406     // This could be a smax or umax that was lowered earlier.
3407     // Try to recover it.
3408     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U->getOperand(0))) {
3409       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
3410       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
3411       switch (ICI->getPredicate()) {
3412       case ICmpInst::ICMP_SLT:
3413       case ICmpInst::ICMP_SLE:
3414         std::swap(LHS, RHS);
3415         // fall through
3416       case ICmpInst::ICMP_SGT:
3417       case ICmpInst::ICMP_SGE:
3418         // a >s b ? a+x : b+x  ->  smax(a, b)+x
3419         // a >s b ? b+x : a+x  ->  smin(a, b)+x
3420         if (LHS->getType() == U->getType()) {
3421           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3422           const SCEV *RS = getSCEV(RHS);
3423           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3424           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3425           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
3426           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
3427           if (LDiff == RDiff)
3428             return getAddExpr(getSMaxExpr(LS, RS), LDiff);
3429           LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
3430           RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
3431           if (LDiff == RDiff)
3432             return getAddExpr(getSMinExpr(LS, RS), LDiff);
3433         }
3434         break;
3435       case ICmpInst::ICMP_ULT:
3436       case ICmpInst::ICMP_ULE:
3437         std::swap(LHS, RHS);
3438         // fall through
3439       case ICmpInst::ICMP_UGT:
3440       case ICmpInst::ICMP_UGE:
3441         // a >u b ? a+x : b+x  ->  umax(a, b)+x
3442         // a >u b ? b+x : a+x  ->  umin(a, b)+x
3443         if (LHS->getType() == U->getType()) {
3444           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3445           const SCEV *RS = getSCEV(RHS);
3446           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3447           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3448           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
3449           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
3450           if (LDiff == RDiff)
3451             return getAddExpr(getUMaxExpr(LS, RS), LDiff);
3452           LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
3453           RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
3454           if (LDiff == RDiff)
3455             return getAddExpr(getUMinExpr(LS, RS), LDiff);
3456         }
3457         break;
3458       case ICmpInst::ICMP_NE:
3459         // n != 0 ? n+x : 1+x  ->  umax(n, 1)+x
3460         if (LHS->getType() == U->getType() &&
3461             isa<ConstantInt>(RHS) &&
3462             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
3463           const SCEV *One = getConstant(LHS->getType(), 1);
3464           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3465           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3466           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3467           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
3468           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, One);
3469           if (LDiff == RDiff)
3470             return getAddExpr(getUMaxExpr(LS, One), LDiff);
3471         }
3472         break;
3473       case ICmpInst::ICMP_EQ:
3474         // n == 0 ? 1+x : n+x  ->  umax(n, 1)+x
3475         if (LHS->getType() == U->getType() &&
3476             isa<ConstantInt>(RHS) &&
3477             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
3478           const SCEV *One = getConstant(LHS->getType(), 1);
3479           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3480           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3481           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3482           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, One);
3483           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
3484           if (LDiff == RDiff)
3485             return getAddExpr(getUMaxExpr(LS, One), LDiff);
3486         }
3487         break;
3488       default:
3489         break;
3490       }
3491     }
3492
3493   default: // We cannot analyze this expression.
3494     break;
3495   }
3496
3497   return getUnknown(V);
3498 }
3499
3500
3501
3502 //===----------------------------------------------------------------------===//
3503 //                   Iteration Count Computation Code
3504 //
3505
3506 /// getBackedgeTakenCount - If the specified loop has a predictable
3507 /// backedge-taken count, return it, otherwise return a SCEVCouldNotCompute
3508 /// object. The backedge-taken count is the number of times the loop header
3509 /// will be branched to from within the loop. This is one less than the
3510 /// trip count of the loop, since it doesn't count the first iteration,
3511 /// when the header is branched to from outside the loop.
3512 ///
3513 /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
3514 /// loop-invariant backedge-taken count (see
3515 /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
3516 ///
3517 const SCEV *ScalarEvolution::getBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3518   return getBackedgeTakenInfo(L).Exact;
3519 }
3520
3521 /// getMaxBackedgeTakenCount - Similar to getBackedgeTakenCount, except
3522 /// return the least SCEV value that is known never to be less than the
3523 /// actual backedge taken count.
3524 const SCEV *ScalarEvolution::getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3525   return getBackedgeTakenInfo(L).Max;
3526 }
3527
3528 /// PushLoopPHIs - Push PHI nodes in the header of the given loop
3529 /// onto the given Worklist.
3530 static void
3531 PushLoopPHIs(const Loop *L, SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
3532   BasicBlock *Header = L->getHeader();
3533
3534   // Push all Loop-header PHIs onto the Worklist stack.
3535   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
3536        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
3537     Worklist.push_back(PN);
3538 }
3539
3540 const ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo &
3541 ScalarEvolution::getBackedgeTakenInfo(const Loop *L) {
3542   // Initially insert a CouldNotCompute for this loop. If the insertion
3543   // succeeds, proceed to actually compute a backedge-taken count and
3544   // update the value. The temporary CouldNotCompute value tells SCEV
3545   // code elsewhere that it shouldn't attempt to request a new
3546   // backedge-taken count, which could result in infinite recursion.
3547   std::pair<std::map<const Loop *, BackedgeTakenInfo>::iterator, bool> Pair =
3548     BackedgeTakenCounts.insert(std::make_pair(L, getCouldNotCompute()));
3549   if (Pair.second) {
3550     BackedgeTakenInfo BECount = ComputeBackedgeTakenCount(L);
3551     if (BECount.Exact != getCouldNotCompute()) {
3552       assert(BECount.Exact->isLoopInvariant(L) &&
3553              BECount.Max->isLoopInvariant(L) &&
3554              "Computed backedge-taken count isn't loop invariant for loop!");
3555       ++NumTripCountsComputed;
3556
3557       // Update the value in the map.
3558       Pair.first->second = BECount;
3559     } else {
3560       if (BECount.Max != getCouldNotCompute())
3561         // Update the value in the map.
3562         Pair.first->second = BECount;
3563       if (isa<PHINode>(L->getHeader()->begin()))
3564         // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
3565         ++NumTripCountsNotComputed;
3566     }
3567
3568     // Now that we know more about the trip count for this loop, forget any
3569     // existing SCEV values for PHI nodes in this loop since they are only
3570     // conservative estimates made without the benefit of trip count
3571     // information. This is similar to the code in forgetLoop, except that
3572     // it handles SCEVUnknown PHI nodes specially.
3573     if (BECount.hasAnyInfo()) {
3574       SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3575       PushLoopPHIs(L, Worklist);
3576
3577       SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3578       while (!Worklist.empty()) {
3579         Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3580         if (!Visited.insert(I)) continue;
3581
3582         std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
3583           Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
3584         if (It != Scalars.end()) {
3585           // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
3586           // structure, or it's a PHI that's in the progress of being computed
3587           // by createNodeForPHI.  In the former case, additional loop trip
3588           // count information isn't going to change anything. In the later
3589           // case, createNodeForPHI will perform the necessary updates on its
3590           // own when it gets to that point.
3591           if (!isa<PHINode>(I) || !isa<SCEVUnknown>(It->second)) {
3592             ValuesAtScopes.erase(It->second);
3593             Scalars.erase(It);
3594           }
3595           if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3596             ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3597         }
3598
3599         PushDefUseChildren(I, Worklist);
3600       }
3601     }
3602   }
3603   return Pair.first->second;
3604 }
3605
3606 /// forgetLoop - This method should be called by the client when it has
3607 /// changed a loop in a way that may effect ScalarEvolution's ability to
3608 /// compute a trip count, or if the loop is deleted.
3609 void ScalarEvolution::forgetLoop(const Loop *L) {
3610   // Drop any stored trip count value.
3611   BackedgeTakenCounts.erase(L);
3612
3613   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
3614   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3615   PushLoopPHIs(L, Worklist);
3616
3617   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3618   while (!Worklist.empty()) {
3619     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3620     if (!Visited.insert(I)) continue;
3621
3622     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
3623       Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
3624     if (It != Scalars.end()) {
3625       ValuesAtScopes.erase(It->second);
3626       Scalars.erase(It);
3627       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3628         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3629     }
3630
3631     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3632   }
3633 }
3634
3635 /// forgetValue - This method should be called by the client when it has
3636 /// changed a value in a way that may effect its value, or which may
3637 /// disconnect it from a def-use chain linking it to a loop.
3638 void ScalarEvolution::forgetValue(Value *V) {
3639   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
3640   if (!I) return;
3641
3642   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
3643   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3644   Worklist.push_back(I);
3645
3646   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3647   while (!Worklist.empty()) {
3648     I = Worklist.pop_back_val();
3649     if (!Visited.insert(I)) continue;
3650
3651     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
3652       Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
3653     if (It != Scalars.end()) {
3654       ValuesAtScopes.erase(It->second);
3655       Scalars.erase(It);
3656       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3657         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3658     }
3659
3660     // If there's a SCEVUnknown tying this value into the SCEV
3661     // space, remove it from the folding set map. The SCEVUnknown
3662     // object and any other SCEV objects which reference it
3663     // (transitively) remain allocated, effectively leaked until
3664     // the underlying BumpPtrAllocator is freed.
3665     //
3666     // This permits SCEV pointers to be used as keys in maps
3667     // such as the ValuesAtScopes map.
3668     FoldingSetNodeID ID;
3669     ID.AddInteger(scUnknown);
3670     ID.AddPointer(I);
3671     void *IP;
3672     if (SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) {
3673       UniqueSCEVs.RemoveNode(S);
3674
3675       // This isn't necessary, but we might as well remove the
3676       // value from the ValuesAtScopes map too.
3677       ValuesAtScopes.erase(S);
3678     }
3679
3680     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3681   }
3682 }
3683
3684 /// ComputeBackedgeTakenCount - Compute the number of times the backedge
3685 /// of the specified loop will execute.
3686 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3687 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3688   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitingBlocks;
3689   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
3690
3691   // Examine all exits and pick the most conservative values.
3692   const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3693   const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3694   bool CouldNotComputeBECount = false;
3695   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
3696     BackedgeTakenInfo NewBTI =
3697       ComputeBackedgeTakenCountFromExit(L, ExitingBlocks[i]);
3698
3699     if (NewBTI.Exact == getCouldNotCompute()) {
3700       // We couldn't compute an exact value for this exit, so
3701       // we won't be able to compute an exact value for the loop.
3702       CouldNotComputeBECount = true;
3703       BECount = getCouldNotCompute();
3704     } else if (!CouldNotComputeBECount) {
3705       if (BECount == getCouldNotCompute())
3706         BECount = NewBTI.Exact;
3707       else
3708         BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BECount, NewBTI.Exact);
3709     }
3710     if (MaxBECount == getCouldNotCompute())
3711       MaxBECount = NewBTI.Max;
3712     else if (NewBTI.Max != getCouldNotCompute())
3713       MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(MaxBECount, NewBTI.Max);
3714   }
3715
3716   return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3717 }
3718
3719 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExit - Compute the number of times the backedge
3720 /// of the specified loop will execute if it exits via the specified block.
3721 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3722 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExit(const Loop *L,
3723                                                    BasicBlock *ExitingBlock) {
3724
3725   // Okay, we've chosen an exiting block.  See what condition causes us to
3726   // exit at this block.
3727   //
3728   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
3729   BranchInst *ExitBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
3730   if (ExitBr == 0) return getCouldNotCompute();
3731   assert(ExitBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
3732
3733   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
3734   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
3735   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
3736   // not be equal to the trip count of the loop.
3737   //
3738   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
3739   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
3740   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
3741   // loop header.  This is common for un-rotated loops.
3742   //
3743   // If both of those tests fail, walk up the unique predecessor chain to the
3744   // header, stopping if there is an edge that doesn't exit the loop. If the
3745   // header is reached, the execution count of the branch will be equal to the
3746   // trip count of the loop.
3747   //
3748   //  More extensive analysis could be done to handle more cases here.
3749   //
3750   if (ExitBr->getSuccessor(0) != L->getHeader() &&
3751       ExitBr->getSuccessor(1) != L->getHeader() &&
3752       ExitBr->getParent() != L->getHeader()) {
3753     // The simple checks failed, try climbing the unique predecessor chain
3754     // up to the header.
3755     bool Ok = false;
3756     for (BasicBlock *BB = ExitBr->getParent(); BB; ) {
3757       BasicBlock *Pred = BB->getUniquePredecessor();
3758       if (!Pred)
3759         return getCouldNotCompute();
3760       TerminatorInst *PredTerm = Pred->getTerminator();
3761       for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
3762         BasicBlock *PredSucc = PredTerm->getSuccessor(i);
3763         if (PredSucc == BB)
3764           continue;
3765         // If the predecessor has a successor that isn't BB and isn't
3766         // outside the loop, assume the worst.
3767         if (L->contains(PredSucc))
3768           return getCouldNotCompute();
3769       }
3770       if (Pred == L->getHeader()) {
3771         Ok = true;
3772         break;
3773       }
3774       BB = Pred;
3775     }
3776     if (!Ok)
3777       return getCouldNotCompute();
3778   }
3779
3780   // Proceed to the next level to examine the exit condition expression.
3781   return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, ExitBr->getCondition(),
3782                                                ExitBr->getSuccessor(0),
3783                                                ExitBr->getSuccessor(1));
3784 }
3785
3786 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond - Compute the number of times the
3787 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
3788 /// were a conditional branch of ExitCond, TBB, and FBB.
3789 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3790 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(const Loop *L,
3791                                                        Value *ExitCond,
3792                                                        BasicBlock *TBB,
3793                                                        BasicBlock *FBB) {
3794   // Check if the controlling expression for this loop is an And or Or.
3795   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(ExitCond)) {
3796     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
3797       // Recurse on the operands of the and.
3798       BackedgeTakenInfo BTI0 =
3799         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
3800       BackedgeTakenInfo BTI1 =
3801         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
3802       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3803       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3804       if (L->contains(TBB)) {
3805         // Both conditions must be true for the loop to continue executing.
3806         // Choose the less conservative count.
3807         if (BTI0.Exact == getCouldNotCompute() ||
3808             BTI1.Exact == getCouldNotCompute())
3809           BECount = getCouldNotCompute();
3810         else
3811           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3812         if (BTI0.Max == getCouldNotCompute())
3813           MaxBECount = BTI1.Max;
3814         else if (BTI1.Max == getCouldNotCompute())
3815           MaxBECount = BTI0.Max;
3816         else
3817           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3818       } else {
3819         // Both conditions must be true for the loop to exit.
3820         assert(L->contains(FBB) && "Loop block has no successor in loop!");
3821         if (BTI0.Exact != getCouldNotCompute() &&
3822             BTI1.Exact != getCouldNotCompute())
3823           BECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3824         if (BTI0.Max != getCouldNotCompute() &&
3825             BTI1.Max != getCouldNotCompute())
3826           MaxBECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3827       }
3828
3829       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3830     }
3831     if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
3832       // Recurse on the operands of the or.
3833       BackedgeTakenInfo BTI0 =
3834         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
3835       BackedgeTakenInfo BTI1 =
3836         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
3837       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3838       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3839       if (L->contains(FBB)) {
3840         // Both conditions must be false for the loop to continue executing.
3841         // Choose the less conservative count.
3842         if (BTI0.Exact == getCouldNotCompute() ||
3843             BTI1.Exact == getCouldNotCompute())
3844           BECount = getCouldNotCompute();
3845         else
3846           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3847         if (BTI0.Max == getCouldNotCompute())
3848           MaxBECount = BTI1.Max;
3849         else if (BTI1.Max == getCouldNotCompute())
3850           MaxBECount = BTI0.Max;
3851         else
3852           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3853       } else {
3854         // Both conditions must be false for the loop to exit.
3855         assert(L->contains(TBB) && "Loop block has no successor in loop!");
3856         if (BTI0.Exact != getCouldNotCompute() &&
3857             BTI1.Exact != getCouldNotCompute())
3858           BECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3859         if (BTI0.Max != getCouldNotCompute() &&
3860             BTI1.Max != getCouldNotCompute())
3861           MaxBECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3862       }
3863
3864       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3865     }
3866   }
3867
3868   // With an icmp, it may be feasible to compute an exact backedge-taken count.
3869   // Proceed to the next level to examine the icmp.
3870   if (ICmpInst *ExitCondICmp = dyn_cast<ICmpInst>(ExitCond))
3871     return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(L, ExitCondICmp, TBB, FBB);
3872
3873   // Check for a constant condition. These are normally stripped out by
3874   // SimplifyCFG, but ScalarEvolution may be used by a pass which wishes to
3875   // preserve the CFG and is temporarily leaving constant conditions
3876   // in place.
3877   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(ExitCond)) {
3878     if (L->contains(FBB) == !CI->getZExtValue())
3879       // The backedge is always taken.
3880       return getCouldNotCompute();
3881     else
3882       // The backedge is never taken.
3883       return getConstant(CI->getType(), 0);
3884   }
3885
3886   // If it's not an integer or pointer comparison then compute it the hard way.
3887   return ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
3888 }
3889
3890 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp - Compute the number of times the
3891 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
3892 /// were a conditional branch of the ICmpInst ExitCond, TBB, and FBB.
3893 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3894 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(const Loop *L,
3895                                                            ICmpInst *ExitCond,
3896                                                            BasicBlock *TBB,
3897                                                            BasicBlock *FBB) {
3898
3899   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
3900   ICmpInst::Predicate Cond;
3901   if (!L->contains(FBB))
3902     Cond = ExitCond->getPredicate();
3903   else
3904     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
3905
3906   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
3907   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
3908     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
3909       BackedgeTakenInfo ItCnt =
3910         ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(LI, RHS, L, Cond);
3911       if (ItCnt.hasAnyInfo())
3912         return ItCnt;
3913     }
3914
3915   const SCEV *LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
3916   const SCEV *RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
3917
3918   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
3919   LHS = getSCEVAtScope(LHS, L);
3920   RHS = getSCEVAtScope(RHS, L);
3921
3922   // At this point, we would like to compute how many iterations of the
3923   // loop the predicate will return true for these inputs.
3924   if (LHS->isLoopInvariant(L) && !RHS->isLoopInvariant(L)) {
3925     // If there is a loop-invariant, force it into the RHS.
3926     std::swap(LHS, RHS);
3927     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
3928   }
3929
3930   // Simplify the operands before analyzing them.
3931   (void)SimplifyICmpOperands(Cond, LHS, RHS);
3932
3933   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
3934   // ranges to answer this query.
3935   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
3936     if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
3937       if (AddRec->getLoop() == L) {
3938         // Form the constant range.
3939         ConstantRange CompRange(
3940             ICmpInst::makeConstantRange(Cond, RHSC->getValue()->getValue()));
3941
3942         const SCEV *Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, *this);
3943         if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
3944       }
3945
3946   switch (Cond) {
3947   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
3948     // Convert to: while (X-Y != 0)
3949     BackedgeTakenInfo BTI = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
3950     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3951     break;
3952   }
3953   case ICmpInst::ICMP_EQ: {                     // while (X == Y)
3954     // Convert to: while (X-Y == 0)
3955     BackedgeTakenInfo BTI = HowFarToNonZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
3956     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3957     break;
3958   }
3959   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
3960     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, true);
3961     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3962     break;
3963   }
3964   case ICmpInst::ICMP_SGT: {
3965     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
3966                                              getNotSCEV(RHS), L, true);
3967     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3968     break;
3969   }
3970   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
3971     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, false);
3972     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3973     break;
3974   }
3975   case ICmpInst::ICMP_UGT: {
3976     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
3977                                              getNotSCEV(RHS), L, false);
3978     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3979     break;
3980   }
3981   default:
3982 #if 0
3983     dbgs() << "ComputeBackedgeTakenCount ";
3984     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
3985       dbgs() << "[unsigned] ";
3986     dbgs() << *LHS << "   "
3987          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp)
3988          << "   " << *RHS << "\n";
3989 #endif
3990     break;
3991   }
3992   return
3993     ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
3994 }
3995
3996 static ConstantInt *
3997 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
3998                                 ScalarEvolution &SE) {
3999   const SCEV *InVal = SE.getConstant(C);
4000   const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
4001   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
4002          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
4003   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
4004 }
4005
4006 /// GetAddressedElementFromGlobal - Given a global variable with an initializer
4007 /// and a GEP expression (missing the pointer index) indexing into it, return
4008 /// the addressed element of the initializer or null if the index expression is
4009 /// invalid.
4010 static Constant *
4011 GetAddressedElementFromGlobal(GlobalVariable *GV,
4012                               const std::vector<ConstantInt*> &Indices) {
4013   Constant *Init = GV->getInitializer();
4014   for (unsigned i = 0, e = Indices.size(); i != e; ++i) {
4015     uint64_t Idx = Indices[i]->getZExtValue();
4016     if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Init)) {
4017       assert(Idx < CS->getNumOperands() && "Bad struct index!");
4018       Init = cast<Constant>(CS->getOperand(Idx));
4019     } else if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Init)) {
4020       if (Idx >= CA->getNumOperands()) return 0;  // Bogus program
4021       Init = cast<Constant>(CA->getOperand(Idx));
4022     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
4023       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
4024         assert(Idx < STy->getNumElements() && "Bad struct index!");
4025         Init = Constant::getNullValue(STy->getElementType(Idx));
4026       } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Init->getType())) {
4027         if (Idx >= ATy->getNumElements()) return 0;  // Bogus program
4028         Init = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
4029       } else {
4030         llvm_unreachable("Unknown constant aggregate type!");
4031       }
4032       return 0;
4033     } else {
4034       return 0; // Unknown initializer type
4035     }
4036   }
4037   return Init;
4038 }
4039
4040 /// ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount - Given an exit condition of
4041 /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the backedge
4042 /// execution count.
4043 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4044 ScalarEvolution::ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(
4045                                                 LoadInst *LI,
4046                                                 Constant *RHS,
4047                                                 const Loop *L,
4048                                                 ICmpInst::Predicate predicate) {
4049   if (LI->isVolatile()) return getCouldNotCompute();
4050
4051   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
4052   // TODO: Use SCEV instead of manually grubbing with GEPs.
4053   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
4054   if (!GEP) return getCouldNotCompute();
4055
4056   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
4057   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
4058   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
4059   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer() ||
4060       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
4061       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
4062     return getCouldNotCompute();
4063
4064   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
4065   Value *VarIdx = 0;
4066   std::vector<ConstantInt*> Indexes;
4067   unsigned VarIdxNum = 0;
4068   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
4069     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
4070       Indexes.push_back(CI);
4071     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
4072       if (VarIdx) return getCouldNotCompute();  // Multiple non-constant idx's.
4073       VarIdx = GEP->getOperand(i);
4074       VarIdxNum = i-2;
4075       Indexes.push_back(0);
4076     }
4077
4078   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
4079   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
4080   const SCEV *Idx = getSCEV(VarIdx);
4081   Idx = getSCEVAtScope(Idx, L);
4082
4083   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
4084   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
4085   const SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
4086   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || IdxExpr->isLoopInvariant(L) ||
4087       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
4088       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
4089     return getCouldNotCompute();
4090
4091   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
4092   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
4093     ConstantInt *ItCst = ConstantInt::get(
4094                            cast<IntegerType>(IdxExpr->getType()), IterationNum);
4095     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, *this);
4096
4097     // Form the GEP offset.
4098     Indexes[VarIdxNum] = Val;
4099
4100     Constant *Result = GetAddressedElementFromGlobal(GV, Indexes);
4101     if (Result == 0) break;  // Cannot compute!
4102
4103     // Evaluate the condition for this iteration.
4104     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
4105     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
4106     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
4107 #if 0
4108       dbgs() << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
4109              << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
4110              << "***\n";
4111 #endif
4112       ++NumArrayLenItCounts;
4113       return getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
4114     }
4115   }
4116   return getCouldNotCompute();
4117 }
4118
4119
4120 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
4121 /// specified type, assuming that all operands were constants.
4122 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
4123   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
4124       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I))
4125     return true;
4126
4127   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
4128     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
4129       return canConstantFoldCallTo(F);
4130   return false;
4131 }
4132
4133 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
4134 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
4135 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
4136 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
4137 /// constraints, return null.
4138 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
4139   // If this is not an instruction, or if this is an instruction outside of the
4140   // loop, it can't be derived from a loop PHI.
4141   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
4142   if (I == 0 || !L->contains(I)) return 0;
4143
4144   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
4145     if (L->getHeader() == I->getParent())
4146       return PN;
4147     else
4148       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
4149       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
4150       return 0;
4151   }
4152
4153   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
4154   // are constants, return early.
4155   if (!CanConstantFold(I)) return 0;
4156
4157   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
4158   // constant or derived from a PHI node themselves.
4159   PHINode *PHI = 0;
4160   for (unsigned Op = 0, e = I->getNumOperands(); Op != e; ++Op)
4161     if (!isa<Constant>(I->getOperand(Op))) {
4162       PHINode *P = getConstantEvolvingPHI(I->getOperand(Op), L);
4163       if (P == 0) return 0;  // Not evolving from PHI
4164       if (PHI == 0)
4165         PHI = P;
4166       else if (PHI != P)
4167         return 0;  // Evolving from multiple different PHIs.
4168     }
4169
4170   // This is a expression evolving from a constant PHI!
4171   return PHI;
4172 }
4173
4174 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
4175 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
4176 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
4177 /// reason, return null.
4178 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, Constant *PHIVal,
4179                                     const TargetData *TD) {
4180   if (isa<PHINode>(V)) return PHIVal;
4181   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
4182   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
4183
4184   std::vector<Constant*> Operands(I->getNumOperands());
4185
4186   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4187     Operands[i] = EvaluateExpression(I->getOperand(i), PHIVal, TD);
4188     if (Operands[i] == 0) return 0;
4189   }
4190
4191   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
4192     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(), Operands[0],
4193                                            Operands[1], TD);
4194   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
4195                                   &Operands[0], Operands.size(), TD);
4196 }
4197
4198 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
4199 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
4200 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
4201 /// involving constants, fold it.
4202 Constant *
4203 ScalarEvolution::getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN,
4204                                                    const APInt &BEs,
4205                                                    const Loop *L) {
4206   std::map<PHINode*, Constant*>::iterator I =
4207     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
4208   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
4209     return I->second;
4210
4211   if (BEs.ugt(MaxBruteForceIterations))
4212     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = 0;  // Not going to evaluate it.
4213
4214   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
4215
4216   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
4217   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
4218   // second must be derived from the same PHI.
4219   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
4220   Constant *StartCST =
4221     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
4222   if (StartCST == 0)
4223     return RetVal = 0;  // Must be a constant.
4224
4225   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
4226   if (getConstantEvolvingPHI(BEValue, L) != PN &&
4227       !isa<Constant>(BEValue))
4228     return RetVal = 0;  // Not derived from same PHI.
4229
4230   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
4231   if (BEs.getActiveBits() >= 32)
4232     return RetVal = 0; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
4233
4234   unsigned NumIterations = BEs.getZExtValue(); // must be in range
4235   unsigned IterationNum = 0;
4236   for (Constant *PHIVal = StartCST; ; ++IterationNum) {
4237     if (IterationNum == NumIterations)
4238       return RetVal = PHIVal;  // Got exit value!
4239
4240     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
4241     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal, TD);
4242     if (NextPHI == PHIVal)
4243       return RetVal = NextPHI;  // Stopped evolving!
4244     if (NextPHI == 0)
4245       return 0;        // Couldn't evaluate!
4246     PHIVal = NextPHI;
4247   }
4248 }
4249
4250 /// ComputeBackedgeTakenCountExhaustively - If the loop is known to execute a
4251 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
4252 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
4253 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
4254 /// evaluate the trip count of the loop, return getCouldNotCompute().
4255 const SCEV *
4256 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(const Loop *L,
4257                                                        Value *Cond,
4258                                                        bool ExitWhen) {
4259   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
4260   if (PN == 0) return getCouldNotCompute();
4261
4262   // If the loop is canonicalized, the PHI will have exactly two entries.
4263   // That's the only form we support here.
4264   if (PN->getNumIncomingValues() != 2) return getCouldNotCompute();
4265
4266   // One entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
4267   // second must be derived from the same PHI.
4268   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
4269   Constant *StartCST =
4270     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
4271   if (StartCST == 0) return getCouldNotCompute();  // Must be a constant.
4272
4273   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
4274   if (getConstantEvolvingPHI(BEValue, L) != PN &&
4275       !isa<Constant>(BEValue))
4276     return getCouldNotCompute();  // Not derived from same PHI.
4277
4278   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
4279   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
4280   // "ExitWhen".
4281   unsigned IterationNum = 0;
4282   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
4283   for (Constant *PHIVal = StartCST;
4284        IterationNum != MaxIterations; ++IterationNum) {
4285     ConstantInt *CondVal =
4286       dyn_cast_or_null<ConstantInt>(EvaluateExpression(Cond, PHIVal, TD));
4287
4288     // Couldn't symbolically evaluate.
4289     if (!CondVal) return getCouldNotCompute();
4290
4291     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
4292       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
4293       return getConstant(Type::getInt32Ty(getContext()), IterationNum);
4294     }
4295
4296     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
4297     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal, TD);
4298     if (NextPHI == 0 || NextPHI == PHIVal)
4299       return getCouldNotCompute();// Couldn't evaluate or not making progress...
4300     PHIVal = NextPHI;
4301   }
4302
4303   // Too many iterations were needed to evaluate.
4304   return getCouldNotCompute();
4305 }
4306
4307 /// getSCEVAtScope - Return a SCEV expression for the specified value
4308 /// at the specified scope in the program.  The L value specifies a loop
4309 /// nest to evaluate the expression at, where null is the top-level or a
4310 /// specified loop is immediately inside of the loop.
4311 ///
4312 /// This method can be used to compute the exit value for a variable defined
4313 /// in a loop by querying what the value will hold in the parent loop.
4314 ///
4315 /// In the case that a relevant loop exit value cannot be computed, the
4316 /// original value V is returned.
4317 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
4318   // Check to see if we've folded this expression at this loop before.
4319   std::map<const Loop *, const SCEV *> &Values = ValuesAtScopes[V];
4320   std::pair<std::map<const Loop *, const SCEV *>::iterator, bool> Pair =
4321     Values.insert(std::make_pair(L, static_cast<const SCEV *>(0)));
4322   if (!Pair.second)
4323     return Pair.first->second ? Pair.first->second : V;
4324
4325   // Otherwise compute it.
4326   const SCEV *C = computeSCEVAtScope(V, L);
4327   ValuesAtScopes[V][L] = C;
4328   return C;
4329 }
4330
4331 const SCEV *ScalarEvolution::computeSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
4332   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
4333
4334   // If this instruction is evolved from a constant-evolving PHI, compute the
4335   // exit value from the loop without using SCEVs.
4336   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
4337     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
4338       const Loop *LI = (*this->LI)[I->getParent()];
4339       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
4340         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4341           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
4342             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
4343             // to see if the loop that contains it has a known backedge-taken
4344             // count.  If so, we may be able to force computation of the exit
4345             // value.
4346             const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(LI);
4347             if (const SCEVConstant *BTCC =
4348                   dyn_cast<SCEVConstant>(BackedgeTakenCount)) {
4349               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
4350               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
4351               // the specified iteration number.
4352               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
4353                                                    BTCC->getValue()->getValue(),
4354                                                                LI);
4355               if (RV) return getSCEV(RV);
4356             }
4357           }
4358
4359       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
4360       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
4361       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
4362       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
4363       if (CanConstantFold(I)) {
4364         SmallVector<Constant *, 4> Operands;
4365         bool MadeImprovement = false;
4366         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4367           Value *Op = I->getOperand(i);
4368           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
4369             Operands.push_back(C);
4370             continue;
4371           }
4372
4373           // If any of the operands is non-constant and if they are
4374           // non-integer and non-pointer, don't even try to analyze them
4375           // with scev techniques.
4376           if (!isSCEVable(Op->getType()))
4377             return V;
4378
4379           const SCEV *OrigV = getSCEV(Op);
4380           const SCEV *OpV = getSCEVAtScope(OrigV, L);
4381           MadeImprovement |= OrigV != OpV;
4382
4383           Constant *C = 0;
4384           if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OpV))
4385             C = SC->getValue();
4386           if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(OpV))
4387             C = dyn_cast<Constant>(SU->getValue());
4388           if (!C) return V;
4389           if (C->getType() != Op->getType())
4390             C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
4391                                                               Op->getType(),
4392                                                               false),
4393                                       C, Op->getType());
4394           Operands.push_back(C);
4395         }
4396
4397         // Check to see if getSCEVAtScope actually made an improvement.
4398         if (MadeImprovement) {
4399           Constant *C = 0;
4400           if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
4401             C = ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
4402                                                 Operands[0], Operands[1], TD);
4403           else
4404             C = ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
4405                                          &Operands[0], Operands.size(), TD);
4406           if (!C) return V;
4407           return getSCEV(C);
4408         }
4409       }
4410     }
4411
4412     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
4413     return V;
4414   }
4415
4416   if (const SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
4417     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
4418     // expression has no loop-variant portions.
4419     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4420       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
4421       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
4422         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
4423         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
4424         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Comm->op_begin(),
4425                                             Comm->op_begin()+i);
4426         NewOps.push_back(OpAtScope);
4427
4428         for (++i; i != e; ++i) {
4429           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
4430           NewOps.push_back(OpAtScope);
4431         }
4432         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
4433           return getAddExpr(NewOps);
4434         if (isa<SCEVMulExpr>(Comm))
4435           return getMulExpr(NewOps);
4436         if (isa<SCEVSMaxExpr>(Comm))
4437           return getSMaxExpr(NewOps);
4438         if (isa<SCEVUMaxExpr>(Comm))
4439           return getUMaxExpr(NewOps);
4440         llvm_unreachable("Unknown commutative SCEV type!");
4441       }
4442     }
4443     // If we got here, all operands are loop invariant.
4444     return Comm;
4445   }
4446
4447   if (const SCEVUDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(V)) {
4448     const SCEV *LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
4449     const SCEV *RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
4450     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
4451       return Div;   // must be loop invariant
4452     return getUDivExpr(LHS, RHS);
4453   }
4454
4455   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
4456   // are dealing with the final value computed by the loop.
4457   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
4458     // First, attempt to evaluate each operand.
4459     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
4460     // expression has no loop-variant portions.
4461     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4462       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(i), L);
4463       if (OpAtScope == AddRec->getOperand(i))
4464         continue;
4465
4466       // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
4467       // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
4468       SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AddRec->op_begin(),
4469                                           AddRec->op_begin()+i);
4470       NewOps.push_back(OpAtScope);
4471       for (++i; i != e; ++i)
4472         NewOps.push_back(getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(i), L));
4473
4474       AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop()));
4475       break;
4476     }
4477
4478     // If the scope is outside the addrec's loop, evaluate it by using the
4479     // loop exit value of the addrec.
4480     if (!AddRec->getLoop()->contains(L)) {
4481       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
4482       // loop iterates.  Compute this now.
4483       const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
4484       if (BackedgeTakenCount == getCouldNotCompute()) return AddRec;
4485
4486       // Then, evaluate the AddRec.
4487       return AddRec->evaluateAtIteration(BackedgeTakenCount, *this);
4488     }
4489
4490     return AddRec;
4491   }
4492
4493   if (const SCEVZeroExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(V)) {
4494     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4495     if (Op == Cast->getOperand())
4496       return Cast;  // must be loop invariant
4497     return getZeroExtendExpr(Op, Cast->getType());
4498   }
4499
4500   if (const SCEVSignExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(V)) {
4501     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4502     if (Op == Cast->getOperand())
4503       return Cast;  // must be loop invariant
4504     return getSignExtendExpr(Op, Cast->getType());
4505   }
4506
4507   if (const SCEVTruncateExpr *Cast = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(V)) {
4508     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4509     if (Op == Cast->getOperand())
4510       return Cast;  // must be loop invariant
4511     return getTruncateExpr(Op, Cast->getType());
4512   }
4513
4514   llvm_unreachable("Unknown SCEV type!");
4515   return 0;
4516 }
4517
4518 /// getSCEVAtScope - This is a convenience function which does
4519 /// getSCEVAtScope(getSCEV(V), L).
4520 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) {
4521   return getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
4522 }
4523
4524 /// SolveLinEquationWithOverflow - Finds the minimum unsigned root of the
4525 /// following equation:
4526 ///
4527 ///     A * X = B (mod N)
4528 ///
4529 /// where N = 2^BW and BW is the common bit width of A and B. The signedness of
4530 /// A and B isn't important.
4531 ///
4532 /// If the equation does not have a solution, SCEVCouldNotCompute is returned.
4533 static const SCEV *SolveLinEquationWithOverflow(const APInt &A, const APInt &B,
4534                                                ScalarEvolution &SE) {
4535   uint32_t BW = A.getBitWidth();
4536   assert(BW == B.getBitWidth() && "Bit widths must be the same.");
4537   assert(A != 0 && "A must be non-zero.");
4538
4539   // 1. D = gcd(A, N)
4540   //
4541   // The gcd of A and N may have only one prime factor: 2. The number of
4542   // trailing zeros in A is its multiplicity
4543   uint32_t Mult2 = A.countTrailingZeros();
4544   // D = 2^Mult2
4545
4546   // 2. Check if B is divisible by D.
4547   //
4548   // B is divisible by D if and only if the multiplicity of prime factor 2 for B
4549   // is not less than multiplicity of this prime factor for D.
4550   if (B.countTrailingZeros() < Mult2)
4551     return SE.getCouldNotCompute();
4552
4553   // 3. Compute I: the multiplicative inverse of (A / D) in arithmetic
4554   // modulo (N / D).
4555   //
4556   // (N / D) may need BW+1 bits in its representation.  Hence, we'll use this
4557   // bit width during computations.
4558   APInt AD = A.lshr(Mult2).zext(BW + 1);  // AD = A / D
4559   APInt Mod(BW + 1, 0);
4560   Mod.set(BW - Mult2);  // Mod = N / D
4561   APInt I = AD.multiplicativeInverse(Mod);
4562
4563   // 4. Compute the minimum unsigned root of the equation:
4564   // I * (B / D) mod (N / D)
4565   APInt Result = (I * B.lshr(Mult2).zext(BW + 1)).urem(Mod);
4566
4567   // The result is guaranteed to be less than 2^BW so we may truncate it to BW
4568   // bits.
4569   return SE.getConstant(Result.trunc(BW));
4570 }
4571
4572 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
4573 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
4574 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
4575 ///
4576 static std::pair<const SCEV *,const SCEV *>
4577 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ScalarEvolution &SE) {
4578   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
4579   const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
4580   const SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
4581   const SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
4582
4583   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
4584   if (!LC || !MC || !NC) {
4585     const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
4586     return std::make_pair(CNC, CNC);
4587   }
4588
4589   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
4590   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
4591   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
4592   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
4593   APInt Two(BitWidth, 2);
4594   APInt Four(BitWidth, 4);
4595
4596   {
4597     using namespace APIntOps;
4598     const APInt& C = L;
4599     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
4600     // The B coefficient is M-N/2
4601     APInt B(M);
4602     B -= sdiv(N,Two);
4603
4604     // The A coefficient is N/2
4605     APInt A(N.sdiv(Two));
4606
4607     // Compute the B^2-4ac term.
4608     APInt SqrtTerm(B);
4609     SqrtTerm *= B;
4610     SqrtTerm -= Four * (A * C);
4611
4612     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
4613     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
4614     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
4615
4616     // Compute the two solutions for the quadratic formula.
4617     // The divisions must be performed as signed divisions.
4618     APInt NegB(-B);
4619     APInt TwoA( A << 1 );
4620     if (TwoA.isMinValue()) {
4621       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
4622       return std::make_pair(CNC, CNC);
4623     }
4624
4625     LLVMContext &Context = SE.getContext();
4626
4627     ConstantInt *Solution1 =
4628       ConstantInt::get(Context, (NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
4629     ConstantInt *Solution2 =
4630       ConstantInt::get(Context, (NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
4631
4632     return std::make_pair(SE.getConstant(Solution1),
4633                           SE.getConstant(Solution2));
4634     } // end APIntOps namespace
4635 }
4636
4637 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
4638 /// value to zero will execute.  If not computable, return CouldNotCompute.
4639 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4640 ScalarEvolution::HowFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
4641   // If the value is a constant
4642   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
4643     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
4644     if (C->getValue()->isZero()) return C;
4645     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
4646   }
4647
4648   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
4649   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
4650     return getCouldNotCompute();
4651
4652   if (AddRec->isAffine()) {
4653     // If this is an affine expression, the execution count of this branch is
4654     // the minimum unsigned root of the following equation:
4655     //
4656     //     Start + Step*N = 0 (mod 2^BW)
4657     //
4658     // equivalent to:
4659     //
4660     //             Step*N = -Start (mod 2^BW)
4661     //
4662     // where BW is the common bit width of Start and Step.
4663
4664     // Get the initial value for the loop.
4665     const SCEV *Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(),
4666                                        L->getParentLoop());
4667     const SCEV *Step = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(1),
4668                                       L->getParentLoop());
4669
4670     if (const SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step)) {
4671       // For now we handle only constant steps.
4672
4673       // First, handle unitary steps.
4674       if (StepC->getValue()->equalsInt(1))      // 1*N = -Start (mod 2^BW), so:
4675         return getNegativeSCEV(Start);          //   N = -Start (as unsigned)
4676       if (StepC->getValue()->isAllOnesValue())  // -1*N = -Start (mod 2^BW), so:
4677         return Start;                           //    N = Start (as unsigned)
4678
4679       // Then, try to solve the above equation provided that Start is constant.
4680       if (const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start))
4681         return SolveLinEquationWithOverflow(StepC->getValue()->getValue(),
4682                                             -StartC->getValue()->getValue(),
4683                                             *this);
4684     }
4685   } else if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isIntegerTy()) {
4686     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
4687     // the quadratic equation to solve it.
4688     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots = SolveQuadraticEquation(AddRec,
4689                                                                     *this);
4690     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
4691     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
4692     if (R1) {
4693 #if 0
4694       dbgs() << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
4695              << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
4696 #endif
4697       // Pick the smallest positive root value.
4698       if (ConstantInt *CB =
4699           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
4700                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
4701         if (CB->getZExtValue() == false)
4702           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
4703
4704         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
4705         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
4706         // should not accept a root of 2.
4707         const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1, *this);
4708         if (Val->isZero())
4709           return R1;  // We found a quadratic root!
4710       }
4711     }
4712   }
4713
4714   return getCouldNotCompute();
4715 }
4716
4717 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
4718 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
4719 /// CouldNotCompute
4720 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4721 ScalarEvolution::HowFarToNonZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
4722   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
4723   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
4724   // future as needed.
4725
4726   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
4727   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
4728   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
4729     if (!C->getValue()->isNullValue())
4730       return getConstant(C->getType(), 0);
4731     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
4732   }
4733
4734   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
4735   // this, and if they did, they would already be constant folded.
4736   return getCouldNotCompute();
4737 }
4738
4739 /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
4740 /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
4741 /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
4742 /// found.
4743 ///
4744 std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
4745 ScalarEvolution::getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB) {
4746   // If the block has a unique predecessor, then there is no path from the
4747   // predecessor to the block that does not go through the direct edge
4748   // from the predecessor to the block.
4749   if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor())
4750     return std::make_pair(Pred, BB);
4751
4752   // A loop's header is defined to be a block that dominates the loop.
4753   // If the header has a unique predecessor outside the loop, it must be
4754   // a block that has exactly one successor that can reach the loop.
4755   if (Loop *L = LI->getLoopFor(BB))
4756     return std::make_pair(L->getLoopPredecessor(), L->getHeader());
4757
4758   return std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>();
4759 }
4760
4761 /// HasSameValue - SCEV structural equivalence is usually sufficient for
4762 /// testing whether two expressions are equal, however for the purposes of
4763 /// looking for a condition guarding a loop, it can be useful to be a little
4764 /// more general, since a front-end may have replicated the controlling
4765 /// expression.
4766 ///
4767 static bool HasSameValue(const SCEV *A, const SCEV *B) {
4768   // Quick check to see if they are the same SCEV.
4769   if (A == B) return true;
4770
4771   // Otherwise, if they're both SCEVUnknown, it's possible that they hold
4772   // two different instructions with the same value. Check for this case.
4773   if (const SCEVUnknown *AU = dyn_cast<SCEVUnknown>(A))
4774     if (const SCEVUnknown *BU = dyn_cast<SCEVUnknown>(B))
4775       if (const Instruction *AI = dyn_cast<Instruction>(AU->getValue()))
4776         if (const Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(BU->getValue()))
4777           if (AI->isIdenticalTo(BI) && !AI->mayReadFromMemory())
4778             return true;
4779
4780   // Otherwise assume they may have a different value.
4781   return false;
4782 }
4783
4784 /// SimplifyICmpOperands - Simplify LHS and RHS in a comparison with
4785 /// predicate Pred. Return true iff any changes were made.
4786 ///
4787 bool ScalarEvolution::SimplifyICmpOperands(ICmpInst::Predicate &Pred,
4788                                            const SCEV *&LHS, const SCEV *&RHS) {
4789   bool Changed = false;
4790
4791   // Canonicalize a constant to the right side.
4792   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
4793     // Check for both operands constant.
4794     if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
4795       if (ConstantExpr::getICmp(Pred,
4796                                 LHSC->getValue(),
4797                                 RHSC->getValue())->isNullValue())
4798         goto trivially_false;
4799       else
4800         goto trivially_true;
4801     }
4802     // Otherwise swap the operands to put the constant on the right.
4803     std::swap(LHS, RHS);
4804     Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4805     Changed = true;
4806   }
4807
4808   // If we're comparing an addrec with a value which is loop-invariant in the
4809   // addrec's loop, put the addrec on the left. Also make a dominance check,
4810   // as both operands could be addrecs loop-invariant in each other's loop.
4811   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS)) {
4812     const Loop *L = AR->getLoop();
4813     if (LHS->isLoopInvariant(L) && LHS->properlyDominates(L->getHeader(), DT)) {
4814       std::swap(LHS, RHS);
4815       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4816       Changed = true;
4817     }
4818   }
4819
4820   // If there's a constant operand, canonicalize comparisons with boundary
4821   // cases, and canonicalize *-or-equal comparisons to regular comparisons.
4822   if (const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
4823     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
4824     switch (Pred) {
4825     default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
4826     case ICmpInst::ICMP_EQ:
4827     case ICmpInst::ICMP_NE:
4828       break;
4829     case ICmpInst::ICMP_UGE:
4830       if ((RA - 1).isMinValue()) {
4831         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4832         RHS = getConstant(RA - 1);
4833         Changed = true;
4834         break;
4835       }
4836       if (RA.isMaxValue()) {
4837         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4838         Changed = true;
4839         break;
4840       }
4841       if (RA.isMinValue()) goto trivially_true;
4842
4843       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
4844       RHS = getConstant(RA - 1);
4845       Changed = true;
4846       break;
4847     case ICmpInst::ICMP_ULE:
4848       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
4849         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4850         RHS = getConstant(RA + 1);
4851         Changed = true;
4852         break;
4853       }
4854       if (RA.isMinValue()) {
4855         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4856         Changed = true;
4857         break;
4858       }
4859       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_true;
4860
4861       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
4862       RHS = getConstant(RA + 1);
4863       Changed = true;
4864       break;
4865     case ICmpInst::ICMP_SGE:
4866       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
4867         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4868         RHS = getConstant(RA - 1);
4869         Changed = true;
4870         break;
4871       }
4872       if (RA.isMaxSignedValue()) {
4873         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4874         Changed = true;
4875         break;
4876       }
4877       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_true;
4878
4879       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
4880       RHS = getConstant(RA - 1);
4881       Changed = true;
4882       break;
4883     case ICmpInst::ICMP_SLE:
4884       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
4885         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4886         RHS = getConstant(RA + 1);
4887         Changed = true;
4888         break;
4889       }
4890       if (RA.isMinSignedValue()) {
4891         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4892         Changed = true;
4893         break;
4894       }
4895       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_true;
4896
4897       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
4898       RHS = getConstant(RA + 1);
4899       Changed = true;
4900       break;
4901     case ICmpInst::ICMP_UGT:
4902       if (RA.isMinValue()) {
4903         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4904         Changed = true;
4905         break;
4906       }
4907       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
4908         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4909         RHS = getConstant(RA + 1);
4910         Changed = true;
4911         break;
4912       }
4913       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_false;
4914       break;
4915     case ICmpInst::ICMP_ULT:
4916       if (RA.isMaxValue()) {
4917         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4918         Changed = true;
4919         break;
4920       }
4921       if ((RA - 1).isMinValue()) {
4922         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4923         RHS = getConstant(RA - 1);
4924         Changed = true;
4925         break;
4926       }
4927       if (RA.isMinValue()) goto trivially_false;
4928       break;
4929     case ICmpInst::ICMP_SGT:
4930       if (RA.isMinSignedValue()) {
4931         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4932         Changed = true;
4933         break;
4934       }
4935       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
4936         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4937         RHS = getConstant(RA + 1);
4938         Changed = true;
4939         break;
4940       }
4941       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_false;
4942       break;
4943     case ICmpInst::ICMP_SLT:
4944       if (RA.isMaxSignedValue()) {
4945         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4946         Changed = true;
4947         break;
4948       }
4949       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
4950        Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4951        RHS = getConstant(RA - 1);
4952         Changed = true;
4953        break;
4954       }
4955       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_false;
4956       break;
4957     }
4958   }
4959
4960   // Check for obvious equality.
4961   if (HasSameValue(LHS, RHS)) {
4962     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
4963       goto trivially_true;
4964     if (ICmpInst::isFalseWhenEqual(Pred))
4965       goto trivially_false;
4966   }
4967
4968   // If possible, canonicalize GE/LE comparisons to GT/LT comparisons, by
4969   // adding or subtracting 1 from one of the operands.
4970   switch (Pred) {
4971   case ICmpInst::ICMP_SLE:
4972     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
4973       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
4974                        /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/true);
4975       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
4976       Changed = true;
4977     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
4978       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
4979                        /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/true);
4980       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
4981       Changed = true;
4982     }
4983     break;
4984   case ICmpInst::ICMP_SGE:
4985     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
4986       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
4987                        /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/true);
4988       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
4989       Changed = true;
4990     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
4991       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
4992                        /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/true);
4993       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
4994       Changed = true;
4995     }
4996     break;
4997   case ICmpInst::ICMP_ULE:
4998     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
4999       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
5000                        /*HasNUW=*/true, /*HasNSW=*/false);
5001       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
5002       Changed = true;
5003     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
5004       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
5005                        /*HasNUW=*/true, /*HasNSW=*/false);
5006       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
5007       Changed = true;
5008     }
5009     break;
5010   case ICmpInst::ICMP_UGE:
5011     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
5012       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
5013                        /*HasNUW=*/true, /*HasNSW=*/false);
5014       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
5015       Changed = true;
5016     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
5017       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
5018                        /*HasNUW=*/true, /*HasNSW=*/false);
5019       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
5020       Changed = true;
5021     }
5022     break;
5023   default:
5024     break;
5025   }
5026
5027   // TODO: More simplifications are possible here.
5028
5029   return Changed;
5030
5031 trivially_true:
5032   // Return 0 == 0.
5033   LHS = RHS = getConstant(Type::getInt1Ty(getContext()), 0);
5034   Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5035   return true;
5036
5037 trivially_false:
5038   // Return 0 != 0.
5039   LHS = RHS = getConstant(Type::getInt1Ty(getContext()), 0);
5040   Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5041   return true;
5042 }
5043
5044 bool ScalarEvolution::isKnownNegative(const SCEV *S) {
5045   return getSignedRange(S).getSignedMax().isNegative();
5046 }
5047
5048 bool ScalarEvolution::isKnownPositive(const SCEV *S) {
5049   return getSignedRange(S).getSignedMin().isStrictlyPositive();
5050 }
5051
5052 bool ScalarEvolution::isKnownNonNegative(const SCEV *S) {
5053   return !getSignedRange(S).getSignedMin().isNegative();
5054 }
5055
5056 bool ScalarEvolution::isKnownNonPositive(const SCEV *S) {
5057   return !getSignedRange(S).getSignedMax().isStrictlyPositive();
5058 }
5059
5060 bool ScalarEvolution::isKnownNonZero(const SCEV *S) {
5061   return isKnownNegative(S) || isKnownPositive(S);
5062 }
5063
5064 bool ScalarEvolution::isKnownPredicate(ICmpInst::Predicate Pred,
5065                                        const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5066   // Canonicalize the inputs first.
5067   (void)SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS);
5068
5069   // If LHS or RHS is an addrec, check to see if the condition is true in
5070   // every iteration of the loop.
5071   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
5072     if (isLoopEntryGuardedByCond(
5073           AR->getLoop(), Pred, AR->getStart(), RHS) &&
5074         isLoopBackedgeGuardedByCond(
5075           AR->getLoop(), Pred, AR->getPostIncExpr(*this), RHS))
5076       return true;
5077   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS))
5078     if (isLoopEntryGuardedByCond(
5079           AR->getLoop(), Pred, LHS, AR->getStart()) &&
5080         isLoopBackedgeGuardedByCond(
5081           AR->getLoop(), Pred, LHS, AR->getPostIncExpr(*this)))
5082       return true;
5083
5084   // Otherwise see what can be done with known constant ranges.
5085   return isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS);
5086 }
5087
5088 bool
5089 ScalarEvolution::isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
5090                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5091   if (HasSameValue(LHS, RHS))
5092     return ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
5093
5094   // This code is split out from isKnownPredicate because it is called from
5095   // within isLoopEntryGuardedByCond.
5096   switch (Pred) {
5097   default:
5098     llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
5099     break;
5100   case ICmpInst::ICMP_SGT:
5101     Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
5102     std::swap(LHS, RHS);
5103   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
5104     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
5105     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
5106     if (LHSRange.getSignedMax().slt(RHSRange.getSignedMin()))
5107       return true;
5108     if (LHSRange.getSignedMin().sge(RHSRange.getSignedMax()))
5109       return false;
5110     break;
5111   }
5112   case ICmpInst::ICMP_SGE:
5113     Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
5114     std::swap(LHS, RHS);
5115   case ICmpInst::ICMP_SLE: {
5116     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
5117     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
5118     if (LHSRange.getSignedMax().sle(RHSRange.getSignedMin()))
5119       return true;
5120     if (LHSRange.getSignedMin().sgt(RHSRange.getSignedMax()))
5121       return false;
5122     break;
5123   }
5124   case ICmpInst::ICMP_UGT:
5125     Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
5126     std::swap(LHS, RHS);
5127   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
5128     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
5129     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
5130     if (LHSRange.getUnsignedMax().ult(RHSRange.getUnsignedMin()))
5131       return true;
5132     if (LHSRange.getUnsignedMin().uge(RHSRange.getUnsignedMax()))
5133       return false;
5134     break;
5135   }
5136   case ICmpInst::ICMP_UGE:
5137     Pred = ICmpInst::ICMP_ULE;
5138     std::swap(LHS, RHS);
5139   case ICmpInst::ICMP_ULE: {
5140     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
5141     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
5142     if (LHSRange.getUnsignedMax().ule(RHSRange.getUnsignedMin()))
5143       return true;
5144     if (LHSRange.getUnsignedMin().ugt(RHSRange.getUnsignedMax()))
5145       return false;
5146     break;
5147   }
5148   case ICmpInst::ICMP_NE: {
5149     if (getUnsignedRange(LHS).intersectWith(getUnsignedRange(RHS)).isEmptySet())
5150       return true;
5151     if (getSignedRange(LHS).intersectWith(getSignedRange(RHS)).isEmptySet())
5152       return true;
5153
5154     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(LHS, RHS);
5155     if (isKnownNonZero(Diff))
5156       return true;
5157     break;
5158   }
5159   case ICmpInst::ICMP_EQ:
5160     // The check at the top of the function catches the case where
5161     // the values are known to be equal.
5162     break;
5163   }
5164   return false;
5165 }
5166
5167 /// isLoopBackedgeGuardedByCond - Test whether the backedge of the loop is
5168 /// protected by a conditional between LHS and RHS.  This is used to
5169 /// to eliminate casts.
5170 bool
5171 ScalarEvolution::isLoopBackedgeGuardedByCond(const Loop *L,
5172                                              ICmpInst::Predicate Pred,
5173                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5174   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
5175   // (interprocedural conditions notwithstanding).
5176   if (!L) return true;
5177
5178   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
5179   if (!Latch)
5180     return false;
5181
5182   BranchInst *LoopContinuePredicate =
5183     dyn_cast<BranchInst>(Latch->getTerminator());
5184   if (!LoopContinuePredicate ||
5185       LoopContinuePredicate->isUnconditional())
5186     return false;
5187
5188   return isImpliedCond(LoopContinuePredicate->getCondition(), Pred, LHS, RHS,
5189                        LoopContinuePredicate->getSuccessor(0) != L->getHeader());
5190 }
5191
5192 /// isLoopEntryGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected
5193 /// by a conditional between LHS and RHS.  This is used to help avoid max
5194 /// expressions in loop trip counts, and to eliminate casts.
5195 bool
5196 ScalarEvolution::isLoopEntryGuardedByCond(const Loop *L,
5197                                           ICmpInst::Predicate Pred,
5198                                           const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5199   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
5200   // (interprocedural conditions notwithstanding).
5201   if (!L) return false;
5202
5203   // Starting at the loop predecessor, climb up the predecessor chain, as long
5204   // as there are predecessors that can be found that have unique successors
5205   // leading to the original header.
5206   for (std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
5207          Pair(L->getLoopPredecessor(), L->getHeader());
5208        Pair.first;
5209        Pair = getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(Pair.first)) {
5210
5211     BranchInst *LoopEntryPredicate =
5212       dyn_cast<BranchInst>(Pair.first->getTerminator());
5213     if (!LoopEntryPredicate ||
5214         LoopEntryPredicate->isUnconditional())
5215       continue;
5216
5217     if (isImpliedCond(LoopEntryPredicate->getCondition(), Pred, LHS, RHS,
5218                       LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) != Pair.second))
5219       return true;
5220   }
5221
5222   return false;
5223 }
5224
5225 /// isImpliedCond - Test whether the condition described by Pred, LHS,
5226 /// and RHS is true whenever the given Cond value evaluates to true.
5227 bool ScalarEvolution::isImpliedCond(Value *CondValue,
5228                                     ICmpInst::Predicate Pred,
5229                                     const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5230                                     bool Inverse) {
5231   // Recursively handle And and Or conditions.
5232   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(CondValue)) {
5233     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
5234       if (!Inverse)
5235         return isImpliedCond(BO->getOperand(0), Pred, LHS, RHS, Inverse) ||
5236                isImpliedCond(BO->getOperand(1), Pred, LHS, RHS, Inverse);
5237     } else if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
5238       if (Inverse)
5239         return isImpliedCond(BO->getOperand(0), Pred, LHS, RHS, Inverse) ||
5240                isImpliedCond(BO->getOperand(1), Pred, LHS, RHS, Inverse);
5241     }
5242   }
5243
5244   ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(CondValue);
5245   if (!ICI) return false;
5246
5247   // Bail if the ICmp's operands' types are wider than the needed type
5248   // before attempting to call getSCEV on them. This avoids infinite
5249   // recursion, since the analysis of widening casts can require loop
5250   // exit condition information for overflow checking, which would
5251   // lead back here.
5252   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <
5253       getTypeSizeInBits(ICI->getOperand(0)->getType()))
5254     return false;
5255
5256   // Now that we found a conditional branch that dominates the loop, check to
5257   // see if it is the comparison we are looking for.
5258   ICmpInst::Predicate FoundPred;
5259   if (Inverse)
5260     FoundPred = ICI->getInversePredicate();
5261   else
5262     FoundPred = ICI->getPredicate();
5263
5264   const SCEV *FoundLHS = getSCEV(ICI->getOperand(0));
5265   const SCEV *FoundRHS = getSCEV(ICI->getOperand(1));
5266
5267   // Balance the types. The case where FoundLHS' type is wider than
5268   // LHS' type is checked for above.
5269   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) >
5270       getTypeSizeInBits(FoundLHS->getType())) {
5271     if (CmpInst::isSigned(Pred)) {
5272       FoundLHS = getSignExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
5273       FoundRHS = getSignExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
5274     } else {
5275       FoundLHS = getZeroExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
5276       FoundRHS = getZeroExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
5277     }
5278   }
5279
5280   // Canonicalize the query to match the way instcombine will have
5281   // canonicalized the comparison.
5282   if (SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS))
5283     if (LHS == RHS)
5284       return CmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
5285   if (SimplifyICmpOperands(FoundPred, FoundLHS, FoundRHS))
5286     if (FoundLHS == FoundRHS)
5287       return CmpInst::isFalseWhenEqual(Pred);
5288
5289   // Check to see if we can make the LHS or RHS match.
5290   if (LHS == FoundRHS || RHS == FoundLHS) {
5291     if (isa<SCEVConstant>(RHS)) {
5292       std::swap(FoundLHS, FoundRHS);
5293       FoundPred = ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred);
5294     } else {
5295       std::swap(LHS, RHS);
5296       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
5297     }
5298   }
5299
5300   // Check whether the found predicate is the same as the desired predicate.
5301   if (FoundPred == Pred)
5302     return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS);
5303
5304   // Check whether swapping the found predicate makes it the same as the
5305   // desired predicate.
5306   if (ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred) == Pred) {
5307     if (isa<SCEVConstant>(RHS))
5308       return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundRHS, FoundLHS);
5309     else
5310       return isImpliedCondOperands(ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred),
5311                                    RHS, LHS, FoundLHS, FoundRHS);
5312   }
5313
5314   // Check whether the actual condition is beyond sufficient.
5315   if (FoundPred == ICmpInst::ICMP_EQ)
5316     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
5317       if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
5318         return true;
5319   if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
5320     if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(FoundPred))
5321       if (isImpliedCondOperands(FoundPred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
5322         return true;
5323
5324   // Otherwise assume the worst.
5325   return false;
5326 }
5327
5328 /// isImpliedCondOperands - Test whether the condition described by Pred,
5329 /// LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred, FoundLHS,
5330 /// and FoundRHS is true.
5331 bool ScalarEvolution::isImpliedCondOperands(ICmpInst::Predicate Pred,
5332                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5333                                             const SCEV *FoundLHS,
5334                                             const SCEV *FoundRHS) {
5335   return isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
5336                                      FoundLHS, FoundRHS) ||
5337          // ~x < ~y --> x > y
5338          isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
5339                                      getNotSCEV(FoundRHS),
5340                                      getNotSCEV(FoundLHS));
5341 }
5342
5343 /// isImpliedCondOperandsHelper - Test whether the condition described by
5344 /// Pred, LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred,
5345 /// FoundLHS, and FoundRHS is true.
5346 bool
5347 ScalarEvolution::isImpliedCondOperandsHelper(ICmpInst::Predicate Pred,
5348                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5349                                              const SCEV *FoundLHS,
5350                                              const SCEV *FoundRHS) {
5351   switch (Pred) {
5352   default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
5353   case ICmpInst::ICMP_EQ:
5354   case ICmpInst::ICMP_NE:
5355     if (HasSameValue(LHS, FoundLHS) && HasSameValue(RHS, FoundRHS))
5356       return true;
5357     break;
5358   case ICmpInst::ICMP_SLT:
5359   case ICmpInst::ICMP_SLE:
5360     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SLE, LHS, FoundLHS) &&
5361         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SGE, RHS, FoundRHS))
5362       return true;
5363     break;
5364   case ICmpInst::ICMP_SGT:
5365   case ICmpInst::ICMP_SGE:
5366     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SGE, LHS, FoundLHS) &&
5367         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SLE, RHS, FoundRHS))
5368       return true;
5369     break;
5370   case ICmpInst::ICMP_ULT:
5371   case ICmpInst::ICMP_ULE:
5372     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_ULE, LHS, FoundLHS) &&
5373         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_UGE, RHS, FoundRHS))
5374       return true;
5375     break;
5376   case ICmpInst::ICMP_UGT:
5377   case ICmpInst::ICMP_UGE:
5378     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_UGE, LHS, FoundLHS) &&
5379         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_ULE, RHS, FoundRHS))
5380       return true;
5381     break;
5382   }
5383
5384   return false;
5385 }
5386
5387 /// getBECount - Subtract the end and start values and divide by the step,
5388 /// rounding up, to get the number of times the backedge is executed. Return
5389 /// CouldNotCompute if an intermediate computation overflows.
5390 const SCEV *ScalarEvolution::getBECount(const SCEV *Start,
5391                                         const SCEV *End,
5392                                         const SCEV *Step,
5393                                         bool NoWrap) {
5394   assert(!isKnownNegative(Step) &&
5395          "This code doesn't handle negative strides yet!");
5396
5397   const Type *Ty = Start->getType();
5398   const SCEV *NegOne = getConstant(Ty, (uint64_t)-1);
5399   const SCEV *Diff = getMinusSCEV(End, Start);
5400   const SCEV *RoundUp = getAddExpr(Step, NegOne);
5401
5402   // Add an adjustment to the difference between End and Start so that
5403   // the division will effectively round up.
5404   const SCEV *Add = getAddExpr(Diff, RoundUp);
5405
5406   if (!NoWrap) {
5407     // Check Add for unsigned overflow.
5408     // TODO: More sophisticated things could be done here.
5409     const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(),
5410                                           getTypeSizeInBits(Ty) + 1);
5411     const SCEV *EDiff = getZeroExtendExpr(Diff, WideTy);
5412     const SCEV *ERoundUp = getZeroExtendExpr(RoundUp, WideTy);
5413     const SCEV *OperandExtendedAdd = getAddExpr(EDiff, ERoundUp);
5414     if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) != OperandExtendedAdd)
5415       return getCouldNotCompute();
5416   }
5417
5418   return getUDivExpr(Add, Step);
5419 }
5420
5421 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
5422 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
5423 /// CouldNotCompute.
5424 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
5425 ScalarEvolution::HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5426                                   const Loop *L, bool isSigned) {
5427   // Only handle:  "ADDREC < LoopInvariant".
5428   if (!RHS->isLoopInvariant(L)) return getCouldNotCompute();
5429
5430   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
5431   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
5432     return getCouldNotCompute();
5433
5434   // Check to see if we have a flag which makes analysis easy.
5435   bool NoWrap = isSigned ? AddRec->hasNoSignedWrap() :
5436                            AddRec->hasNoUnsignedWrap();
5437
5438   if (AddRec->isAffine()) {
5439     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AddRec->getType());
5440     const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
5441
5442     if (Step->isZero())
5443       return getCouldNotCompute();
5444     if (Step->isOne()) {
5445       // With unit stride, the iteration never steps past the limit value.
5446     } else if (isKnownPositive(Step)) {
5447       // Test whether a positive iteration can step past the limit
5448       // value and past the maximum value for its type in a single step.
5449       // Note that it's not sufficient to check NoWrap here, because even
5450       // though the value after a wrap is undefined, it's not undefined
5451       // behavior, so if wrap does occur, the loop could either terminate or
5452       // loop infinitely, but in either case, the loop is guaranteed to
5453       // iterate at least until the iteration where the wrapping occurs.
5454       const SCEV *One = getConstant(Step->getType(), 1);
5455       if (isSigned) {
5456         APInt Max = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
5457         if ((Max - getSignedRange(getMinusSCEV(Step, One)).getSignedMax())
5458               .slt(getSignedRange(RHS).getSignedMax()))
5459           return getCouldNotCompute();
5460       } else {
5461         APInt Max = APInt::getMaxValue(BitWidth);
5462         if ((Max - getUnsignedRange(getMinusSCEV(Step, One)).getUnsignedMax())
5463               .ult(getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax()))
5464           return getCouldNotCompute();
5465       }
5466     } else
5467       // TODO: Handle negative strides here and below.
5468       return getCouldNotCompute();
5469
5470     // We know the LHS is of the form {n,+,s} and the RHS is some loop-invariant
5471     // m.  So, we count the number of iterations in which {n,+,s} < m is true.
5472     // Note that we cannot simply return max(m-n,0)/s because it's not safe to
5473     // treat m-n as signed nor unsigned due to overflow possibility.
5474
5475     // First, we get the value of the LHS in the first iteration: n
5476     const SCEV *Start = AddRec->getOperand(0);
5477
5478     // Determine the minimum constant start value.
5479     const SCEV *MinStart = getConstant(isSigned ?
5480       getSignedRange(Start).getSignedMin() :
5481       getUnsignedRange(Start).getUnsignedMin());
5482
5483     // If we know that the condition is true in order to enter the loop,
5484     // then we know that it will run exactly (m-n)/s times. Otherwise, we
5485     // only know that it will execute (max(m,n)-n)/s times. In both cases,
5486     // the division must round up.
5487     const SCEV *End = RHS;
5488     if (!isLoopEntryGuardedByCond(L,
5489                                   isSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT :
5490                                              ICmpInst::ICMP_ULT,
5491                                   getMinusSCEV(Start, Step), RHS))
5492       End = isSigned ? getSMaxExpr(RHS, Start)
5493                      : getUMaxExpr(RHS, Start);
5494
5495     // Determine the maximum constant end value.
5496     const SCEV *MaxEnd = getConstant(isSigned ?
5497       getSignedRange(End).getSignedMax() :
5498       getUnsignedRange(End).getUnsignedMax());
5499
5500     // If MaxEnd is within a step of the maximum integer value in its type,
5501     // adjust it down to the minimum value which would produce the same effect.
5502     // This allows the subsequent ceiling division of (N+(step-1))/step to
5503     // compute the correct value.
5504     const SCEV *StepMinusOne = getMinusSCEV(Step,
5505                                             getConstant(Step->getType(), 1));
5506     MaxEnd = isSigned ?
5507       getSMinExpr(MaxEnd,
5508                   getMinusSCEV(getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth)),
5509                                StepMinusOne)) :
5510       getUMinExpr(MaxEnd,
5511                   getMinusSCEV(getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth)),
5512                                StepMinusOne));
5513
5514     // Finally, we subtract these two values and divide, rounding up, to get
5515     // the number of times the backedge is executed.
5516     const SCEV *BECount = getBECount(Start, End, Step, NoWrap);
5517
5518     // The maximum backedge count is similar, except using the minimum start
5519     // value and the maximum end value.
5520     const SCEV *MaxBECount = getBECount(MinStart, MaxEnd, Step, NoWrap);
5521
5522     return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
5523   }
5524
5525   return getCouldNotCompute();
5526 }
5527
5528 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
5529 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
5530 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
5531 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
5532 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
5533 const SCEV *SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
5534                                                     ScalarEvolution &SE) const {
5535   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
5536     return SE.getCouldNotCompute();
5537
5538   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
5539   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
5540     if (!SC->getValue()->isZero()) {
5541       SmallVector<const SCEV *, 4> Operands(op_begin(), op_end());
5542       Operands[0] = SE.getConstant(SC->getType(), 0);
5543       const SCEV *Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop());
5544       if (const SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec =
5545             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
5546         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
5547                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
5548       // This is strange and shouldn't happen.
5549       return SE.getCouldNotCompute();
5550     }
5551
5552   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
5553   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
5554   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
5555     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
5556       return SE.getCouldNotCompute();
5557
5558
5559   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
5560   // that the start element is zero.
5561
5562   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
5563   // iteration exits.
5564   unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(getType());
5565   if (!Range.contains(APInt(BitWidth, 0)))
5566     return SE.getConstant(getType(), 0);
5567
5568   if (isAffine()) {
5569     // If this is an affine expression then we have this situation:
5570     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
5571
5572     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
5573     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
5574     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
5575     // value.  Also note that we already checked for a full range.
5576     APInt One(BitWidth,1);
5577     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
5578     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
5579
5580     // The exit value should be (End+A)/A.
5581     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
5582     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal);
5583
5584     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
5585     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
5586     // things must have happened.
5587     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
5588     if (Range.contains(Val->getValue()))
5589       return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5590
5591     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
5592     assert(Range.contains(
5593            EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
5594            ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
5595            "Linear scev computation is off in a bad way!");
5596     return SE.getConstant(ExitValue);
5597   } else if (isQuadratic()) {
5598     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
5599     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
5600     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
5601     // Range.getUpper() is crossed.
5602     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(op_begin(), op_end());
5603     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
5604     const SCEV *NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop());
5605
5606     // Next, solve the constructed addrec
5607     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots =
5608       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
5609     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
5610     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
5611     if (R1) {
5612       // Pick the smallest positive root value.
5613       if (ConstantInt *CB =
5614           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
5615                          R1->getValue(), R2->getValue()))) {
5616         if (CB->getZExtValue() == false)
5617           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
5618
5619         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
5620         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
5621         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
5622         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
5623                                                              R1->getValue(),
5624                                                              SE);
5625         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
5626           // The next iteration must be out of the range...
5627           ConstantInt *NextVal =
5628                 ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()+1);
5629
5630           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
5631           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
5632             return SE.getConstant(NextVal);
5633           return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5634         }
5635
5636         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
5637         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
5638         ConstantInt *NextVal =
5639                ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()-1);
5640         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
5641         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
5642           return R1;
5643         return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5644       }
5645     }
5646   }
5647
5648   return SE.getCouldNotCompute();
5649 }
5650
5651
5652
5653 //===----------------------------------------------------------------------===//
5654 //                   SCEVCallbackVH Class Implementation
5655 //===----------------------------------------------------------------------===//
5656
5657 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::deleted() {
5658   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
5659   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(getValPtr()))
5660     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5661   SE->Scalars.erase(getValPtr());
5662   // this now dangles!
5663 }
5664
5665 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::allUsesReplacedWith(Value *) {
5666   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
5667
5668   // Forget all the expressions associated with users of the old value,
5669   // so that future queries will recompute the expressions using the new
5670   // value.
5671   SmallVector<User *, 16> Worklist;
5672   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
5673   Value *Old = getValPtr();
5674   bool DeleteOld = false;
5675   for (Value::use_iterator UI = Old->use_begin(), UE = Old->use_end();
5676        UI != UE; ++UI)
5677     Worklist.push_back(*UI);
5678   while (!Worklist.empty()) {
5679     User *U = Worklist.pop_back_val();
5680     // Deleting the Old value will cause this to dangle. Postpone
5681     // that until everything else is done.
5682     if (U == Old) {
5683       DeleteOld = true;
5684       continue;
5685     }
5686     if (!Visited.insert(U))
5687       continue;
5688     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U))
5689       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5690     SE->Scalars.erase(U);
5691     for (Value::use_iterator UI = U->use_begin(), UE = U->use_end();
5692          UI != UE; ++UI)
5693       Worklist.push_back(*UI);
5694   }
5695   // Delete the Old value if it (indirectly) references itself.
5696   if (DeleteOld) {
5697     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Old))
5698       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5699     SE->Scalars.erase(Old);
5700     // this now dangles!
5701   }
5702   // this may dangle!
5703 }
5704
5705 ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *se)
5706   : CallbackVH(V), SE(se) {}
5707
5708 //===----------------------------------------------------------------------===//
5709 //                   ScalarEvolution Class Implementation
5710 //===----------------------------------------------------------------------===//
5711
5712 ScalarEvolution::ScalarEvolution()
5713   : FunctionPass(&ID) {
5714 }
5715
5716 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
5717   this->F = &F;
5718   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
5719   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
5720   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
5721   return false;
5722 }
5723
5724 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
5725   Scalars.clear();
5726   BackedgeTakenCounts.clear();
5727   ConstantEvolutionLoopExitValue.clear();
5728   ValuesAtScopes.clear();
5729   UniqueSCEVs.clear();
5730   SCEVAllocator.Reset();
5731 }
5732
5733 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
5734   AU.setPreservesAll();
5735   AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
5736   AU.addRequiredTransitive<DominatorTree>();
5737 }
5738
5739 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
5740   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getBackedgeTakenCount(L));
5741 }
5742
5743 static void PrintLoopInfo(raw_ostream &OS, ScalarEvolution *SE,
5744                           const Loop *L) {
5745   // Print all inner loops first
5746   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
5747     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
5748
5749   OS << "Loop ";
5750   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
5751   OS << ": ";
5752
5753   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
5754   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
5755   if (ExitBlocks.size() != 1)
5756     OS << "<multiple exits> ";
5757
5758   if (SE->hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(L)) {
5759     OS << "backedge-taken count is " << *SE->getBackedgeTakenCount(L);
5760   } else {
5761     OS << "Unpredictable backedge-taken count. ";
5762   }
5763
5764   OS << "\n"
5765         "Loop ";
5766   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
5767   OS << ": ";
5768
5769   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(SE->getMaxBackedgeTakenCount(L))) {
5770     OS << "max backedge-taken count is " << *SE->getMaxBackedgeTakenCount(L);
5771   } else {
5772     OS << "Unpredictable max backedge-taken count. ";
5773   }
5774
5775   OS << "\n";
5776 }
5777
5778 void ScalarEvolution::print(raw_ostream &OS, const Module *) const {
5779   // ScalarEvolution's implementation of the print method is to print
5780   // out SCEV values of all instructions that are interesting. Doing
5781   // this potentially causes it to create new SCEV objects though,
5782   // which technically conflicts with the const qualifier. This isn't
5783   // observable from outside the class though, so casting away the
5784   // const isn't dangerous.
5785   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
5786
5787   OS << "Classifying expressions for: ";
5788   WriteAsOperand(OS, F, /*PrintType=*/false);
5789   OS << "\n";
5790   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
5791     if (isSCEVable(I->getType()) && !isa<CmpInst>(*I)) {
5792       OS << *I << '\n';
5793       OS << "  -->  ";
5794       const SCEV *SV = SE.getSCEV(&*I);
5795       SV->print(OS);
5796
5797       const Loop *L = LI->getLoopFor((*I).getParent());
5798
5799       const SCEV *AtUse = SE.getSCEVAtScope(SV, L);
5800       if (AtUse != SV) {
5801         OS << "  -->  ";
5802         AtUse->print(OS);
5803       }
5804
5805       if (L) {
5806         OS << "\t\t" "Exits: ";
5807         const SCEV *ExitValue = SE.getSCEVAtScope(SV, L->getParentLoop());
5808         if (!ExitValue->isLoopInvariant(L)) {
5809           OS << "<<Unknown>>";
5810         } else {
5811           OS << *ExitValue;
5812         }
5813       }
5814
5815       OS << "\n";
5816     }
5817
5818   OS << "Determining loop execution counts for: ";
5819   WriteAsOperand(OS, F, /*PrintType=*/false);
5820   OS << "\n";
5821   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
5822     PrintLoopInfo(OS, &SE, *I);
5823 }
5824