Prefer SmallVector::append/insert over push_back loops.
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolution.cpp
1 //===- ScalarEvolution.cpp - Scalar Evolution Analysis --------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains the implementation of the scalar evolution analysis
11 // engine, which is used primarily to analyze expressions involving induction
12 // variables in loops.
13 //
14 // There are several aspects to this library.  First is the representation of
15 // scalar expressions, which are represented as subclasses of the SCEV class.
16 // These classes are used to represent certain types of subexpressions that we
17 // can handle. We only create one SCEV of a particular shape, so
18 // pointer-comparisons for equality are legal.
19 //
20 // One important aspect of the SCEV objects is that they are never cyclic, even
21 // if there is a cycle in the dataflow for an expression (ie, a PHI node).  If
22 // the PHI node is one of the idioms that we can represent (e.g., a polynomial
23 // recurrence) then we represent it directly as a recurrence node, otherwise we
24 // represent it as a SCEVUnknown node.
25 //
26 // In addition to being able to represent expressions of various types, we also
27 // have folders that are used to build the *canonical* representation for a
28 // particular expression.  These folders are capable of using a variety of
29 // rewrite rules to simplify the expressions.
30 //
31 // Once the folders are defined, we can implement the more interesting
32 // higher-level code, such as the code that recognizes PHI nodes of various
33 // types, computes the execution count of a loop, etc.
34 //
35 // TODO: We should use these routines and value representations to implement
36 // dependence analysis!
37 //
38 //===----------------------------------------------------------------------===//
39 //
40 // There are several good references for the techniques used in this analysis.
41 //
42 //  Chains of recurrences -- a method to expedite the evaluation
43 //  of closed-form functions
44 //  Olaf Bachmann, Paul S. Wang, Eugene V. Zima
45 //
46 //  On computational properties of chains of recurrences
47 //  Eugene V. Zima
48 //
49 //  Symbolic Evaluation of Chains of Recurrences for Loop Optimization
50 //  Robert A. van Engelen
51 //
52 //  Efficient Symbolic Analysis for Optimizing Compilers
53 //  Robert A. van Engelen
54 //
55 //  Using the chains of recurrences algebra for data dependence testing and
56 //  induction variable substitution
57 //  MS Thesis, Johnie Birch
58 //
59 //===----------------------------------------------------------------------===//
60
61 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
62 #include "llvm/ADT/Optional.h"
63 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
64 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
65 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
66 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
67 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
68 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
69 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
70 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
71 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
72 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
73 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
74 #include "llvm/IR/Constants.h"
75 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
76 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
77 #include "llvm/IR/Dominators.h"
78 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
79 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
80 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
81 #include "llvm/IR/InstIterator.h"
82 #include "llvm/IR/Instructions.h"
83 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
84 #include "llvm/IR/Metadata.h"
85 #include "llvm/IR/Operator.h"
86 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
87 #include "llvm/Support/Debug.h"
88 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
89 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
90 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
91 #include <algorithm>
92 using namespace llvm;
93
94 #define DEBUG_TYPE "scalar-evolution"
95
96 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
97           "Number of trip counts computed with array length");
98 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
99           "Number of loops with predictable loop counts");
100 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
101           "Number of loops without predictable loop counts");
102 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
103           "Number of loops with trip counts computed by force");
104
105 static cl::opt<unsigned>
106 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
107                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
108                                  "symbolically execute a constant "
109                                  "derived loop"),
110                         cl::init(100));
111
112 // FIXME: Enable this with XDEBUG when the test suite is clean.
113 static cl::opt<bool>
114 VerifySCEV("verify-scev",
115            cl::desc("Verify ScalarEvolution's backedge taken counts (slow)"));
116
117 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ScalarEvolution, "scalar-evolution",
118                 "Scalar Evolution Analysis", false, true)
119 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
120 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
121 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
122 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
123 INITIALIZE_PASS_END(ScalarEvolution, "scalar-evolution",
124                 "Scalar Evolution Analysis", false, true)
125 char ScalarEvolution::ID = 0;
126
127 //===----------------------------------------------------------------------===//
128 //                           SCEV class definitions
129 //===----------------------------------------------------------------------===//
130
131 //===----------------------------------------------------------------------===//
132 // Implementation of the SCEV class.
133 //
134
135 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
136 void SCEV::dump() const {
137   print(dbgs());
138   dbgs() << '\n';
139 }
140 #endif
141
142 void SCEV::print(raw_ostream &OS) const {
143   switch (static_cast<SCEVTypes>(getSCEVType())) {
144   case scConstant:
145     cast<SCEVConstant>(this)->getValue()->printAsOperand(OS, false);
146     return;
147   case scTruncate: {
148     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(this);
149     const SCEV *Op = Trunc->getOperand();
150     OS << "(trunc " << *Op->getType() << " " << *Op << " to "
151        << *Trunc->getType() << ")";
152     return;
153   }
154   case scZeroExtend: {
155     const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = cast<SCEVZeroExtendExpr>(this);
156     const SCEV *Op = ZExt->getOperand();
157     OS << "(zext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to "
158        << *ZExt->getType() << ")";
159     return;
160   }
161   case scSignExtend: {
162     const SCEVSignExtendExpr *SExt = cast<SCEVSignExtendExpr>(this);
163     const SCEV *Op = SExt->getOperand();
164     OS << "(sext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to "
165        << *SExt->getType() << ")";
166     return;
167   }
168   case scAddRecExpr: {
169     const SCEVAddRecExpr *AR = cast<SCEVAddRecExpr>(this);
170     OS << "{" << *AR->getOperand(0);
171     for (unsigned i = 1, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
172       OS << ",+," << *AR->getOperand(i);
173     OS << "}<";
174     if (AR->getNoWrapFlags(FlagNUW))
175       OS << "nuw><";
176     if (AR->getNoWrapFlags(FlagNSW))
177       OS << "nsw><";
178     if (AR->getNoWrapFlags(FlagNW) &&
179         !AR->getNoWrapFlags((NoWrapFlags)(FlagNUW | FlagNSW)))
180       OS << "nw><";
181     AR->getLoop()->getHeader()->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
182     OS << ">";
183     return;
184   }
185   case scAddExpr:
186   case scMulExpr:
187   case scUMaxExpr:
188   case scSMaxExpr: {
189     const SCEVNAryExpr *NAry = cast<SCEVNAryExpr>(this);
190     const char *OpStr = nullptr;
191     switch (NAry->getSCEVType()) {
192     case scAddExpr: OpStr = " + "; break;
193     case scMulExpr: OpStr = " * "; break;
194     case scUMaxExpr: OpStr = " umax "; break;
195     case scSMaxExpr: OpStr = " smax "; break;
196     }
197     OS << "(";
198     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
199          I != E; ++I) {
200       OS << **I;
201       if (std::next(I) != E)
202         OS << OpStr;
203     }
204     OS << ")";
205     switch (NAry->getSCEVType()) {
206     case scAddExpr:
207     case scMulExpr:
208       if (NAry->getNoWrapFlags(FlagNUW))
209         OS << "<nuw>";
210       if (NAry->getNoWrapFlags(FlagNSW))
211         OS << "<nsw>";
212     }
213     return;
214   }
215   case scUDivExpr: {
216     const SCEVUDivExpr *UDiv = cast<SCEVUDivExpr>(this);
217     OS << "(" << *UDiv->getLHS() << " /u " << *UDiv->getRHS() << ")";
218     return;
219   }
220   case scUnknown: {
221     const SCEVUnknown *U = cast<SCEVUnknown>(this);
222     Type *AllocTy;
223     if (U->isSizeOf(AllocTy)) {
224       OS << "sizeof(" << *AllocTy << ")";
225       return;
226     }
227     if (U->isAlignOf(AllocTy)) {
228       OS << "alignof(" << *AllocTy << ")";
229       return;
230     }
231
232     Type *CTy;
233     Constant *FieldNo;
234     if (U->isOffsetOf(CTy, FieldNo)) {
235       OS << "offsetof(" << *CTy << ", ";
236       FieldNo->printAsOperand(OS, false);
237       OS << ")";
238       return;
239     }
240
241     // Otherwise just print it normally.
242     U->getValue()->printAsOperand(OS, false);
243     return;
244   }
245   case scCouldNotCompute:
246     OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
247     return;
248   }
249   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
250 }
251
252 Type *SCEV::getType() const {
253   switch (static_cast<SCEVTypes>(getSCEVType())) {
254   case scConstant:
255     return cast<SCEVConstant>(this)->getType();
256   case scTruncate:
257   case scZeroExtend:
258   case scSignExtend:
259     return cast<SCEVCastExpr>(this)->getType();
260   case scAddRecExpr:
261   case scMulExpr:
262   case scUMaxExpr:
263   case scSMaxExpr:
264     return cast<SCEVNAryExpr>(this)->getType();
265   case scAddExpr:
266     return cast<SCEVAddExpr>(this)->getType();
267   case scUDivExpr:
268     return cast<SCEVUDivExpr>(this)->getType();
269   case scUnknown:
270     return cast<SCEVUnknown>(this)->getType();
271   case scCouldNotCompute:
272     llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
273   }
274   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
275 }
276
277 bool SCEV::isZero() const {
278   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
279     return SC->getValue()->isZero();
280   return false;
281 }
282
283 bool SCEV::isOne() const {
284   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
285     return SC->getValue()->isOne();
286   return false;
287 }
288
289 bool SCEV::isAllOnesValue() const {
290   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
291     return SC->getValue()->isAllOnesValue();
292   return false;
293 }
294
295 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
296 /// not a constant.
297 bool SCEV::isNonConstantNegative() const {
298   const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(this);
299   if (!Mul) return false;
300
301   // If there is a constant factor, it will be first.
302   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
303   if (!SC) return false;
304
305   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
306   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
307 }
308
309 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() :
310   SCEV(FoldingSetNodeIDRef(), scCouldNotCompute) {}
311
312 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
313   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
314 }
315
316 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(ConstantInt *V) {
317   FoldingSetNodeID ID;
318   ID.AddInteger(scConstant);
319   ID.AddPointer(V);
320   void *IP = nullptr;
321   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
322   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVConstant(ID.Intern(SCEVAllocator), V);
323   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
324   return S;
325 }
326
327 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(const APInt &Val) {
328   return getConstant(ConstantInt::get(getContext(), Val));
329 }
330
331 const SCEV *
332 ScalarEvolution::getConstant(Type *Ty, uint64_t V, bool isSigned) {
333   IntegerType *ITy = cast<IntegerType>(getEffectiveSCEVType(Ty));
334   return getConstant(ConstantInt::get(ITy, V, isSigned));
335 }
336
337 SCEVCastExpr::SCEVCastExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
338                            unsigned SCEVTy, const SCEV *op, Type *ty)
339   : SCEV(ID, SCEVTy), Op(op), Ty(ty) {}
340
341 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
342                                    const SCEV *op, Type *ty)
343   : SCEVCastExpr(ID, scTruncate, op, ty) {
344   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
345          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
346          "Cannot truncate non-integer value!");
347 }
348
349 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
350                                        const SCEV *op, Type *ty)
351   : SCEVCastExpr(ID, scZeroExtend, op, ty) {
352   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
353          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
354          "Cannot zero extend non-integer value!");
355 }
356
357 SCEVSignExtendExpr::SCEVSignExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
358                                        const SCEV *op, Type *ty)
359   : SCEVCastExpr(ID, scSignExtend, op, ty) {
360   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
361          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
362          "Cannot sign extend non-integer value!");
363 }
364
365 void SCEVUnknown::deleted() {
366   // Clear this SCEVUnknown from various maps.
367   SE->forgetMemoizedResults(this);
368
369   // Remove this SCEVUnknown from the uniquing map.
370   SE->UniqueSCEVs.RemoveNode(this);
371
372   // Release the value.
373   setValPtr(nullptr);
374 }
375
376 void SCEVUnknown::allUsesReplacedWith(Value *New) {
377   // Clear this SCEVUnknown from various maps.
378   SE->forgetMemoizedResults(this);
379
380   // Remove this SCEVUnknown from the uniquing map.
381   SE->UniqueSCEVs.RemoveNode(this);
382
383   // Update this SCEVUnknown to point to the new value. This is needed
384   // because there may still be outstanding SCEVs which still point to
385   // this SCEVUnknown.
386   setValPtr(New);
387 }
388
389 bool SCEVUnknown::isSizeOf(Type *&AllocTy) const {
390   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(getValue()))
391     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
392       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
393         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
394             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
395             CE->getNumOperands() == 2)
396           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(1)))
397             if (CI->isOne()) {
398               AllocTy = cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())
399                                  ->getElementType();
400               return true;
401             }
402
403   return false;
404 }
405
406 bool SCEVUnknown::isAlignOf(Type *&AllocTy) const {
407   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(getValue()))
408     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
409       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
410         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
411             CE->getOperand(0)->isNullValue()) {
412           Type *Ty =
413             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
414           if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty))
415             if (!STy->isPacked() &&
416                 CE->getNumOperands() == 3 &&
417                 CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
418               if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(2)))
419                 if (CI->isOne() &&
420                     STy->getNumElements() == 2 &&
421                     STy->getElementType(0)->isIntegerTy(1)) {
422                   AllocTy = STy->getElementType(1);
423                   return true;
424                 }
425             }
426         }
427
428   return false;
429 }
430
431 bool SCEVUnknown::isOffsetOf(Type *&CTy, Constant *&FieldNo) const {
432   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(getValue()))
433     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
434       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
435         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
436             CE->getNumOperands() == 3 &&
437             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
438             CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
439           Type *Ty =
440             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
441           // Ignore vector types here so that ScalarEvolutionExpander doesn't
442           // emit getelementptrs that index into vectors.
443           if (Ty->isStructTy() || Ty->isArrayTy()) {
444             CTy = Ty;
445             FieldNo = CE->getOperand(2);
446             return true;
447           }
448         }
449
450   return false;
451 }
452
453 //===----------------------------------------------------------------------===//
454 //                               SCEV Utilities
455 //===----------------------------------------------------------------------===//
456
457 namespace {
458   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
459   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
460   /// expressions.
461   class SCEVComplexityCompare {
462     const LoopInfo *const LI;
463   public:
464     explicit SCEVComplexityCompare(const LoopInfo *li) : LI(li) {}
465
466     // Return true or false if LHS is less than, or at least RHS, respectively.
467     bool operator()(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
468       return compare(LHS, RHS) < 0;
469     }
470
471     // Return negative, zero, or positive, if LHS is less than, equal to, or
472     // greater than RHS, respectively. A three-way result allows recursive
473     // comparisons to be more efficient.
474     int compare(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
475       // Fast-path: SCEVs are uniqued so we can do a quick equality check.
476       if (LHS == RHS)
477         return 0;
478
479       // Primarily, sort the SCEVs by their getSCEVType().
480       unsigned LType = LHS->getSCEVType(), RType = RHS->getSCEVType();
481       if (LType != RType)
482         return (int)LType - (int)RType;
483
484       // Aside from the getSCEVType() ordering, the particular ordering
485       // isn't very important except that it's beneficial to be consistent,
486       // so that (a + b) and (b + a) don't end up as different expressions.
487       switch (static_cast<SCEVTypes>(LType)) {
488       case scUnknown: {
489         const SCEVUnknown *LU = cast<SCEVUnknown>(LHS);
490         const SCEVUnknown *RU = cast<SCEVUnknown>(RHS);
491
492         // Sort SCEVUnknown values with some loose heuristics. TODO: This is
493         // not as complete as it could be.
494         const Value *LV = LU->getValue(), *RV = RU->getValue();
495
496         // Order pointer values after integer values. This helps SCEVExpander
497         // form GEPs.
498         bool LIsPointer = LV->getType()->isPointerTy(),
499              RIsPointer = RV->getType()->isPointerTy();
500         if (LIsPointer != RIsPointer)
501           return (int)LIsPointer - (int)RIsPointer;
502
503         // Compare getValueID values.
504         unsigned LID = LV->getValueID(),
505                  RID = RV->getValueID();
506         if (LID != RID)
507           return (int)LID - (int)RID;
508
509         // Sort arguments by their position.
510         if (const Argument *LA = dyn_cast<Argument>(LV)) {
511           const Argument *RA = cast<Argument>(RV);
512           unsigned LArgNo = LA->getArgNo(), RArgNo = RA->getArgNo();
513           return (int)LArgNo - (int)RArgNo;
514         }
515
516         // For instructions, compare their loop depth, and their operand
517         // count.  This is pretty loose.
518         if (const Instruction *LInst = dyn_cast<Instruction>(LV)) {
519           const Instruction *RInst = cast<Instruction>(RV);
520
521           // Compare loop depths.
522           const BasicBlock *LParent = LInst->getParent(),
523                            *RParent = RInst->getParent();
524           if (LParent != RParent) {
525             unsigned LDepth = LI->getLoopDepth(LParent),
526                      RDepth = LI->getLoopDepth(RParent);
527             if (LDepth != RDepth)
528               return (int)LDepth - (int)RDepth;
529           }
530
531           // Compare the number of operands.
532           unsigned LNumOps = LInst->getNumOperands(),
533                    RNumOps = RInst->getNumOperands();
534           return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
535         }
536
537         return 0;
538       }
539
540       case scConstant: {
541         const SCEVConstant *LC = cast<SCEVConstant>(LHS);
542         const SCEVConstant *RC = cast<SCEVConstant>(RHS);
543
544         // Compare constant values.
545         const APInt &LA = LC->getValue()->getValue();
546         const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
547         unsigned LBitWidth = LA.getBitWidth(), RBitWidth = RA.getBitWidth();
548         if (LBitWidth != RBitWidth)
549           return (int)LBitWidth - (int)RBitWidth;
550         return LA.ult(RA) ? -1 : 1;
551       }
552
553       case scAddRecExpr: {
554         const SCEVAddRecExpr *LA = cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
555         const SCEVAddRecExpr *RA = cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
556
557         // Compare addrec loop depths.
558         const Loop *LLoop = LA->getLoop(), *RLoop = RA->getLoop();
559         if (LLoop != RLoop) {
560           unsigned LDepth = LLoop->getLoopDepth(),
561                    RDepth = RLoop->getLoopDepth();
562           if (LDepth != RDepth)
563             return (int)LDepth - (int)RDepth;
564         }
565
566         // Addrec complexity grows with operand count.
567         unsigned LNumOps = LA->getNumOperands(), RNumOps = RA->getNumOperands();
568         if (LNumOps != RNumOps)
569           return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
570
571         // Lexicographically compare.
572         for (unsigned i = 0; i != LNumOps; ++i) {
573           long X = compare(LA->getOperand(i), RA->getOperand(i));
574           if (X != 0)
575             return X;
576         }
577
578         return 0;
579       }
580
581       case scAddExpr:
582       case scMulExpr:
583       case scSMaxExpr:
584       case scUMaxExpr: {
585         const SCEVNAryExpr *LC = cast<SCEVNAryExpr>(LHS);
586         const SCEVNAryExpr *RC = cast<SCEVNAryExpr>(RHS);
587
588         // Lexicographically compare n-ary expressions.
589         unsigned LNumOps = LC->getNumOperands(), RNumOps = RC->getNumOperands();
590         if (LNumOps != RNumOps)
591           return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
592
593         for (unsigned i = 0; i != LNumOps; ++i) {
594           if (i >= RNumOps)
595             return 1;
596           long X = compare(LC->getOperand(i), RC->getOperand(i));
597           if (X != 0)
598             return X;
599         }
600         return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
601       }
602
603       case scUDivExpr: {
604         const SCEVUDivExpr *LC = cast<SCEVUDivExpr>(LHS);
605         const SCEVUDivExpr *RC = cast<SCEVUDivExpr>(RHS);
606
607         // Lexicographically compare udiv expressions.
608         long X = compare(LC->getLHS(), RC->getLHS());
609         if (X != 0)
610           return X;
611         return compare(LC->getRHS(), RC->getRHS());
612       }
613
614       case scTruncate:
615       case scZeroExtend:
616       case scSignExtend: {
617         const SCEVCastExpr *LC = cast<SCEVCastExpr>(LHS);
618         const SCEVCastExpr *RC = cast<SCEVCastExpr>(RHS);
619
620         // Compare cast expressions by operand.
621         return compare(LC->getOperand(), RC->getOperand());
622       }
623
624       case scCouldNotCompute:
625         llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
626       }
627       llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
628     }
629   };
630 }
631
632 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
633 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
634 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
635 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
636 ///
637 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get deterministic
638 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
639 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
640 /// land in memory.
641 ///
642 static void GroupByComplexity(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
643                               LoopInfo *LI) {
644   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
645   if (Ops.size() == 2) {
646     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
647     // Special case it.
648     const SCEV *&LHS = Ops[0], *&RHS = Ops[1];
649     if (SCEVComplexityCompare(LI)(RHS, LHS))
650       std::swap(LHS, RHS);
651     return;
652   }
653
654   // Do the rough sort by complexity.
655   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare(LI));
656
657   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
658   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
659   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
660   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
661   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
662     const SCEV *S = Ops[i];
663     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
664
665     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
666     // one, group them.
667     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
668       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
669         // Move it to immediately after i'th element.
670         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
671         ++i;   // no need to rescan it.
672         if (i == e-2) return;  // Done!
673       }
674     }
675   }
676 }
677
678 namespace {
679 struct FindSCEVSize {
680   int Size;
681   FindSCEVSize() : Size(0) {}
682
683   bool follow(const SCEV *S) {
684     ++Size;
685     // Keep looking at all operands of S.
686     return true;
687   }
688   bool isDone() const {
689     return false;
690   }
691 };
692 }
693
694 // Returns the size of the SCEV S.
695 static inline int sizeOfSCEV(const SCEV *S) {
696   FindSCEVSize F;
697   SCEVTraversal<FindSCEVSize> ST(F);
698   ST.visitAll(S);
699   return F.Size;
700 }
701
702 namespace {
703
704 struct SCEVDivision : public SCEVVisitor<SCEVDivision, void> {
705 public:
706   // Computes the Quotient and Remainder of the division of Numerator by
707   // Denominator.
708   static void divide(ScalarEvolution &SE, const SCEV *Numerator,
709                      const SCEV *Denominator, const SCEV **Quotient,
710                      const SCEV **Remainder) {
711     assert(Numerator && Denominator && "Uninitialized SCEV");
712
713     SCEVDivision D(SE, Numerator, Denominator);
714
715     // Check for the trivial case here to avoid having to check for it in the
716     // rest of the code.
717     if (Numerator == Denominator) {
718       *Quotient = D.One;
719       *Remainder = D.Zero;
720       return;
721     }
722
723     if (Numerator->isZero()) {
724       *Quotient = D.Zero;
725       *Remainder = D.Zero;
726       return;
727     }
728
729     // Split the Denominator when it is a product.
730     if (const SCEVMulExpr *T = dyn_cast<const SCEVMulExpr>(Denominator)) {
731       const SCEV *Q, *R;
732       *Quotient = Numerator;
733       for (const SCEV *Op : T->operands()) {
734         divide(SE, *Quotient, Op, &Q, &R);
735         *Quotient = Q;
736
737         // Bail out when the Numerator is not divisible by one of the terms of
738         // the Denominator.
739         if (!R->isZero()) {
740           *Quotient = D.Zero;
741           *Remainder = Numerator;
742           return;
743         }
744       }
745       *Remainder = D.Zero;
746       return;
747     }
748
749     D.visit(Numerator);
750     *Quotient = D.Quotient;
751     *Remainder = D.Remainder;
752   }
753
754   // Except in the trivial case described above, we do not know how to divide
755   // Expr by Denominator for the following functions with empty implementation.
756   void visitTruncateExpr(const SCEVTruncateExpr *Numerator) {}
757   void visitZeroExtendExpr(const SCEVZeroExtendExpr *Numerator) {}
758   void visitSignExtendExpr(const SCEVSignExtendExpr *Numerator) {}
759   void visitUDivExpr(const SCEVUDivExpr *Numerator) {}
760   void visitSMaxExpr(const SCEVSMaxExpr *Numerator) {}
761   void visitUMaxExpr(const SCEVUMaxExpr *Numerator) {}
762   void visitUnknown(const SCEVUnknown *Numerator) {}
763   void visitCouldNotCompute(const SCEVCouldNotCompute *Numerator) {}
764
765   void visitConstant(const SCEVConstant *Numerator) {
766     if (const SCEVConstant *D = dyn_cast<SCEVConstant>(Denominator)) {
767       APInt NumeratorVal = Numerator->getValue()->getValue();
768       APInt DenominatorVal = D->getValue()->getValue();
769       uint32_t NumeratorBW = NumeratorVal.getBitWidth();
770       uint32_t DenominatorBW = DenominatorVal.getBitWidth();
771
772       if (NumeratorBW > DenominatorBW)
773         DenominatorVal = DenominatorVal.sext(NumeratorBW);
774       else if (NumeratorBW < DenominatorBW)
775         NumeratorVal = NumeratorVal.sext(DenominatorBW);
776
777       APInt QuotientVal(NumeratorVal.getBitWidth(), 0);
778       APInt RemainderVal(NumeratorVal.getBitWidth(), 0);
779       APInt::sdivrem(NumeratorVal, DenominatorVal, QuotientVal, RemainderVal);
780       Quotient = SE.getConstant(QuotientVal);
781       Remainder = SE.getConstant(RemainderVal);
782       return;
783     }
784   }
785
786   void visitAddRecExpr(const SCEVAddRecExpr *Numerator) {
787     const SCEV *StartQ, *StartR, *StepQ, *StepR;
788     assert(Numerator->isAffine() && "Numerator should be affine");
789     divide(SE, Numerator->getStart(), Denominator, &StartQ, &StartR);
790     divide(SE, Numerator->getStepRecurrence(SE), Denominator, &StepQ, &StepR);
791     Quotient = SE.getAddRecExpr(StartQ, StepQ, Numerator->getLoop(),
792                                 Numerator->getNoWrapFlags());
793     Remainder = SE.getAddRecExpr(StartR, StepR, Numerator->getLoop(),
794                                  Numerator->getNoWrapFlags());
795   }
796
797   void visitAddExpr(const SCEVAddExpr *Numerator) {
798     SmallVector<const SCEV *, 2> Qs, Rs;
799     Type *Ty = Denominator->getType();
800
801     for (const SCEV *Op : Numerator->operands()) {
802       const SCEV *Q, *R;
803       divide(SE, Op, Denominator, &Q, &R);
804
805       // Bail out if types do not match.
806       if (Ty != Q->getType() || Ty != R->getType()) {
807         Quotient = Zero;
808         Remainder = Numerator;
809         return;
810       }
811
812       Qs.push_back(Q);
813       Rs.push_back(R);
814     }
815
816     if (Qs.size() == 1) {
817       Quotient = Qs[0];
818       Remainder = Rs[0];
819       return;
820     }
821
822     Quotient = SE.getAddExpr(Qs);
823     Remainder = SE.getAddExpr(Rs);
824   }
825
826   void visitMulExpr(const SCEVMulExpr *Numerator) {
827     SmallVector<const SCEV *, 2> Qs;
828     Type *Ty = Denominator->getType();
829
830     bool FoundDenominatorTerm = false;
831     for (const SCEV *Op : Numerator->operands()) {
832       // Bail out if types do not match.
833       if (Ty != Op->getType()) {
834         Quotient = Zero;
835         Remainder = Numerator;
836         return;
837       }
838
839       if (FoundDenominatorTerm) {
840         Qs.push_back(Op);
841         continue;
842       }
843
844       // Check whether Denominator divides one of the product operands.
845       const SCEV *Q, *R;
846       divide(SE, Op, Denominator, &Q, &R);
847       if (!R->isZero()) {
848         Qs.push_back(Op);
849         continue;
850       }
851
852       // Bail out if types do not match.
853       if (Ty != Q->getType()) {
854         Quotient = Zero;
855         Remainder = Numerator;
856         return;
857       }
858
859       FoundDenominatorTerm = true;
860       Qs.push_back(Q);
861     }
862
863     if (FoundDenominatorTerm) {
864       Remainder = Zero;
865       if (Qs.size() == 1)
866         Quotient = Qs[0];
867       else
868         Quotient = SE.getMulExpr(Qs);
869       return;
870     }
871
872     if (!isa<SCEVUnknown>(Denominator)) {
873       Quotient = Zero;
874       Remainder = Numerator;
875       return;
876     }
877
878     // The Remainder is obtained by replacing Denominator by 0 in Numerator.
879     ValueToValueMap RewriteMap;
880     RewriteMap[cast<SCEVUnknown>(Denominator)->getValue()] =
881         cast<SCEVConstant>(Zero)->getValue();
882     Remainder = SCEVParameterRewriter::rewrite(Numerator, SE, RewriteMap, true);
883
884     if (Remainder->isZero()) {
885       // The Quotient is obtained by replacing Denominator by 1 in Numerator.
886       RewriteMap[cast<SCEVUnknown>(Denominator)->getValue()] =
887           cast<SCEVConstant>(One)->getValue();
888       Quotient =
889           SCEVParameterRewriter::rewrite(Numerator, SE, RewriteMap, true);
890       return;
891     }
892
893     // Quotient is (Numerator - Remainder) divided by Denominator.
894     const SCEV *Q, *R;
895     const SCEV *Diff = SE.getMinusSCEV(Numerator, Remainder);
896     if (sizeOfSCEV(Diff) > sizeOfSCEV(Numerator)) {
897       // This SCEV does not seem to simplify: fail the division here.
898       Quotient = Zero;
899       Remainder = Numerator;
900       return;
901     }
902     divide(SE, Diff, Denominator, &Q, &R);
903     assert(R == Zero &&
904            "(Numerator - Remainder) should evenly divide Denominator");
905     Quotient = Q;
906   }
907
908 private:
909   SCEVDivision(ScalarEvolution &S, const SCEV *Numerator,
910                const SCEV *Denominator)
911       : SE(S), Denominator(Denominator) {
912     Zero = SE.getConstant(Denominator->getType(), 0);
913     One = SE.getConstant(Denominator->getType(), 1);
914
915     // By default, we don't know how to divide Expr by Denominator.
916     // Providing the default here simplifies the rest of the code.
917     Quotient = Zero;
918     Remainder = Numerator;
919   }
920
921   ScalarEvolution &SE;
922   const SCEV *Denominator, *Quotient, *Remainder, *Zero, *One;
923 };
924
925 }
926
927 //===----------------------------------------------------------------------===//
928 //                      Simple SCEV method implementations
929 //===----------------------------------------------------------------------===//
930
931 /// BinomialCoefficient - Compute BC(It, K).  The result has width W.
932 /// Assume, K > 0.
933 static const SCEV *BinomialCoefficient(const SCEV *It, unsigned K,
934                                        ScalarEvolution &SE,
935                                        Type *ResultTy) {
936   // Handle the simplest case efficiently.
937   if (K == 1)
938     return SE.getTruncateOrZeroExtend(It, ResultTy);
939
940   // We are using the following formula for BC(It, K):
941   //
942   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / K!
943   //
944   // Suppose, W is the bitwidth of the return value.  We must be prepared for
945   // overflow.  Hence, we must assure that the result of our computation is
946   // equal to the accurate one modulo 2^W.  Unfortunately, division isn't
947   // safe in modular arithmetic.
948   //
949   // However, this code doesn't use exactly that formula; the formula it uses
950   // is something like the following, where T is the number of factors of 2 in
951   // K! (i.e. trailing zeros in the binary representation of K!), and ^ is
952   // exponentiation:
953   //
954   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / 2^T / (K! / 2^T)
955   //
956   // This formula is trivially equivalent to the previous formula.  However,
957   // this formula can be implemented much more efficiently.  The trick is that
958   // K! / 2^T is odd, and exact division by an odd number *is* safe in modular
959   // arithmetic.  To do exact division in modular arithmetic, all we have
960   // to do is multiply by the inverse.  Therefore, this step can be done at
961   // width W.
962   //
963   // The next issue is how to safely do the division by 2^T.  The way this
964   // is done is by doing the multiplication step at a width of at least W + T
965   // bits.  This way, the bottom W+T bits of the product are accurate. Then,
966   // when we perform the division by 2^T (which is equivalent to a right shift
967   // by T), the bottom W bits are accurate.  Extra bits are okay; they'll get
968   // truncated out after the division by 2^T.
969   //
970   // In comparison to just directly using the first formula, this technique
971   // is much more efficient; using the first formula requires W * K bits,
972   // but this formula less than W + K bits. Also, the first formula requires
973   // a division step, whereas this formula only requires multiplies and shifts.
974   //
975   // It doesn't matter whether the subtraction step is done in the calculation
976   // width or the input iteration count's width; if the subtraction overflows,
977   // the result must be zero anyway.  We prefer here to do it in the width of
978   // the induction variable because it helps a lot for certain cases; CodeGen
979   // isn't smart enough to ignore the overflow, which leads to much less
980   // efficient code if the width of the subtraction is wider than the native
981   // register width.
982   //
983   // (It's possible to not widen at all by pulling out factors of 2 before
984   // the multiplication; for example, K=2 can be calculated as
985   // It/2*(It+(It*INT_MIN/INT_MIN)+-1). However, it requires
986   // extra arithmetic, so it's not an obvious win, and it gets
987   // much more complicated for K > 3.)
988
989   // Protection from insane SCEVs; this bound is conservative,
990   // but it probably doesn't matter.
991   if (K > 1000)
992     return SE.getCouldNotCompute();
993
994   unsigned W = SE.getTypeSizeInBits(ResultTy);
995
996   // Calculate K! / 2^T and T; we divide out the factors of two before
997   // multiplying for calculating K! / 2^T to avoid overflow.
998   // Other overflow doesn't matter because we only care about the bottom
999   // W bits of the result.
1000   APInt OddFactorial(W, 1);
1001   unsigned T = 1;
1002   for (unsigned i = 3; i <= K; ++i) {
1003     APInt Mult(W, i);
1004     unsigned TwoFactors = Mult.countTrailingZeros();
1005     T += TwoFactors;
1006     Mult = Mult.lshr(TwoFactors);
1007     OddFactorial *= Mult;
1008   }
1009
1010   // We need at least W + T bits for the multiplication step
1011   unsigned CalculationBits = W + T;
1012
1013   // Calculate 2^T, at width T+W.
1014   APInt DivFactor = APInt::getOneBitSet(CalculationBits, T);
1015
1016   // Calculate the multiplicative inverse of K! / 2^T;
1017   // this multiplication factor will perform the exact division by
1018   // K! / 2^T.
1019   APInt Mod = APInt::getSignedMinValue(W+1);
1020   APInt MultiplyFactor = OddFactorial.zext(W+1);
1021   MultiplyFactor = MultiplyFactor.multiplicativeInverse(Mod);
1022   MultiplyFactor = MultiplyFactor.trunc(W);
1023
1024   // Calculate the product, at width T+W
1025   IntegerType *CalculationTy = IntegerType::get(SE.getContext(),
1026                                                       CalculationBits);
1027   const SCEV *Dividend = SE.getTruncateOrZeroExtend(It, CalculationTy);
1028   for (unsigned i = 1; i != K; ++i) {
1029     const SCEV *S = SE.getMinusSCEV(It, SE.getConstant(It->getType(), i));
1030     Dividend = SE.getMulExpr(Dividend,
1031                              SE.getTruncateOrZeroExtend(S, CalculationTy));
1032   }
1033
1034   // Divide by 2^T
1035   const SCEV *DivResult = SE.getUDivExpr(Dividend, SE.getConstant(DivFactor));
1036
1037   // Truncate the result, and divide by K! / 2^T.
1038
1039   return SE.getMulExpr(SE.getConstant(MultiplyFactor),
1040                        SE.getTruncateOrZeroExtend(DivResult, ResultTy));
1041 }
1042
1043 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
1044 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
1045 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
1046 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
1047 ///
1048 ///   A*BC(It, 0) + B*BC(It, 1) + C*BC(It, 2) + D*BC(It, 3)
1049 ///
1050 /// where BC(It, k) stands for binomial coefficient.
1051 ///
1052 const SCEV *SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(const SCEV *It,
1053                                                 ScalarEvolution &SE) const {
1054   const SCEV *Result = getStart();
1055   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
1056     // The computation is correct in the face of overflow provided that the
1057     // multiplication is performed _after_ the evaluation of the binomial
1058     // coefficient.
1059     const SCEV *Coeff = BinomialCoefficient(It, i, SE, getType());
1060     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Coeff))
1061       return Coeff;
1062
1063     Result = SE.getAddExpr(Result, SE.getMulExpr(getOperand(i), Coeff));
1064   }
1065   return Result;
1066 }
1067
1068 //===----------------------------------------------------------------------===//
1069 //                    SCEV Expression folder implementations
1070 //===----------------------------------------------------------------------===//
1071
1072 const SCEV *ScalarEvolution::getTruncateExpr(const SCEV *Op,
1073                                              Type *Ty) {
1074   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) > getTypeSizeInBits(Ty) &&
1075          "This is not a truncating conversion!");
1076   assert(isSCEVable(Ty) &&
1077          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1078   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1079
1080   FoldingSetNodeID ID;
1081   ID.AddInteger(scTruncate);
1082   ID.AddPointer(Op);
1083   ID.AddPointer(Ty);
1084   void *IP = nullptr;
1085   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1086
1087   // Fold if the operand is constant.
1088   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1089     return getConstant(
1090       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(), Ty)));
1091
1092   // trunc(trunc(x)) --> trunc(x)
1093   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op))
1094     return getTruncateExpr(ST->getOperand(), Ty);
1095
1096   // trunc(sext(x)) --> sext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
1097   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
1098     return getTruncateOrSignExtend(SS->getOperand(), Ty);
1099
1100   // trunc(zext(x)) --> zext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
1101   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
1102     return getTruncateOrZeroExtend(SZ->getOperand(), Ty);
1103
1104   // trunc(x1+x2+...+xN) --> trunc(x1)+trunc(x2)+...+trunc(xN) if we can
1105   // eliminate all the truncates.
1106   if (const SCEVAddExpr *SA = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Op)) {
1107     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1108     bool hasTrunc = false;
1109     for (unsigned i = 0, e = SA->getNumOperands(); i != e && !hasTrunc; ++i) {
1110       const SCEV *S = getTruncateExpr(SA->getOperand(i), Ty);
1111       hasTrunc = isa<SCEVTruncateExpr>(S);
1112       Operands.push_back(S);
1113     }
1114     if (!hasTrunc)
1115       return getAddExpr(Operands);
1116     UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP);  // Mutates IP, returns NULL.
1117   }
1118
1119   // trunc(x1*x2*...*xN) --> trunc(x1)*trunc(x2)*...*trunc(xN) if we can
1120   // eliminate all the truncates.
1121   if (const SCEVMulExpr *SM = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Op)) {
1122     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1123     bool hasTrunc = false;
1124     for (unsigned i = 0, e = SM->getNumOperands(); i != e && !hasTrunc; ++i) {
1125       const SCEV *S = getTruncateExpr(SM->getOperand(i), Ty);
1126       hasTrunc = isa<SCEVTruncateExpr>(S);
1127       Operands.push_back(S);
1128     }
1129     if (!hasTrunc)
1130       return getMulExpr(Operands);
1131     UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP);  // Mutates IP, returns NULL.
1132   }
1133
1134   // If the input value is a chrec scev, truncate the chrec's operands.
1135   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
1136     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1137     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
1138       Operands.push_back(getTruncateExpr(AddRec->getOperand(i), Ty));
1139     return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap);
1140   }
1141
1142   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node. We can reuse
1143   // the existing insert position since if we get here, we won't have
1144   // made any changes which would invalidate it.
1145   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVTruncateExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1146                                                  Op, Ty);
1147   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1148   return S;
1149 }
1150
1151 const SCEV *ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEV *Op,
1152                                                Type *Ty) {
1153   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1154          "This is not an extending conversion!");
1155   assert(isSCEVable(Ty) &&
1156          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1157   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1158
1159   // Fold if the operand is constant.
1160   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1161     return getConstant(
1162       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(), Ty)));
1163
1164   // zext(zext(x)) --> zext(x)
1165   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
1166     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
1167
1168   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
1169   // computed a SCEV for this Op and Ty.
1170   FoldingSetNodeID ID;
1171   ID.AddInteger(scZeroExtend);
1172   ID.AddPointer(Op);
1173   ID.AddPointer(Ty);
1174   void *IP = nullptr;
1175   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1176
1177   // zext(trunc(x)) --> zext(x) or x or trunc(x)
1178   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1179     // It's possible the bits taken off by the truncate were all zero bits. If
1180     // so, we should be able to simplify this further.
1181     const SCEV *X = ST->getOperand();
1182     ConstantRange CR = getUnsignedRange(X);
1183     unsigned TruncBits = getTypeSizeInBits(ST->getType());
1184     unsigned NewBits = getTypeSizeInBits(Ty);
1185     if (CR.truncate(TruncBits).zeroExtend(NewBits).contains(
1186             CR.zextOrTrunc(NewBits)))
1187       return getTruncateOrZeroExtend(X, Ty);
1188   }
1189
1190   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
1191   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
1192   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
1193   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
1194   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
1195     if (AR->isAffine()) {
1196       const SCEV *Start = AR->getStart();
1197       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
1198       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
1199       const Loop *L = AR->getLoop();
1200
1201       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
1202       // we don't need to do any further analysis.
1203       if (AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW))
1204         return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
1205                              getZeroExtendExpr(Step, Ty),
1206                              L, AR->getNoWrapFlags());
1207
1208       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
1209       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
1210       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
1211       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
1212       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
1213       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
1214       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
1215       // that value once it has finished.
1216       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
1217       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
1218         // Manually compute the final value for AR, checking for
1219         // overflow.
1220
1221         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
1222         // the addrec's type. The count is always unsigned.
1223         const SCEV *CastedMaxBECount =
1224           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
1225         const SCEV *RecastedMaxBECount =
1226           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
1227         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
1228           Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
1229           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no unsigned overflow.
1230           const SCEV *ZMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1231           const SCEV *ZAdd = getZeroExtendExpr(getAddExpr(Start, ZMul), WideTy);
1232           const SCEV *WideStart = getZeroExtendExpr(Start, WideTy);
1233           const SCEV *WideMaxBECount =
1234             getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy);
1235           const SCEV *OperandExtendedAdd =
1236             getAddExpr(WideStart,
1237                        getMulExpr(WideMaxBECount,
1238                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
1239           if (ZAdd == OperandExtendedAdd) {
1240             // Cache knowledge of AR NUW, which is propagated to this AddRec.
1241             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW);
1242             // Return the expression with the addrec on the outside.
1243             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
1244                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
1245                                  L, AR->getNoWrapFlags());
1246           }
1247           // Similar to above, only this time treat the step value as signed.
1248           // This covers loops that count down.
1249           OperandExtendedAdd =
1250             getAddExpr(WideStart,
1251                        getMulExpr(WideMaxBECount,
1252                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
1253           if (ZAdd == OperandExtendedAdd) {
1254             // Cache knowledge of AR NW, which is propagated to this AddRec.
1255             // Negative step causes unsigned wrap, but it still can't self-wrap.
1256             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNW);
1257             // Return the expression with the addrec on the outside.
1258             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
1259                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1260                                  L, AR->getNoWrapFlags());
1261           }
1262         }
1263
1264         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
1265         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
1266         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
1267         // with the post-inc value, the addrec is safe.
1268         if (isKnownPositive(Step)) {
1269           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMinValue(BitWidth) -
1270                                       getUnsignedRange(Step).getUnsignedMax());
1271           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, AR, N) ||
1272               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, Start, N) &&
1273                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT,
1274                                            AR->getPostIncExpr(*this), N))) {
1275             // Cache knowledge of AR NUW, which is propagated to this AddRec.
1276             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW);
1277             // Return the expression with the addrec on the outside.
1278             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
1279                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
1280                                  L, AR->getNoWrapFlags());
1281           }
1282         } else if (isKnownNegative(Step)) {
1283           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth) -
1284                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
1285           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, AR, N) ||
1286               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, Start, N) &&
1287                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT,
1288                                            AR->getPostIncExpr(*this), N))) {
1289             // Cache knowledge of AR NW, which is propagated to this AddRec.
1290             // Negative step causes unsigned wrap, but it still can't self-wrap.
1291             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNW);
1292             // Return the expression with the addrec on the outside.
1293             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
1294                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1295                                  L, AR->getNoWrapFlags());
1296           }
1297         }
1298       }
1299     }
1300
1301   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
1302   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
1303   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1304   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVZeroExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1305                                                    Op, Ty);
1306   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1307   return S;
1308 }
1309
1310 // Get the limit of a recurrence such that incrementing by Step cannot cause
1311 // signed overflow as long as the value of the recurrence within the loop does
1312 // not exceed this limit before incrementing.
1313 static const SCEV *getOverflowLimitForStep(const SCEV *Step,
1314                                            ICmpInst::Predicate *Pred,
1315                                            ScalarEvolution *SE) {
1316   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits(Step->getType());
1317   if (SE->isKnownPositive(Step)) {
1318     *Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
1319     return SE->getConstant(APInt::getSignedMinValue(BitWidth) -
1320                            SE->getSignedRange(Step).getSignedMax());
1321   }
1322   if (SE->isKnownNegative(Step)) {
1323     *Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
1324     return SE->getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth) -
1325                        SE->getSignedRange(Step).getSignedMin());
1326   }
1327   return nullptr;
1328 }
1329
1330 // The recurrence AR has been shown to have no signed wrap. Typically, if we can
1331 // prove NSW for AR, then we can just as easily prove NSW for its preincrement
1332 // or postincrement sibling. This allows normalizing a sign extended AddRec as
1333 // such: {sext(Step + Start),+,Step} => {(Step + sext(Start),+,Step} As a
1334 // result, the expression "Step + sext(PreIncAR)" is congruent with
1335 // "sext(PostIncAR)"
1336 static const SCEV *getPreStartForSignExtend(const SCEVAddRecExpr *AR,
1337                                             Type *Ty,
1338                                             ScalarEvolution *SE) {
1339   const Loop *L = AR->getLoop();
1340   const SCEV *Start = AR->getStart();
1341   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
1342
1343   // Check for a simple looking step prior to loop entry.
1344   const SCEVAddExpr *SA = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Start);
1345   if (!SA)
1346     return nullptr;
1347
1348   // Create an AddExpr for "PreStart" after subtracting Step. Full SCEV
1349   // subtraction is expensive. For this purpose, perform a quick and dirty
1350   // difference, by checking for Step in the operand list.
1351   SmallVector<const SCEV *, 4> DiffOps;
1352   for (const SCEV *Op : SA->operands())
1353     if (Op != Step)
1354       DiffOps.push_back(Op);
1355
1356   if (DiffOps.size() == SA->getNumOperands())
1357     return nullptr;
1358
1359   // This is a postinc AR. Check for overflow on the preinc recurrence using the
1360   // same three conditions that getSignExtendedExpr checks.
1361
1362   // 1. NSW flags on the step increment.
1363   const SCEV *PreStart = SE->getAddExpr(DiffOps, SA->getNoWrapFlags());
1364   const SCEVAddRecExpr *PreAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(
1365     SE->getAddRecExpr(PreStart, Step, L, SCEV::FlagAnyWrap));
1366
1367   // WARNING: FIXME: the optimization below assumes that a sign-overflowing nsw
1368   // operation is undefined behavior.  This is strictly more aggressive than the
1369   // interpretation of nsw in other parts of LLVM (for instance, they may
1370   // unconditionally hoist nsw arithmetic through control flow).  This logic
1371   // needs to be revisited once we have a consistent semantics for poison
1372   // values.
1373   //
1374   // "{S,+,X} is <nsw>" and "{S,+,X} is evaluated at least once" implies "S+X
1375   // does not sign-overflow" (we'd have undefined behavior if it did).  If
1376   // `L->getExitingBlock() == L->getLoopLatch()` then `PreAR` (= {S,+,X}<nsw>)
1377   // is evaluated every-time `AR` (= {S+X,+,X}) is evaluated, and hence within
1378   // `AR` we are safe to assume that "S+X" will not sign-overflow.
1379   //
1380
1381   BasicBlock *ExitingBlock = L->getExitingBlock();
1382   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1383   if (PreAR && PreAR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW) &&
1384       ExitingBlock != nullptr && ExitingBlock == LatchBlock)
1385     return PreStart;
1386
1387   // 2. Direct overflow check on the step operation's expression.
1388   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits(AR->getType());
1389   Type *WideTy = IntegerType::get(SE->getContext(), BitWidth * 2);
1390   const SCEV *OperandExtendedStart =
1391     SE->getAddExpr(SE->getSignExtendExpr(PreStart, WideTy),
1392                    SE->getSignExtendExpr(Step, WideTy));
1393   if (SE->getSignExtendExpr(Start, WideTy) == OperandExtendedStart) {
1394     // Cache knowledge of PreAR NSW.
1395     if (PreAR)
1396       const_cast<SCEVAddRecExpr *>(PreAR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
1397     // FIXME: this optimization needs a unit test
1398     DEBUG(dbgs() << "SCEV: untested prestart overflow check\n");
1399     return PreStart;
1400   }
1401
1402   // 3. Loop precondition.
1403   ICmpInst::Predicate Pred;
1404   const SCEV *OverflowLimit = getOverflowLimitForStep(Step, &Pred, SE);
1405
1406   if (OverflowLimit &&
1407       SE->isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, PreStart, OverflowLimit)) {
1408     return PreStart;
1409   }
1410   return nullptr;
1411 }
1412
1413 // Get the normalized sign-extended expression for this AddRec's Start.
1414 static const SCEV *getSignExtendAddRecStart(const SCEVAddRecExpr *AR,
1415                                             Type *Ty,
1416                                             ScalarEvolution *SE) {
1417   const SCEV *PreStart = getPreStartForSignExtend(AR, Ty, SE);
1418   if (!PreStart)
1419     return SE->getSignExtendExpr(AR->getStart(), Ty);
1420
1421   return SE->getAddExpr(SE->getSignExtendExpr(AR->getStepRecurrence(*SE), Ty),
1422                         SE->getSignExtendExpr(PreStart, Ty));
1423 }
1424
1425 const SCEV *ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEV *Op,
1426                                                Type *Ty) {
1427   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1428          "This is not an extending conversion!");
1429   assert(isSCEVable(Ty) &&
1430          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1431   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1432
1433   // Fold if the operand is constant.
1434   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1435     return getConstant(
1436       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(), Ty)));
1437
1438   // sext(sext(x)) --> sext(x)
1439   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
1440     return getSignExtendExpr(SS->getOperand(), Ty);
1441
1442   // sext(zext(x)) --> zext(x)
1443   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
1444     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
1445
1446   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
1447   // computed a SCEV for this Op and Ty.
1448   FoldingSetNodeID ID;
1449   ID.AddInteger(scSignExtend);
1450   ID.AddPointer(Op);
1451   ID.AddPointer(Ty);
1452   void *IP = nullptr;
1453   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1454
1455   // If the input value is provably positive, build a zext instead.
1456   if (isKnownNonNegative(Op))
1457     return getZeroExtendExpr(Op, Ty);
1458
1459   // sext(trunc(x)) --> sext(x) or x or trunc(x)
1460   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1461     // It's possible the bits taken off by the truncate were all sign bits. If
1462     // so, we should be able to simplify this further.
1463     const SCEV *X = ST->getOperand();
1464     ConstantRange CR = getSignedRange(X);
1465     unsigned TruncBits = getTypeSizeInBits(ST->getType());
1466     unsigned NewBits = getTypeSizeInBits(Ty);
1467     if (CR.truncate(TruncBits).signExtend(NewBits).contains(
1468             CR.sextOrTrunc(NewBits)))
1469       return getTruncateOrSignExtend(X, Ty);
1470   }
1471
1472   // sext(C1 + (C2 * x)) --> C1 + sext(C2 * x) if C1 < C2
1473   if (auto SA = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Op)) {
1474     if (SA->getNumOperands() == 2) {
1475       auto SC1 = dyn_cast<SCEVConstant>(SA->getOperand(0));
1476       auto SMul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SA->getOperand(1));
1477       if (SMul && SC1) {
1478         if (auto SC2 = dyn_cast<SCEVConstant>(SMul->getOperand(0))) {
1479           const APInt &C1 = SC1->getValue()->getValue();
1480           const APInt &C2 = SC2->getValue()->getValue();
1481           if (C1.isStrictlyPositive() && C2.isStrictlyPositive() &&
1482               C2.ugt(C1) && C2.isPowerOf2())
1483             return getAddExpr(getSignExtendExpr(SC1, Ty),
1484                               getSignExtendExpr(SMul, Ty));
1485         }
1486       }
1487     }
1488   }
1489   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
1490   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
1491   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
1492   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
1493   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
1494     if (AR->isAffine()) {
1495       const SCEV *Start = AR->getStart();
1496       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
1497       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
1498       const Loop *L = AR->getLoop();
1499
1500       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
1501       // we don't need to do any further analysis.
1502       if (AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW))
1503         return getAddRecExpr(getSignExtendAddRecStart(AR, Ty, this),
1504                              getSignExtendExpr(Step, Ty),
1505                              L, SCEV::FlagNSW);
1506
1507       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
1508       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
1509       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
1510       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
1511       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
1512       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
1513       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
1514       // that value once it has finished.
1515       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
1516       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
1517         // Manually compute the final value for AR, checking for
1518         // overflow.
1519
1520         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
1521         // the addrec's type. The count is always unsigned.
1522         const SCEV *CastedMaxBECount =
1523           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
1524         const SCEV *RecastedMaxBECount =
1525           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
1526         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
1527           Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
1528           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no signed overflow.
1529           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1530           const SCEV *SAdd = getSignExtendExpr(getAddExpr(Start, SMul), WideTy);
1531           const SCEV *WideStart = getSignExtendExpr(Start, WideTy);
1532           const SCEV *WideMaxBECount =
1533             getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy);
1534           const SCEV *OperandExtendedAdd =
1535             getAddExpr(WideStart,
1536                        getMulExpr(WideMaxBECount,
1537                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
1538           if (SAdd == OperandExtendedAdd) {
1539             // Cache knowledge of AR NSW, which is propagated to this AddRec.
1540             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
1541             // Return the expression with the addrec on the outside.
1542             return getAddRecExpr(getSignExtendAddRecStart(AR, Ty, this),
1543                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1544                                  L, AR->getNoWrapFlags());
1545           }
1546           // Similar to above, only this time treat the step value as unsigned.
1547           // This covers loops that count up with an unsigned step.
1548           OperandExtendedAdd =
1549             getAddExpr(WideStart,
1550                        getMulExpr(WideMaxBECount,
1551                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
1552           if (SAdd == OperandExtendedAdd) {
1553             // If AR wraps around then
1554             //
1555             //    abs(Step) * MaxBECount > unsigned-max(AR->getType())
1556             // => SAdd != OperandExtendedAdd
1557             //
1558             // Thus (AR is not NW => SAdd != OperandExtendedAdd) <=>
1559             // (SAdd == OperandExtendedAdd => AR is NW)
1560
1561             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNW);
1562
1563             // Return the expression with the addrec on the outside.
1564             return getAddRecExpr(getSignExtendAddRecStart(AR, Ty, this),
1565                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
1566                                  L, AR->getNoWrapFlags());
1567           }
1568         }
1569
1570         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
1571         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
1572         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
1573         // with the post-inc value, the addrec is safe.
1574         ICmpInst::Predicate Pred;
1575         const SCEV *OverflowLimit = getOverflowLimitForStep(Step, &Pred, this);
1576         if (OverflowLimit &&
1577             (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, AR, OverflowLimit) ||
1578              (isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, Start, OverflowLimit) &&
1579               isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, AR->getPostIncExpr(*this),
1580                                           OverflowLimit)))) {
1581           // Cache knowledge of AR NSW, then propagate NSW to the wide AddRec.
1582           const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
1583           return getAddRecExpr(getSignExtendAddRecStart(AR, Ty, this),
1584                                getSignExtendExpr(Step, Ty),
1585                                L, AR->getNoWrapFlags());
1586         }
1587       }
1588       // If Start and Step are constants, check if we can apply this
1589       // transformation:
1590       // sext{C1,+,C2} --> C1 + sext{0,+,C2} if C1 < C2
1591       auto SC1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Start);
1592       auto SC2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
1593       if (SC1 && SC2) {
1594         const APInt &C1 = SC1->getValue()->getValue();
1595         const APInt &C2 = SC2->getValue()->getValue();
1596         if (C1.isStrictlyPositive() && C2.isStrictlyPositive() && C2.ugt(C1) &&
1597             C2.isPowerOf2()) {
1598           Start = getSignExtendExpr(Start, Ty);
1599           const SCEV *NewAR = getAddRecExpr(getConstant(AR->getType(), 0), Step,
1600                                             L, AR->getNoWrapFlags());
1601           return getAddExpr(Start, getSignExtendExpr(NewAR, Ty));
1602         }
1603       }
1604     }
1605
1606   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
1607   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
1608   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1609   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSignExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1610                                                    Op, Ty);
1611   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1612   return S;
1613 }
1614
1615 /// getAnyExtendExpr - Return a SCEV for the given operand extended with
1616 /// unspecified bits out to the given type.
1617 ///
1618 const SCEV *ScalarEvolution::getAnyExtendExpr(const SCEV *Op,
1619                                               Type *Ty) {
1620   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1621          "This is not an extending conversion!");
1622   assert(isSCEVable(Ty) &&
1623          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1624   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1625
1626   // Sign-extend negative constants.
1627   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1628     if (SC->getValue()->getValue().isNegative())
1629       return getSignExtendExpr(Op, Ty);
1630
1631   // Peel off a truncate cast.
1632   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1633     const SCEV *NewOp = T->getOperand();
1634     if (getTypeSizeInBits(NewOp->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty))
1635       return getAnyExtendExpr(NewOp, Ty);
1636     return getTruncateOrNoop(NewOp, Ty);
1637   }
1638
1639   // Next try a zext cast. If the cast is folded, use it.
1640   const SCEV *ZExt = getZeroExtendExpr(Op, Ty);
1641   if (!isa<SCEVZeroExtendExpr>(ZExt))
1642     return ZExt;
1643
1644   // Next try a sext cast. If the cast is folded, use it.
1645   const SCEV *SExt = getSignExtendExpr(Op, Ty);
1646   if (!isa<SCEVSignExtendExpr>(SExt))
1647     return SExt;
1648
1649   // Force the cast to be folded into the operands of an addrec.
1650   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
1651     SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
1652     for (const SCEV *Op : AR->operands())
1653       Ops.push_back(getAnyExtendExpr(Op, Ty));
1654     return getAddRecExpr(Ops, AR->getLoop(), SCEV::FlagNW);
1655   }
1656
1657   // If the expression is obviously signed, use the sext cast value.
1658   if (isa<SCEVSMaxExpr>(Op))
1659     return SExt;
1660
1661   // Absent any other information, use the zext cast value.
1662   return ZExt;
1663 }
1664
1665 /// CollectAddOperandsWithScales - Process the given Ops list, which is
1666 /// a list of operands to be added under the given scale, update the given
1667 /// map. This is a helper function for getAddRecExpr. As an example of
1668 /// what it does, given a sequence of operands that would form an add
1669 /// expression like this:
1670 ///
1671 ///    m + n + 13 + (A * (o + p + (B * (q + m + 29)))) + r + (-1 * r)
1672 ///
1673 /// where A and B are constants, update the map with these values:
1674 ///
1675 ///    (m, 1+A*B), (n, 1), (o, A), (p, A), (q, A*B), (r, 0)
1676 ///
1677 /// and add 13 + A*B*29 to AccumulatedConstant.
1678 /// This will allow getAddRecExpr to produce this:
1679 ///
1680 ///    13+A*B*29 + n + (m * (1+A*B)) + ((o + p) * A) + (q * A*B)
1681 ///
1682 /// This form often exposes folding opportunities that are hidden in
1683 /// the original operand list.
1684 ///
1685 /// Return true iff it appears that any interesting folding opportunities
1686 /// may be exposed. This helps getAddRecExpr short-circuit extra work in
1687 /// the common case where no interesting opportunities are present, and
1688 /// is also used as a check to avoid infinite recursion.
1689 ///
1690 static bool
1691 CollectAddOperandsWithScales(DenseMap<const SCEV *, APInt> &M,
1692                              SmallVectorImpl<const SCEV *> &NewOps,
1693                              APInt &AccumulatedConstant,
1694                              const SCEV *const *Ops, size_t NumOperands,
1695                              const APInt &Scale,
1696                              ScalarEvolution &SE) {
1697   bool Interesting = false;
1698
1699   // Iterate over the add operands. They are sorted, with constants first.
1700   unsigned i = 0;
1701   while (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1702     ++i;
1703     // Pull a buried constant out to the outside.
1704     if (Scale != 1 || AccumulatedConstant != 0 || C->getValue()->isZero())
1705       Interesting = true;
1706     AccumulatedConstant += Scale * C->getValue()->getValue();
1707   }
1708
1709   // Next comes everything else. We're especially interested in multiplies
1710   // here, but they're in the middle, so just visit the rest with one loop.
1711   for (; i != NumOperands; ++i) {
1712     const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i]);
1713     if (Mul && isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
1714       APInt NewScale =
1715         Scale * cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))->getValue()->getValue();
1716       if (Mul->getNumOperands() == 2 && isa<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1))) {
1717         // A multiplication of a constant with another add; recurse.
1718         const SCEVAddExpr *Add = cast<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1));
1719         Interesting |=
1720           CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1721                                        Add->op_begin(), Add->getNumOperands(),
1722                                        NewScale, SE);
1723       } else {
1724         // A multiplication of a constant with some other value. Update
1725         // the map.
1726         SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
1727         const SCEV *Key = SE.getMulExpr(MulOps);
1728         std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1729           M.insert(std::make_pair(Key, NewScale));
1730         if (Pair.second) {
1731           NewOps.push_back(Pair.first->first);
1732         } else {
1733           Pair.first->second += NewScale;
1734           // The map already had an entry for this value, which may indicate
1735           // a folding opportunity.
1736           Interesting = true;
1737         }
1738       }
1739     } else {
1740       // An ordinary operand. Update the map.
1741       std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1742         M.insert(std::make_pair(Ops[i], Scale));
1743       if (Pair.second) {
1744         NewOps.push_back(Pair.first->first);
1745       } else {
1746         Pair.first->second += Scale;
1747         // The map already had an entry for this value, which may indicate
1748         // a folding opportunity.
1749         Interesting = true;
1750       }
1751     }
1752   }
1753
1754   return Interesting;
1755 }
1756
1757 namespace {
1758   struct APIntCompare {
1759     bool operator()(const APInt &LHS, const APInt &RHS) const {
1760       return LHS.ult(RHS);
1761     }
1762   };
1763 }
1764
1765 // We're trying to construct a SCEV of type `Type' with `Ops' as operands and
1766 // `OldFlags' as can't-wrap behavior.  Infer a more aggressive set of
1767 // can't-overflow flags for the operation if possible.
1768 static SCEV::NoWrapFlags
1769 StrengthenNoWrapFlags(ScalarEvolution *SE, SCEVTypes Type,
1770                       const SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1771                       SCEV::NoWrapFlags OldFlags) {
1772   using namespace std::placeholders;
1773
1774   bool CanAnalyze =
1775       Type == scAddExpr || Type == scAddRecExpr || Type == scMulExpr;
1776   (void)CanAnalyze;
1777   assert(CanAnalyze && "don't call from other places!");
1778
1779   int SignOrUnsignMask = SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW;
1780   SCEV::NoWrapFlags SignOrUnsignWrap =
1781       ScalarEvolution::maskFlags(OldFlags, SignOrUnsignMask);
1782
1783   // If FlagNSW is true and all the operands are non-negative, infer FlagNUW.
1784   auto IsKnownNonNegative =
1785     std::bind(std::mem_fn(&ScalarEvolution::isKnownNonNegative), SE, _1);
1786
1787   if (SignOrUnsignWrap == SCEV::FlagNSW &&
1788       std::all_of(Ops.begin(), Ops.end(), IsKnownNonNegative))
1789     return ScalarEvolution::setFlags(OldFlags,
1790                                      (SCEV::NoWrapFlags)SignOrUnsignMask);
1791
1792   return OldFlags;
1793 }
1794
1795 /// getAddExpr - Get a canonical add expression, or something simpler if
1796 /// possible.
1797 const SCEV *ScalarEvolution::getAddExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1798                                         SCEV::NoWrapFlags Flags) {
1799   assert(!(Flags & ~(SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW)) &&
1800          "only nuw or nsw allowed");
1801   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
1802   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1803 #ifndef NDEBUG
1804   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
1805   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1806     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
1807            "SCEVAddExpr operand types don't match!");
1808 #endif
1809
1810   Flags = StrengthenNoWrapFlags(this, scAddExpr, Ops, Flags);
1811
1812   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1813   GroupByComplexity(Ops, LI);
1814
1815   // If there are any constants, fold them together.
1816   unsigned Idx = 0;
1817   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1818     ++Idx;
1819     assert(Idx < Ops.size());
1820     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1821       // We found two constants, fold them together!
1822       Ops[0] = getConstant(LHSC->getValue()->getValue() +
1823                            RHSC->getValue()->getValue());
1824       if (Ops.size() == 2) return Ops[0];
1825       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1826       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1827     }
1828
1829     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
1830     if (LHSC->getValue()->isZero()) {
1831       Ops.erase(Ops.begin());
1832       --Idx;
1833     }
1834
1835     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1836   }
1837
1838   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list more than
1839   // once.  If so, merge them together into an multiply expression.  Since we
1840   // sorted the list, these values are required to be adjacent.
1841   Type *Ty = Ops[0]->getType();
1842   bool FoundMatch = false;
1843   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-1; ++i)
1844     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
1845       // Scan ahead to count how many equal operands there are.
1846       unsigned Count = 2;
1847       while (i+Count != e && Ops[i+Count] == Ops[i])
1848         ++Count;
1849       // Merge the values into a multiply.
1850       const SCEV *Scale = getConstant(Ty, Count);
1851       const SCEV *Mul = getMulExpr(Scale, Ops[i]);
1852       if (Ops.size() == Count)
1853         return Mul;
1854       Ops[i] = Mul;
1855       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+Count);
1856       --i; e -= Count - 1;
1857       FoundMatch = true;
1858     }
1859   if (FoundMatch)
1860     return getAddExpr(Ops, Flags);
1861
1862   // Check for truncates. If all the operands are truncated from the same
1863   // type, see if factoring out the truncate would permit the result to be
1864   // folded. eg., trunc(x) + m*trunc(n) --> trunc(x + trunc(m)*n)
1865   // if the contents of the resulting outer trunc fold to something simple.
1866   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1867     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]);
1868     Type *DstType = Trunc->getType();
1869     Type *SrcType = Trunc->getOperand()->getType();
1870     SmallVector<const SCEV *, 8> LargeOps;
1871     bool Ok = true;
1872     // Check all the operands to see if they can be represented in the
1873     // source type of the truncate.
1874     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1875       if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[i])) {
1876         if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1877           Ok = false;
1878           break;
1879         }
1880         LargeOps.push_back(T->getOperand());
1881       } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1882         LargeOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
1883       } else if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i])) {
1884         SmallVector<const SCEV *, 8> LargeMulOps;
1885         for (unsigned j = 0, f = M->getNumOperands(); j != f && Ok; ++j) {
1886           if (const SCEVTruncateExpr *T =
1887                 dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(M->getOperand(j))) {
1888             if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1889               Ok = false;
1890               break;
1891             }
1892             LargeMulOps.push_back(T->getOperand());
1893           } else if (const SCEVConstant *C =
1894                        dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(j))) {
1895             LargeMulOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
1896           } else {
1897             Ok = false;
1898             break;
1899           }
1900         }
1901         if (Ok)
1902           LargeOps.push_back(getMulExpr(LargeMulOps));
1903       } else {
1904         Ok = false;
1905         break;
1906       }
1907     }
1908     if (Ok) {
1909       // Evaluate the expression in the larger type.
1910       const SCEV *Fold = getAddExpr(LargeOps, Flags);
1911       // If it folds to something simple, use it. Otherwise, don't.
1912       if (isa<SCEVConstant>(Fold) || isa<SCEVUnknown>(Fold))
1913         return getTruncateExpr(Fold, DstType);
1914     }
1915   }
1916
1917   // Skip past any other cast SCEVs.
1918   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
1919     ++Idx;
1920
1921   // If there are add operands they would be next.
1922   if (Idx < Ops.size()) {
1923     bool DeletedAdd = false;
1924     while (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
1925       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
1926       // list.
1927       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1928       Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
1929       DeletedAdd = true;
1930     }
1931
1932     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
1933     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1934     // any operands we just acquired.
1935     if (DeletedAdd)
1936       return getAddExpr(Ops);
1937   }
1938
1939   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1940   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1941     ++Idx;
1942
1943   // Check to see if there are any folding opportunities present with
1944   // operands multiplied by constant values.
1945   if (Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1946     uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(Ty);
1947     DenseMap<const SCEV *, APInt> M;
1948     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
1949     APInt AccumulatedConstant(BitWidth, 0);
1950     if (CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1951                                      Ops.data(), Ops.size(),
1952                                      APInt(BitWidth, 1), *this)) {
1953       // Some interesting folding opportunity is present, so its worthwhile to
1954       // re-generate the operands list. Group the operands by constant scale,
1955       // to avoid multiplying by the same constant scale multiple times.
1956       std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare> MulOpLists;
1957       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = NewOps.begin(),
1958            E = NewOps.end(); I != E; ++I)
1959         MulOpLists[M.find(*I)->second].push_back(*I);
1960       // Re-generate the operands list.
1961       Ops.clear();
1962       if (AccumulatedConstant != 0)
1963         Ops.push_back(getConstant(AccumulatedConstant));
1964       for (std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare>::iterator
1965            I = MulOpLists.begin(), E = MulOpLists.end(); I != E; ++I)
1966         if (I->first != 0)
1967           Ops.push_back(getMulExpr(getConstant(I->first),
1968                                    getAddExpr(I->second)));
1969       if (Ops.empty())
1970         return getConstant(Ty, 0);
1971       if (Ops.size() == 1)
1972         return Ops[0];
1973       return getAddExpr(Ops);
1974     }
1975   }
1976
1977   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
1978   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
1979   // the multiply.
1980   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1981     const SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
1982     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
1983       const SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
1984       if (isa<SCEVConstant>(MulOpSCEV))
1985         continue;
1986       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
1987         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp]) {
1988           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
1989           const SCEV *InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1990           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1991             // If the multiply has more than two operands, we must get the
1992             // Y*Z term.
1993             SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
1994                                                 Mul->op_begin()+MulOp);
1995             MulOps.append(Mul->op_begin()+MulOp+1, Mul->op_end());
1996             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
1997           }
1998           const SCEV *One = getConstant(Ty, 1);
1999           const SCEV *AddOne = getAddExpr(One, InnerMul);
2000           const SCEV *OuterMul = getMulExpr(AddOne, MulOpSCEV);
2001           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
2002           if (AddOp < Idx) {
2003             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
2004             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
2005           } else {
2006             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2007             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
2008           }
2009           Ops.push_back(OuterMul);
2010           return getAddExpr(Ops);
2011         }
2012
2013       // Check this multiply against other multiplies being added together.
2014       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
2015            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
2016            ++OtherMulIdx) {
2017         const SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
2018         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
2019         // together.
2020         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
2021              OMulOp != e; ++OMulOp)
2022           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
2023             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
2024             const SCEV *InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
2025             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
2026               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
2027                                                   Mul->op_begin()+MulOp);
2028               MulOps.append(Mul->op_begin()+MulOp+1, Mul->op_end());
2029               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
2030             }
2031             const SCEV *InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
2032             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
2033               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(OtherMul->op_begin(),
2034                                                   OtherMul->op_begin()+OMulOp);
2035               MulOps.append(OtherMul->op_begin()+OMulOp+1, OtherMul->op_end());
2036               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
2037             }
2038             const SCEV *InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
2039             const SCEV *OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
2040             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
2041             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2042             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
2043             Ops.push_back(OuterMul);
2044             return getAddExpr(Ops);
2045           }
2046       }
2047     }
2048   }
2049
2050   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
2051   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
2052   // recurrence.
2053   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
2054     ++Idx;
2055
2056   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
2057   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
2058     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
2059     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
2060     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
2061     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
2062     const Loop *AddRecLoop = AddRec->getLoop();
2063     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2064       if (isLoopInvariant(Ops[i], AddRecLoop)) {
2065         LIOps.push_back(Ops[i]);
2066         Ops.erase(Ops.begin()+i);
2067         --i; --e;
2068       }
2069
2070     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
2071     if (!LIOps.empty()) {
2072       //  NLI + LI + {Start,+,Step}  -->  NLI + {LI+Start,+,Step}
2073       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
2074
2075       SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
2076                                              AddRec->op_end());
2077       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
2078
2079       // Build the new addrec. Propagate the NUW and NSW flags if both the
2080       // outer add and the inner addrec are guaranteed to have no overflow.
2081       // Always propagate NW.
2082       Flags = AddRec->getNoWrapFlags(setFlags(Flags, SCEV::FlagNW));
2083       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRecLoop, Flags);
2084
2085       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
2086       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
2087
2088       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-invariant parts.
2089       for (unsigned i = 0;; ++i)
2090         if (Ops[i] == AddRec) {
2091           Ops[i] = NewRec;
2092           break;
2093         }
2094       return getAddExpr(Ops);
2095     }
2096
2097     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
2098     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
2099     // added together.  If so, we can fold them.
2100     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
2101          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
2102          ++OtherIdx)
2103       if (AddRecLoop == cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx])->getLoop()) {
2104         // Other + {A,+,B}<L> + {C,+,D}<L>  -->  Other + {A+C,+,B+D}<L>
2105         SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
2106                                                AddRec->op_end());
2107         for (; OtherIdx != Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
2108              ++OtherIdx)
2109           if (const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec =
2110                 dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]))
2111             if (OtherAddRec->getLoop() == AddRecLoop) {
2112               for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands();
2113                    i != e; ++i) {
2114                 if (i >= AddRecOps.size()) {
2115                   AddRecOps.append(OtherAddRec->op_begin()+i,
2116                                    OtherAddRec->op_end());
2117                   break;
2118                 }
2119                 AddRecOps[i] = getAddExpr(AddRecOps[i],
2120                                           OtherAddRec->getOperand(i));
2121               }
2122               Ops.erase(Ops.begin() + OtherIdx); --OtherIdx;
2123             }
2124         // Step size has changed, so we cannot guarantee no self-wraparound.
2125         Ops[Idx] = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRecLoop, SCEV::FlagAnyWrap);
2126         return getAddExpr(Ops);
2127       }
2128
2129     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
2130     // next one.
2131   }
2132
2133   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
2134   // already have one, otherwise create a new one.
2135   FoldingSetNodeID ID;
2136   ID.AddInteger(scAddExpr);
2137   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2138     ID.AddPointer(Ops[i]);
2139   void *IP = nullptr;
2140   SCEVAddExpr *S =
2141     static_cast<SCEVAddExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2142   if (!S) {
2143     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2144     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2145     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2146                                         O, Ops.size());
2147     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2148   }
2149   S->setNoWrapFlags(Flags);
2150   return S;
2151 }
2152
2153 static uint64_t umul_ov(uint64_t i, uint64_t j, bool &Overflow) {
2154   uint64_t k = i*j;
2155   if (j > 1 && k / j != i) Overflow = true;
2156   return k;
2157 }
2158
2159 /// Compute the result of "n choose k", the binomial coefficient.  If an
2160 /// intermediate computation overflows, Overflow will be set and the return will
2161 /// be garbage. Overflow is not cleared on absence of overflow.
2162 static uint64_t Choose(uint64_t n, uint64_t k, bool &Overflow) {
2163   // We use the multiplicative formula:
2164   //     n(n-1)(n-2)...(n-(k-1)) / k(k-1)(k-2)...1 .
2165   // At each iteration, we take the n-th term of the numeral and divide by the
2166   // (k-n)th term of the denominator.  This division will always produce an
2167   // integral result, and helps reduce the chance of overflow in the
2168   // intermediate computations. However, we can still overflow even when the
2169   // final result would fit.
2170
2171   if (n == 0 || n == k) return 1;
2172   if (k > n) return 0;
2173
2174   if (k > n/2)
2175     k = n-k;
2176
2177   uint64_t r = 1;
2178   for (uint64_t i = 1; i <= k; ++i) {
2179     r = umul_ov(r, n-(i-1), Overflow);
2180     r /= i;
2181   }
2182   return r;
2183 }
2184
2185 /// Determine if any of the operands in this SCEV are a constant or if
2186 /// any of the add or multiply expressions in this SCEV contain a constant.
2187 static bool containsConstantSomewhere(const SCEV *StartExpr) {
2188   SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
2189   Ops.push_back(StartExpr);
2190   while (!Ops.empty()) {
2191     const SCEV *CurrentExpr = Ops.pop_back_val();
2192     if (isa<SCEVConstant>(*CurrentExpr))
2193       return true;
2194
2195     if (isa<SCEVAddExpr>(*CurrentExpr) || isa<SCEVMulExpr>(*CurrentExpr)) {
2196       const auto *CurrentNAry = cast<SCEVNAryExpr>(CurrentExpr);
2197       Ops.append(CurrentNAry->op_begin(), CurrentNAry->op_end());
2198     }
2199   }
2200   return false;
2201 }
2202
2203 /// getMulExpr - Get a canonical multiply expression, or something simpler if
2204 /// possible.
2205 const SCEV *ScalarEvolution::getMulExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
2206                                         SCEV::NoWrapFlags Flags) {
2207   assert(Flags == maskFlags(Flags, SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW) &&
2208          "only nuw or nsw allowed");
2209   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
2210   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2211 #ifndef NDEBUG
2212   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
2213   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2214     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
2215            "SCEVMulExpr operand types don't match!");
2216 #endif
2217
2218   Flags = StrengthenNoWrapFlags(this, scMulExpr, Ops, Flags);
2219
2220   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2221   GroupByComplexity(Ops, LI);
2222
2223   // If there are any constants, fold them together.
2224   unsigned Idx = 0;
2225   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2226
2227     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
2228     if (Ops.size() == 2)
2229         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
2230           // If any of Add's ops are Adds or Muls with a constant,
2231           // apply this transformation as well.
2232           if (Add->getNumOperands() == 2)
2233             if (containsConstantSomewhere(Add))
2234               return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
2235                                 getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
2236
2237     ++Idx;
2238     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2239       // We found two constants, fold them together!
2240       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2241                                            LHSC->getValue()->getValue() *
2242                                            RHSC->getValue()->getValue());
2243       Ops[0] = getConstant(Fold);
2244       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2245       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2246       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2247     }
2248
2249     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
2250     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
2251       Ops.erase(Ops.begin());
2252       --Idx;
2253     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
2254       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
2255       return Ops[0];
2256     } else if (Ops[0]->isAllOnesValue()) {
2257       // If we have a mul by -1 of an add, try distributing the -1 among the
2258       // add operands.
2259       if (Ops.size() == 2) {
2260         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1])) {
2261           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
2262           bool AnyFolded = false;
2263           for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = Add->op_begin(),
2264                  E = Add->op_end(); I != E; ++I) {
2265             const SCEV *Mul = getMulExpr(Ops[0], *I);
2266             if (!isa<SCEVMulExpr>(Mul)) AnyFolded = true;
2267             NewOps.push_back(Mul);
2268           }
2269           if (AnyFolded)
2270             return getAddExpr(NewOps);
2271         }
2272         else if (const SCEVAddRecExpr *
2273                  AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[1])) {
2274           // Negation preserves a recurrence's no self-wrap property.
2275           SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2276           for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = AddRec->op_begin(),
2277                  E = AddRec->op_end(); I != E; ++I) {
2278             Operands.push_back(getMulExpr(Ops[0], *I));
2279           }
2280           return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop(),
2281                                AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
2282         }
2283       }
2284     }
2285
2286     if (Ops.size() == 1)
2287       return Ops[0];
2288   }
2289
2290   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
2291   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
2292     ++Idx;
2293
2294   // If there are mul operands inline them all into this expression.
2295   if (Idx < Ops.size()) {
2296     bool DeletedMul = false;
2297     while (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
2298       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
2299       // list.
2300       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2301       Ops.append(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
2302       DeletedMul = true;
2303     }
2304
2305     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
2306     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
2307     // any operands we just acquired.
2308     if (DeletedMul)
2309       return getMulExpr(Ops);
2310   }
2311
2312   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
2313   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
2314   // recurrence.
2315   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
2316     ++Idx;
2317
2318   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
2319   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
2320     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
2321     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
2322     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
2323     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
2324     const Loop *AddRecLoop = AddRec->getLoop();
2325     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2326       if (isLoopInvariant(Ops[i], AddRecLoop)) {
2327         LIOps.push_back(Ops[i]);
2328         Ops.erase(Ops.begin()+i);
2329         --i; --e;
2330       }
2331
2332     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
2333     if (!LIOps.empty()) {
2334       //  NLI * LI * {Start,+,Step}  -->  NLI * {LI*Start,+,LI*Step}
2335       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
2336       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
2337       const SCEV *Scale = getMulExpr(LIOps);
2338       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
2339         NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
2340
2341       // Build the new addrec. Propagate the NUW and NSW flags if both the
2342       // outer mul and the inner addrec are guaranteed to have no overflow.
2343       //
2344       // No self-wrap cannot be guaranteed after changing the step size, but
2345       // will be inferred if either NUW or NSW is true.
2346       Flags = AddRec->getNoWrapFlags(clearFlags(Flags, SCEV::FlagNW));
2347       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRecLoop, Flags);
2348
2349       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
2350       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
2351
2352       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-invariant parts.
2353       for (unsigned i = 0;; ++i)
2354         if (Ops[i] == AddRec) {
2355           Ops[i] = NewRec;
2356           break;
2357         }
2358       return getMulExpr(Ops);
2359     }
2360
2361     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
2362     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
2363     // multiplied together.  If so, we can fold them.
2364
2365     // {A1,+,A2,+,...,+,An}<L> * {B1,+,B2,+,...,+,Bn}<L>
2366     // = {x=1 in [ sum y=x..2x [ sum z=max(y-x, y-n)..min(x,n) [
2367     //       choose(x, 2x)*choose(2x-y, x-z)*A_{y-z}*B_z
2368     //   ]]],+,...up to x=2n}.
2369     // Note that the arguments to choose() are always integers with values
2370     // known at compile time, never SCEV objects.
2371     //
2372     // The implementation avoids pointless extra computations when the two
2373     // addrec's are of different length (mathematically, it's equivalent to
2374     // an infinite stream of zeros on the right).
2375     bool OpsModified = false;
2376     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
2377          OtherIdx != Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
2378          ++OtherIdx) {
2379       const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec =
2380         dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
2381       if (!OtherAddRec || OtherAddRec->getLoop() != AddRecLoop)
2382         continue;
2383
2384       bool Overflow = false;
2385       Type *Ty = AddRec->getType();
2386       bool LargerThan64Bits = getTypeSizeInBits(Ty) > 64;
2387       SmallVector<const SCEV*, 7> AddRecOps;
2388       for (int x = 0, xe = AddRec->getNumOperands() +
2389              OtherAddRec->getNumOperands() - 1; x != xe && !Overflow; ++x) {
2390         const SCEV *Term = getConstant(Ty, 0);
2391         for (int y = x, ye = 2*x+1; y != ye && !Overflow; ++y) {
2392           uint64_t Coeff1 = Choose(x, 2*x - y, Overflow);
2393           for (int z = std::max(y-x, y-(int)AddRec->getNumOperands()+1),
2394                  ze = std::min(x+1, (int)OtherAddRec->getNumOperands());
2395                z < ze && !Overflow; ++z) {
2396             uint64_t Coeff2 = Choose(2*x - y, x-z, Overflow);
2397             uint64_t Coeff;
2398             if (LargerThan64Bits)
2399               Coeff = umul_ov(Coeff1, Coeff2, Overflow);
2400             else
2401               Coeff = Coeff1*Coeff2;
2402             const SCEV *CoeffTerm = getConstant(Ty, Coeff);
2403             const SCEV *Term1 = AddRec->getOperand(y-z);
2404             const SCEV *Term2 = OtherAddRec->getOperand(z);
2405             Term = getAddExpr(Term, getMulExpr(CoeffTerm, Term1,Term2));
2406           }
2407         }
2408         AddRecOps.push_back(Term);
2409       }
2410       if (!Overflow) {
2411         const SCEV *NewAddRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRec->getLoop(),
2412                                               SCEV::FlagAnyWrap);
2413         if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
2414         Ops[Idx] = NewAddRec;
2415         Ops.erase(Ops.begin() + OtherIdx); --OtherIdx;
2416         OpsModified = true;
2417         AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec);
2418         if (!AddRec)
2419           break;
2420       }
2421     }
2422     if (OpsModified)
2423       return getMulExpr(Ops);
2424
2425     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
2426     // next one.
2427   }
2428
2429   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
2430   // already have one, otherwise create a new one.
2431   FoldingSetNodeID ID;
2432   ID.AddInteger(scMulExpr);
2433   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2434     ID.AddPointer(Ops[i]);
2435   void *IP = nullptr;
2436   SCEVMulExpr *S =
2437     static_cast<SCEVMulExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2438   if (!S) {
2439     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2440     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2441     S = new (SCEVAllocator) SCEVMulExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2442                                         O, Ops.size());
2443     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2444   }
2445   S->setNoWrapFlags(Flags);
2446   return S;
2447 }
2448
2449 /// getUDivExpr - Get a canonical unsigned division expression, or something
2450 /// simpler if possible.
2451 const SCEV *ScalarEvolution::getUDivExpr(const SCEV *LHS,
2452                                          const SCEV *RHS) {
2453   assert(getEffectiveSCEVType(LHS->getType()) ==
2454          getEffectiveSCEVType(RHS->getType()) &&
2455          "SCEVUDivExpr operand types don't match!");
2456
2457   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
2458     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
2459       return LHS;                               // X udiv 1 --> x
2460     // If the denominator is zero, the result of the udiv is undefined. Don't
2461     // try to analyze it, because the resolution chosen here may differ from
2462     // the resolution chosen in other parts of the compiler.
2463     if (!RHSC->getValue()->isZero()) {
2464       // Determine if the division can be folded into the operands of
2465       // its operands.
2466       // TODO: Generalize this to non-constants by using known-bits information.
2467       Type *Ty = LHS->getType();
2468       unsigned LZ = RHSC->getValue()->getValue().countLeadingZeros();
2469       unsigned MaxShiftAmt = getTypeSizeInBits(Ty) - LZ - 1;
2470       // For non-power-of-two values, effectively round the value up to the
2471       // nearest power of two.
2472       if (!RHSC->getValue()->getValue().isPowerOf2())
2473         ++MaxShiftAmt;
2474       IntegerType *ExtTy =
2475         IntegerType::get(getContext(), getTypeSizeInBits(Ty) + MaxShiftAmt);
2476       if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
2477         if (const SCEVConstant *Step =
2478             dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*this))) {
2479           // {X,+,N}/C --> {X/C,+,N/C} if safe and N/C can be folded.
2480           const APInt &StepInt = Step->getValue()->getValue();
2481           const APInt &DivInt = RHSC->getValue()->getValue();
2482           if (!StepInt.urem(DivInt) &&
2483               getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
2484               getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
2485                             getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
2486                             AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap)) {
2487             SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2488             for (unsigned i = 0, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
2489               Operands.push_back(getUDivExpr(AR->getOperand(i), RHS));
2490             return getAddRecExpr(Operands, AR->getLoop(),
2491                                  SCEV::FlagNW);
2492           }
2493           /// Get a canonical UDivExpr for a recurrence.
2494           /// {X,+,N}/C => {Y,+,N}/C where Y=X-(X%N). Safe when C%N=0.
2495           // We can currently only fold X%N if X is constant.
2496           const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStart());
2497           if (StartC && !DivInt.urem(StepInt) &&
2498               getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
2499               getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
2500                             getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
2501                             AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap)) {
2502             const APInt &StartInt = StartC->getValue()->getValue();
2503             const APInt &StartRem = StartInt.urem(StepInt);
2504             if (StartRem != 0)
2505               LHS = getAddRecExpr(getConstant(StartInt - StartRem), Step,
2506                                   AR->getLoop(), SCEV::FlagNW);
2507           }
2508         }
2509       // (A*B)/C --> A*(B/C) if safe and B/C can be folded.
2510       if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
2511         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2512         for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i)
2513           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(M->getOperand(i), ExtTy));
2514         if (getZeroExtendExpr(M, ExtTy) == getMulExpr(Operands))
2515           // Find an operand that's safely divisible.
2516           for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2517             const SCEV *Op = M->getOperand(i);
2518             const SCEV *Div = getUDivExpr(Op, RHSC);
2519             if (!isa<SCEVUDivExpr>(Div) && getMulExpr(Div, RHSC) == Op) {
2520               Operands = SmallVector<const SCEV *, 4>(M->op_begin(),
2521                                                       M->op_end());
2522               Operands[i] = Div;
2523               return getMulExpr(Operands);
2524             }
2525           }
2526       }
2527       // (A+B)/C --> (A/C + B/C) if safe and A/C and B/C can be folded.
2528       if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS)) {
2529         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2530         for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i)
2531           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(A->getOperand(i), ExtTy));
2532         if (getZeroExtendExpr(A, ExtTy) == getAddExpr(Operands)) {
2533           Operands.clear();
2534           for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2535             const SCEV *Op = getUDivExpr(A->getOperand(i), RHS);
2536             if (isa<SCEVUDivExpr>(Op) ||
2537                 getMulExpr(Op, RHS) != A->getOperand(i))
2538               break;
2539             Operands.push_back(Op);
2540           }
2541           if (Operands.size() == A->getNumOperands())
2542             return getAddExpr(Operands);
2543         }
2544       }
2545
2546       // Fold if both operands are constant.
2547       if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
2548         Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
2549         Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
2550         return getConstant(cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getUDiv(LHSCV,
2551                                                                    RHSCV)));
2552       }
2553     }
2554   }
2555
2556   FoldingSetNodeID ID;
2557   ID.AddInteger(scUDivExpr);
2558   ID.AddPointer(LHS);
2559   ID.AddPointer(RHS);
2560   void *IP = nullptr;
2561   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2562   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUDivExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2563                                              LHS, RHS);
2564   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2565   return S;
2566 }
2567
2568 static const APInt gcd(const SCEVConstant *C1, const SCEVConstant *C2) {
2569   APInt A = C1->getValue()->getValue().abs();
2570   APInt B = C2->getValue()->getValue().abs();
2571   uint32_t ABW = A.getBitWidth();
2572   uint32_t BBW = B.getBitWidth();
2573
2574   if (ABW > BBW)
2575     B = B.zext(ABW);
2576   else if (ABW < BBW)
2577     A = A.zext(BBW);
2578
2579   return APIntOps::GreatestCommonDivisor(A, B);
2580 }
2581
2582 /// getUDivExactExpr - Get a canonical unsigned division expression, or
2583 /// something simpler if possible. There is no representation for an exact udiv
2584 /// in SCEV IR, but we can attempt to remove factors from the LHS and RHS.
2585 /// We can't do this when it's not exact because the udiv may be clearing bits.
2586 const SCEV *ScalarEvolution::getUDivExactExpr(const SCEV *LHS,
2587                                               const SCEV *RHS) {
2588   // TODO: we could try to find factors in all sorts of things, but for now we
2589   // just deal with u/exact (multiply, constant). See SCEVDivision towards the
2590   // end of this file for inspiration.
2591
2592   const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS);
2593   if (!Mul)
2594     return getUDivExpr(LHS, RHS);
2595
2596   if (const SCEVConstant *RHSCst = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
2597     // If the mulexpr multiplies by a constant, then that constant must be the
2598     // first element of the mulexpr.
2599     if (const SCEVConstant *LHSCst =
2600             dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
2601       if (LHSCst == RHSCst) {
2602         SmallVector<const SCEV *, 2> Operands;
2603         Operands.append(Mul->op_begin() + 1, Mul->op_end());
2604         return getMulExpr(Operands);
2605       }
2606
2607       // We can't just assume that LHSCst divides RHSCst cleanly, it could be
2608       // that there's a factor provided by one of the other terms. We need to
2609       // check.
2610       APInt Factor = gcd(LHSCst, RHSCst);
2611       if (!Factor.isIntN(1)) {
2612         LHSCst = cast<SCEVConstant>(
2613             getConstant(LHSCst->getValue()->getValue().udiv(Factor)));
2614         RHSCst = cast<SCEVConstant>(
2615             getConstant(RHSCst->getValue()->getValue().udiv(Factor)));
2616         SmallVector<const SCEV *, 2> Operands;
2617         Operands.push_back(LHSCst);
2618         Operands.append(Mul->op_begin() + 1, Mul->op_end());
2619         LHS = getMulExpr(Operands);
2620         RHS = RHSCst;
2621         Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS);
2622         if (!Mul)
2623           return getUDivExactExpr(LHS, RHS);
2624       }
2625     }
2626   }
2627
2628   for (int i = 0, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2629     if (Mul->getOperand(i) == RHS) {
2630       SmallVector<const SCEV *, 2> Operands;
2631       Operands.append(Mul->op_begin(), Mul->op_begin() + i);
2632       Operands.append(Mul->op_begin() + i + 1, Mul->op_end());
2633       return getMulExpr(Operands);
2634     }
2635   }
2636
2637   return getUDivExpr(LHS, RHS);
2638 }
2639
2640 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
2641 /// Simplify the expression as much as possible.
2642 const SCEV *ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEV *Start, const SCEV *Step,
2643                                            const Loop *L,
2644                                            SCEV::NoWrapFlags Flags) {
2645   SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2646   Operands.push_back(Start);
2647   if (const SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
2648     if (StepChrec->getLoop() == L) {
2649       Operands.append(StepChrec->op_begin(), StepChrec->op_end());
2650       return getAddRecExpr(Operands, L, maskFlags(Flags, SCEV::FlagNW));
2651     }
2652
2653   Operands.push_back(Step);
2654   return getAddRecExpr(Operands, L, Flags);
2655 }
2656
2657 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
2658 /// Simplify the expression as much as possible.
2659 const SCEV *
2660 ScalarEvolution::getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
2661                                const Loop *L, SCEV::NoWrapFlags Flags) {
2662   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
2663 #ifndef NDEBUG
2664   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Operands[0]->getType());
2665   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2666     assert(getEffectiveSCEVType(Operands[i]->getType()) == ETy &&
2667            "SCEVAddRecExpr operand types don't match!");
2668   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2669     assert(isLoopInvariant(Operands[i], L) &&
2670            "SCEVAddRecExpr operand is not loop-invariant!");
2671 #endif
2672
2673   if (Operands.back()->isZero()) {
2674     Operands.pop_back();
2675     return getAddRecExpr(Operands, L, SCEV::FlagAnyWrap); // {X,+,0}  -->  X
2676   }
2677
2678   // It's tempting to want to call getMaxBackedgeTakenCount count here and
2679   // use that information to infer NUW and NSW flags. However, computing a
2680   // BE count requires calling getAddRecExpr, so we may not yet have a
2681   // meaningful BE count at this point (and if we don't, we'd be stuck
2682   // with a SCEVCouldNotCompute as the cached BE count).
2683
2684   Flags = StrengthenNoWrapFlags(this, scAddRecExpr, Operands, Flags);
2685
2686   // Canonicalize nested AddRecs in by nesting them in order of loop depth.
2687   if (const SCEVAddRecExpr *NestedAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Operands[0])) {
2688     const Loop *NestedLoop = NestedAR->getLoop();
2689     if (L->contains(NestedLoop) ?
2690         (L->getLoopDepth() < NestedLoop->getLoopDepth()) :
2691         (!NestedLoop->contains(L) &&
2692          DT->dominates(L->getHeader(), NestedLoop->getHeader()))) {
2693       SmallVector<const SCEV *, 4> NestedOperands(NestedAR->op_begin(),
2694                                                   NestedAR->op_end());
2695       Operands[0] = NestedAR->getStart();
2696       // AddRecs require their operands be loop-invariant with respect to their
2697       // loops. Don't perform this transformation if it would break this
2698       // requirement.
2699       bool AllInvariant = true;
2700       for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2701         if (!isLoopInvariant(Operands[i], L)) {
2702           AllInvariant = false;
2703           break;
2704         }
2705       if (AllInvariant) {
2706         // Create a recurrence for the outer loop with the same step size.
2707         //
2708         // The outer recurrence keeps its NW flag but only keeps NUW/NSW if the
2709         // inner recurrence has the same property.
2710         SCEV::NoWrapFlags OuterFlags =
2711           maskFlags(Flags, SCEV::FlagNW | NestedAR->getNoWrapFlags());
2712
2713         NestedOperands[0] = getAddRecExpr(Operands, L, OuterFlags);
2714         AllInvariant = true;
2715         for (unsigned i = 0, e = NestedOperands.size(); i != e; ++i)
2716           if (!isLoopInvariant(NestedOperands[i], NestedLoop)) {
2717             AllInvariant = false;
2718             break;
2719           }
2720         if (AllInvariant) {
2721           // Ok, both add recurrences are valid after the transformation.
2722           //
2723           // The inner recurrence keeps its NW flag but only keeps NUW/NSW if
2724           // the outer recurrence has the same property.
2725           SCEV::NoWrapFlags InnerFlags =
2726             maskFlags(NestedAR->getNoWrapFlags(), SCEV::FlagNW | Flags);
2727           return getAddRecExpr(NestedOperands, NestedLoop, InnerFlags);
2728         }
2729       }
2730       // Reset Operands to its original state.
2731       Operands[0] = NestedAR;
2732     }
2733   }
2734
2735   // Okay, it looks like we really DO need an addrec expr.  Check to see if we
2736   // already have one, otherwise create a new one.
2737   FoldingSetNodeID ID;
2738   ID.AddInteger(scAddRecExpr);
2739   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2740     ID.AddPointer(Operands[i]);
2741   ID.AddPointer(L);
2742   void *IP = nullptr;
2743   SCEVAddRecExpr *S =
2744     static_cast<SCEVAddRecExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2745   if (!S) {
2746     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Operands.size());
2747     std::uninitialized_copy(Operands.begin(), Operands.end(), O);
2748     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddRecExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2749                                            O, Operands.size(), L);
2750     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2751   }
2752   S->setNoWrapFlags(Flags);
2753   return S;
2754 }
2755
2756 const SCEV *ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEV *LHS,
2757                                          const SCEV *RHS) {
2758   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2759   Ops.push_back(LHS);
2760   Ops.push_back(RHS);
2761   return getSMaxExpr(Ops);
2762 }
2763
2764 const SCEV *
2765 ScalarEvolution::getSMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2766   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
2767   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2768 #ifndef NDEBUG
2769   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
2770   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2771     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
2772            "SCEVSMaxExpr operand types don't match!");
2773 #endif
2774
2775   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2776   GroupByComplexity(Ops, LI);
2777
2778   // If there are any constants, fold them together.
2779   unsigned Idx = 0;
2780   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2781     ++Idx;
2782     assert(Idx < Ops.size());
2783     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2784       // We found two constants, fold them together!
2785       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2786                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
2787                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2788       Ops[0] = getConstant(Fold);
2789       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2790       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2791       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2792     }
2793
2794     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2795     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
2796       Ops.erase(Ops.begin());
2797       --Idx;
2798     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(true)) {
2799       // If we have an smax with a constant maximum-int, it will always be
2800       // maximum-int.
2801       return Ops[0];
2802     }
2803
2804     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2805   }
2806
2807   // Find the first SMax
2808   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
2809     ++Idx;
2810
2811   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
2812   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2813   if (Idx < Ops.size()) {
2814     bool DeletedSMax = false;
2815     while (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2816       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2817       Ops.append(SMax->op_begin(), SMax->op_end());
2818       DeletedSMax = true;
2819     }
2820
2821     if (DeletedSMax)
2822       return getSMaxExpr(Ops);
2823   }
2824
2825   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2826   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2827   // be adjacent.
2828   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2829     //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
2830     //  X smax Y         -->  X, if X is always greater than Y
2831     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
2832         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2833       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
2834       --i; --e;
2835     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SLE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2836       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2837       --i; --e;
2838     }
2839
2840   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2841
2842   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
2843
2844   // Okay, it looks like we really DO need an smax expr.  Check to see if we
2845   // already have one, otherwise create a new one.
2846   FoldingSetNodeID ID;
2847   ID.AddInteger(scSMaxExpr);
2848   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2849     ID.AddPointer(Ops[i]);
2850   void *IP = nullptr;
2851   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2852   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2853   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2854   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2855                                              O, Ops.size());
2856   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2857   return S;
2858 }
2859
2860 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxExpr(const SCEV *LHS,
2861                                          const SCEV *RHS) {
2862   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2863   Ops.push_back(LHS);
2864   Ops.push_back(RHS);
2865   return getUMaxExpr(Ops);
2866 }
2867
2868 const SCEV *
2869 ScalarEvolution::getUMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2870   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty umax!");
2871   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2872 #ifndef NDEBUG
2873   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
2874   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2875     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
2876            "SCEVUMaxExpr operand types don't match!");
2877 #endif
2878
2879   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2880   GroupByComplexity(Ops, LI);
2881
2882   // If there are any constants, fold them together.
2883   unsigned Idx = 0;
2884   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2885     ++Idx;
2886     assert(Idx < Ops.size());
2887     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2888       // We found two constants, fold them together!
2889       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2890                               APIntOps::umax(LHSC->getValue()->getValue(),
2891                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2892       Ops[0] = getConstant(Fold);
2893       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2894       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2895       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2896     }
2897
2898     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2899     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(false)) {
2900       Ops.erase(Ops.begin());
2901       --Idx;
2902     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(false)) {
2903       // If we have an umax with a constant maximum-int, it will always be
2904       // maximum-int.
2905       return Ops[0];
2906     }
2907
2908     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2909   }
2910
2911   // Find the first UMax
2912   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scUMaxExpr)
2913     ++Idx;
2914
2915   // Check to see if one of the operands is a UMax. If so, expand its operands
2916   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2917   if (Idx < Ops.size()) {
2918     bool DeletedUMax = false;
2919     while (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2920       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2921       Ops.append(UMax->op_begin(), UMax->op_end());
2922       DeletedUMax = true;
2923     }
2924
2925     if (DeletedUMax)
2926       return getUMaxExpr(Ops);
2927   }
2928
2929   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2930   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2931   // be adjacent.
2932   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2933     //  X umax Y umax Y  -->  X umax Y
2934     //  X umax Y         -->  X, if X is always greater than Y
2935     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
2936         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_UGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2937       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
2938       --i; --e;
2939     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_ULE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2940       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2941       --i; --e;
2942     }
2943
2944   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2945
2946   assert(!Ops.empty() && "Reduced umax down to nothing!");
2947
2948   // Okay, it looks like we really DO need a umax expr.  Check to see if we
2949   // already have one, otherwise create a new one.
2950   FoldingSetNodeID ID;
2951   ID.AddInteger(scUMaxExpr);
2952   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2953     ID.AddPointer(Ops[i]);
2954   void *IP = nullptr;
2955   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2956   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2957   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2958   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2959                                              O, Ops.size());
2960   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2961   return S;
2962 }
2963
2964 const SCEV *ScalarEvolution::getSMinExpr(const SCEV *LHS,
2965                                          const SCEV *RHS) {
2966   // ~smax(~x, ~y) == smin(x, y).
2967   return getNotSCEV(getSMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2968 }
2969
2970 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinExpr(const SCEV *LHS,
2971                                          const SCEV *RHS) {
2972   // ~umax(~x, ~y) == umin(x, y)
2973   return getNotSCEV(getUMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2974 }
2975
2976 const SCEV *ScalarEvolution::getSizeOfExpr(Type *IntTy, Type *AllocTy) {
2977   // If we have DataLayout, we can bypass creating a target-independent
2978   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
2979   // This is just a compile-time optimization.
2980   if (DL)
2981     return getConstant(IntTy, DL->getTypeAllocSize(AllocTy));
2982
2983   Constant *C = ConstantExpr::getSizeOf(AllocTy);
2984   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2985     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI))
2986       C = Folded;
2987   Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(AllocTy));
2988   assert(Ty == IntTy && "Effective SCEV type doesn't match");
2989   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2990 }
2991
2992 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(Type *IntTy,
2993                                              StructType *STy,
2994                                              unsigned FieldNo) {
2995   // If we have DataLayout, we can bypass creating a target-independent
2996   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
2997   // This is just a compile-time optimization.
2998   if (DL) {
2999     return getConstant(IntTy,
3000                        DL->getStructLayout(STy)->getElementOffset(FieldNo));
3001   }
3002
3003   Constant *C = ConstantExpr::getOffsetOf(STy, FieldNo);
3004   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
3005     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI))
3006       C = Folded;
3007
3008   Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(STy));
3009   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
3010 }
3011
3012 const SCEV *ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
3013   // Don't attempt to do anything other than create a SCEVUnknown object
3014   // here.  createSCEV only calls getUnknown after checking for all other
3015   // interesting possibilities, and any other code that calls getUnknown
3016   // is doing so in order to hide a value from SCEV canonicalization.
3017
3018   FoldingSetNodeID ID;
3019   ID.AddInteger(scUnknown);
3020   ID.AddPointer(V);
3021   void *IP = nullptr;
3022   if (SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) {
3023     assert(cast<SCEVUnknown>(S)->getValue() == V &&
3024            "Stale SCEVUnknown in uniquing map!");
3025     return S;
3026   }
3027   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUnknown(ID.Intern(SCEVAllocator), V, this,
3028                                             FirstUnknown);
3029   FirstUnknown = cast<SCEVUnknown>(S);
3030   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
3031   return S;
3032 }
3033
3034 //===----------------------------------------------------------------------===//
3035 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
3036 //
3037
3038 /// isSCEVable - Test if values of the given type are analyzable within
3039 /// the SCEV framework. This primarily includes integer types, and it
3040 /// can optionally include pointer types if the ScalarEvolution class
3041 /// has access to target-specific information.
3042 bool ScalarEvolution::isSCEVable(Type *Ty) const {
3043   // Integers and pointers are always SCEVable.
3044   return Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy();
3045 }
3046
3047 /// getTypeSizeInBits - Return the size in bits of the specified type,
3048 /// for which isSCEVable must return true.
3049 uint64_t ScalarEvolution::getTypeSizeInBits(Type *Ty) const {
3050   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
3051
3052   // If we have a DataLayout, use it!
3053   if (DL)
3054     return DL->getTypeSizeInBits(Ty);
3055
3056   // Integer types have fixed sizes.
3057   if (Ty->isIntegerTy())
3058     return Ty->getPrimitiveSizeInBits();
3059
3060   // The only other support type is pointer. Without DataLayout, conservatively
3061   // assume pointers are 64-bit.
3062   assert(Ty->isPointerTy() && "isSCEVable permitted a non-SCEVable type!");
3063   return 64;
3064 }
3065
3066 /// getEffectiveSCEVType - Return a type with the same bitwidth as
3067 /// the given type and which represents how SCEV will treat the given
3068 /// type, for which isSCEVable must return true. For pointer types,
3069 /// this is the pointer-sized integer type.
3070 Type *ScalarEvolution::getEffectiveSCEVType(Type *Ty) const {
3071   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
3072
3073   if (Ty->isIntegerTy()) {
3074     return Ty;
3075   }
3076
3077   // The only other support type is pointer.
3078   assert(Ty->isPointerTy() && "Unexpected non-pointer non-integer type!");
3079
3080   if (DL)
3081     return DL->getIntPtrType(Ty);
3082
3083   // Without DataLayout, conservatively assume pointers are 64-bit.
3084   return Type::getInt64Ty(getContext());
3085 }
3086
3087 const SCEV *ScalarEvolution::getCouldNotCompute() {
3088   return &CouldNotCompute;
3089 }
3090
3091 namespace {
3092   // Helper class working with SCEVTraversal to figure out if a SCEV contains
3093   // a SCEVUnknown with null value-pointer. FindInvalidSCEVUnknown::FindOne
3094   // is set iff if find such SCEVUnknown.
3095   //
3096   struct FindInvalidSCEVUnknown {
3097     bool FindOne;
3098     FindInvalidSCEVUnknown() { FindOne = false; }
3099     bool follow(const SCEV *S) {
3100       switch (static_cast<SCEVTypes>(S->getSCEVType())) {
3101       case scConstant:
3102         return false;
3103       case scUnknown:
3104         if (!cast<SCEVUnknown>(S)->getValue())
3105           FindOne = true;
3106         return false;
3107       default:
3108         return true;
3109       }
3110     }
3111     bool isDone() const { return FindOne; }
3112   };
3113 }
3114
3115 bool ScalarEvolution::checkValidity(const SCEV *S) const {
3116   FindInvalidSCEVUnknown F;
3117   SCEVTraversal<FindInvalidSCEVUnknown> ST(F);
3118   ST.visitAll(S);
3119
3120   return !F.FindOne;
3121 }
3122
3123 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
3124 /// expression and create a new one.
3125 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) {
3126   assert(isSCEVable(V->getType()) && "Value is not SCEVable!");
3127
3128   ValueExprMapType::iterator I = ValueExprMap.find_as(V);
3129   if (I != ValueExprMap.end()) {
3130     const SCEV *S = I->second;
3131     if (checkValidity(S))
3132       return S;
3133     else
3134       ValueExprMap.erase(I);
3135   }
3136   const SCEV *S = createSCEV(V);
3137
3138   // The process of creating a SCEV for V may have caused other SCEVs
3139   // to have been created, so it's necessary to insert the new entry
3140   // from scratch, rather than trying to remember the insert position
3141   // above.
3142   ValueExprMap.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(V, this), S));
3143   return S;
3144 }
3145
3146 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
3147 ///
3148 const SCEV *ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEV *V) {
3149   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
3150     return getConstant(
3151                cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue())));
3152
3153   Type *Ty = V->getType();
3154   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
3155   return getMulExpr(V,
3156                   getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty))));
3157 }
3158
3159 /// getNotSCEV - Return a SCEV corresponding to ~V = -1-V
3160 const SCEV *ScalarEvolution::getNotSCEV(const SCEV *V) {
3161   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
3162     return getConstant(
3163                 cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(VC->getValue())));
3164
3165   Type *Ty = V->getType();
3166   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
3167   const SCEV *AllOnes =
3168                    getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty)));
3169   return getMinusSCEV(AllOnes, V);
3170 }
3171
3172 /// getMinusSCEV - Return LHS-RHS.  Minus is represented in SCEV as A+B*-1.
3173 const SCEV *ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
3174                                           SCEV::NoWrapFlags Flags) {
3175   assert(!maskFlags(Flags, SCEV::FlagNUW) && "subtraction does not have NUW");
3176
3177   // Fast path: X - X --> 0.
3178   if (LHS == RHS)
3179     return getConstant(LHS->getType(), 0);
3180
3181   // X - Y --> X + -Y.
3182   // X -(nsw || nuw) Y --> X + -Y.
3183   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS));
3184 }
3185
3186 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3187 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
3188 /// extended.
3189 const SCEV *
3190 ScalarEvolution::getTruncateOrZeroExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
3191   Type *SrcTy = V->getType();
3192   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3193          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3194          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
3195   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3196     return V;  // No conversion
3197   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
3198     return getTruncateExpr(V, Ty);
3199   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
3200 }
3201
3202 /// getTruncateOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3203 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
3204 /// extended.
3205 const SCEV *
3206 ScalarEvolution::getTruncateOrSignExtend(const SCEV *V,
3207                                          Type *Ty) {
3208   Type *SrcTy = V->getType();
3209   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3210          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3211          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
3212   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3213     return V;  // No conversion
3214   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
3215     return getTruncateExpr(V, Ty);
3216   return getSignExtendExpr(V, Ty);
3217 }
3218
3219 /// getNoopOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3220 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
3221 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
3222 const SCEV *
3223 ScalarEvolution::getNoopOrZeroExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
3224   Type *SrcTy = V->getType();
3225   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3226          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3227          "Cannot noop or zero extend with non-integer arguments!");
3228   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
3229          "getNoopOrZeroExtend cannot truncate!");
3230   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3231     return V;  // No conversion
3232   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
3233 }
3234
3235 /// getNoopOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3236 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
3237 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
3238 const SCEV *
3239 ScalarEvolution::getNoopOrSignExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
3240   Type *SrcTy = V->getType();
3241   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3242          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3243          "Cannot noop or sign extend with non-integer arguments!");
3244   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
3245          "getNoopOrSignExtend cannot truncate!");
3246   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3247     return V;  // No conversion
3248   return getSignExtendExpr(V, Ty);
3249 }
3250
3251 /// getNoopOrAnyExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
3252 /// the input value to the specified type. If the type must be extended,
3253 /// it is extended with unspecified bits. The conversion must not be
3254 /// narrowing.
3255 const SCEV *
3256 ScalarEvolution::getNoopOrAnyExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
3257   Type *SrcTy = V->getType();
3258   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3259          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3260          "Cannot noop or any extend with non-integer arguments!");
3261   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
3262          "getNoopOrAnyExtend cannot truncate!");
3263   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3264     return V;  // No conversion
3265   return getAnyExtendExpr(V, Ty);
3266 }
3267
3268 /// getTruncateOrNoop - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3269 /// input value to the specified type.  The conversion must not be widening.
3270 const SCEV *
3271 ScalarEvolution::getTruncateOrNoop(const SCEV *V, Type *Ty) {
3272   Type *SrcTy = V->getType();
3273   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3274          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3275          "Cannot truncate or noop with non-integer arguments!");
3276   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) >= getTypeSizeInBits(Ty) &&
3277          "getTruncateOrNoop cannot extend!");
3278   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3279     return V;  // No conversion
3280   return getTruncateExpr(V, Ty);
3281 }
3282
3283 /// getUMaxFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
3284 /// the types using zero-extension, and then perform a umax operation
3285 /// with them.
3286 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
3287                                                         const SCEV *RHS) {
3288   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
3289   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
3290
3291   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
3292     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
3293   else
3294     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
3295
3296   return getUMaxExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
3297 }
3298
3299 /// getUMinFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
3300 /// the types using zero-extension, and then perform a umin operation
3301 /// with them.
3302 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
3303                                                         const SCEV *RHS) {
3304   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
3305   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
3306
3307   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
3308     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
3309   else
3310     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
3311
3312   return getUMinExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
3313 }
3314
3315 /// getPointerBase - Transitively follow the chain of pointer-type operands
3316 /// until reaching a SCEV that does not have a single pointer operand. This
3317 /// returns a SCEVUnknown pointer for well-formed pointer-type expressions,
3318 /// but corner cases do exist.
3319 const SCEV *ScalarEvolution::getPointerBase(const SCEV *V) {
3320   // A pointer operand may evaluate to a nonpointer expression, such as null.
3321   if (!V->getType()->isPointerTy())
3322     return V;
3323
3324   if (const SCEVCastExpr *Cast = dyn_cast<SCEVCastExpr>(V)) {
3325     return getPointerBase(Cast->getOperand());
3326   }
3327   else if (const SCEVNAryExpr *NAry = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(V)) {
3328     const SCEV *PtrOp = nullptr;
3329     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
3330          I != E; ++I) {
3331       if ((*I)->getType()->isPointerTy()) {
3332         // Cannot find the base of an expression with multiple pointer operands.
3333         if (PtrOp)
3334           return V;
3335         PtrOp = *I;
3336       }
3337     }
3338     if (!PtrOp)
3339       return V;
3340     return getPointerBase(PtrOp);
3341   }
3342   return V;
3343 }
3344
3345 /// PushDefUseChildren - Push users of the given Instruction
3346 /// onto the given Worklist.
3347 static void
3348 PushDefUseChildren(Instruction *I,
3349                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
3350   // Push the def-use children onto the Worklist stack.
3351   for (User *U : I->users())
3352     Worklist.push_back(cast<Instruction>(U));
3353 }
3354
3355 /// ForgetSymbolicValue - This looks up computed SCEV values for all
3356 /// instructions that depend on the given instruction and removes them from
3357 /// the ValueExprMapType map if they reference SymName. This is used during PHI
3358 /// resolution.
3359 void
3360 ScalarEvolution::ForgetSymbolicName(Instruction *PN, const SCEV *SymName) {
3361   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3362   PushDefUseChildren(PN, Worklist);
3363
3364   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3365   Visited.insert(PN);
3366   while (!Worklist.empty()) {
3367     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3368     if (!Visited.insert(I).second)
3369       continue;
3370
3371     ValueExprMapType::iterator It =
3372       ValueExprMap.find_as(static_cast<Value *>(I));
3373     if (It != ValueExprMap.end()) {
3374       const SCEV *Old = It->second;
3375
3376       // Short-circuit the def-use traversal if the symbolic name
3377       // ceases to appear in expressions.
3378       if (Old != SymName && !hasOperand(Old, SymName))
3379         continue;
3380
3381       // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
3382       // structure, it's a PHI that's in the progress of being computed
3383       // by createNodeForPHI, or it's a single-value PHI. In the first case,
3384       // additional loop trip count information isn't going to change anything.
3385       // In the second case, createNodeForPHI will perform the necessary
3386       // updates on its own when it gets to that point. In the third, we do
3387       // want to forget the SCEVUnknown.
3388       if (!isa<PHINode>(I) ||
3389           !isa<SCEVUnknown>(Old) ||
3390           (I != PN && Old == SymName)) {
3391         forgetMemoizedResults(Old);
3392         ValueExprMap.erase(It);
3393       }
3394     }
3395
3396     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3397   }
3398 }
3399
3400 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
3401 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
3402 ///
3403 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
3404   if (const Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent()))
3405     if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
3406       // The loop may have multiple entrances or multiple exits; we can analyze
3407       // this phi as an addrec if it has a unique entry value and a unique
3408       // backedge value.
3409       Value *BEValueV = nullptr, *StartValueV = nullptr;
3410       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
3411         Value *V = PN->getIncomingValue(i);
3412         if (L->contains(PN->getIncomingBlock(i))) {
3413           if (!BEValueV) {
3414             BEValueV = V;
3415           } else if (BEValueV != V) {
3416             BEValueV = nullptr;
3417             break;
3418           }
3419         } else if (!StartValueV) {
3420           StartValueV = V;
3421         } else if (StartValueV != V) {
3422           StartValueV = nullptr;
3423           break;
3424         }
3425       }
3426       if (BEValueV && StartValueV) {
3427         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
3428         const SCEV *SymbolicName = getUnknown(PN);
3429         assert(ValueExprMap.find_as(PN) == ValueExprMap.end() &&
3430                "PHI node already processed?");
3431         ValueExprMap.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(PN, this), SymbolicName));
3432
3433         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
3434         // the back-edge.
3435         const SCEV *BEValue = getSCEV(BEValueV);
3436
3437         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
3438         // has a special value for the first iteration of the loop.
3439
3440         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
3441         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
3442         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
3443           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
3444           // with a recurrence.
3445           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
3446           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3447             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
3448               if (FoundIndex == e) {
3449                 FoundIndex = i;
3450                 break;
3451               }
3452
3453           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
3454             // Create an add with everything but the specified operand.
3455             SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
3456             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3457               if (i != FoundIndex)
3458                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
3459             const SCEV *Accum = getAddExpr(Ops);
3460
3461             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
3462             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
3463             if (isLoopInvariant(Accum, L) ||
3464                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
3465                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
3466               SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap;
3467
3468               // If the increment doesn't overflow, then neither the addrec nor
3469               // the post-increment will overflow.
3470               if (const AddOperator *OBO = dyn_cast<AddOperator>(BEValueV)) {
3471                 if (OBO->hasNoUnsignedWrap())
3472                   Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNUW);
3473                 if (OBO->hasNoSignedWrap())
3474                   Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNSW);
3475               } else if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(BEValueV)) {
3476                 // If the increment is an inbounds GEP, then we know the address
3477                 // space cannot be wrapped around. We cannot make any guarantee
3478                 // about signed or unsigned overflow because pointers are
3479                 // unsigned but we may have a negative index from the base
3480                 // pointer. We can guarantee that no unsigned wrap occurs if the
3481                 // indices form a positive value.
3482                 if (GEP->isInBounds()) {
3483                   Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNW);
3484
3485                   const SCEV *Ptr = getSCEV(GEP->getPointerOperand());
3486                   if (isKnownPositive(getMinusSCEV(getSCEV(GEP), Ptr)))
3487                     Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNUW);
3488                 }
3489
3490                 // We cannot transfer nuw and nsw flags from subtraction
3491                 // operations -- sub nuw X, Y is not the same as add nuw X, -Y
3492                 // for instance.
3493               }
3494
3495               const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
3496               const SCEV *PHISCEV = getAddRecExpr(StartVal, Accum, L, Flags);
3497
3498               // Since the no-wrap flags are on the increment, they apply to the
3499               // post-incremented value as well.
3500               if (isLoopInvariant(Accum, L))
3501                 (void)getAddRecExpr(getAddExpr(StartVal, Accum),
3502                                     Accum, L, Flags);
3503
3504               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
3505               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
3506               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
3507               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
3508               ValueExprMap[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
3509               return PHISCEV;
3510             }
3511           }
3512         } else if (const SCEVAddRecExpr *AddRec =
3513                      dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
3514           // Otherwise, this could be a loop like this:
3515           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
3516           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
3517           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
3518           // i really is an addrec evolution.
3519           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
3520             const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
3521
3522             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
3523             // initial step of the addrec evolution.
3524             if (StartVal == getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
3525                                          AddRec->getOperand(1))) {
3526               // FIXME: For constant StartVal, we should be able to infer
3527               // no-wrap flags.
3528               const SCEV *PHISCEV =
3529                 getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1), L,
3530                               SCEV::FlagAnyWrap);
3531
3532               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
3533               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
3534               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
3535               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
3536               ValueExprMap[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
3537               return PHISCEV;
3538             }
3539           }
3540         }
3541       }
3542     }
3543
3544   // If the PHI has a single incoming value, follow that value, unless the
3545   // PHI's incoming blocks are in a different loop, in which case doing so
3546   // risks breaking LCSSA form. Instcombine would normally zap these, but
3547   // it doesn't have DominatorTree information, so it may miss cases.
3548   if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, DL, TLI, DT, AC))
3549     if (LI->replacementPreservesLCSSAForm(PN, V))
3550       return getSCEV(V);
3551
3552   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
3553   return getUnknown(PN);
3554 }
3555
3556 /// createNodeForGEP - Expand GEP instructions into add and multiply
3557 /// operations. This allows them to be analyzed by regular SCEV code.
3558 ///
3559 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForGEP(GEPOperator *GEP) {
3560   Type *IntPtrTy = getEffectiveSCEVType(GEP->getType());
3561   Value *Base = GEP->getOperand(0);
3562   // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
3563   if (!Base->getType()->getPointerElementType()->isSized())
3564     return getUnknown(GEP);
3565
3566   // Don't blindly transfer the inbounds flag from the GEP instruction to the
3567   // Add expression, because the Instruction may be guarded by control flow
3568   // and the no-overflow bits may not be valid for the expression in any
3569   // context.
3570   SCEV::NoWrapFlags Wrap = GEP->isInBounds() ? SCEV::FlagNSW : SCEV::FlagAnyWrap;
3571
3572   const SCEV *TotalOffset = getConstant(IntPtrTy, 0);
3573   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
3574   for (GetElementPtrInst::op_iterator I = std::next(GEP->op_begin()),
3575                                       E = GEP->op_end();
3576        I != E; ++I) {
3577     Value *Index = *I;
3578     // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
3579     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
3580       // For a struct, add the member offset.
3581       unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
3582       const SCEV *FieldOffset = getOffsetOfExpr(IntPtrTy, STy, FieldNo);
3583
3584       // Add the field offset to the running total offset.
3585       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, FieldOffset);
3586     } else {
3587       // For an array, add the element offset, explicitly scaled.
3588       const SCEV *ElementSize = getSizeOfExpr(IntPtrTy, *GTI);
3589       const SCEV *IndexS = getSCEV(Index);
3590       // Getelementptr indices are signed.
3591       IndexS = getTruncateOrSignExtend(IndexS, IntPtrTy);
3592
3593       // Multiply the index by the element size to compute the element offset.
3594       const SCEV *LocalOffset = getMulExpr(IndexS, ElementSize, Wrap);
3595
3596       // Add the element offset to the running total offset.
3597       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, LocalOffset);
3598     }
3599   }
3600
3601   // Get the SCEV for the GEP base.
3602   const SCEV *BaseS = getSCEV(Base);
3603
3604   // Add the total offset from all the GEP indices to the base.
3605   return getAddExpr(BaseS, TotalOffset, Wrap);
3606 }
3607
3608 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
3609 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
3610 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
3611 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
3612 uint32_t
3613 ScalarEvolution::GetMinTrailingZeros(const SCEV *S) {
3614   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3615     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
3616
3617   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
3618     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand()),
3619                     (uint32_t)getTypeSizeInBits(T->getType()));
3620
3621   if (const SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3622     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
3623     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
3624              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
3625   }
3626
3627   if (const SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3628     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
3629     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
3630              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
3631   }
3632
3633   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3634     // The result is the min of all operands results.
3635     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
3636     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
3637       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
3638     return MinOpRes;
3639   }
3640
3641   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3642     // The result is the sum of all operands results.
3643     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
3644     uint32_t BitWidth = getTypeSizeInBits(M->getType());
3645     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
3646          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
3647       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)),
3648                           BitWidth);
3649     return SumOpRes;
3650   }
3651
3652   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3653     // The result is the min of all operands results.
3654     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
3655     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
3656       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
3657     return MinOpRes;
3658   }
3659
3660   if (const SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3661     // The result is the min of all operands results.
3662     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
3663     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
3664       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
3665     return MinOpRes;
3666   }
3667
3668   if (const SCEVUMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3669     // The result is the min of all operands results.
3670     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
3671     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
3672       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
3673     return MinOpRes;
3674   }
3675
3676   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3677     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3678     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
3679     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
3680     computeKnownBits(U->getValue(), Zeros, Ones, DL, 0, AC, nullptr, DT);
3681     return Zeros.countTrailingOnes();
3682   }
3683
3684   // SCEVUDivExpr
3685   return 0;
3686 }
3687
3688 /// GetRangeFromMetadata - Helper method to assign a range to V from
3689 /// metadata present in the IR.
3690 static Optional<ConstantRange> GetRangeFromMetadata(Value *V) {
3691   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
3692     if (MDNode *MD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_range)) {
3693       ConstantRange TotalRange(
3694           cast<IntegerType>(I->getType())->getBitWidth(), false);
3695
3696       unsigned NumRanges = MD->getNumOperands() / 2;
3697       assert(NumRanges >= 1);
3698
3699       for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
3700         ConstantInt *Lower =
3701             mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(2 * i + 0));
3702         ConstantInt *Upper =
3703             mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(2 * i + 1));
3704         ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
3705         TotalRange = TotalRange.unionWith(Range);
3706       }
3707
3708       return TotalRange;
3709     }
3710   }
3711
3712   return None;
3713 }
3714
3715 /// getUnsignedRange - Determine the unsigned range for a particular SCEV.
3716 ///
3717 ConstantRange
3718 ScalarEvolution::getUnsignedRange(const SCEV *S) {
3719   // See if we've computed this range already.
3720   DenseMap<const SCEV *, ConstantRange>::iterator I = UnsignedRanges.find(S);
3721   if (I != UnsignedRanges.end())
3722     return I->second;
3723
3724   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3725     return setUnsignedRange(C, ConstantRange(C->getValue()->getValue()));
3726
3727   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
3728   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
3729
3730   // If the value has known zeros, the maximum unsigned value will have those
3731   // known zeros as well.
3732   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
3733   if (TZ != 0)
3734     ConservativeResult =
3735       ConstantRange(APInt::getMinValue(BitWidth),
3736                     APInt::getMaxValue(BitWidth).lshr(TZ).shl(TZ) + 1);
3737
3738   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3739     ConstantRange X = getUnsignedRange(Add->getOperand(0));
3740     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3741       X = X.add(getUnsignedRange(Add->getOperand(i)));
3742     return setUnsignedRange(Add, ConservativeResult.intersectWith(X));
3743   }
3744
3745   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3746     ConstantRange X = getUnsignedRange(Mul->getOperand(0));
3747     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
3748       X = X.multiply(getUnsignedRange(Mul->getOperand(i)));
3749     return setUnsignedRange(Mul, ConservativeResult.intersectWith(X));
3750   }
3751
3752   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3753     ConstantRange X = getUnsignedRange(SMax->getOperand(0));
3754     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3755       X = X.smax(getUnsignedRange(SMax->getOperand(i)));
3756     return setUnsignedRange(SMax, ConservativeResult.intersectWith(X));
3757   }
3758
3759   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3760     ConstantRange X = getUnsignedRange(UMax->getOperand(0));
3761     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3762       X = X.umax(getUnsignedRange(UMax->getOperand(i)));
3763     return setUnsignedRange(UMax, ConservativeResult.intersectWith(X));
3764   }
3765
3766   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3767     ConstantRange X = getUnsignedRange(UDiv->getLHS());
3768     ConstantRange Y = getUnsignedRange(UDiv->getRHS());
3769     return setUnsignedRange(UDiv, ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y)));
3770   }
3771
3772   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3773     ConstantRange X = getUnsignedRange(ZExt->getOperand());
3774     return setUnsignedRange(ZExt,
3775       ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth)));
3776   }
3777
3778   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3779     ConstantRange X = getUnsignedRange(SExt->getOperand());
3780     return setUnsignedRange(SExt,
3781       ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth)));
3782   }
3783
3784   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
3785     ConstantRange X = getUnsignedRange(Trunc->getOperand());
3786     return setUnsignedRange(Trunc,
3787       ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth)));
3788   }
3789
3790   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3791     // If there's no unsigned wrap, the value will never be less than its
3792     // initial value.
3793     if (AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW))
3794       if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getStart()))
3795         if (!C->getValue()->isZero())
3796           ConservativeResult =
3797             ConservativeResult.intersectWith(
3798               ConstantRange(C->getValue()->getValue(), APInt(BitWidth, 0)));
3799
3800     // TODO: non-affine addrec
3801     if (AddRec->isAffine()) {
3802       Type *Ty = AddRec->getType();
3803       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
3804       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
3805           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
3806         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
3807
3808         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
3809         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
3810
3811         ConstantRange StartRange = getUnsignedRange(Start);
3812         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
3813         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
3814         ConstantRange EndRange =
3815           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
3816
3817         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
3818         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
3819         // checking code.
3820         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3821         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3822         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
3823           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3824         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3825         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
3826             ExtEndRange)
3827           return setUnsignedRange(AddRec, ConservativeResult);
3828
3829         APInt Min = APIntOps::umin(StartRange.getUnsignedMin(),
3830                                    EndRange.getUnsignedMin());
3831         APInt Max = APIntOps::umax(StartRange.getUnsignedMax(),
3832                                    EndRange.getUnsignedMax());
3833         if (Min.isMinValue() && Max.isMaxValue())
3834           return setUnsignedRange(AddRec, ConservativeResult);
3835         return setUnsignedRange(AddRec,
3836           ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1)));
3837       }
3838     }
3839
3840     return setUnsignedRange(AddRec, ConservativeResult);
3841   }
3842
3843   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3844     // Check if the IR explicitly contains !range metadata.
3845     Optional<ConstantRange> MDRange = GetRangeFromMetadata(U->getValue());
3846     if (MDRange.hasValue())
3847       ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(MDRange.getValue());
3848
3849     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3850     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
3851     computeKnownBits(U->getValue(), Zeros, Ones, DL, 0, AC, nullptr, DT);
3852     if (Ones == ~Zeros + 1)
3853       return setUnsignedRange(U, ConservativeResult);
3854     return setUnsignedRange(U,
3855       ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Ones, ~Zeros + 1)));
3856   }
3857
3858   return setUnsignedRange(S, ConservativeResult);
3859 }
3860
3861 /// getSignedRange - Determine the signed range for a particular SCEV.
3862 ///
3863 ConstantRange
3864 ScalarEvolution::getSignedRange(const SCEV *S) {
3865   // See if we've computed this range already.
3866   DenseMap<const SCEV *, ConstantRange>::iterator I = SignedRanges.find(S);
3867   if (I != SignedRanges.end())
3868     return I->second;
3869
3870   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3871     return setSignedRange(C, ConstantRange(C->getValue()->getValue()));
3872
3873   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
3874   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
3875
3876   // If the value has known zeros, the maximum signed value will have those
3877   // known zeros as well.
3878   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
3879   if (TZ != 0)
3880     ConservativeResult =
3881       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3882                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(TZ).shl(TZ) + 1);
3883
3884   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3885     ConstantRange X = getSignedRange(Add->getOperand(0));
3886     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3887       X = X.add(getSignedRange(Add->getOperand(i)));
3888     return setSignedRange(Add, ConservativeResult.intersectWith(X));
3889   }
3890
3891   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3892     ConstantRange X = getSignedRange(Mul->getOperand(0));
3893     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
3894       X = X.multiply(getSignedRange(Mul->getOperand(i)));
3895     return setSignedRange(Mul, ConservativeResult.intersectWith(X));
3896   }
3897
3898   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3899     ConstantRange X = getSignedRange(SMax->getOperand(0));
3900     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3901       X = X.smax(getSignedRange(SMax->getOperand(i)));
3902     return setSignedRange(SMax, ConservativeResult.intersectWith(X));
3903   }
3904
3905   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3906     ConstantRange X = getSignedRange(UMax->getOperand(0));
3907     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3908       X = X.umax(getSignedRange(UMax->getOperand(i)));
3909     return setSignedRange(UMax, ConservativeResult.intersectWith(X));
3910   }
3911
3912   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3913     ConstantRange X = getSignedRange(UDiv->getLHS());
3914     ConstantRange Y = getSignedRange(UDiv->getRHS());
3915     return setSignedRange(UDiv, ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y)));
3916   }
3917
3918   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3919     ConstantRange X = getSignedRange(ZExt->getOperand());
3920     return setSignedRange(ZExt,
3921       ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth)));
3922   }
3923
3924   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3925     ConstantRange X = getSignedRange(SExt->getOperand());
3926     return setSignedRange(SExt,
3927       ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth)));
3928   }
3929
3930   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
3931     ConstantRange X = getSignedRange(Trunc->getOperand());
3932     return setSignedRange(Trunc,
3933       ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth)));
3934   }
3935
3936   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3937     // If there's no signed wrap, and all the operands have the same sign or
3938     // zero, the value won't ever change sign.
3939     if (AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW)) {
3940       bool AllNonNeg = true;
3941       bool AllNonPos = true;
3942       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3943         if (!isKnownNonNegative(AddRec->getOperand(i))) AllNonNeg = false;
3944         if (!isKnownNonPositive(AddRec->getOperand(i))) AllNonPos = false;
3945       }
3946       if (AllNonNeg)
3947         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3948           ConstantRange(APInt(BitWidth, 0),
3949                         APInt::getSignedMinValue(BitWidth)));
3950       else if (AllNonPos)
3951         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3952           ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3953                         APInt(BitWidth, 1)));
3954     }
3955
3956     // TODO: non-affine addrec
3957     if (AddRec->isAffine()) {
3958       Type *Ty = AddRec->getType();
3959       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
3960       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
3961           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
3962         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
3963
3964         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
3965         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
3966
3967         ConstantRange StartRange = getSignedRange(Start);
3968         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
3969         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
3970         ConstantRange EndRange =
3971           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
3972
3973         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
3974         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
3975         // checking code.
3976         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3977         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3978         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
3979           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3980         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3981         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
3982             ExtEndRange)
3983           return setSignedRange(AddRec, ConservativeResult);
3984
3985         APInt Min = APIntOps::smin(StartRange.getSignedMin(),
3986                                    EndRange.getSignedMin());
3987         APInt Max = APIntOps::smax(StartRange.getSignedMax(),
3988                                    EndRange.getSignedMax());
3989         if (Min.isMinSignedValue() && Max.isMaxSignedValue())
3990           return setSignedRange(AddRec, ConservativeResult);
3991         return setSignedRange(AddRec,
3992           ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1)));
3993       }
3994     }
3995
3996     return setSignedRange(AddRec, ConservativeResult);
3997   }
3998
3999   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
4000     // Check if the IR explicitly contains !range metadata.
4001     Optional<ConstantRange> MDRange = GetRangeFromMetadata(U->getValue());
4002     if (MDRange.hasValue())
4003       ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(MDRange.getValue());
4004
4005     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
4006     if (!U->getValue()->getType()->isIntegerTy() && !DL)
4007       return setSignedRange(U, ConservativeResult);
4008     unsigned NS = ComputeNumSignBits(U->getValue(), DL, 0, AC, nullptr, DT);
4009     if (NS <= 1)
4010       return setSignedRange(U, ConservativeResult);
4011     return setSignedRange(U, ConservativeResult.intersectWith(
4012       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth).ashr(NS - 1),
4013                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(NS - 1)+1)));
4014   }
4015
4016   return setSignedRange(S, ConservativeResult);
4017 }
4018
4019 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
4020 /// Analyze the expression.
4021 ///
4022 const SCEV *ScalarEvolution::createSCEV(Value *V) {
4023   if (!isSCEVable(V->getType()))
4024     return getUnknown(V);
4025
4026   unsigned Opcode = Instruction::UserOp1;
4027   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
4028     Opcode = I->getOpcode();
4029
4030     // Don't attempt to analyze instructions in blocks that aren't
4031     // reachable. Such instructions don't matter, and they aren't required
4032     // to obey basic rules for definitions dominating uses which this
4033     // analysis depends on.
4034     if (!DT->isReachableFromEntry(I->getParent()))
4035       return getUnknown(V);
4036   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
4037     Opcode = CE->getOpcode();
4038   else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
4039     return getConstant(CI);
4040   else if (isa<ConstantPointerNull>(V))
4041     return getConstant(V->getType(), 0);
4042   else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V))
4043     return GA->mayBeOverridden() ? getUnknown(V) : getSCEV(GA->getAliasee());
4044   else
4045     return getUnknown(V);
4046
4047   Operator *U = cast<Operator>(V);
4048   switch (Opcode) {
4049   case Instruction::Add: {
4050     // The simple thing to do would be to just call getSCEV on both operands
4051     // and call getAddExpr with the result. However if we're looking at a
4052     // bunch of things all added together, this can be quite inefficient,
4053     // because it leads to N-1 getAddExpr calls for N ultimate operands.
4054     // Instead, gather up all the operands and make a single getAddExpr call.
4055     // LLVM IR canonical form means we need only traverse the left operands.
4056     //
4057     // Don't apply this instruction's NSW or NUW flags to the new
4058     // expression. The instruction may be guarded by control flow that the
4059     // no-wrap behavior depends on. Non-control-equivalent instructions can be
4060     // mapped to the same SCEV expression, and it would be incorrect to transfer
4061     // NSW/NUW semantics to those operations.
4062     SmallVector<const SCEV *, 4> AddOps;
4063     AddOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
4064     for (Value *Op = U->getOperand(0); ; Op = U->getOperand(0)) {
4065       unsigned Opcode = Op->getValueID() - Value::InstructionVal;
4066       if (Opcode != Instruction::Add && Opcode != Instruction::Sub)
4067         break;
4068       U = cast<Operator>(Op);
4069       const SCEV *Op1 = getSCEV(U->getOperand(1));
4070       if (Opcode == Instruction::Sub)
4071         AddOps.push_back(getNegativeSCEV(Op1));
4072       else
4073         AddOps.push_back(Op1);
4074     }
4075     AddOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(0)));
4076     return getAddExpr(AddOps);
4077   }
4078   case Instruction::Mul: {
4079     // Don't transfer NSW/NUW for the same reason as AddExpr.
4080     SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps;
4081     MulOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
4082     for (Value *Op = U->getOperand(0);
4083          Op->getValueID() == Instruction::Mul + Value::InstructionVal;
4084          Op = U->getOperand(0)) {
4085       U = cast<Operator>(Op);
4086       MulOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
4087     }
4088     MulOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(0)));
4089     return getMulExpr(MulOps);
4090   }
4091   case Instruction::UDiv:
4092     return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
4093                        getSCEV(U->getOperand(1)));
4094   case Instruction::Sub:
4095     return getMinusSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)),
4096                         getSCEV(U->getOperand(1)));
4097   case Instruction::And:
4098     // For an expression like x&255 that merely masks off the high bits,
4099     // use zext(trunc(x)) as the SCEV expression.
4100     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4101       if (CI->isNullValue())
4102         return getSCEV(U->getOperand(1));
4103       if (CI->isAllOnesValue())
4104         return getSCEV(U->getOperand(0));
4105       const APInt &A = CI->getValue();
4106
4107       // Instcombine's ShrinkDemandedConstant may strip bits out of
4108       // constants, obscuring what would otherwise be a low-bits mask.
4109       // Use computeKnownBits to compute what ShrinkDemandedConstant
4110       // knew about to reconstruct a low-bits mask value.
4111       unsigned LZ = A.countLeadingZeros();
4112       unsigned TZ = A.countTrailingZeros();
4113       unsigned BitWidth = A.getBitWidth();
4114       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
4115       computeKnownBits(U->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, 0, AC,
4116                        nullptr, DT);
4117
4118       APInt EffectiveMask =
4119           APInt::getLowBitsSet(BitWidth, BitWidth - LZ - TZ).shl(TZ);
4120       if ((LZ != 0 || TZ != 0) && !((~A & ~KnownZero) & EffectiveMask)) {
4121         const SCEV *MulCount = getConstant(
4122             ConstantInt::get(getContext(), APInt::getOneBitSet(BitWidth, TZ)));
4123         return getMulExpr(
4124             getZeroExtendExpr(
4125                 getTruncateExpr(
4126                     getUDivExactExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), MulCount),
4127                     IntegerType::get(getContext(), BitWidth - LZ - TZ)),
4128                 U->getType()),
4129             MulCount);
4130       }
4131     }
4132     break;
4133
4134   case Instruction::Or:
4135     // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
4136     // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
4137     // optimizations will transparently handle this case.
4138     //
4139     // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
4140     // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
4141     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4142       const SCEV *LHS = getSCEV(U->getOperand(0));
4143       const APInt &CIVal = CI->getValue();
4144       if (GetMinTrailingZeros(LHS) >=
4145           (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros())) {
4146         // Build a plain add SCEV.
4147         const SCEV *S = getAddExpr(LHS, getSCEV(CI));
4148         // If the LHS of the add was an addrec and it has no-wrap flags,
4149         // transfer the no-wrap flags, since an or won't introduce a wrap.
4150         if (const SCEVAddRecExpr *NewAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
4151           const SCEVAddRecExpr *OldAR = cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
4152           const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setNoWrapFlags(
4153             OldAR->getNoWrapFlags());
4154         }
4155         return S;
4156       }
4157     }
4158     break;
4159   case Instruction::Xor:
4160     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4161       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
4162       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
4163       if (CI->getValue().isSignBit())
4164         return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
4165                           getSCEV(U->getOperand(1)));
4166
4167       // If the RHS of xor is -1, then this is a not operation.
4168       if (CI->isAllOnesValue())
4169         return getNotSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)));
4170
4171       // Model xor(and(x, C), C) as and(~x, C), if C is a low-bits mask.
4172       // This is a variant of the check for xor with -1, and it handles
4173       // the case where instcombine has trimmed non-demanded bits out
4174       // of an xor with -1.
4175       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U->getOperand(0)))
4176         if (ConstantInt *LCI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
4177           if (BO->getOpcode() == Instruction::And &&
4178               LCI->getValue() == CI->getValue())
4179             if (const SCEVZeroExtendExpr *Z =
4180                   dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(getSCEV(U->getOperand(0)))) {
4181               Type *UTy = U->getType();
4182               const SCEV *Z0 = Z->getOperand();
4183               Type *Z0Ty = Z0->getType();
4184               unsigned Z0TySize = getTypeSizeInBits(Z0Ty);
4185
4186               // If C is a low-bits mask, the zero extend is serving to
4187               // mask off the high bits. Complement the operand and
4188               // re-apply the zext.
4189               if (APIntOps::isMask(Z0TySize, CI->getValue()))
4190                 return getZeroExtendExpr(getNotSCEV(Z0), UTy);
4191
4192               // If C is a single bit, it may be in the sign-bit position
4193               // before the zero-extend. In this case, represent the xor
4194               // using an add, which is equivalent, and re-apply the zext.
4195               APInt Trunc = CI->getValue().trunc(Z0TySize);
4196               if (Trunc.zext(getTypeSizeInBits(UTy)) == CI->getValue() &&
4197                   Trunc.isSignBit())
4198                 return getZeroExtendExpr(getAddExpr(Z0, getConstant(Trunc)),
4199                                          UTy);
4200             }
4201     }
4202     break;
4203
4204   case Instruction::Shl:
4205     // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
4206     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4207       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
4208
4209       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
4210       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
4211       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
4212       // other parts of the compiler.
4213       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
4214         break;
4215
4216       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
4217         APInt::getOneBitSet(BitWidth, SA->getZExtValue()));
4218       return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
4219     }
4220     break;
4221
4222   case Instruction::LShr:
4223     // Turn logical shift right of a constant into a unsigned divide.
4224     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4225       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
4226
4227       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
4228       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
4229       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
4230       // other parts of the compiler.
4231       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
4232         break;
4233
4234       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
4235         APInt::getOneBitSet(BitWidth, SA->getZExtValue()));
4236       return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
4237     }
4238     break;
4239
4240   case Instruction::AShr:
4241     // For a two-shift sext-inreg, use sext(trunc(x)) as the SCEV expression.
4242     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
4243       if (Operator *L = dyn_cast<Operator>(U->getOperand(0)))
4244         if (L->getOpcode() == Instruction::Shl &&
4245             L->getOperand(1) == U->getOperand(1)) {
4246           uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
4247
4248           // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
4249           // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
4250           // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
4251           // other parts of the compiler.
4252           if (CI->getValue().uge(BitWidth))
4253             break;
4254
4255           uint64_t Amt = BitWidth - CI->getZExtValue();
4256           if (Amt == BitWidth)
4257             return getSCEV(L->getOperand(0));       // shift by zero --> noop
4258           return
4259             getSignExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(L->getOperand(0)),
4260                                               IntegerType::get(getContext(),
4261                                                                Amt)),
4262                               U->getType());
4263         }
4264     break;
4265
4266   case Instruction::Trunc:
4267     return getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
4268
4269   case Instruction::ZExt:
4270     return getZeroExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
4271
4272   case Instruction::SExt:
4273     return getSignExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
4274
4275   case Instruction::BitCast:
4276     // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
4277     if (isSCEVable(U->getType()) && isSCEVable(U->getOperand(0)->getType()))
4278       return getSCEV(U->getOperand(0));
4279     break;
4280
4281   // It's tempting to handle inttoptr and ptrtoint as no-ops, however this can
4282   // lead to pointer expressions which cannot safely be expanded to GEPs,
4283   // because ScalarEvolution doesn't respect the GEP aliasing rules when
4284   // simplifying integer expressions.
4285
4286   case Instruction::GetElementPtr:
4287     return createNodeForGEP(cast<GEPOperator>(U));
4288
4289   case Instruction::PHI:
4290     return createNodeForPHI(cast<PHINode>(U));
4291
4292   case Instruction::Select:
4293     // This could be a smax or umax that was lowered earlier.
4294     // Try to recover it.
4295     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U->getOperand(0))) {
4296       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
4297       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
4298       switch (ICI->getPredicate()) {
4299       case ICmpInst::ICMP_SLT:
4300       case ICmpInst::ICMP_SLE:
4301         std::swap(LHS, RHS);
4302         // fall through
4303       case ICmpInst::ICMP_SGT:
4304       case ICmpInst::ICMP_SGE:
4305         // a >s b ? a+x : b+x  ->  smax(a, b)+x
4306         // a >s b ? b+x : a+x  ->  smin(a, b)+x
4307         if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <=
4308             getTypeSizeInBits(U->getType())) {
4309           const SCEV *LS = getNoopOrSignExtend(getSCEV(LHS), U->getType());
4310           const SCEV *RS = getNoopOrSignExtend(getSCEV(RHS), U->getType());
4311           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
4312           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
4313           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
4314           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
4315           if (LDiff == RDiff)
4316             return getAddExpr(getSMaxExpr(LS, RS), LDiff);
4317           LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
4318           RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
4319           if (LDiff == RDiff)
4320             return getAddExpr(getSMinExpr(LS, RS), LDiff);
4321         }
4322         break;
4323       case ICmpInst::ICMP_ULT:
4324       case ICmpInst::ICMP_ULE:
4325         std::swap(LHS, RHS);
4326         // fall through
4327       case ICmpInst::ICMP_UGT:
4328       case ICmpInst::ICMP_UGE:
4329         // a >u b ? a+x : b+x  ->  umax(a, b)+x
4330         // a >u b ? b+x : a+x  ->  umin(a, b)+x
4331         if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <=
4332             getTypeSizeInBits(U->getType())) {
4333           const SCEV *LS = getNoopOrZeroExtend(getSCEV(LHS), U->getType());
4334           const SCEV *RS = getNoopOrZeroExtend(getSCEV(RHS), U->getType());
4335           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
4336           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
4337           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
4338           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
4339           if (LDiff == RDiff)
4340             return getAddExpr(getUMaxExpr(LS, RS), LDiff);
4341           LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
4342           RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
4343           if (LDiff == RDiff)
4344             return getAddExpr(getUMinExpr(LS, RS), LDiff);
4345         }
4346         break;
4347       case ICmpInst::ICMP_NE:
4348         // n != 0 ? n+x : 1+x  ->  umax(n, 1)+x
4349         if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <=
4350                 getTypeSizeInBits(U->getType()) &&
4351             isa<ConstantInt>(RHS) && cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
4352           const SCEV *One = getConstant(U->getType(), 1);
4353           const SCEV *LS = getNoopOrZeroExtend(getSCEV(LHS), U->getType());
4354           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
4355           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
4356           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
4357           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, One);
4358           if (LDiff == RDiff)
4359             return getAddExpr(getUMaxExpr(One, LS), LDiff);
4360         }
4361         break;
4362       case ICmpInst::ICMP_EQ:
4363         // n == 0 ? 1+x : n+x  ->  umax(n, 1)+x
4364         if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <=
4365                 getTypeSizeInBits(U->getType()) &&
4366             isa<ConstantInt>(RHS) && cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
4367           const SCEV *One = getConstant(U->getType(), 1);
4368           const SCEV *LS = getNoopOrZeroExtend(getSCEV(LHS), U->getType());
4369           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
4370           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
4371           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, One);
4372           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
4373           if (LDiff == RDiff)
4374             return getAddExpr(getUMaxExpr(One, LS), LDiff);
4375         }
4376         break;
4377       default:
4378         break;
4379       }
4380     }
4381
4382   default: // We cannot analyze this expression.
4383     break;
4384   }
4385
4386   return getUnknown(V);
4387 }
4388
4389
4390
4391 //===----------------------------------------------------------------------===//
4392 //                   Iteration Count Computation Code
4393 //
4394
4395 unsigned ScalarEvolution::getSmallConstantTripCount(Loop *L) {
4396   if (BasicBlock *ExitingBB = L->getExitingBlock())
4397     return getSmallConstantTripCount(L, ExitingBB);
4398
4399   // No trip count information for multiple exits.
4400   return 0;
4401 }
4402
4403 /// getSmallConstantTripCount - Returns the maximum trip count of this loop as a
4404 /// normal unsigned value. Returns 0 if the trip count is unknown or not
4405 /// constant. Will also return 0 if the maximum trip count is very large (>=
4406 /// 2^32).
4407 ///
4408 /// This "trip count" assumes that control exits via ExitingBlock. More
4409 /// precisely, it is the number of times that control may reach ExitingBlock
4410 /// before taking the branch. For loops with multiple exits, it may not be the
4411 /// number times that the loop header executes because the loop may exit
4412 /// prematurely via another branch.
4413 unsigned ScalarEvolution::getSmallConstantTripCount(Loop *L,
4414                                                     BasicBlock *ExitingBlock) {
4415   assert(ExitingBlock && "Must pass a non-null exiting block!");
4416   assert(L->isLoopExiting(ExitingBlock) &&
4417          "Exiting block must actually branch out of the loop!");
4418   const SCEVConstant *ExitCount =
4419       dyn_cast<SCEVConstant>(getExitCount(L, ExitingBlock));
4420   if (!ExitCount)
4421     return 0;
4422
4423   ConstantInt *ExitConst = ExitCount->getValue();
4424
4425   // Guard against huge trip counts.
4426   if (ExitConst->getValue().getActiveBits() > 32)
4427     return 0;
4428
4429   // In case of integer overflow, this returns 0, which is correct.
4430   return ((unsigned)ExitConst->getZExtValue()) + 1;
4431 }
4432
4433 unsigned ScalarEvolution::getSmallConstantTripMultiple(Loop *L) {
4434   if (BasicBlock *ExitingBB = L->getExitingBlock())
4435     return getSmallConstantTripMultiple(L, ExitingBB);
4436
4437   // No trip multiple information for multiple exits.
4438   return 0;
4439 }
4440
4441 /// getSmallConstantTripMultiple - Returns the largest constant divisor of the
4442 /// trip count of this loop as a normal unsigned value, if possible. This
4443 /// means that the actual trip count is always a multiple of the returned
4444 /// value (don't forget the trip count could very well be zero as well!).
4445 ///
4446 /// Returns 1 if the trip count is unknown or not guaranteed to be the
4447 /// multiple of a constant (which is also the case if the trip count is simply
4448 /// constant, use getSmallConstantTripCount for that case), Will also return 1
4449 /// if the trip count is very large (>= 2^32).
4450 ///
4451 /// As explained in the comments for getSmallConstantTripCount, this assumes
4452 /// that control exits the loop via ExitingBlock.
4453 unsigned
4454 ScalarEvolution::getSmallConstantTripMultiple(Loop *L,
4455                                               BasicBlock *ExitingBlock) {
4456   assert(ExitingBlock && "Must pass a non-null exiting block!");
4457   assert(L->isLoopExiting(ExitingBlock) &&
4458          "Exiting block must actually branch out of the loop!");
4459   const SCEV *ExitCount = getExitCount(L, ExitingBlock);
4460   if (ExitCount == getCouldNotCompute())
4461     return 1;
4462
4463   // Get the trip count from the BE count by adding 1.
4464   const SCEV *TCMul = getAddExpr(ExitCount,
4465                                  getConstant(ExitCount->getType(), 1));
4466   // FIXME: SCEV distributes multiplication as V1*C1 + V2*C1. We could attempt
4467   // to factor simple cases.
4468   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(TCMul))
4469     TCMul = Mul->getOperand(0);
4470
4471   const SCEVConstant *MulC = dyn_cast<SCEVConstant>(TCMul);
4472   if (!MulC)
4473     return 1;
4474
4475   ConstantInt *Result = MulC->getValue();
4476
4477   // Guard against huge trip counts (this requires checking
4478   // for zero to handle the case where the trip count == -1 and the
4479   // addition wraps).
4480   if (!Result || Result->getValue().getActiveBits() > 32 ||
4481       Result->getValue().getActiveBits() == 0)
4482     return 1;
4483
4484   return (unsigned)Result->getZExtValue();
4485 }
4486
4487 // getExitCount - Get the expression for the number of loop iterations for which
4488 // this loop is guaranteed not to exit via ExitingBlock. Otherwise return
4489 // SCEVCouldNotCompute.
4490 const SCEV *ScalarEvolution::getExitCount(Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock) {
4491   return getBackedgeTakenInfo(L).getExact(ExitingBlock, this);
4492 }
4493
4494 /// getBackedgeTakenCount - If the specified loop has a predictable
4495 /// backedge-taken count, return it, otherwise return a SCEVCouldNotCompute
4496 /// object. The backedge-taken count is the number of times the loop header
4497 /// will be branched to from within the loop. This is one less than the
4498 /// trip count of the loop, since it doesn't count the first iteration,
4499 /// when the header is branched to from outside the loop.
4500 ///
4501 /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
4502 /// loop-invariant backedge-taken count (see
4503 /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
4504 ///
4505 const SCEV *ScalarEvolution::getBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
4506   return getBackedgeTakenInfo(L).getExact(this);
4507 }
4508
4509 /// getMaxBackedgeTakenCount - Similar to getBackedgeTakenCount, except
4510 /// return the least SCEV value that is known never to be less than the
4511 /// actual backedge taken count.
4512 const SCEV *ScalarEvolution::getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
4513   return getBackedgeTakenInfo(L).getMax(this);
4514 }
4515
4516 /// PushLoopPHIs - Push PHI nodes in the header of the given loop
4517 /// onto the given Worklist.
4518 static void
4519 PushLoopPHIs(const Loop *L, SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
4520   BasicBlock *Header = L->getHeader();
4521
4522   // Push all Loop-header PHIs onto the Worklist stack.
4523   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
4524        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
4525     Worklist.push_back(PN);
4526 }
4527
4528 const ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo &
4529 ScalarEvolution::getBackedgeTakenInfo(const Loop *L) {
4530   // Initially insert an invalid entry for this loop. If the insertion
4531   // succeeds, proceed to actually compute a backedge-taken count and
4532   // update the value. The temporary CouldNotCompute value tells SCEV
4533   // code elsewhere that it shouldn't attempt to request a new
4534   // backedge-taken count, which could result in infinite recursion.
4535   std::pair<DenseMap<const Loop *, BackedgeTakenInfo>::iterator, bool> Pair =
4536     BackedgeTakenCounts.insert(std::make_pair(L, BackedgeTakenInfo()));
4537   if (!Pair.second)
4538     return Pair.first->second;
4539
4540   // ComputeBackedgeTakenCount may allocate memory for its result. Inserting it
4541   // into the BackedgeTakenCounts map transfers ownership. Otherwise, the result
4542   // must be cleared in this scope.
4543   BackedgeTakenInfo Result = ComputeBackedgeTakenCount(L);
4544
4545   if (Result.getExact(this) != getCouldNotCompute()) {
4546     assert(isLoopInvariant(Result.getExact(this), L) &&
4547            isLoopInvariant(Result.getMax(this), L) &&
4548            "Computed backedge-taken count isn't loop invariant for loop!");
4549     ++NumTripCountsComputed;
4550   }
4551   else if (Result.getMax(this) == getCouldNotCompute() &&
4552            isa<PHINode>(L->getHeader()->begin())) {
4553     // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
4554     ++NumTripCountsNotComputed;
4555   }
4556
4557   // Now that we know more about the trip count for this loop, forget any
4558   // existing SCEV values for PHI nodes in this loop since they are only
4559   // conservative estimates made without the benefit of trip count
4560   // information. This is similar to the code in forgetLoop, except that
4561   // it handles SCEVUnknown PHI nodes specially.
4562   if (Result.hasAnyInfo()) {
4563     SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
4564     PushLoopPHIs(L, Worklist);
4565
4566     SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
4567     while (!Worklist.empty()) {
4568       Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
4569       if (!Visited.insert(I).second)
4570         continue;
4571
4572       ValueExprMapType::iterator It =
4573         ValueExprMap.find_as(static_cast<Value *>(I));
4574       if (It != ValueExprMap.end()) {
4575         const SCEV *Old = It->second;
4576
4577         // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
4578         // structure, or it's a PHI that's in the progress of being computed
4579         // by createNodeForPHI.  In the former case, additional loop trip
4580         // count information isn't going to change anything. In the later
4581         // case, createNodeForPHI will perform the necessary updates on its
4582         // own when it gets to that point.
4583         if (!isa<PHINode>(I) || !isa<SCEVUnknown>(Old)) {
4584           forgetMemoizedResults(Old);
4585           ValueExprMap.erase(It);
4586         }
4587         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4588           ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4589       }
4590
4591       PushDefUseChildren(I, Worklist);
4592     }
4593   }
4594
4595   // Re-lookup the insert position, since the call to
4596   // ComputeBackedgeTakenCount above could result in a
4597   // recusive call to getBackedgeTakenInfo (on a different
4598   // loop), which would invalidate the iterator computed
4599   // earlier.
4600   return BackedgeTakenCounts.find(L)->second = Result;
4601 }
4602
4603 /// forgetLoop - This method should be called by the client when it has
4604 /// changed a loop in a way that may effect ScalarEvolution's ability to
4605 /// compute a trip count, or if the loop is deleted.
4606 void ScalarEvolution::forgetLoop(const Loop *L) {
4607   // Drop any stored trip count value.
4608   DenseMap<const Loop*, BackedgeTakenInfo>::iterator BTCPos =
4609     BackedgeTakenCounts.find(L);
4610   if (BTCPos != BackedgeTakenCounts.end()) {
4611     BTCPos->second.clear();
4612     BackedgeTakenCounts.erase(BTCPos);
4613   }
4614
4615   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
4616   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
4617   PushLoopPHIs(L, Worklist);
4618
4619   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
4620   while (!Worklist.empty()) {
4621     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
4622     if (!Visited.insert(I).second)
4623       continue;
4624
4625     ValueExprMapType::iterator It =
4626       ValueExprMap.find_as(static_cast<Value *>(I));
4627     if (It != ValueExprMap.end()) {
4628       forgetMemoizedResults(It->second);
4629       ValueExprMap.erase(It);
4630       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4631         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4632     }
4633
4634     PushDefUseChildren(I, Worklist);
4635   }
4636
4637   // Forget all contained loops too, to avoid dangling entries in the
4638   // ValuesAtScopes map.
4639   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
4640     forgetLoop(*I);
4641 }
4642
4643 /// forgetValue - This method should be called by the client when it has
4644 /// changed a value in a way that may effect its value, or which may
4645 /// disconnect it from a def-use chain linking it to a loop.
4646 void ScalarEvolution::forgetValue(Value *V) {
4647   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
4648   if (!I) return;
4649
4650   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
4651   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
4652   Worklist.push_back(I);
4653
4654   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
4655   while (!Worklist.empty()) {
4656     I = Worklist.pop_back_val();
4657     if (!Visited.insert(I).second)
4658       continue;
4659
4660     ValueExprMapType::iterator It =
4661       ValueExprMap.find_as(static_cast<Value *>(I));
4662     if (It != ValueExprMap.end()) {
4663       forgetMemoizedResults(It->second);
4664       ValueExprMap.erase(It);
4665       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4666         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4667     }
4668
4669     PushDefUseChildren(I, Worklist);
4670   }
4671 }
4672
4673 /// getExact - Get the exact loop backedge taken count considering all loop
4674 /// exits. A computable result can only be return for loops with a single exit.
4675 /// Returning the minimum taken count among all exits is incorrect because one
4676 /// of the loop's exit limit's may have been skipped. HowFarToZero assumes that
4677 /// the limit of each loop test is never skipped. This is a valid assumption as
4678 /// long as the loop exits via that test. For precise results, it is the
4679 /// caller's responsibility to specify the relevant loop exit using
4680 /// getExact(ExitingBlock, SE).
4681 const SCEV *
4682 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::getExact(ScalarEvolution *SE) const {
4683   // If any exits were not computable, the loop is not computable.
4684   if (!ExitNotTaken.isCompleteList()) return SE->getCouldNotCompute();
4685
4686   // We need exactly one computable exit.
4687   if (!ExitNotTaken.ExitingBlock) return SE->getCouldNotCompute();
4688   assert(ExitNotTaken.ExactNotTaken && "uninitialized not-taken info");
4689
4690   const SCEV *BECount = nullptr;
4691   for (const ExitNotTakenInfo *ENT = &ExitNotTaken;
4692        ENT != nullptr; ENT = ENT->getNextExit()) {
4693
4694     assert(ENT->ExactNotTaken != SE->getCouldNotCompute() && "bad exit SCEV");
4695
4696     if (!BECount)
4697       BECount = ENT->ExactNotTaken;
4698     else if (BECount != ENT->ExactNotTaken)
4699       return SE->getCouldNotCompute();
4700   }
4701   assert(BECount && "Invalid not taken count for loop exit");
4702   return BECount;
4703 }
4704
4705 /// getExact - Get the exact not taken count for this loop exit.
4706 const SCEV *
4707 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::getExact(BasicBlock *ExitingBlock,
4708                                              ScalarEvolution *SE) const {
4709   for (const ExitNotTakenInfo *ENT = &ExitNotTaken;
4710        ENT != nullptr; ENT = ENT->getNextExit()) {
4711
4712     if (ENT->ExitingBlock == ExitingBlock)
4713       return ENT->ExactNotTaken;
4714   }
4715   return SE->getCouldNotCompute();
4716 }
4717
4718 /// getMax - Get the max backedge taken count for the loop.
4719 const SCEV *
4720 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::getMax(ScalarEvolution *SE) const {
4721   return Max ? Max : SE->getCouldNotCompute();
4722 }
4723
4724 bool ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::hasOperand(const SCEV *S,
4725                                                     ScalarEvolution *SE) const {
4726   if (Max && Max != SE->getCouldNotCompute() && SE->hasOperand(Max, S))
4727     return true;
4728
4729   if (!ExitNotTaken.ExitingBlock)
4730     return false;
4731
4732   for (const ExitNotTakenInfo *ENT = &ExitNotTaken;
4733        ENT != nullptr; ENT = ENT->getNextExit()) {
4734
4735     if (ENT->ExactNotTaken != SE->getCouldNotCompute()
4736         && SE->hasOperand(ENT->ExactNotTaken, S)) {
4737       return true;
4738     }
4739   }
4740   return false;
4741 }
4742
4743 /// Allocate memory for BackedgeTakenInfo and copy the not-taken count of each
4744 /// computable exit into a persistent ExitNotTakenInfo array.
4745 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::BackedgeTakenInfo(
4746   SmallVectorImpl< std::pair<BasicBlock *, const SCEV *> > &ExitCounts,
4747   bool Complete, const SCEV *MaxCount) : Max(MaxCount) {
4748
4749   if (!Complete)
4750     ExitNotTaken.setIncomplete();
4751
4752   unsigned NumExits = ExitCounts.size();
4753   if (NumExits == 0) return;
4754
4755   ExitNotTaken.ExitingBlock = ExitCounts[0].first;
4756   ExitNotTaken.ExactNotTaken = ExitCounts[0].second;
4757   if (NumExits == 1) return;
4758
4759   // Handle the rare case of multiple computable exits.
4760   ExitNotTakenInfo *ENT = new ExitNotTakenInfo[NumExits-1];
4761
4762   ExitNotTakenInfo *PrevENT = &ExitNotTaken;
4763   for (unsigned i = 1; i < NumExits; ++i, PrevENT = ENT, ++ENT) {
4764     PrevENT->setNextExit(ENT);
4765     ENT->ExitingBlock = ExitCounts[i].first;
4766     ENT->ExactNotTaken = ExitCounts[i].second;
4767   }
4768 }
4769
4770 /// clear - Invalidate this result and free the ExitNotTakenInfo array.
4771 void ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::clear() {
4772   ExitNotTaken.ExitingBlock = nullptr;
4773   ExitNotTaken.ExactNotTaken = nullptr;
4774   delete[] ExitNotTaken.getNextExit();
4775 }
4776
4777 /// ComputeBackedgeTakenCount - Compute the number of times the backedge
4778 /// of the specified loop will execute.
4779 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4780 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
4781   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitingBlocks;
4782   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
4783
4784   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, const SCEV *>, 4> ExitCounts;
4785   bool CouldComputeBECount = true;
4786   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch(); // may be NULL.
4787   const SCEV *MustExitMaxBECount = nullptr;
4788   const SCEV *MayExitMaxBECount = nullptr;
4789
4790   // Compute the ExitLimit for each loop exit. Use this to populate ExitCounts
4791   // and compute maxBECount.
4792   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
4793     BasicBlock *ExitBB = ExitingBlocks[i];
4794     ExitLimit EL = ComputeExitLimit(L, ExitBB);
4795
4796     // 1. For each exit that can be computed, add an entry to ExitCounts.
4797     // CouldComputeBECount is true only if all exits can be computed.
4798     if (EL.Exact == getCouldNotCompute())
4799       // We couldn't compute an exact value for this exit, so
4800       // we won't be able to compute an exact value for the loop.
4801       CouldComputeBECount = false;
4802     else
4803       ExitCounts.push_back(std::make_pair(ExitBB, EL.Exact));
4804
4805     // 2. Derive the loop's MaxBECount from each exit's max number of
4806     // non-exiting iterations. Partition the loop exits into two kinds:
4807     // LoopMustExits and LoopMayExits.
4808     //
4809     // If the exit dominates the loop latch, it is a LoopMustExit otherwise it
4810     // is a LoopMayExit.  If any computable LoopMustExit is found, then
4811     // MaxBECount is the minimum EL.Max of computable LoopMustExits. Otherwise,
4812     // MaxBECount is conservatively the maximum EL.Max, where CouldNotCompute is
4813     // considered greater than any computable EL.Max.
4814     if (EL.Max != getCouldNotCompute() && Latch &&
4815         DT->dominates(ExitBB, Latch)) {
4816       if (!MustExitMaxBECount)
4817         MustExitMaxBECount = EL.Max;
4818       else {
4819         MustExitMaxBECount =
4820           getUMinFromMismatchedTypes(MustExitMaxBECount, EL.Max);
4821       }
4822     } else if (MayExitMaxBECount != getCouldNotCompute()) {
4823       if (!MayExitMaxBECount || EL.Max == getCouldNotCompute())
4824         MayExitMaxBECount = EL.Max;
4825       else {
4826         MayExitMaxBECount =
4827           getUMaxFromMismatchedTypes(MayExitMaxBECount, EL.Max);
4828       }
4829     }
4830   }
4831   const SCEV *MaxBECount = MustExitMaxBECount ? MustExitMaxBECount :
4832     (MayExitMaxBECount ? MayExitMaxBECount : getCouldNotCompute());
4833   return BackedgeTakenInfo(ExitCounts, CouldComputeBECount, MaxBECount);
4834 }
4835
4836 /// ComputeExitLimit - Compute the number of times the backedge of the specified
4837 /// loop will execute if it exits via the specified block.
4838 ScalarEvolution::ExitLimit
4839 ScalarEvolution::ComputeExitLimit(const Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock) {
4840
4841   // Okay, we've chosen an exiting block.  See what condition causes us to
4842   // exit at this block and remember the exit block and whether all other targets
4843   // lead to the loop header.
4844   bool MustExecuteLoopHeader = true;
4845   BasicBlock *Exit = nullptr;
4846   for (succ_iterator SI = succ_begin(ExitingBlock), SE = succ_end(ExitingBlock);
4847        SI != SE; ++SI)
4848     if (!L->contains(*SI)) {
4849       if (Exit) // Multiple exit successors.
4850         return getCouldNotCompute();
4851       Exit = *SI;
4852     } else if (*SI != L->getHeader()) {
4853       MustExecuteLoopHeader = false;
4854     }
4855
4856   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
4857   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
4858   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
4859   // not be equal to the trip count of the loop.
4860   //
4861   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
4862   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
4863   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
4864   // loop header.  This is common for un-rotated loops.
4865   //
4866   // If both of those tests fail, walk up the unique predecessor chain to the
4867   // header, stopping if there is an edge that doesn't exit the loop. If the
4868   // header is reached, the execution count of the branch will be equal to the
4869   // trip count of the loop.
4870   //
4871   //  More extensive analysis could be done to handle more cases here.
4872   //
4873   if (!MustExecuteLoopHeader && ExitingBlock != L->getHeader()) {
4874     // The simple checks failed, try climbing the unique predecessor chain
4875     // up to the header.
4876     bool Ok = false;
4877     for (BasicBlock *BB = ExitingBlock; BB; ) {
4878       BasicBlock *Pred = BB->getUniquePredecessor();
4879       if (!Pred)
4880         return getCouldNotCompute();
4881       TerminatorInst *PredTerm = Pred->getTerminator();
4882       for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
4883         BasicBlock *PredSucc = PredTerm->getSuccessor(i);
4884         if (PredSucc == BB)
4885           continue;
4886         // If the predecessor has a successor that isn't BB and isn't
4887         // outside the loop, assume the worst.
4888         if (L->contains(PredSucc))
4889           return getCouldNotCompute();
4890       }
4891       if (Pred == L->getHeader()) {
4892         Ok = true;
4893         break;
4894       }
4895       BB = Pred;
4896     }
4897     if (!Ok)
4898       return getCouldNotCompute();
4899   }
4900
4901   bool IsOnlyExit = (L->getExitingBlock() != nullptr);
4902   TerminatorInst *Term = ExitingBlock->getTerminator();
4903   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Term)) {
4904     assert(BI->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
4905     // Proceed to the next level to examine the exit condition expression.
4906     return ComputeExitLimitFromCond(L, BI->getCondition(), BI->getSuccessor(0),
4907                                     BI->getSuccessor(1),
4908                                     /*ControlsExit=*/IsOnlyExit);
4909   }
4910
4911   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(Term))
4912     return ComputeExitLimitFromSingleExitSwitch(L, SI, Exit,
4913                                                 /*ControlsExit=*/IsOnlyExit);
4914
4915   return getCouldNotCompute();
4916 }
4917
4918 /// ComputeExitLimitFromCond - Compute the number of times the
4919 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
4920 /// were a conditional branch of ExitCond, TBB, and FBB.
4921 ///
4922 /// @param ControlsExit is true if ExitCond directly controls the exit
4923 /// branch. In this case, we can assume that the loop exits only if the
4924 /// condition is true and can infer that failing to meet the condition prior to
4925 /// integer wraparound results in undefined behavior.
4926 ScalarEvolution::ExitLimit
4927 ScalarEvolution::ComputeExitLimitFromCond(const Loop *L,
4928                                           Value *ExitCond,
4929                                           BasicBlock *TBB,
4930                                           BasicBlock *FBB,
4931                                           bool ControlsExit) {
4932   // Check if the controlling expression for this loop is an And or Or.
4933   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(ExitCond)) {
4934     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
4935       // Recurse on the operands of the and.
4936       bool EitherMayExit = L->contains(TBB);
4937       ExitLimit EL0 = ComputeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB,
4938                                                ControlsExit && !EitherMayExit);
4939       ExitLimit EL1 = ComputeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB,
4940                                                ControlsExit && !EitherMayExit);
4941       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
4942       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
4943       if (EitherMayExit) {
4944         // Both conditions must be true for the loop to continue executing.
4945         // Choose the less conservative count.
4946         if (EL0.Exact == getCouldNotCompute() ||
4947             EL1.Exact == getCouldNotCompute())
4948           BECount = getCouldNotCompute();
4949         else
4950           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Exact, EL1.Exact);
4951         if (EL0.Max == getCouldNotCompute())
4952           MaxBECount = EL1.Max;
4953         else if (EL1.Max == getCouldNotCompute())
4954           MaxBECount = EL0.Max;
4955         else
4956           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Max, EL1.Max);
4957       } else {
4958         // Both conditions must be true at the same time for the loop to exit.
4959         // For now, be conservative.
4960         assert(L->contains(FBB) && "Loop block has no successor in loop!");
4961         if (EL0.Max == EL1.Max)
4962           MaxBECount = EL0.Max;
4963         if (EL0.Exact == EL1.Exact)
4964           BECount = EL0.Exact;
4965       }
4966
4967       return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
4968     }
4969     if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
4970       // Recurse on the operands of the or.
4971       bool EitherMayExit = L->contains(FBB);
4972       ExitLimit EL0 = ComputeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB,
4973                                                ControlsExit && !EitherMayExit);
4974       ExitLimit EL1 = ComputeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB,
4975                                                ControlsExit && !EitherMayExit);
4976       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
4977       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
4978       if (EitherMayExit) {
4979         // Both conditions must be false for the loop to continue executing.
4980         // Choose the less conservative count.
4981         if (EL0.Exact == getCouldNotCompute() ||
4982             EL1.Exact == getCouldNotCompute())
4983           BECount = getCouldNotCompute();
4984         else
4985           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Exact, EL1.Exact);
4986         if (EL0.Max == getCouldNotCompute())
4987           MaxBECount = EL1.Max;
4988         else if (EL1.Max == getCouldNotCompute())
4989           MaxBECount = EL0.Max;
4990         else
4991           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Max, EL1.Max);
4992       } else {
4993         // Both conditions must be false at the same time for the loop to exit.
4994         // For now, be conservative.
4995         assert(L->contains(TBB) && "Loop block has no successor in loop!");
4996         if (EL0.Max == EL1.Max)
4997           MaxBECount = EL0.Max;
4998         if (EL0.Exact == EL1.Exact)
4999           BECount = EL0.Exact;
5000       }
5001
5002       return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
5003     }
5004   }
5005
5006   // With an icmp, it may be feasible to compute an exact backedge-taken count.
5007   // Proceed to the next level to examine the icmp.
5008   if (ICmpInst *ExitCondICmp = dyn_cast<ICmpInst>(ExitCond))
5009     return ComputeExitLimitFromICmp(L, ExitCondICmp, TBB, FBB, ControlsExit);
5010
5011   // Check for a constant condition. These are normally stripped out by
5012   // SimplifyCFG, but ScalarEvolution may be used by a pass which wishes to
5013   // preserve the CFG and is temporarily leaving constant conditions
5014   // in place.
5015   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(ExitCond)) {
5016     if (L->contains(FBB) == !CI->getZExtValue())
5017       // The backedge is always taken.
5018       return getCouldNotCompute();
5019     else
5020       // The backedge is never taken.
5021       return getConstant(CI->getType(), 0);
5022   }
5023
5024   // If it's not an integer or pointer comparison then compute it the hard way.
5025   return ComputeExitCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
5026 }
5027
5028 /// ComputeExitLimitFromICmp - Compute the number of times the
5029 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
5030 /// were a conditional branch of the ICmpInst ExitCond, TBB, and FBB.
5031 ScalarEvolution::ExitLimit
5032 ScalarEvolution::ComputeExitLimitFromICmp(const Loop *L,
5033                                           ICmpInst *ExitCond,
5034                                           BasicBlock *TBB,
5035                                           BasicBlock *FBB,
5036                                           bool ControlsExit) {
5037
5038   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
5039   ICmpInst::Predicate Cond;
5040   if (!L->contains(FBB))
5041     Cond = ExitCond->getPredicate();
5042   else
5043     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
5044
5045   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
5046   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
5047     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
5048       ExitLimit ItCnt =
5049         ComputeLoadConstantCompareExitLimit(LI, RHS, L, Cond);
5050       if (ItCnt.hasAnyInfo())
5051         return ItCnt;
5052     }
5053
5054   const SCEV *LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
5055   const SCEV *RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
5056
5057   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
5058   LHS = getSCEVAtScope(LHS, L);
5059   RHS = getSCEVAtScope(RHS, L);
5060
5061   // At this point, we would like to compute how many iterations of the
5062   // loop the predicate will return true for these inputs.
5063   if (isLoopInvariant(LHS, L) && !isLoopInvariant(RHS, L)) {
5064     // If there is a loop-invariant, force it into the RHS.
5065     std::swap(LHS, RHS);
5066     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
5067   }
5068
5069   // Simplify the operands before analyzing them.
5070   (void)SimplifyICmpOperands(Cond, LHS, RHS);
5071
5072   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
5073   // ranges to answer this query.
5074   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
5075     if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
5076       if (AddRec->getLoop() == L) {
5077         // Form the constant range.
5078         ConstantRange CompRange(
5079             ICmpInst::makeConstantRange(Cond, RHSC->getValue()->getValue()));
5080
5081         const SCEV *Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, *this);
5082         if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
5083       }
5084
5085   switch (Cond) {
5086   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
5087     // Convert to: while (X-Y != 0)
5088     ExitLimit EL = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L, ControlsExit);
5089     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
5090     break;
5091   }
5092   case ICmpInst::ICMP_EQ: {                     // while (X == Y)
5093     // Convert to: while (X-Y == 0)
5094     ExitLimit EL = HowFarToNonZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
5095     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
5096     break;
5097   }
5098   case ICmpInst::ICMP_SLT:
5099   case ICmpInst::ICMP_ULT: {                    // while (X < Y)
5100     bool IsSigned = Cond == ICmpInst::ICMP_SLT;
5101     ExitLimit EL = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, IsSigned, ControlsExit);
5102     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
5103     break;
5104   }
5105   case ICmpInst::ICMP_SGT:
5106   case ICmpInst::ICMP_UGT: {                    // while (X > Y)
5107     bool IsSigned = Cond == ICmpInst::ICMP_SGT;
5108     ExitLimit EL = HowManyGreaterThans(LHS, RHS, L, IsSigned, ControlsExit);
5109     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
5110     break;
5111   }
5112   default:
5113 #if 0
5114     dbgs() << "ComputeBackedgeTakenCount ";
5115     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
5116       dbgs() << "[unsigned] ";
5117     dbgs() << *LHS << "   "
5118          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp)
5119          << "   " << *RHS << "\n";
5120 #endif
5121     break;
5122   }
5123   return ComputeExitCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
5124 }
5125
5126 ScalarEvolution::ExitLimit
5127 ScalarEvolution::ComputeExitLimitFromSingleExitSwitch(const Loop *L,
5128                                                       SwitchInst *Switch,
5129                                                       BasicBlock *ExitingBlock,
5130                                                       bool ControlsExit) {
5131   assert(!L->contains(ExitingBlock) && "Not an exiting block!");
5132
5133   // Give up if the exit is the default dest of a switch.
5134   if (Switch->getDefaultDest() == ExitingBlock)
5135     return getCouldNotCompute();
5136
5137   assert(L->contains(Switch->getDefaultDest()) &&
5138          "Default case must not exit the loop!");
5139   const SCEV *LHS = getSCEVAtScope(Switch->getCondition(), L);
5140   const SCEV *RHS = getConstant(Switch->findCaseDest(ExitingBlock));
5141
5142   // while (X != Y) --> while (X-Y != 0)
5143   ExitLimit EL = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L, ControlsExit);
5144   if (EL.hasAnyInfo())
5145     return EL;
5146
5147   return getCouldNotCompute();
5148 }
5149
5150 static ConstantInt *
5151 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
5152                                 ScalarEvolution &SE) {
5153   const SCEV *InVal = SE.getConstant(C);
5154   const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
5155   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
5156          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
5157   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
5158 }
5159
5160 /// ComputeLoadConstantCompareExitLimit - Given an exit condition of
5161 /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the backedge
5162 /// execution count.
5163 ScalarEvolution::ExitLimit
5164 ScalarEvolution::ComputeLoadConstantCompareExitLimit(
5165   LoadInst *LI,
5166   Constant *RHS,
5167   const Loop *L,
5168   ICmpInst::Predicate predicate) {
5169
5170   if (LI->isVolatile()) return getCouldNotCompute();
5171
5172   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
5173   // TODO: Use SCEV instead of manually grubbing with GEPs.
5174   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
5175   if (!GEP) return getCouldNotCompute();
5176
5177   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
5178   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
5179   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
5180   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer() ||
5181       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
5182       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
5183     return getCouldNotCompute();
5184
5185   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
5186   Value *VarIdx = nullptr;
5187   std::vector<Constant*> Indexes;
5188   unsigned VarIdxNum = 0;
5189   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
5190     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
5191       Indexes.push_back(CI);
5192     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
5193       if (VarIdx) return getCouldNotCompute();  // Multiple non-constant idx's.
5194       VarIdx = GEP->getOperand(i);
5195       VarIdxNum = i-2;
5196       Indexes.push_back(nullptr);
5197     }
5198
5199   // Loop-invariant loads may be a byproduct of loop optimization. Skip them.
5200   if (!VarIdx)
5201     return getCouldNotCompute();
5202
5203   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
5204   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
5205   const SCEV *Idx = getSCEV(VarIdx);
5206   Idx = getSCEVAtScope(Idx, L);
5207
5208   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
5209   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
5210   const SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
5211   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || isLoopInvariant(IdxExpr, L) ||
5212       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
5213       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
5214     return getCouldNotCompute();
5215
5216   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
5217   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
5218     ConstantInt *ItCst = ConstantInt::get(
5219                            cast<IntegerType>(IdxExpr->getType()), IterationNum);
5220     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, *this);
5221
5222     // Form the GEP offset.
5223     Indexes[VarIdxNum] = Val;
5224
5225     Constant *Result = ConstantFoldLoadThroughGEPIndices(GV->getInitializer(),
5226                                                          Indexes);
5227     if (!Result) break;  // Cannot compute!
5228
5229     // Evaluate the condition for this iteration.
5230     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
5231     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
5232     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
5233 #if 0
5234       dbgs() << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
5235              << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
5236              << "***\n";
5237 #endif
5238       ++NumArrayLenItCounts;
5239       return getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
5240     }
5241   }
5242   return getCouldNotCompute();
5243 }
5244
5245
5246 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
5247 /// specified type, assuming that all operands were constants.
5248 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
5249   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
5250       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) ||
5251       isa<LoadInst>(I))
5252     return true;
5253
5254   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
5255     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
5256       return canConstantFoldCallTo(F);
5257   return false;
5258 }
5259
5260 /// Determine whether this instruction can constant evolve within this loop
5261 /// assuming its operands can all constant evolve.
5262 static bool canConstantEvolve(Instruction *I, const Loop *L) {
5263   // An instruction outside of the loop can't be derived from a loop PHI.
5264   if (!L->contains(I)) return false;
5265
5266   if (isa<PHINode>(I)) {
5267     if (L->getHeader() == I->getParent())
5268       return true;
5269     else
5270       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
5271       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
5272       return false;
5273   }
5274
5275   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
5276   // are constants, bail early.
5277   return CanConstantFold(I);
5278 }
5279
5280 /// getConstantEvolvingPHIOperands - Implement getConstantEvolvingPHI by
5281 /// recursing through each instruction operand until reaching a loop header phi.
5282 static PHINode *
5283 getConstantEvolvingPHIOperands(Instruction *UseInst, const Loop *L,
5284                                DenseMap<Instruction *, PHINode *> &PHIMap) {
5285
5286   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
5287   // constant or derived from a PHI node themselves.
5288   PHINode *PHI = nullptr;
5289   for (Instruction::op_iterator OpI = UseInst->op_begin(),
5290          OpE = UseInst->op_end(); OpI != OpE; ++OpI) {
5291
5292     if (isa<Constant>(*OpI)) continue;
5293
5294     Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(*OpI);
5295     if (!OpInst || !canConstantEvolve(OpInst, L)) return nullptr;
5296
5297     PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(OpInst);
5298     if (!P)
5299       // If this operand is already visited, reuse the prior result.
5300       // We may have P != PHI if this is the deepest point at which the
5301       // inconsistent paths meet.
5302       P = PHIMap.lookup(OpInst);
5303     if (!P) {
5304       // Recurse and memoize the results, whether a phi is found or not.
5305       // This recursive call invalidates pointers into PHIMap.
5306       P = getConstantEvolvingPHIOperands(OpInst, L, PHIMap);
5307       PHIMap[OpInst] = P;
5308     }
5309     if (!P)
5310       return nullptr;  // Not evolving from PHI
5311     if (PHI && PHI != P)
5312       return nullptr;  // Evolving from multiple different PHIs.
5313     PHI = P;
5314   }
5315   // This is a expression evolving from a constant PHI!
5316   return PHI;
5317 }
5318
5319 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
5320 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
5321 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
5322 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
5323 /// constraints, return null.
5324 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
5325   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
5326   if (!I || !canConstantEvolve(I, L)) return nullptr;
5327
5328   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
5329     return PN;
5330   }
5331
5332   // Record non-constant instructions contained by the loop.
5333   DenseMap<Instruction *, PHINode *> PHIMap;
5334   return getConstantEvolvingPHIOperands(I, L, PHIMap);
5335 }
5336
5337 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
5338 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
5339 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
5340 /// reason, return null.
5341 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, const Loop *L,
5342                                     DenseMap<Instruction *, Constant *> &Vals,
5343                                     const DataLayout *DL,
5344                                     const TargetLibraryInfo *TLI) {
5345   // Convenient constant check, but redundant for recursive calls.
5346   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
5347   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
5348   if (!I) return nullptr;
5349
5350   if (Constant *C = Vals.lookup(I)) return C;
5351
5352   // An instruction inside the loop depends on a value outside the loop that we
5353   // weren't given a mapping for, or a value such as a call inside the loop.
5354   if (!canConstantEvolve(I, L)) return nullptr;
5355
5356   // An unmapped PHI can be due to a branch or another loop inside this loop,
5357   // or due to this not being the initial iteration through a loop where we
5358   // couldn't compute the evolution of this particular PHI last time.
5359   if (isa<PHINode>(I)) return nullptr;
5360
5361   std::vector<Constant*> Operands(I->getNumOperands());
5362
5363   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5364     Instruction *Operand = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i));
5365     if (!Operand) {
5366       Operands[i] = dyn_cast<Constant>(I->getOperand(i));
5367       if (!Operands[i]) return nullptr;
5368       continue;
5369     }
5370     Constant *C = EvaluateExpression(Operand, L, Vals, DL, TLI);
5371     Vals[Operand] = C;
5372     if (!C) return nullptr;
5373     Operands[i] = C;
5374   }
5375
5376   if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
5377     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(), Operands[0],
5378                                            Operands[1], DL, TLI);
5379   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
5380     if (!LI->isVolatile())
5381       return ConstantFoldLoadFromConstPtr(Operands[0], DL);
5382   }
5383   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(), Operands, DL,
5384                                   TLI);
5385 }
5386
5387 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
5388 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
5389 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
5390 /// involving constants, fold it.
5391 Constant *
5392 ScalarEvolution::getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN,
5393                                                    const APInt &BEs,
5394                                                    const Loop *L) {
5395   DenseMap<PHINode*, Constant*>::const_iterator I =
5396     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
5397   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
5398     return I->second;
5399
5400   if (BEs.ugt(MaxBruteForceIterations))
5401     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = nullptr;  // Not going to evaluate it.
5402
5403   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
5404
5405   DenseMap<Instruction *, Constant *> CurrentIterVals;
5406   BasicBlock *Header = L->getHeader();
5407   assert(PN->getParent() == Header && "Can't evaluate PHI not in loop header!");
5408
5409   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
5410   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
5411   // second must be derived from the same PHI.
5412   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
5413   PHINode *PHI = nullptr;
5414   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
5415        (PHI = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I) {
5416     Constant *StartCST =
5417       dyn_cast<Constant>(PHI->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
5418     if (!StartCST) continue;
5419     CurrentIterVals[PHI] = StartCST;
5420   }
5421   if (!CurrentIterVals.count(PN))
5422     return RetVal = nullptr;
5423
5424   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
5425
5426   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
5427   if (BEs.getActiveBits() >= 32)
5428     return RetVal = nullptr; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
5429
5430   unsigned NumIterations = BEs.getZExtValue(); // must be in range
5431   unsigned IterationNum = 0;
5432   for (; ; ++IterationNum) {
5433     if (IterationNum == NumIterations)
5434       return RetVal = CurrentIterVals[PN];  // Got exit value!
5435
5436     // Compute the value of the PHIs for the next iteration.
5437     // EvaluateExpression adds non-phi values to the CurrentIterVals map.
5438     DenseMap<Instruction *, Constant *> NextIterVals;
5439     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, L, CurrentIterVals, DL,
5440                                            TLI);
5441     if (!NextPHI)
5442       return nullptr;        // Couldn't evaluate!
5443     NextIterVals[PN] = NextPHI;
5444
5445     bool StoppedEvolving = NextPHI == CurrentIterVals[PN];
5446
5447     // Also evaluate the other PHI nodes.  However, we don't get to stop if we
5448     // cease to be able to evaluate one of them or if they stop evolving,
5449     // because that doesn't necessarily prevent us from computing PN.
5450     SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 8> PHIsToCompute;
5451     for (DenseMap<Instruction *, Constant *>::const_iterator
5452            I = CurrentIterVals.begin(), E = CurrentIterVals.end(); I != E; ++I){
5453       PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I->first);
5454       if (!PHI || PHI == PN || PHI->getParent() != Header) continue;
5455       PHIsToCompute.push_back(std::make_pair(PHI, I->second));
5456     }
5457     // We use two distinct loops because EvaluateExpression may invalidate any
5458     // iterators into CurrentIterVals.
5459     for (SmallVectorImpl<std::pair<PHINode *, Constant*> >::const_iterator
5460              I = PHIsToCompute.begin(), E = PHIsToCompute.end(); I != E; ++I) {
5461       PHINode *PHI = I->first;
5462       Constant *&NextPHI = NextIterVals[PHI];
5463       if (!NextPHI) {   // Not already computed.
5464         Value *BEValue = PHI->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
5465         NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, L, CurrentIterVals, DL, TLI);
5466       }
5467       if (NextPHI != I->second)
5468         StoppedEvolving = false;
5469     }
5470
5471     // If all entries in CurrentIterVals == NextIterVals then we can stop
5472     // iterating, the loop can't continue to change.
5473     if (StoppedEvolving)
5474       return RetVal = CurrentIterVals[PN];
5475
5476     CurrentIterVals.swap(NextIterVals);
5477   }
5478 }
5479
5480 /// ComputeExitCountExhaustively - If the loop is known to execute a
5481 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
5482 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
5483 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
5484 /// evaluate the trip count of the loop, return getCouldNotCompute().
5485 const SCEV *ScalarEvolution::ComputeExitCountExhaustively(const Loop *L,
5486                                                           Value *Cond,
5487                                                           bool ExitWhen) {
5488   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
5489   if (!PN) return getCouldNotCompute();
5490
5491   // If the loop is canonicalized, the PHI will have exactly two entries.
5492   // That's the only form we support here.
5493   if (PN->getNumIncomingValues() != 2) return getCouldNotCompute();
5494
5495   DenseMap<Instruction *, Constant *> CurrentIterVals;
5496   BasicBlock *Header = L->getHeader();
5497   assert(PN->getParent() == Header && "Can't evaluate PHI not in loop header!");
5498
5499   // One entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
5500   // second must be derived from the same PHI.
5501   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
5502   PHINode *PHI = nullptr;
5503   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
5504        (PHI = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I) {
5505     Constant *StartCST =
5506       dyn_cast<Constant>(PHI->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
5507     if (!StartCST) continue;
5508     CurrentIterVals[PHI] = StartCST;
5509   }
5510   if (!CurrentIterVals.count(PN))
5511     return getCouldNotCompute();
5512
5513   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
5514   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
5515   // "ExitWhen".
5516
5517   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
5518   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxIterations;++IterationNum){
5519     ConstantInt *CondVal =
5520       dyn_cast_or_null<ConstantInt>(EvaluateExpression(Cond, L, CurrentIterVals,
5521                                                        DL, TLI));
5522
5523     // Couldn't symbolically evaluate.
5524     if (!CondVal) return getCouldNotCompute();
5525
5526     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
5527       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
5528       return getConstant(Type::getInt32Ty(getContext()), IterationNum);
5529     }
5530
5531     // Update all the PHI nodes for the next iteration.
5532     DenseMap<Instruction *, Constant *> NextIterVals;
5533
5534     // Create a list of which PHIs we need to compute. We want to do this before
5535     // calling EvaluateExpression on them because that may invalidate iterators
5536     // into CurrentIterVals.
5537     SmallVector<PHINode *, 8> PHIsToCompute;
5538     for (DenseMap<Instruction *, Constant *>::const_iterator
5539            I = CurrentIterVals.begin(), E = CurrentIterVals.end(); I != E; ++I){
5540       PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I->first);
5541       if (!PHI || PHI->getParent() != Header) continue;
5542       PHIsToCompute.push_back(PHI);
5543     }
5544     for (SmallVectorImpl<PHINode *>::const_iterator I = PHIsToCompute.begin(),
5545              E = PHIsToCompute.end(); I != E; ++I) {
5546       PHINode *PHI = *I;
5547       Constant *&NextPHI = NextIterVals[PHI];
5548       if (NextPHI) continue;    // Already computed!
5549
5550       Value *BEValue = PHI->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
5551       NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, L, CurrentIterVals, DL, TLI);
5552     }
5553     CurrentIterVals.swap(NextIterVals);
5554   }
5555
5556   // Too many iterations were needed to evaluate.
5557   return getCouldNotCompute();
5558 }
5559
5560 /// getSCEVAtScope - Return a SCEV expression for the specified value
5561 /// at the specified scope in the program.  The L value specifies a loop
5562 /// nest to evaluate the expression at, where null is the top-level or a
5563 /// specified loop is immediately inside of the loop.
5564 ///
5565 /// This method can be used to compute the exit value for a variable defined
5566 /// in a loop by querying what the value will hold in the parent loop.
5567 ///
5568 /// In the case that a relevant loop exit value cannot be computed, the
5569 /// original value V is returned.
5570 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
5571   // Check to see if we've folded this expression at this loop before.
5572   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 2> &Values = ValuesAtScopes[V];
5573   for (unsigned u = 0; u < Values.size(); u++) {
5574     if (Values[u].first == L)
5575       return Values[u].second ? Values[u].second : V;
5576   }
5577   Values.push_back(std::make_pair(L, static_cast<const SCEV *>(nullptr)));
5578   // Otherwise compute it.
5579   const SCEV *C = computeSCEVAtScope(V, L);
5580   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 2> &Values2 = ValuesAtScopes[V];
5581   for (unsigned u = Values2.size(); u > 0; u--) {
5582     if (Values2[u - 1].first == L) {
5583       Values2[u - 1].second = C;
5584       break;
5585     }
5586   }
5587   return C;
5588 }
5589
5590 /// This builds up a Constant using the ConstantExpr interface.  That way, we
5591 /// will return Constants for objects which aren't represented by a
5592 /// SCEVConstant, because SCEVConstant is restricted to ConstantInt.
5593 /// Returns NULL if the SCEV isn't representable as a Constant.
5594 static Constant *BuildConstantFromSCEV(const SCEV *V) {
5595   switch (static_cast<SCEVTypes>(V->getSCEVType())) {
5596     case scCouldNotCompute:
5597     case scAddRecExpr:
5598       break;
5599     case scConstant:
5600       return cast<SCEVConstant>(V)->getValue();
5601     case scUnknown:
5602       return dyn_cast<Constant>(cast<SCEVUnknown>(V)->getValue());
5603     case scSignExtend: {
5604       const SCEVSignExtendExpr *SS = cast<SCEVSignExtendExpr>(V);
5605       if (Constant *CastOp = BuildConstantFromSCEV(SS->getOperand()))
5606         return ConstantExpr::getSExt(CastOp, SS->getType());
5607       break;
5608     }
5609     case scZeroExtend: {
5610       const SCEVZeroExtendExpr *SZ = cast<SCEVZeroExtendExpr>(V);
5611       if (Constant *CastOp = BuildConstantFromSCEV(SZ->getOperand()))
5612         return ConstantExpr::getZExt(CastOp, SZ->getType());
5613       break;
5614     }
5615     case scTruncate: {
5616       const SCEVTruncateExpr *ST = cast<SCEVTruncateExpr>(V);
5617       if (Constant *CastOp = BuildConstantFromSCEV(ST->getOperand()))
5618         return ConstantExpr::getTrunc(CastOp, ST->getType());
5619       break;
5620     }
5621     case scAddExpr: {
5622       const SCEVAddExpr *SA = cast<SCEVAddExpr>(V);
5623       if (Constant *C = BuildConstantFromSCEV(SA->getOperand(0))) {
5624         if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(C->getType())) {
5625           unsigned AS = PTy->getAddressSpace();
5626           Type *DestPtrTy = Type::getInt8PtrTy(C->getContext(), AS);
5627           C = ConstantExpr::getBitCast(C, DestPtrTy);
5628         }
5629         for (unsigned i = 1, e = SA->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5630           Constant *C2 = BuildConstantFromSCEV(SA->getOperand(i));
5631           if (!C2) return nullptr;
5632
5633           // First pointer!
5634           if (!C->getType()->isPointerTy() && C2->getType()->isPointerTy()) {
5635             unsigned AS = C2->getType()->getPointerAddressSpace();
5636             std::swap(C, C2);
5637             Type *DestPtrTy = Type::getInt8PtrTy(C->getContext(), AS);
5638             // The offsets have been converted to bytes.  We can add bytes to an
5639             // i8* by GEP with the byte count in the first index.
5640             C = ConstantExpr::getBitCast(C, DestPtrTy);
5641           }
5642
5643           // Don't bother trying to sum two pointers. We probably can't
5644           // statically compute a load that results from it anyway.
5645           if (C2->getType()->isPointerTy())
5646             return nullptr;
5647
5648           if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(C->getType())) {
5649             if (PTy->getElementType()->isStructTy())
5650               C2 = ConstantExpr::getIntegerCast(
5651                   C2, Type::getInt32Ty(C->getContext()), true);
5652             C = ConstantExpr::getGetElementPtr(C, C2);
5653           } else
5654             C = ConstantExpr::getAdd(C, C2);
5655         }
5656         return C;
5657       }
5658       break;
5659     }
5660     case scMulExpr: {
5661       const SCEVMulExpr *SM = cast<SCEVMulExpr>(V);
5662       if (Constant *C = BuildConstantFromSCEV(SM->getOperand(0))) {
5663         // Don't bother with pointers at all.
5664         if (C->getType()->isPointerTy()) return nullptr;
5665         for (unsigned i = 1, e = SM->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5666           Constant *C2 = BuildConstantFromSCEV(SM->getOperand(i));
5667           if (!C2 || C2->getType()->isPointerTy()) return nullptr;
5668           C = ConstantExpr::getMul(C, C2);
5669         }
5670         return C;
5671       }
5672       break;
5673     }
5674     case scUDivExpr: {
5675       const SCEVUDivExpr *SU = cast<SCEVUDivExpr>(V);
5676       if (Constant *LHS = BuildConstantFromSCEV(SU->getLHS()))
5677         if (Constant *RHS = BuildConstantFromSCEV(SU->getRHS()))
5678           if (LHS->getType() == RHS->getType())
5679             return ConstantExpr::getUDiv(LHS, RHS);
5680       break;
5681     }
5682     case scSMaxExpr:
5683     case scUMaxExpr:
5684       break; // TODO: smax, umax.
5685   }
5686   return nullptr;
5687 }
5688
5689 const SCEV *ScalarEvolution::computeSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
5690   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
5691
5692   // If this instruction is evolved from a constant-evolving PHI, compute the
5693   // exit value from the loop without using SCEVs.
5694   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
5695     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
5696       const Loop *LI = (*this->LI)[I->getParent()];
5697       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
5698         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
5699           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
5700             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
5701             // to see if the loop that contains it has a known backedge-taken
5702             // count.  If so, we may be able to force computation of the exit
5703             // value.
5704             const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(LI);
5705             if (const SCEVConstant *BTCC =
5706                   dyn_cast<SCEVConstant>(BackedgeTakenCount)) {
5707               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
5708               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
5709               // the specified iteration number.
5710               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
5711                                                    BTCC->getValue()->getValue(),
5712                                                                LI);
5713               if (RV) return getSCEV(RV);
5714             }
5715           }
5716
5717       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
5718       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
5719       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
5720       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
5721       if (CanConstantFold(I)) {
5722         SmallVector<Constant *, 4> Operands;
5723         bool MadeImprovement = false;
5724         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5725           Value *Op = I->getOperand(i);
5726           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
5727             Operands.push_back(C);
5728             continue;
5729           }
5730
5731           // If any of the operands is non-constant and if they are
5732           // non-integer and non-pointer, don't even try to analyze them
5733           // with scev techniques.
5734           if (!isSCEVable(Op->getType()))
5735             return V;
5736
5737           const SCEV *OrigV = getSCEV(Op);
5738           const SCEV *OpV = getSCEVAtScope(OrigV, L);
5739           MadeImprovement |= OrigV != OpV;
5740
5741           Constant *C = BuildConstantFromSCEV(OpV);
5742           if (!C) return V;
5743           if (C->getType() != Op->getType())
5744             C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
5745                                                               Op->getType(),
5746                                                               false),
5747                                       C, Op->getType());
5748           Operands.push_back(C);
5749         }
5750
5751         // Check to see if getSCEVAtScope actually made an improvement.
5752         if (MadeImprovement) {
5753           Constant *C = nullptr;
5754           if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
5755             C = ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
5756                                                 Operands[0], Operands[1], DL,
5757                                                 TLI);
5758           else if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
5759             if (!LI->isVolatile())
5760               C = ConstantFoldLoadFromConstPtr(Operands[0], DL);
5761           } else
5762             C = ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
5763                                          Operands, DL, TLI);
5764           if (!C) return V;
5765           return getSCEV(C);
5766         }
5767       }
5768     }
5769
5770     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
5771     return V;
5772   }
5773
5774   if (const SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
5775     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
5776     // expression has no loop-variant portions.
5777     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5778       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
5779       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
5780         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
5781         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
5782         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Comm->op_begin(),
5783                                             Comm->op_begin()+i);
5784         NewOps.push_back(OpAtScope);
5785
5786         for (++i; i != e; ++i) {
5787           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
5788           NewOps.push_back(OpAtScope);
5789         }
5790         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
5791           return getAddExpr(NewOps);
5792         if (isa<SCEVMulExpr>(Comm))
5793           return getMulExpr(NewOps);
5794         if (isa<SCEVSMaxExpr>(Comm))
5795           return getSMaxExpr(NewOps);
5796         if (isa<SCEVUMaxExpr>(Comm))
5797           return getUMaxExpr(NewOps);
5798         llvm_unreachable("Unknown commutative SCEV type!");
5799       }
5800     }
5801     // If we got here, all operands are loop invariant.
5802     return Comm;
5803   }
5804
5805   if (const SCEVUDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(V)) {
5806     const SCEV *LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
5807     const SCEV *RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
5808     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
5809       return Div;   // must be loop invariant
5810     return getUDivExpr(LHS, RHS);
5811   }
5812
5813   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
5814   // are dealing with the final value computed by the loop.
5815   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
5816     // First, attempt to evaluate each operand.
5817     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
5818     // expression has no loop-variant portions.
5819     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5820       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(i), L);
5821       if (OpAtScope == AddRec->getOperand(i))
5822         continue;
5823
5824       // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
5825       // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
5826       SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AddRec->op_begin(),
5827                                           AddRec->op_begin()+i);
5828       NewOps.push_back(OpAtScope);
5829       for (++i; i != e; ++i)
5830         NewOps.push_back(getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(i), L));
5831
5832       const SCEV *FoldedRec =
5833         getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop(),
5834                       AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
5835       AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(FoldedRec);
5836       // The addrec may be folded to a nonrecurrence, for example, if the
5837       // induction variable is multiplied by zero after constant folding. Go
5838       // ahead and return the folded value.
5839       if (!AddRec)
5840         return FoldedRec;
5841       break;
5842     }
5843
5844     // If the scope is outside the addrec's loop, evaluate it by using the
5845     // loop exit value of the addrec.
5846     if (!AddRec->getLoop()->contains(L)) {
5847       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
5848       // loop iterates.  Compute this now.
5849       const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
5850       if (BackedgeTakenCount == getCouldNotCompute()) return AddRec;
5851
5852       // Then, evaluate the AddRec.
5853       return AddRec->evaluateAtIteration(BackedgeTakenCount, *this);
5854     }
5855
5856     return AddRec;
5857   }
5858
5859   if (const SCEVZeroExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(V)) {
5860     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
5861     if (Op == Cast->getOperand())
5862       return Cast;  // must be loop invariant
5863     return getZeroExtendExpr(Op, Cast->getType());
5864   }
5865
5866   if (const SCEVSignExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(V)) {
5867     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
5868     if (Op == Cast->getOperand())
5869       return Cast;  // must be loop invariant
5870     return getSignExtendExpr(Op, Cast->getType());
5871   }
5872
5873   if (const SCEVTruncateExpr *Cast = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(V)) {
5874     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
5875     if (Op == Cast->getOperand())
5876       return Cast;  // must be loop invariant
5877     return getTruncateExpr(Op, Cast->getType());
5878   }
5879
5880   llvm_unreachable("Unknown SCEV type!");
5881 }
5882
5883 /// getSCEVAtScope - This is a convenience function which does
5884 /// getSCEVAtScope(getSCEV(V), L).
5885 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) {
5886   return getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
5887 }
5888
5889 /// SolveLinEquationWithOverflow - Finds the minimum unsigned root of the
5890 /// following equation:
5891 ///
5892 ///     A * X = B (mod N)
5893 ///
5894 /// where N = 2^BW and BW is the common bit width of A and B. The signedness of
5895 /// A and B isn't important.
5896 ///
5897 /// If the equation does not have a solution, SCEVCouldNotCompute is returned.
5898 static const SCEV *SolveLinEquationWithOverflow(const APInt &A, const APInt &B,
5899                                                ScalarEvolution &SE) {
5900   uint32_t BW = A.getBitWidth();
5901   assert(BW == B.getBitWidth() && "Bit widths must be the same.");
5902   assert(A != 0 && "A must be non-zero.");
5903
5904   // 1. D = gcd(A, N)
5905   //
5906   // The gcd of A and N may have only one prime factor: 2. The number of
5907   // trailing zeros in A is its multiplicity
5908   uint32_t Mult2 = A.countTrailingZeros();
5909   // D = 2^Mult2
5910
5911   // 2. Check if B is divisible by D.
5912   //
5913   // B is divisible by D if and only if the multiplicity of prime factor 2 for B
5914   // is not less than multiplicity of this prime factor for D.
5915   if (B.countTrailingZeros() < Mult2)
5916     return SE.getCouldNotCompute();
5917
5918   // 3. Compute I: the multiplicative inverse of (A / D) in arithmetic
5919   // modulo (N / D).
5920   //
5921   // (N / D) may need BW+1 bits in its representation.  Hence, we'll use this
5922   // bit width during computations.
5923   APInt AD = A.lshr(Mult2).zext(BW + 1);  // AD = A / D
5924   APInt Mod(BW + 1, 0);
5925   Mod.setBit(BW - Mult2);  // Mod = N / D
5926   APInt I = AD.multiplicativeInverse(Mod);
5927
5928   // 4. Compute the minimum unsigned root of the equation:
5929   // I * (B / D) mod (N / D)
5930   APInt Result = (I * B.lshr(Mult2).zext(BW + 1)).urem(Mod);
5931
5932   // The result is guaranteed to be less than 2^BW so we may truncate it to BW
5933   // bits.
5934   return SE.getConstant(Result.trunc(BW));
5935 }
5936
5937 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
5938 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
5939 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
5940 ///
5941 static std::pair<const SCEV *,const SCEV *>
5942 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ScalarEvolution &SE) {
5943   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
5944   const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
5945   const SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
5946   const SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
5947
5948   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
5949   if (!LC || !MC || !NC) {
5950     const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
5951     return std::make_pair(CNC, CNC);
5952   }
5953
5954   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
5955   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
5956   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
5957   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
5958   APInt Two(BitWidth, 2);
5959   APInt Four(BitWidth, 4);
5960
5961   {
5962     using namespace APIntOps;
5963     const APInt& C = L;
5964     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
5965     // The B coefficient is M-N/2
5966     APInt B(M);
5967     B -= sdiv(N,Two);
5968
5969     // The A coefficient is N/2
5970     APInt A(N.sdiv(Two));
5971
5972     // Compute the B^2-4ac term.
5973     APInt SqrtTerm(B);
5974     SqrtTerm *= B;
5975     SqrtTerm -= Four * (A * C);
5976
5977     if (SqrtTerm.isNegative()) {
5978       // The loop is provably infinite.
5979       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
5980       return std::make_pair(CNC, CNC);
5981     }
5982
5983     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
5984     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
5985     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
5986
5987     // Compute the two solutions for the quadratic formula.
5988     // The divisions must be performed as signed divisions.
5989     APInt NegB(-B);
5990     APInt TwoA(A << 1);
5991     if (TwoA.isMinValue()) {
5992       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
5993       return std::make_pair(CNC, CNC);
5994     }
5995
5996     LLVMContext &Context = SE.getContext();
5997
5998     ConstantInt *Solution1 =
5999       ConstantInt::get(Context, (NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
6000     ConstantInt *Solution2 =
6001       ConstantInt::get(Context, (NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
6002
6003     return std::make_pair(SE.getConstant(Solution1),
6004                           SE.getConstant(Solution2));
6005   } // end APIntOps namespace
6006 }
6007
6008 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
6009 /// value to zero will execute.  If not computable, return CouldNotCompute.
6010 ///
6011 /// This is only used for loops with a "x != y" exit test. The exit condition is
6012 /// now expressed as a single expression, V = x-y. So the exit test is
6013 /// effectively V != 0.  We know and take advantage of the fact that this
6014 /// expression only being used in a comparison by zero context.
6015 ScalarEvolution::ExitLimit
6016 ScalarEvolution::HowFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L, bool ControlsExit) {
6017   // If the value is a constant
6018   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
6019     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
6020     if (C->getValue()->isZero()) return C;
6021     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
6022   }
6023
6024   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
6025   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
6026     return getCouldNotCompute();
6027
6028   // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
6029   // the quadratic equation to solve it.
6030   if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isIntegerTy()) {
6031     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots =
6032       SolveQuadraticEquation(AddRec, *this);
6033     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
6034     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
6035     if (R1 && R2) {
6036 #if 0
6037       dbgs() << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
6038              << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
6039 #endif
6040       // Pick the smallest positive root value.
6041       if (ConstantInt *CB =
6042           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(CmpInst::ICMP_ULT,
6043                                                       R1->getValue(),
6044                                                       R2->getValue()))) {
6045         if (CB->getZExtValue() == false)
6046           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
6047
6048         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
6049         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
6050         // should not accept a root of 2.
6051         const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1, *this);
6052         if (Val->isZero())
6053           return R1;  // We found a quadratic root!
6054       }
6055     }
6056     return getCouldNotCompute();
6057   }
6058
6059   // Otherwise we can only handle this if it is affine.
6060   if (!AddRec->isAffine())
6061     return getCouldNotCompute();
6062
6063   // If this is an affine expression, the execution count of this branch is
6064   // the minimum unsigned root of the following equation:
6065   //
6066   //     Start + Step*N = 0 (mod 2^BW)
6067   //
6068   // equivalent to:
6069   //
6070   //             Step*N = -Start (mod 2^BW)
6071   //
6072   // where BW is the common bit width of Start and Step.
6073
6074   // Get the initial value for the loop.
6075   const SCEV *Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(), L->getParentLoop());
6076   const SCEV *Step = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(1), L->getParentLoop());
6077
6078   // For now we handle only constant steps.
6079   //
6080   // TODO: Handle a nonconstant Step given AddRec<NUW>. If the
6081   // AddRec is NUW, then (in an unsigned sense) it cannot be counting up to wrap
6082   // to 0, it must be counting down to equal 0. Consequently, N = Start / -Step.
6083   // We have not yet seen any such cases.
6084   const SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
6085   if (!StepC || StepC->getValue()->equalsInt(0))
6086     return getCouldNotCompute();
6087
6088   // For positive steps (counting up until unsigned overflow):
6089   //   N = -Start/Step (as unsigned)
6090   // For negative steps (counting down to zero):
6091   //   N = Start/-Step
6092   // First compute the unsigned distance from zero in the direction of Step.
6093   bool CountDown = StepC->getValue()->getValue().isNegative();
6094   const SCEV *Distance = CountDown ? Start : getNegativeSCEV(Start);
6095
6096   // Handle unitary steps, which cannot wraparound.
6097   // 1*N = -Start; -1*N = Start (mod 2^BW), so:
6098   //   N = Distance (as unsigned)
6099   if (StepC->getValue()->equalsInt(1) || StepC->getValue()->isAllOnesValue()) {
6100     ConstantRange CR = getUnsignedRange(Start);
6101     const SCEV *MaxBECount;
6102     if (!CountDown && CR.getUnsignedMin().isMinValue())
6103       // When counting up, the worst starting value is 1, not 0.
6104       MaxBECount = CR.getUnsignedMax().isMinValue()
6105         ? getConstant(APInt::getMinValue(CR.getBitWidth()))
6106         : getConstant(APInt::getMaxValue(CR.getBitWidth()));
6107     else
6108       MaxBECount = getConstant(CountDown ? CR.getUnsignedMax()
6109                                          : -CR.getUnsignedMin());
6110     return ExitLimit(Distance, MaxBECount);
6111   }
6112
6113   // As a special case, handle the instance where Step is a positive power of
6114   // two. In this case, determining whether Step divides Distance evenly can be
6115   // done by counting and comparing the number of trailing zeros of Step and
6116   // Distance.
6117   if (!CountDown) {
6118     const APInt &StepV = StepC->getValue()->getValue();
6119     // StepV.isPowerOf2() returns true if StepV is an positive power of two.  It
6120     // also returns true if StepV is maximally negative (eg, INT_MIN), but that
6121     // case is not handled as this code is guarded by !CountDown.
6122     if (StepV.isPowerOf2() &&
6123         GetMinTrailingZeros(Distance) >= StepV.countTrailingZeros())
6124       return getUDivExactExpr(Distance, Step);
6125   }
6126
6127   // If the condition controls loop exit (the loop exits only if the expression
6128   // is true) and the addition is no-wrap we can use unsigned divide to
6129   // compute the backedge count.  In this case, the step may not divide the
6130   // distance, but we don't care because if the condition is "missed" the loop
6131   // will have undefined behavior due to wrapping.
6132   if (ControlsExit && AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)) {
6133     const SCEV *Exact =
6134         getUDivExpr(Distance, CountDown ? getNegativeSCEV(Step) : Step);
6135     return ExitLimit(Exact, Exact);
6136   }
6137
6138   // Then, try to solve the above equation provided that Start is constant.
6139   if (const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start))
6140     return SolveLinEquationWithOverflow(StepC->getValue()->getValue(),
6141                                         -StartC->getValue()->getValue(),
6142                                         *this);
6143   return getCouldNotCompute();
6144 }
6145
6146 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
6147 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
6148 /// CouldNotCompute
6149 ScalarEvolution::ExitLimit
6150 ScalarEvolution::HowFarToNonZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
6151   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
6152   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
6153   // future as needed.
6154
6155   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
6156   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
6157   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
6158     if (!C->getValue()->isNullValue())
6159       return getConstant(C->getType(), 0);
6160     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
6161   }
6162
6163   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
6164   // this, and if they did, they would already be constant folded.
6165   return getCouldNotCompute();
6166 }
6167
6168 /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
6169 /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
6170 /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
6171 /// found.
6172 ///
6173 std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
6174 ScalarEvolution::getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB) {
6175   // If the block has a unique predecessor, then there is no path from the
6176   // predecessor to the block that does not go through the direct edge
6177   // from the predecessor to the block.
6178   if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor())
6179     return std::make_pair(Pred, BB);
6180
6181   // A loop's header is defined to be a block that dominates the loop.
6182   // If the header has a unique predecessor outside the loop, it must be
6183   // a block that has exactly one successor that can reach the loop.
6184   if (Loop *L = LI->getLoopFor(BB))
6185     return std::make_pair(L->getLoopPredecessor(), L->getHeader());
6186
6187   return std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>();
6188 }
6189
6190 /// HasSameValue - SCEV structural equivalence is usually sufficient for
6191 /// testing whether two expressions are equal, however for the purposes of
6192 /// looking for a condition guarding a loop, it can be useful to be a little
6193 /// more general, since a front-end may have replicated the controlling
6194 /// expression.
6195 ///
6196 static bool HasSameValue(const SCEV *A, const SCEV *B) {
6197   // Quick check to see if they are the same SCEV.
6198   if (A == B) return true;
6199
6200   // Otherwise, if they're both SCEVUnknown, it's possible that they hold
6201   // two different instructions with the same value. Check for this case.
6202   if (const SCEVUnknown *AU = dyn_cast<SCEVUnknown>(A))
6203     if (const SCEVUnknown *BU = dyn_cast<SCEVUnknown>(B))
6204       if (const Instruction *AI = dyn_cast<Instruction>(AU->getValue()))
6205         if (const Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(BU->getValue()))
6206           if (AI->isIdenticalTo(BI) && !AI->mayReadFromMemory())
6207             return true;
6208
6209   // Otherwise assume they may have a different value.
6210   return false;
6211 }
6212
6213 /// SimplifyICmpOperands - Simplify LHS and RHS in a comparison with
6214 /// predicate Pred. Return true iff any changes were made.
6215 ///
6216 bool ScalarEvolution::SimplifyICmpOperands(ICmpInst::Predicate &Pred,
6217                                            const SCEV *&LHS, const SCEV *&RHS,
6218                                            unsigned Depth) {
6219   bool Changed = false;
6220
6221   // If we hit the max recursion limit bail out.
6222   if (Depth >= 3)
6223     return false;
6224
6225   // Canonicalize a constant to the right side.
6226   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
6227     // Check for both operands constant.
6228     if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
6229       if (ConstantExpr::getICmp(Pred,
6230                                 LHSC->getValue(),
6231                                 RHSC->getValue())->isNullValue())
6232         goto trivially_false;
6233       else
6234         goto trivially_true;
6235     }
6236     // Otherwise swap the operands to put the constant on the right.
6237     std::swap(LHS, RHS);
6238     Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
6239     Changed = true;
6240   }
6241
6242   // If we're comparing an addrec with a value which is loop-invariant in the
6243   // addrec's loop, put the addrec on the left. Also make a dominance check,
6244   // as both operands could be addrecs loop-invariant in each other's loop.
6245   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS)) {
6246     const Loop *L = AR->getLoop();
6247     if (isLoopInvariant(LHS, L) && properlyDominates(LHS, L->getHeader())) {
6248       std::swap(LHS, RHS);
6249       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
6250       Changed = true;
6251     }
6252   }
6253
6254   // If there's a constant operand, canonicalize comparisons with boundary
6255   // cases, and canonicalize *-or-equal comparisons to regular comparisons.
6256   if (const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
6257     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
6258     switch (Pred) {
6259     default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
6260     case ICmpInst::ICMP_EQ:
6261     case ICmpInst::ICMP_NE:
6262       // Fold ((-1) * %a) + %b == 0 (equivalent to %b-%a == 0) into %a == %b.
6263       if (!RA)
6264         if (const SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS))
6265           if (const SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(AE->getOperand(0)))
6266             if (AE->getNumOperands() == 2 && ME->getNumOperands() == 2 &&
6267                 ME->getOperand(0)->isAllOnesValue()) {
6268               RHS = AE->getOperand(1);
6269               LHS = ME->getOperand(1);
6270               Changed = true;
6271             }
6272       break;
6273     case ICmpInst::ICMP_UGE:
6274       if ((RA - 1).isMinValue()) {
6275         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6276         RHS = getConstant(RA - 1);
6277         Changed = true;
6278         break;
6279       }
6280       if (RA.isMaxValue()) {
6281         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6282         Changed = true;
6283         break;
6284       }
6285       if (RA.isMinValue()) goto trivially_true;
6286
6287       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
6288       RHS = getConstant(RA - 1);
6289       Changed = true;
6290       break;
6291     case ICmpInst::ICMP_ULE:
6292       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
6293         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6294         RHS = getConstant(RA + 1);
6295         Changed = true;
6296         break;
6297       }
6298       if (RA.isMinValue()) {
6299         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6300         Changed = true;
6301         break;
6302       }
6303       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_true;
6304
6305       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
6306       RHS = getConstant(RA + 1);
6307       Changed = true;
6308       break;
6309     case ICmpInst::ICMP_SGE:
6310       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
6311         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6312         RHS = getConstant(RA - 1);
6313         Changed = true;
6314         break;
6315       }
6316       if (RA.isMaxSignedValue()) {
6317         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6318         Changed = true;
6319         break;
6320       }
6321       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_true;
6322
6323       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
6324       RHS = getConstant(RA - 1);
6325       Changed = true;
6326       break;
6327     case ICmpInst::ICMP_SLE:
6328       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
6329         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6330         RHS = getConstant(RA + 1);
6331         Changed = true;
6332         break;
6333       }
6334       if (RA.isMinSignedValue()) {
6335         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6336         Changed = true;
6337         break;
6338       }
6339       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_true;
6340
6341       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
6342       RHS = getConstant(RA + 1);
6343       Changed = true;
6344       break;
6345     case ICmpInst::ICMP_UGT:
6346       if (RA.isMinValue()) {
6347         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6348         Changed = true;
6349         break;
6350       }
6351       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
6352         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6353         RHS = getConstant(RA + 1);
6354         Changed = true;
6355         break;
6356       }
6357       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_false;
6358       break;
6359     case ICmpInst::ICMP_ULT:
6360       if (RA.isMaxValue()) {
6361         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6362         Changed = true;
6363         break;
6364       }
6365       if ((RA - 1).isMinValue()) {
6366         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6367         RHS = getConstant(RA - 1);
6368         Changed = true;
6369         break;
6370       }
6371       if (RA.isMinValue()) goto trivially_false;
6372       break;
6373     case ICmpInst::ICMP_SGT:
6374       if (RA.isMinSignedValue()) {
6375         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6376         Changed = true;
6377         break;
6378       }
6379       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
6380         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6381         RHS = getConstant(RA + 1);
6382         Changed = true;
6383         break;
6384       }
6385       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_false;
6386       break;
6387     case ICmpInst::ICMP_SLT:
6388       if (RA.isMaxSignedValue()) {
6389         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6390         Changed = true;
6391         break;
6392       }
6393       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
6394        Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6395        RHS = getConstant(RA - 1);
6396         Changed = true;
6397        break;
6398       }
6399       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_false;
6400       break;
6401     }
6402   }
6403
6404   // Check for obvious equality.
6405   if (HasSameValue(LHS, RHS)) {
6406     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
6407       goto trivially_true;
6408     if (ICmpInst::isFalseWhenEqual(Pred))
6409       goto trivially_false;
6410   }
6411
6412   // If possible, canonicalize GE/LE comparisons to GT/LT comparisons, by
6413   // adding or subtracting 1 from one of the operands.
6414   switch (Pred) {
6415   case ICmpInst::ICMP_SLE:
6416     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
6417       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
6418                        SCEV::FlagNSW);
6419       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
6420       Changed = true;
6421     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
6422       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
6423                        SCEV::FlagNSW);
6424       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
6425       Changed = true;
6426     }
6427     break;
6428   case ICmpInst::ICMP_SGE:
6429     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
6430       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
6431                        SCEV::FlagNSW);
6432       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
6433       Changed = true;
6434     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
6435       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
6436                        SCEV::FlagNSW);
6437       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
6438       Changed = true;
6439     }
6440     break;
6441   case ICmpInst::ICMP_ULE:
6442     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
6443       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
6444                        SCEV::FlagNUW);
6445       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
6446       Changed = true;
6447     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
6448       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
6449                        SCEV::FlagNUW);
6450       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
6451       Changed = true;
6452     }
6453     break;
6454   case ICmpInst::ICMP_UGE:
6455     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
6456       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
6457                        SCEV::FlagNUW);
6458       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
6459       Changed = true;
6460     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
6461       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
6462                        SCEV::FlagNUW);
6463       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
6464       Changed = true;
6465     }
6466     break;
6467   default:
6468     break;
6469   }
6470
6471   // TODO: More simplifications are possible here.
6472
6473   // Recursively simplify until we either hit a recursion limit or nothing
6474   // changes.
6475   if (Changed)
6476     return SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS, Depth+1);
6477
6478   return Changed;
6479
6480 trivially_true:
6481   // Return 0 == 0.
6482   LHS = RHS = getConstant(ConstantInt::getFalse(getContext()));
6483   Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6484   return true;
6485
6486 trivially_false:
6487   // Return 0 != 0.
6488   LHS = RHS = getConstant(ConstantInt::getFalse(getContext()));
6489   Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6490   return true;
6491 }
6492
6493 bool ScalarEvolution::isKnownNegative(const SCEV *S) {
6494   return getSignedRange(S).getSignedMax().isNegative();
6495 }
6496
6497 bool ScalarEvolution::isKnownPositive(const SCEV *S) {
6498   return getSignedRange(S).getSignedMin().isStrictlyPositive();
6499 }
6500
6501 bool ScalarEvolution::isKnownNonNegative(const SCEV *S) {
6502   return !getSignedRange(S).getSignedMin().isNegative();
6503 }
6504
6505 bool ScalarEvolution::isKnownNonPositive(const SCEV *S) {
6506   return !getSignedRange(S).getSignedMax().isStrictlyPositive();
6507 }
6508
6509 bool ScalarEvolution::isKnownNonZero(const SCEV *S) {
6510   return isKnownNegative(S) || isKnownPositive(S);
6511 }
6512
6513 bool ScalarEvolution::isKnownPredicate(ICmpInst::Predicate Pred,
6514                                        const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
6515   // Canonicalize the inputs first.
6516   (void)SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS);
6517
6518   // If LHS or RHS is an addrec, check to see if the condition is true in
6519   // every iteration of the loop.
6520   // If LHS and RHS are both addrec, both conditions must be true in
6521   // every iteration of the loop.
6522   const SCEVAddRecExpr *LAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
6523   const SCEVAddRecExpr *RAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
6524   bool LeftGuarded = false;
6525   bool RightGuarded = false;
6526   if (LAR) {
6527     const Loop *L = LAR->getLoop();
6528     if (isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, LAR->getStart(), RHS) &&
6529         isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, LAR->getPostIncExpr(*this), RHS)) {
6530       if (!RAR) return true;
6531       LeftGuarded = true;
6532     }
6533   }
6534   if (RAR) {
6535     const Loop *L = RAR->getLoop();
6536     if (isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, LHS, RAR->getStart()) &&
6537         isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, LHS, RAR->getPostIncExpr(*this))) {
6538       if (!LAR) return true;
6539       RightGuarded = true;
6540     }
6541   }
6542   if (LeftGuarded && RightGuarded)
6543     return true;
6544
6545   // Otherwise see what can be done with known constant ranges.
6546   return isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS);
6547 }
6548
6549 bool
6550 ScalarEvolution::isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
6551                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
6552   if (HasSameValue(LHS, RHS))
6553     return ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
6554
6555   // This code is split out from isKnownPredicate because it is called from
6556   // within isLoopEntryGuardedByCond.
6557   switch (Pred) {
6558   default:
6559     llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
6560   case ICmpInst::ICMP_SGT:
6561     std::swap(LHS, RHS);
6562   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
6563     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
6564     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
6565     if (LHSRange.getSignedMax().slt(RHSRange.getSignedMin()))
6566       return true;
6567     if (LHSRange.getSignedMin().sge(RHSRange.getSignedMax()))
6568       return false;
6569     break;
6570   }
6571   case ICmpInst::ICMP_SGE:
6572     std::swap(LHS, RHS);
6573   case ICmpInst::ICMP_SLE: {
6574     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
6575     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
6576     if (LHSRange.getSignedMax().sle(RHSRange.getSignedMin()))
6577       return true;
6578     if (LHSRange.getSignedMin().sgt(RHSRange.getSignedMax()))
6579       return false;
6580     break;
6581   }
6582   case ICmpInst::ICMP_UGT:
6583     std::swap(LHS, RHS);
6584   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
6585     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
6586     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
6587     if (LHSRange.getUnsignedMax().ult(RHSRange.getUnsignedMin()))
6588       return true;
6589     if (LHSRange.getUnsignedMin().uge(RHSRange.getUnsignedMax()))
6590       return false;
6591     break;
6592   }
6593   case ICmpInst::ICMP_UGE:
6594     std::swap(LHS, RHS);
6595   case ICmpInst::ICMP_ULE: {
6596     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
6597     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
6598     if (LHSRange.getUnsignedMax().ule(RHSRange.getUnsignedMin()))
6599       return true;
6600     if (LHSRange.getUnsignedMin().ugt(RHSRange.getUnsignedMax()))
6601       return false;
6602     break;
6603   }
6604   case ICmpInst::ICMP_NE: {
6605     if (getUnsignedRange(LHS).intersectWith(getUnsignedRange(RHS)).isEmptySet())
6606       return true;
6607     if (getSignedRange(LHS).intersectWith(getSignedRange(RHS)).isEmptySet())
6608       return true;
6609
6610     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(LHS, RHS);
6611     if (isKnownNonZero(Diff))
6612       return true;
6613     break;
6614   }
6615   case ICmpInst::ICMP_EQ:
6616     // The check at the top of the function catches the case where
6617     // the values are known to be equal.
6618     break;
6619   }
6620   return false;
6621 }
6622
6623 /// isLoopBackedgeGuardedByCond - Test whether the backedge of the loop is
6624 /// protected by a conditional between LHS and RHS.  This is used to
6625 /// to eliminate casts.
6626 bool
6627 ScalarEvolution::isLoopBackedgeGuardedByCond(const Loop *L,
6628                                              ICmpInst::Predicate Pred,
6629                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
6630   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
6631   // (interprocedural conditions notwithstanding).
6632   if (!L) return true;
6633
6634   if (isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS)) return true;
6635
6636   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
6637   if (!Latch)
6638     return false;
6639
6640   BranchInst *LoopContinuePredicate =
6641     dyn_cast<BranchInst>(Latch->getTerminator());
6642   if (LoopContinuePredicate && LoopContinuePredicate->isConditional() &&
6643       isImpliedCond(Pred, LHS, RHS,
6644                     LoopContinuePredicate->getCondition(),
6645                     LoopContinuePredicate->getSuccessor(0) != L->getHeader()))
6646     return true;
6647
6648   // Check conditions due to any @llvm.assume intrinsics.
6649   for (auto &AssumeVH : AC->assumptions()) {
6650     if (!AssumeVH)
6651       continue;
6652     auto *CI = cast<CallInst>(AssumeVH);
6653     if (!DT->dominates(CI, Latch->getTerminator()))
6654       continue;
6655
6656     if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, CI->getArgOperand(0), false))
6657       return true;
6658   }
6659
6660   return false;
6661 }
6662
6663 /// isLoopEntryGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected
6664 /// by a conditional between LHS and RHS.  This is used to help avoid max
6665 /// expressions in loop trip counts, and to eliminate casts.
6666 bool
6667 ScalarEvolution::isLoopEntryGuardedByCond(const Loop *L,
6668                                           ICmpInst::Predicate Pred,
6669                                           const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
6670   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
6671   // (interprocedural conditions notwithstanding).
6672   if (!L) return false;
6673
6674   if (isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS)) return true;
6675
6676   // Starting at the loop predecessor, climb up the predecessor chain, as long
6677   // as there are predecessors that can be found that have unique successors
6678   // leading to the original header.
6679   for (std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
6680          Pair(L->getLoopPredecessor(), L->getHeader());
6681        Pair.first;
6682        Pair = getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(Pair.first)) {
6683
6684     BranchInst *LoopEntryPredicate =
6685       dyn_cast<BranchInst>(Pair.first->getTerminator());
6686     if (!LoopEntryPredicate ||
6687         LoopEntryPredicate->isUnconditional())
6688       continue;
6689
6690     if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS,
6691                       LoopEntryPredicate->getCondition(),
6692                       LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) != Pair.second))
6693       return true;
6694   }
6695
6696   // Check conditions due to any @llvm.assume intrinsics.
6697   for (auto &AssumeVH : AC->assumptions()) {
6698     if (!AssumeVH)
6699       continue;
6700     auto *CI = cast<CallInst>(AssumeVH);
6701     if (!DT->dominates(CI, L->getHeader()))
6702       continue;
6703
6704     if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, CI->getArgOperand(0), false))
6705       return true;
6706   }
6707
6708   return false;
6709 }
6710
6711 /// RAII wrapper to prevent recursive application of isImpliedCond.
6712 /// ScalarEvolution's PendingLoopPredicates set must be empty unless we are
6713 /// currently evaluating isImpliedCond.
6714 struct MarkPendingLoopPredicate {
6715   Value *Cond;
6716   DenseSet<Value*> &LoopPreds;
6717   bool Pending;
6718
6719   MarkPendingLoopPredicate(Value *C, DenseSet<Value*> &LP)
6720     : Cond(C), LoopPreds(LP) {
6721     Pending = !LoopPreds.insert(Cond).second;
6722   }
6723   ~MarkPendingLoopPredicate() {
6724     if (!Pending)
6725       LoopPreds.erase(Cond);
6726   }
6727 };
6728
6729 /// isImpliedCond - Test whether the condition described by Pred, LHS,
6730 /// and RHS is true whenever the given Cond value evaluates to true.
6731 bool ScalarEvolution::isImpliedCond(ICmpInst::Predicate Pred,
6732                                     const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
6733                                     Value *FoundCondValue,
6734                                     bool Inverse) {
6735   MarkPendingLoopPredicate Mark(FoundCondValue, PendingLoopPredicates);
6736   if (Mark.Pending)
6737     return false;
6738
6739   // Recursively handle And and Or conditions.
6740   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(FoundCondValue)) {
6741     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
6742       if (!Inverse)
6743         return isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(0), Inverse) ||
6744                isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(1), Inverse);
6745     } else if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
6746       if (Inverse)
6747         return isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(0), Inverse) ||
6748                isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(1), Inverse);
6749     }
6750   }
6751
6752   ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(FoundCondValue);
6753   if (!ICI) return false;
6754
6755   // Bail if the ICmp's operands' types are wider than the needed type
6756   // before attempting to call getSCEV on them. This avoids infinite
6757   // recursion, since the analysis of widening casts can require loop
6758   // exit condition information for overflow checking, which would
6759   // lead back here.
6760   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <
6761       getTypeSizeInBits(ICI->getOperand(0)->getType()))
6762     return false;
6763
6764   // Now that we found a conditional branch that dominates the loop or controls
6765   // the loop latch. Check to see if it is the comparison we are looking for.
6766   ICmpInst::Predicate FoundPred;
6767   if (Inverse)
6768     FoundPred = ICI->getInversePredicate();
6769   else
6770     FoundPred = ICI->getPredicate();
6771
6772   const SCEV *FoundLHS = getSCEV(ICI->getOperand(0));
6773   const SCEV *FoundRHS = getSCEV(ICI->getOperand(1));
6774
6775   // Balance the types. The case where FoundLHS' type is wider than
6776   // LHS' type is checked for above.
6777   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) >
6778       getTypeSizeInBits(FoundLHS->getType())) {
6779     if (CmpInst::isSigned(FoundPred)) {
6780       FoundLHS = getSignExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
6781       FoundRHS = getSignExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
6782     } else {
6783       FoundLHS = getZeroExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
6784       FoundRHS = getZeroExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
6785     }
6786   }
6787
6788   // Canonicalize the query to match the way instcombine will have
6789   // canonicalized the comparison.
6790   if (SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS))
6791     if (LHS == RHS)
6792       return CmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
6793   if (SimplifyICmpOperands(FoundPred, FoundLHS, FoundRHS))
6794     if (FoundLHS == FoundRHS)
6795       return CmpInst::isFalseWhenEqual(FoundPred);
6796
6797   // Check to see if we can make the LHS or RHS match.
6798   if (LHS == FoundRHS || RHS == FoundLHS) {
6799     if (isa<SCEVConstant>(RHS)) {
6800       std::swap(FoundLHS, FoundRHS);
6801       FoundPred = ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred);
6802     } else {
6803       std::swap(LHS, RHS);
6804       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
6805     }
6806   }
6807
6808   // Check whether the found predicate is the same as the desired predicate.
6809   if (FoundPred == Pred)
6810     return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS);
6811
6812   // Check whether swapping the found predicate makes it the same as the
6813   // desired predicate.
6814   if (ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred) == Pred) {
6815     if (isa<SCEVConstant>(RHS))
6816       return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundRHS, FoundLHS);
6817     else
6818       return isImpliedCondOperands(ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred),
6819                                    RHS, LHS, FoundLHS, FoundRHS);
6820   }
6821
6822   // Check if we can make progress by sharpening ranges.
6823   if (FoundPred == ICmpInst::ICMP_NE &&
6824       (isa<SCEVConstant>(FoundLHS) || isa<SCEVConstant>(FoundRHS))) {
6825
6826     const SCEVConstant *C = nullptr;
6827     const SCEV *V = nullptr;
6828
6829     if (isa<SCEVConstant>(FoundLHS)) {
6830       C = cast<SCEVConstant>(FoundLHS);
6831       V = FoundRHS;
6832     } else {
6833       C = cast<SCEVConstant>(FoundRHS);
6834       V = FoundLHS;
6835     }
6836
6837     // The guarding predicate tells us that C != V. If the known range
6838     // of V is [C, t), we can sharpen the range to [C + 1, t).  The
6839     // range we consider has to correspond to same signedness as the
6840     // predicate we're interested in folding.
6841
6842     APInt Min = ICmpInst::isSigned(Pred) ?
6843         getSignedRange(V).getSignedMin() : getUnsignedRange(V).getUnsignedMin();
6844
6845     if (Min == C->getValue()->getValue()) {
6846       // Given (V >= Min && V != Min) we conclude V >= (Min + 1).
6847       // This is true even if (Min + 1) wraps around -- in case of
6848       // wraparound, (Min + 1) < Min, so (V >= Min => V >= (Min + 1)).
6849
6850       APInt SharperMin = Min + 1;
6851
6852       switch (Pred) {
6853         case ICmpInst::ICMP_SGE:
6854         case ICmpInst::ICMP_UGE:
6855           // We know V `Pred` SharperMin.  If this implies LHS `Pred`
6856           // RHS, we're done.
6857           if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, V,
6858                                     getConstant(SharperMin)))
6859             return true;
6860
6861         case ICmpInst::ICMP_SGT:
6862         case ICmpInst::ICMP_UGT:
6863           // We know from the range information that (V `Pred` Min ||
6864           // V == Min).  We know from the guarding condition that !(V
6865           // == Min).  This gives us
6866           //
6867           //       V `Pred` Min || V == Min && !(V == Min)
6868           //   =>  V `Pred` Min
6869           //
6870           // If V `Pred` Min implies LHS `Pred` RHS, we're done.
6871
6872           if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, V, getConstant(Min)))
6873             return true;
6874
6875         default:
6876           // No change
6877           break;
6878       }
6879     }
6880   }
6881
6882   // Check whether the actual condition is beyond sufficient.
6883   if (FoundPred == ICmpInst::ICMP_EQ)
6884     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
6885       if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
6886         return true;
6887   if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
6888     if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(FoundPred))
6889       if (isImpliedCondOperands(FoundPred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
6890         return true;
6891
6892   // Otherwise assume the worst.
6893   return false;
6894 }
6895
6896 /// isImpliedCondOperands - Test whether the condition described by Pred,
6897 /// LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred, FoundLHS,
6898 /// and FoundRHS is true.
6899 bool ScalarEvolution::isImpliedCondOperands(ICmpInst::Predicate Pred,
6900                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
6901                                             const SCEV *FoundLHS,
6902                                             const SCEV *FoundRHS) {
6903   return isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
6904                                      FoundLHS, FoundRHS) ||
6905          // ~x < ~y --> x > y
6906          isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
6907                                      getNotSCEV(FoundRHS),
6908                                      getNotSCEV(FoundLHS));
6909 }
6910
6911
6912 /// If Expr computes ~A, return A else return nullptr
6913 static const SCEV *MatchNotExpr(const SCEV *Expr) {
6914   const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr);
6915   if (!Add || Add->getNumOperands() != 2) return nullptr;
6916
6917   const SCEVConstant *AddLHS = dyn_cast<SCEVConstant>(Add->getOperand(0));
6918   if (!(AddLHS && AddLHS->getValue()->getValue().isAllOnesValue()))
6919     return nullptr;
6920
6921   const SCEVMulExpr *AddRHS = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Add->getOperand(1));
6922   if (!AddRHS || AddRHS->getNumOperands() != 2) return nullptr;
6923
6924   const SCEVConstant *MulLHS = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRHS->getOperand(0));
6925   if (!(MulLHS && MulLHS->getValue()->getValue().isAllOnesValue()))
6926     return nullptr;
6927
6928   return AddRHS->getOperand(1);
6929 }
6930
6931
6932 /// Is MaybeMaxExpr an SMax or UMax of Candidate and some other values?
6933 template<typename MaxExprType>
6934 static bool IsMaxConsistingOf(const SCEV *MaybeMaxExpr,
6935                               const SCEV *Candidate) {
6936   const MaxExprType *MaxExpr = dyn_cast<MaxExprType>(MaybeMaxExpr);
6937   if (!MaxExpr) return false;
6938
6939   auto It = std::find(MaxExpr->op_begin(), MaxExpr->op_end(), Candidate);
6940   return It != MaxExpr->op_end();
6941 }
6942
6943
6944 /// Is MaybeMinExpr an SMin or UMin of Candidate and some other values?
6945 template<typename MaxExprType>
6946 static bool IsMinConsistingOf(ScalarEvolution &SE,
6947                               const SCEV *MaybeMinExpr,
6948                               const SCEV *Candidate) {
6949   const SCEV *MaybeMaxExpr = MatchNotExpr(MaybeMinExpr);
6950   if (!MaybeMaxExpr)
6951     return false;
6952
6953   return IsMaxConsistingOf<MaxExprType>(MaybeMaxExpr, SE.getNotSCEV(Candidate));
6954 }
6955
6956
6957 /// Is LHS `Pred` RHS true on the virtue of LHS or RHS being a Min or Max
6958 /// expression?
6959 static bool IsKnownPredicateViaMinOrMax(ScalarEvolution &SE,
6960                                         ICmpInst::Predicate Pred,
6961                                         const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
6962   switch (Pred) {
6963   default:
6964     return false;
6965
6966   case ICmpInst::ICMP_SGE:
6967     std::swap(LHS, RHS);
6968     // fall through
6969   case ICmpInst::ICMP_SLE:
6970     return
6971       // min(A, ...) <= A
6972       IsMinConsistingOf<SCEVSMaxExpr>(SE, LHS, RHS) ||
6973       // A <= max(A, ...)
6974       IsMaxConsistingOf<SCEVSMaxExpr>(RHS, LHS);
6975
6976   case ICmpInst::ICMP_UGE:
6977     std::swap(LHS, RHS);
6978     // fall through
6979   case ICmpInst::ICMP_ULE:
6980     return
6981       // min(A, ...) <= A
6982       IsMinConsistingOf<SCEVUMaxExpr>(SE, LHS, RHS) ||
6983       // A <= max(A, ...)
6984       IsMaxConsistingOf<SCEVUMaxExpr>(RHS, LHS);
6985   }
6986
6987   llvm_unreachable("covered switch fell through?!");
6988 }
6989
6990 /// isImpliedCondOperandsHelper - Test whether the condition described by
6991 /// Pred, LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred,
6992 /// FoundLHS, and FoundRHS is true.
6993 bool
6994 ScalarEvolution::isImpliedCondOperandsHelper(ICmpInst::Predicate Pred,
6995                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
6996                                              const SCEV *FoundLHS,
6997                                              const SCEV *FoundRHS) {
6998   auto IsKnownPredicateFull =
6999       [this](ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
7000     return isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS) ||
7001         IsKnownPredicateViaMinOrMax(*this, Pred, LHS, RHS);
7002   };
7003
7004   switch (Pred) {
7005   default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
7006   case ICmpInst::ICMP_EQ:
7007   case ICmpInst::ICMP_NE:
7008     if (HasSameValue(LHS, FoundLHS) && HasSameValue(RHS, FoundRHS))
7009       return true;
7010     break;
7011   case ICmpInst::ICMP_SLT:
7012   case ICmpInst::ICMP_SLE:
7013     if (IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_SLE, LHS, FoundLHS) &&
7014         IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_SGE, RHS, FoundRHS))
7015       return true;
7016     break;
7017   case ICmpInst::ICMP_SGT:
7018   case ICmpInst::ICMP_SGE:
7019     if (IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_SGE, LHS, FoundLHS) &&
7020         IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_SLE, RHS, FoundRHS))
7021       return true;
7022     break;
7023   case ICmpInst::ICMP_ULT:
7024   case ICmpInst::ICMP_ULE:
7025     if (IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_ULE, LHS, FoundLHS) &&
7026         IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_UGE, RHS, FoundRHS))
7027       return true;
7028     break;
7029   case ICmpInst::ICMP_UGT:
7030   case ICmpInst::ICMP_UGE:
7031     if (IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_UGE, LHS, FoundLHS) &&
7032         IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_ULE, RHS, FoundRHS))
7033       return true;
7034     break;
7035   }
7036
7037   return false;
7038 }
7039
7040 // Verify if an linear IV with positive stride can overflow when in a
7041 // less-than comparison, knowing the invariant term of the comparison, the
7042 // stride and the knowledge of NSW/NUW flags on the recurrence.
7043 bool ScalarEvolution::doesIVOverflowOnLT(const SCEV *RHS, const SCEV *Stride,
7044                                          bool IsSigned, bool NoWrap) {
7045   if (NoWrap) return false;
7046
7047   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(RHS->getType());
7048   const SCEV *One = getConstant(Stride->getType(), 1);
7049
7050   if (IsSigned) {
7051     APInt MaxRHS = getSignedRange(RHS).getSignedMax();
7052     APInt MaxValue = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
7053     APInt MaxStrideMinusOne = getSignedRange(getMinusSCEV(Stride, One))
7054                                 .getSignedMax();
7055
7056     // SMaxRHS + SMaxStrideMinusOne > SMaxValue => overflow!
7057     return (MaxValue - MaxStrideMinusOne).slt(MaxRHS);
7058   }
7059
7060   APInt MaxRHS = getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax();
7061   APInt MaxValue = APInt::getMaxValue(BitWidth);
7062   APInt MaxStrideMinusOne = getUnsignedRange(getMinusSCEV(Stride, One))
7063                               .getUnsignedMax();
7064
7065   // UMaxRHS + UMaxStrideMinusOne > UMaxValue => overflow!
7066   return (MaxValue - MaxStrideMinusOne).ult(MaxRHS);
7067 }
7068
7069 // Verify if an linear IV with negative stride can overflow when in a
7070 // greater-than comparison, knowing the invariant term of the comparison,
7071 // the stride and the knowledge of NSW/NUW flags on the recurrence.
7072 bool ScalarEvolution::doesIVOverflowOnGT(const SCEV *RHS, const SCEV *Stride,
7073                                          bool IsSigned, bool NoWrap) {
7074   if (NoWrap) return false;
7075
7076   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(RHS->getType());
7077   const SCEV *One = getConstant(Stride->getType(), 1);
7078
7079   if (IsSigned) {
7080     APInt MinRHS = getSignedRange(RHS).getSignedMin();
7081     APInt MinValue = APInt::getSignedMinValue(BitWidth);
7082     APInt MaxStrideMinusOne = getSignedRange(getMinusSCEV(Stride, One))
7083                                .getSignedMax();
7084
7085     // SMinRHS - SMaxStrideMinusOne < SMinValue => overflow!
7086     return (MinValue + MaxStrideMinusOne).sgt(MinRHS);
7087   }
7088
7089   APInt MinRHS = getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMin();
7090   APInt MinValue = APInt::getMinValue(BitWidth);
7091   APInt MaxStrideMinusOne = getUnsignedRange(getMinusSCEV(Stride, One))
7092                             .getUnsignedMax();
7093
7094   // UMinRHS - UMaxStrideMinusOne < UMinValue => overflow!
7095   return (MinValue + MaxStrideMinusOne).ugt(MinRHS);
7096 }
7097
7098 // Compute the backedge taken count knowing the interval difference, the
7099 // stride and presence of the equality in the comparison.
7100 const SCEV *ScalarEvolution::computeBECount(const SCEV *Delta, const SCEV *Step,
7101                                             bool Equality) {
7102   const SCEV *One = getConstant(Step->getType(), 1);
7103   Delta = Equality ? getAddExpr(Delta, Step)
7104                    : getAddExpr(Delta, getMinusSCEV(Step, One));
7105   return getUDivExpr(Delta, Step);
7106 }
7107
7108 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
7109 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
7110 /// CouldNotCompute.
7111 ///
7112 /// @param ControlsExit is true when the LHS < RHS condition directly controls
7113 /// the branch (loops exits only if condition is true). In this case, we can use
7114 /// NoWrapFlags to skip overflow checks.
7115 ScalarEvolution::ExitLimit
7116 ScalarEvolution::HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
7117                                   const Loop *L, bool IsSigned,
7118                                   bool ControlsExit) {
7119   // We handle only IV < Invariant
7120   if (!isLoopInvariant(RHS, L))
7121     return getCouldNotCompute();
7122
7123   const SCEVAddRecExpr *IV = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
7124
7125   // Avoid weird loops
7126   if (!IV || IV->getLoop() != L || !IV->isAffine())
7127     return getCouldNotCompute();
7128
7129   bool NoWrap = ControlsExit &&
7130                 IV->getNoWrapFlags(IsSigned ? SCEV::FlagNSW : SCEV::FlagNUW);
7131
7132   const SCEV *Stride = IV->getStepRecurrence(*this);
7133
7134   // Avoid negative or zero stride values
7135   if (!isKnownPositive(Stride))
7136     return getCouldNotCompute();
7137
7138   // Avoid proven overflow cases: this will ensure that the backedge taken count
7139   // will not generate any unsigned overflow. Relaxed no-overflow conditions
7140   // exploit NoWrapFlags, allowing to optimize in presence of undefined
7141   // behaviors like the case of C language.
7142   if (!Stride->isOne() && doesIVOverflowOnLT(RHS, Stride, IsSigned, NoWrap))
7143     return getCouldNotCompute();
7144
7145   ICmpInst::Predicate Cond = IsSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT
7146                                       : ICmpInst::ICMP_ULT;
7147   const SCEV *Start = IV->getStart();
7148   const SCEV *End = RHS;
7149   if (!isLoopEntryGuardedByCond(L, Cond, getMinusSCEV(Start, Stride), RHS)) {
7150     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(RHS, Start);
7151     // If we have NoWrap set, then we can assume that the increment won't
7152     // overflow, in which case if RHS - Start is a constant, we don't need to
7153     // do a max operation since we can just figure it out statically
7154     if (NoWrap && isa<SCEVConstant>(Diff)) {
7155       APInt D = dyn_cast<const SCEVConstant>(Diff)->getValue()->getValue();
7156       if (D.isNegative())
7157         End = Start;
7158     } else
7159       End = IsSigned ? getSMaxExpr(RHS, Start)
7160                      : getUMaxExpr(RHS, Start);
7161   }
7162
7163   const SCEV *BECount = computeBECount(getMinusSCEV(End, Start), Stride, false);
7164
7165   APInt MinStart = IsSigned ? getSignedRange(Start).getSignedMin()
7166                             : getUnsignedRange(Start).getUnsignedMin();
7167
7168   APInt MinStride = IsSigned ? getSignedRange(Stride).getSignedMin()
7169                              : getUnsignedRange(Stride).getUnsignedMin();
7170
7171   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(LHS->getType());
7172   APInt Limit = IsSigned ? APInt::getSignedMaxValue(BitWidth) - (MinStride - 1)
7173                          : APInt::getMaxValue(BitWidth) - (MinStride - 1);
7174
7175   // Although End can be a MAX expression we estimate MaxEnd considering only
7176   // the case End = RHS. This is safe because in the other case (End - Start)
7177   // is zero, leading to a zero maximum backedge taken count.
7178   APInt MaxEnd =
7179     IsSigned ? APIntOps::smin(getSignedRange(RHS).getSignedMax(), Limit)
7180              : APIntOps::umin(getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax(), Limit);
7181
7182   const SCEV *MaxBECount;
7183   if (isa<SCEVConstant>(BECount))
7184     MaxBECount = BECount;
7185   else
7186     MaxBECount = computeBECount(getConstant(MaxEnd - MinStart),
7187                                 getConstant(MinStride), false);
7188
7189   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount))
7190     MaxBECount = BECount;
7191
7192   return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
7193 }
7194
7195 ScalarEvolution::ExitLimit
7196 ScalarEvolution::HowManyGreaterThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
7197                                      const Loop *L, bool IsSigned,
7198                                      bool ControlsExit) {
7199   // We handle only IV > Invariant
7200   if (!isLoopInvariant(RHS, L))
7201     return getCouldNotCompute();
7202
7203   const SCEVAddRecExpr *IV = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
7204
7205   // Avoid weird loops
7206   if (!IV || IV->getLoop() != L || !IV->isAffine())
7207     return getCouldNotCompute();
7208
7209   bool NoWrap = ControlsExit &&
7210                 IV->getNoWrapFlags(IsSigned ? SCEV::FlagNSW : SCEV::FlagNUW);
7211
7212   const SCEV *Stride = getNegativeSCEV(IV->getStepRecurrence(*this));
7213
7214   // Avoid negative or zero stride values
7215   if (!isKnownPositive(Stride))
7216     return getCouldNotCompute();
7217
7218   // Avoid proven overflow cases: this will ensure that the backedge taken count
7219   // will not generate any unsigned overflow. Relaxed no-overflow conditions
7220   // exploit NoWrapFlags, allowing to optimize in presence of undefined
7221   // behaviors like the case of C language.
7222   if (!Stride->isOne() && doesIVOverflowOnGT(RHS, Stride, IsSigned, NoWrap))
7223     return getCouldNotCompute();
7224
7225   ICmpInst::Predicate Cond = IsSigned ? ICmpInst::ICMP_SGT
7226                                       : ICmpInst::ICMP_UGT;
7227
7228   const SCEV *Start = IV->getStart();
7229   const SCEV *End = RHS;
7230   if (!isLoopEntryGuardedByCond(L, Cond, getAddExpr(Start, Stride), RHS)) {
7231     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(RHS, Start);
7232     // If we have NoWrap set, then we can assume that the increment won't
7233     // overflow, in which case if RHS - Start is a constant, we don't need to
7234     // do a max operation since we can just figure it out statically
7235     if (NoWrap && isa<SCEVConstant>(Diff)) {
7236       APInt D = dyn_cast<const SCEVConstant>(Diff)->getValue()->getValue();
7237       if (!D.isNegative())
7238         End = Start;
7239     } else
7240       End = IsSigned ? getSMinExpr(RHS, Start)
7241                      : getUMinExpr(RHS, Start);
7242   }
7243
7244   const SCEV *BECount = computeBECount(getMinusSCEV(Start, End), Stride, false);
7245
7246   APInt MaxStart = IsSigned ? getSignedRange(Start).getSignedMax()
7247                             : getUnsignedRange(Start).getUnsignedMax();
7248
7249   APInt MinStride = IsSigned ? getSignedRange(Stride).getSignedMin()
7250                              : getUnsignedRange(Stride).getUnsignedMin();
7251
7252   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(LHS->getType());
7253   APInt Limit = IsSigned ? APInt::getSignedMinValue(BitWidth) + (MinStride - 1)
7254                          : APInt::getMinValue(BitWidth) + (MinStride - 1);
7255
7256   // Although End can be a MIN expression we estimate MinEnd considering only
7257   // the case End = RHS. This is safe because in the other case (Start - End)
7258   // is zero, leading to a zero maximum backedge taken count.
7259   APInt MinEnd =
7260     IsSigned ? APIntOps::smax(getSignedRange(RHS).getSignedMin(), Limit)
7261              : APIntOps::umax(getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMin(), Limit);
7262
7263
7264   const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
7265   if (isa<SCEVConstant>(BECount))
7266     MaxBECount = BECount;
7267   else
7268     MaxBECount = computeBECount(getConstant(MaxStart - MinEnd),
7269                                 getConstant(MinStride), false);
7270
7271   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount))
7272     MaxBECount = BECount;
7273
7274   return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
7275 }
7276
7277 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
7278 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
7279 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
7280 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
7281 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
7282 const SCEV *SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
7283                                                     ScalarEvolution &SE) const {
7284   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
7285     return SE.getCouldNotCompute();
7286
7287   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
7288   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
7289     if (!SC->getValue()->isZero()) {
7290       SmallVector<const SCEV *, 4> Operands(op_begin(), op_end());
7291       Operands[0] = SE.getConstant(SC->getType(), 0);
7292       const SCEV *Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop(),
7293                                              getNoWrapFlags(FlagNW));
7294       if (const SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec =
7295             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
7296         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
7297                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
7298       // This is strange and shouldn't happen.
7299       return SE.getCouldNotCompute();
7300     }
7301
7302   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
7303   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
7304   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
7305     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
7306       return SE.getCouldNotCompute();
7307
7308
7309   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
7310   // that the start element is zero.
7311
7312   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
7313   // iteration exits.
7314   unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(getType());
7315   if (!Range.contains(APInt(BitWidth, 0)))
7316     return SE.getConstant(getType(), 0);
7317
7318   if (isAffine()) {
7319     // If this is an affine expression then we have this situation:
7320     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
7321
7322     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
7323     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
7324     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
7325     // value.  Also note that we already checked for a full range.
7326     APInt One(BitWidth,1);
7327     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
7328     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
7329
7330     // The exit value should be (End+A)/A.
7331     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
7332     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal);
7333
7334     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
7335     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
7336     // things must have happened.
7337     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
7338     if (Range.contains(Val->getValue()))
7339       return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
7340
7341     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
7342     assert(Range.contains(
7343            EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
7344            ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
7345            "Linear scev computation is off in a bad way!");
7346     return SE.getConstant(ExitValue);
7347   } else if (isQuadratic()) {
7348     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
7349     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
7350     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
7351     // Range.getUpper() is crossed.
7352     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(op_begin(), op_end());
7353     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
7354     const SCEV *NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop(),
7355                                              // getNoWrapFlags(FlagNW)
7356                                              FlagAnyWrap);
7357
7358     // Next, solve the constructed addrec
7359     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots =
7360       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
7361     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
7362     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
7363     if (R1) {
7364       // Pick the smallest positive root value.
7365       if (ConstantInt *CB =
7366           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
7367                          R1->getValue(), R2->getValue()))) {
7368         if (CB->getZExtValue() == false)
7369           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
7370
7371         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
7372         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
7373         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
7374         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
7375                                                              R1->getValue(),
7376                                                              SE);
7377         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
7378           // The next iteration must be out of the range...
7379           ConstantInt *NextVal =
7380                 ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()+1);
7381
7382           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
7383           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
7384             return SE.getConstant(NextVal);
7385           return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
7386         }
7387
7388         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
7389         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
7390         ConstantInt *NextVal =
7391                ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()-1);
7392         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
7393         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
7394           return R1;
7395         return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
7396       }
7397     }
7398   }
7399
7400   return SE.getCouldNotCompute();
7401 }
7402
7403 namespace {
7404 struct FindUndefs {
7405   bool Found;
7406   FindUndefs() : Found(false) {}
7407
7408   bool follow(const SCEV *S) {
7409     if (const SCEVUnknown *C = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
7410       if (isa<UndefValue>(C->getValue()))
7411         Found = true;
7412     } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
7413       if (isa<UndefValue>(C->getValue()))
7414         Found = true;
7415     }
7416
7417     // Keep looking if we haven't found it yet.
7418     return !Found;
7419   }
7420   bool isDone() const {
7421     // Stop recursion if we have found an undef.
7422     return Found;
7423   }
7424 };
7425 }
7426
7427 // Return true when S contains at least an undef value.
7428 static inline bool
7429 containsUndefs(const SCEV *S) {
7430   FindUndefs F;
7431   SCEVTraversal<FindUndefs> ST(F);
7432   ST.visitAll(S);
7433
7434   return F.Found;
7435 }
7436
7437 namespace {
7438 // Collect all steps of SCEV expressions.
7439 struct SCEVCollectStrides {
7440   ScalarEvolution &SE;
7441   SmallVectorImpl<const SCEV *> &Strides;
7442
7443   SCEVCollectStrides(ScalarEvolution &SE, SmallVectorImpl<const SCEV *> &S)
7444       : SE(SE), Strides(S) {}
7445
7446   bool follow(const SCEV *S) {
7447     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
7448       Strides.push_back(AR->getStepRecurrence(SE));
7449     return true;
7450   }
7451   bool isDone() const { return false; }
7452 };
7453
7454 // Collect all SCEVUnknown and SCEVMulExpr expressions.
7455 struct SCEVCollectTerms {
7456   SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms;
7457
7458   SCEVCollectTerms(SmallVectorImpl<const SCEV *> &T)
7459       : Terms(T) {}
7460
7461   bool follow(const SCEV *S) {
7462     if (isa<SCEVUnknown>(S) || isa<SCEVMulExpr>(S)) {
7463       if (!containsUndefs(S))
7464         Terms.push_back(S);
7465
7466       // Stop recursion: once we collected a term, do not walk its operands.
7467       return false;
7468     }
7469
7470     // Keep looking.
7471     return true;
7472   }
7473   bool isDone() const { return false; }
7474 };
7475 }
7476
7477 /// Find parametric terms in this SCEVAddRecExpr.
7478 void SCEVAddRecExpr::collectParametricTerms(
7479     ScalarEvolution &SE, SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms) const {
7480   SmallVector<const SCEV *, 4> Strides;
7481   SCEVCollectStrides StrideCollector(SE, Strides);
7482   visitAll(this, StrideCollector);
7483
7484   DEBUG({
7485       dbgs() << "Strides:\n";
7486       for (const SCEV *S : Strides)
7487         dbgs() << *S << "\n";
7488     });
7489
7490   for (const SCEV *S : Strides) {
7491     SCEVCollectTerms TermCollector(Terms);
7492     visitAll(S, TermCollector);
7493   }
7494
7495   DEBUG({
7496       dbgs() << "Terms:\n";
7497       for (const SCEV *T : Terms)
7498         dbgs() << *T << "\n";
7499     });
7500 }
7501
7502 static bool findArrayDimensionsRec(ScalarEvolution &SE,
7503                                    SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms,
7504                                    SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes) {
7505   int Last = Terms.size() - 1;
7506   const SCEV *Step = Terms[Last];
7507
7508   // End of recursion.
7509   if (Last == 0) {
7510     if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Step)) {
7511       SmallVector<const SCEV *, 2> Qs;
7512       for (const SCEV *Op : M->operands())
7513         if (!isa<SCEVConstant>(Op))
7514           Qs.push_back(Op);
7515
7516       Step = SE.getMulExpr(Qs);
7517     }
7518
7519     Sizes.push_back(Step);
7520     return true;
7521   }
7522
7523   for (const SCEV *&Term : Terms) {
7524     // Normalize the terms before the next call to findArrayDimensionsRec.
7525     const SCEV *Q, *R;
7526     SCEVDivision::divide(SE, Term, Step, &Q, &R);
7527
7528     // Bail out when GCD does not evenly divide one of the terms.
7529     if (!R->isZero())
7530       return false;
7531
7532     Term = Q;
7533   }
7534
7535   // Remove all SCEVConstants.
7536   Terms.erase(std::remove_if(Terms.begin(), Terms.end(), [](const SCEV *E) {
7537                 return isa<SCEVConstant>(E);
7538               }),
7539               Terms.end());
7540
7541   if (Terms.size() > 0)
7542     if (!findArrayDimensionsRec(SE, Terms, Sizes))
7543       return false;
7544
7545   Sizes.push_back(Step);
7546   return true;
7547 }
7548
7549 namespace {
7550 struct FindParameter {
7551   bool FoundParameter;
7552   FindParameter() : FoundParameter(false) {}
7553
7554   bool follow(const SCEV *S) {
7555     if (isa<SCEVUnknown>(S)) {
7556       FoundParameter = true;
7557       // Stop recursion: we found a parameter.
7558       return false;
7559     }
7560     // Keep looking.
7561     return true;
7562   }
7563   bool isDone() const {
7564     // Stop recursion if we have found a parameter.
7565     return FoundParameter;
7566   }
7567 };
7568 }
7569
7570 // Returns true when S contains at least a SCEVUnknown parameter.
7571 static inline bool
7572 containsParameters(const SCEV *S) {
7573   FindParameter F;
7574   SCEVTraversal<FindParameter> ST(F);
7575   ST.visitAll(S);
7576
7577   return F.FoundParameter;
7578 }
7579
7580 // Returns true when one of the SCEVs of Terms contains a SCEVUnknown parameter.
7581 static inline bool
7582 containsParameters(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms) {
7583   for (const SCEV *T : Terms)
7584     if (containsParameters(T))
7585       return true;
7586   return false;
7587 }
7588
7589 // Return the number of product terms in S.
7590 static inline int numberOfTerms(const SCEV *S) {
7591   if (const SCEVMulExpr *Expr = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S))
7592     return Expr->getNumOperands();
7593   return 1;
7594 }
7595
7596 static const SCEV *removeConstantFactors(ScalarEvolution &SE, const SCEV *T) {
7597   if (isa<SCEVConstant>(T))
7598     return nullptr;
7599
7600   if (isa<SCEVUnknown>(T))
7601     return T;
7602
7603   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(T)) {
7604     SmallVector<const SCEV *, 2> Factors;
7605     for (const SCEV *Op : M->operands())
7606       if (!isa<SCEVConstant>(Op))
7607         Factors.push_back(Op);
7608
7609     return SE.getMulExpr(Factors);
7610   }
7611
7612   return T;
7613 }
7614
7615 /// Return the size of an element read or written by Inst.
7616 const SCEV *ScalarEvolution::getElementSize(Instruction *Inst) {
7617   Type *Ty;
7618   if (StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
7619     Ty = Store->getValueOperand()->getType();
7620   else if (LoadInst *Load = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
7621     Ty = Load->getType();
7622   else
7623     return nullptr;
7624
7625   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(Ty));
7626   return getSizeOfExpr(ETy, Ty);
7627 }
7628
7629 /// Second step of delinearization: compute the array dimensions Sizes from the
7630 /// set of Terms extracted from the memory access function of this SCEVAddRec.
7631 void ScalarEvolution::findArrayDimensions(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms,
7632                                           SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes,
7633                                           const SCEV *ElementSize) const {
7634
7635   if (Terms.size() < 1 || !ElementSize)
7636     return;
7637
7638   // Early return when Terms do not contain parameters: we do not delinearize
7639   // non parametric SCEVs.
7640   if (!containsParameters(Terms))
7641     return;
7642
7643   DEBUG({
7644       dbgs() << "Terms:\n";
7645       for (const SCEV *T : Terms)
7646         dbgs() << *T << "\n";
7647     });
7648
7649   // Remove duplicates.
7650   std::sort(Terms.begin(), Terms.end());
7651   Terms.erase(std::unique(Terms.begin(), Terms.end()), Terms.end());
7652
7653   // Put larger terms first.
7654   std::sort(Terms.begin(), Terms.end(), [](const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
7655     return numberOfTerms(LHS) > numberOfTerms(RHS);
7656   });
7657
7658   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
7659
7660   // Divide all terms by the element size.
7661   for (const SCEV *&Term : Terms) {
7662     const SCEV *Q, *R;
7663     SCEVDivision::divide(SE, Term, ElementSize, &Q, &R);
7664     Term = Q;
7665   }
7666
7667   SmallVector<const SCEV *, 4> NewTerms;
7668
7669   // Remove constant factors.
7670   for (const SCEV *T : Terms)
7671     if (const SCEV *NewT = removeConstantFactors(SE, T))
7672       NewTerms.push_back(NewT);
7673
7674   DEBUG({
7675       dbgs() << "Terms after sorting:\n";
7676       for (const SCEV *T : NewTerms)
7677         dbgs() << *T << "\n";
7678     });
7679
7680   if (NewTerms.empty() ||
7681       !findArrayDimensionsRec(SE, NewTerms, Sizes)) {
7682     Sizes.clear();
7683     return;
7684   }
7685
7686   // The last element to be pushed into Sizes is the size of an element.
7687   Sizes.push_back(ElementSize);
7688
7689   DEBUG({
7690       dbgs() << "Sizes:\n";
7691       for (const SCEV *S : Sizes)
7692         dbgs() << *S << "\n";
7693     });
7694 }
7695
7696 /// Third step of delinearization: compute the access functions for the
7697 /// Subscripts based on the dimensions in Sizes.
7698 void SCEVAddRecExpr::computeAccessFunctions(
7699     ScalarEvolution &SE, SmallVectorImpl<const SCEV *> &Subscripts,
7700     SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes) const {
7701
7702   // Early exit in case this SCEV is not an affine multivariate function.
7703   if (Sizes.empty() || !this->isAffine())
7704     return;
7705
7706   const SCEV *Res = this;
7707   int Last = Sizes.size() - 1;
7708   for (int i = Last; i >= 0; i--) {
7709     const SCEV *Q, *R;
7710     SCEVDivision::divide(SE, Res, Sizes[i], &Q, &R);
7711
7712     DEBUG({
7713         dbgs() << "Res: " << *Res << "\n";
7714         dbgs() << "Sizes[i]: " << *Sizes[i] << "\n";
7715         dbgs() << "Res divided by Sizes[i]:\n";
7716         dbgs() << "Quotient: " << *Q << "\n";
7717         dbgs() << "Remainder: " << *R << "\n";
7718       });
7719
7720     Res = Q;
7721
7722     // Do not record the last subscript corresponding to the size of elements in
7723     // the array.
7724     if (i == Last) {
7725
7726       // Bail out if the remainder is too complex.
7727       if (isa<SCEVAddRecExpr>(R)) {
7728         Subscripts.clear();
7729         Sizes.clear();
7730         return;
7731       }
7732
7733       continue;
7734     }
7735
7736     // Record the access function for the current subscript.
7737     Subscripts.push_back(R);
7738   }
7739
7740   // Also push in last position the remainder of the last division: it will be
7741   // the access function of the innermost dimension.
7742   Subscripts.push_back(Res);
7743
7744   std::reverse(Subscripts.begin(), Subscripts.end());
7745
7746   DEBUG({
7747       dbgs() << "Subscripts:\n";
7748       for (const SCEV *S : Subscripts)
7749         dbgs() << *S << "\n";
7750     });
7751 }
7752
7753 /// Splits the SCEV into two vectors of SCEVs representing the subscripts and
7754 /// sizes of an array access. Returns the remainder of the delinearization that
7755 /// is the offset start of the array.  The SCEV->delinearize algorithm computes
7756 /// the multiples of SCEV coefficients: that is a pattern matching of sub
7757 /// expressions in the stride and base of a SCEV corresponding to the
7758 /// computation of a GCD (greatest common divisor) of base and stride.  When
7759 /// SCEV->delinearize fails, it returns the SCEV unchanged.
7760 ///
7761 /// For example: when analyzing the memory access A[i][j][k] in this loop nest
7762 ///
7763 ///  void foo(long n, long m, long o, double A[n][m][o]) {
7764 ///
7765 ///    for (long i = 0; i < n; i++)
7766 ///      for (long j = 0; j < m; j++)
7767 ///        for (long k = 0; k < o; k++)
7768 ///          A[i][j][k] = 1.0;
7769 ///  }
7770 ///
7771 /// the delinearization input is the following AddRec SCEV:
7772 ///
7773 ///  AddRec: {{{%A,+,(8 * %m * %o)}<%for.i>,+,(8 * %o)}<%for.j>,+,8}<%for.k>
7774 ///
7775 /// From this SCEV, we are able to say that the base offset of the access is %A
7776 /// because it appears as an offset that does not divide any of the strides in
7777 /// the loops:
7778 ///
7779 ///  CHECK: Base offset: %A
7780 ///
7781 /// and then SCEV->delinearize determines the size of some of the dimensions of
7782 /// the array as these are the multiples by which the strides are happening:
7783 ///
7784 ///  CHECK: ArrayDecl[UnknownSize][%m][%o] with elements of sizeof(double) bytes.
7785 ///
7786 /// Note that the outermost dimension remains of UnknownSize because there are
7787 /// no strides that would help identifying the size of the last dimension: when
7788 /// the array has been statically allocated, one could compute the size of that
7789 /// dimension by dividing the overall size of the array by the size of the known
7790 /// dimensions: %m * %o * 8.
7791 ///
7792 /// Finally delinearize provides the access functions for the array reference
7793 /// that does correspond to A[i][j][k] of the above C testcase:
7794 ///
7795 ///  CHECK: ArrayRef[{0,+,1}<%for.i>][{0,+,1}<%for.j>][{0,+,1}<%for.k>]
7796 ///
7797 /// The testcases are checking the output of a function pass:
7798 /// DelinearizationPass that walks through all loads and stores of a function
7799 /// asking for the SCEV of the memory access with respect to all enclosing
7800 /// loops, calling SCEV->delinearize on that and printing the results.
7801
7802 void SCEVAddRecExpr::delinearize(ScalarEvolution &SE,
7803                                  SmallVectorImpl<const SCEV *> &Subscripts,
7804                                  SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes,
7805                                  const SCEV *ElementSize) const {
7806   // First step: collect parametric terms.
7807   SmallVector<const SCEV *, 4> Terms;
7808   collectParametricTerms(SE, Terms);
7809
7810   if (Terms.empty())
7811     return;
7812
7813   // Second step: find subscript sizes.
7814   SE.findArrayDimensions(Terms, Sizes, ElementSize);
7815
7816   if (Sizes.empty())
7817     return;
7818
7819   // Third step: compute the access functions for each subscript.
7820   computeAccessFunctions(SE, Subscripts, Sizes);
7821
7822   if (Subscripts.empty())
7823     return;
7824
7825   DEBUG({
7826       dbgs() << "succeeded to delinearize " << *this << "\n";
7827       dbgs() << "ArrayDecl[UnknownSize]";
7828       for (const SCEV *S : Sizes)
7829         dbgs() << "[" << *S << "]";
7830
7831       dbgs() << "\nArrayRef";
7832       for (const SCEV *S : Subscripts)
7833         dbgs() << "[" << *S << "]";
7834       dbgs() << "\n";
7835     });
7836 }
7837
7838 //===----------------------------------------------------------------------===//
7839 //                   SCEVCallbackVH Class Implementation
7840 //===----------------------------------------------------------------------===//
7841
7842 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::deleted() {
7843   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
7844   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(getValPtr()))
7845     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
7846   SE->ValueExprMap.erase(getValPtr());
7847   // this now dangles!
7848 }
7849
7850 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::allUsesReplacedWith(Value *V) {
7851   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
7852
7853   // Forget all the expressions associated with users of the old value,
7854   // so that future queries will recompute the expressions using the new
7855   // value.
7856   Value *Old = getValPtr();
7857   SmallVector<User *, 16> Worklist(Old->user_begin(), Old->user_end());
7858   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
7859   while (!Worklist.empty()) {
7860     User *U = Worklist.pop_back_val();
7861     // Deleting the Old value will cause this to dangle. Postpone
7862     // that until everything else is done.
7863     if (U == Old)
7864       continue;
7865     if (!Visited.insert(U).second)
7866       continue;
7867     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U))
7868       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
7869     SE->ValueExprMap.erase(U);
7870     Worklist.insert(Worklist.end(), U->user_begin(), U->user_end());
7871   }
7872   // Delete the Old value.
7873   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Old))
7874     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
7875   SE->ValueExprMap.erase(Old);
7876   // this now dangles!
7877 }
7878
7879 ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *se)
7880   : CallbackVH(V), SE(se) {}
7881
7882 //===----------------------------------------------------------------------===//
7883 //                   ScalarEvolution Class Implementation
7884 //===----------------------------------------------------------------------===//
7885
7886 ScalarEvolution::ScalarEvolution()
7887   : FunctionPass(ID), ValuesAtScopes(64), LoopDispositions(64),
7888     BlockDispositions(64), FirstUnknown(nullptr) {
7889   initializeScalarEvolutionPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
7890 }
7891
7892 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
7893   this->F = &F;
7894   AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
7895   LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
7896   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
7897   DL = DLP ? &DLP->getDataLayout() : nullptr;
7898   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
7899   DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
7900   return false;
7901 }
7902
7903 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
7904   // Iterate through all the SCEVUnknown instances and call their
7905   // destructors, so that they release their references to their values.
7906   for (SCEVUnknown *U = FirstUnknown; U; U = U->Next)
7907     U->~SCEVUnknown();
7908   FirstUnknown = nullptr;
7909
7910   ValueExprMap.clear();
7911
7912   // Free any extra memory created for ExitNotTakenInfo in the unlikely event
7913   // that a loop had multiple computable exits.
7914   for (DenseMap<const Loop*, BackedgeTakenInfo>::iterator I =
7915          BackedgeTakenCounts.begin(), E = BackedgeTakenCounts.end();
7916        I != E; ++I) {
7917     I->second.clear();
7918   }
7919
7920   assert(PendingLoopPredicates.empty() && "isImpliedCond garbage");
7921
7922   BackedgeTakenCounts.clear();
7923   ConstantEvolutionLoopExitValue.clear();
7924   ValuesAtScopes.clear();
7925   LoopDispositions.clear();
7926   BlockDispositions.clear();
7927   UnsignedRanges.clear();
7928   SignedRanges.clear();
7929   UniqueSCEVs.clear();
7930   SCEVAllocator.Reset();
7931 }
7932
7933 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
7934   AU.setPreservesAll();
7935   AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
7936   AU.addRequiredTransitive<LoopInfoWrapperPass>();
7937   AU.addRequiredTransitive<DominatorTreeWrapperPass>();
7938   AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
7939 }
7940
7941 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
7942   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getBackedgeTakenCount(L));
7943 }
7944
7945 static void PrintLoopInfo(raw_ostream &OS, ScalarEvolution *SE,
7946                           const Loop *L) {
7947   // Print all inner loops first
7948   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
7949     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
7950
7951   OS << "Loop ";
7952   L->getHeader()->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
7953   OS << ": ";
7954
7955   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
7956   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
7957   if (ExitBlocks.size() != 1)
7958     OS << "<multiple exits> ";
7959
7960   if (SE->hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(L)) {
7961     OS << "backedge-taken count is " << *SE->getBackedgeTakenCount(L);
7962   } else {
7963     OS << "Unpredictable backedge-taken count. ";
7964   }
7965
7966   OS << "\n"
7967         "Loop ";
7968   L->getHeader()->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
7969   OS << ": ";
7970
7971   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(SE->getMaxBackedgeTakenCount(L))) {
7972     OS << "max backedge-taken count is " << *SE->getMaxBackedgeTakenCount(L);
7973   } else {
7974     OS << "Unpredictable max backedge-taken count. ";
7975   }
7976
7977   OS << "\n";
7978 }
7979
7980 void ScalarEvolution::print(raw_ostream &OS, const Module *) const {
7981   // ScalarEvolution's implementation of the print method is to print
7982   // out SCEV values of all instructions that are interesting. Doing
7983   // this potentially causes it to create new SCEV objects though,
7984   // which technically conflicts with the const qualifier. This isn't
7985   // observable from outside the class though, so casting away the
7986   // const isn't dangerous.
7987   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
7988
7989   OS << "Classifying expressions for: ";
7990   F->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
7991   OS << "\n";
7992   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
7993     if (isSCEVable(I->getType()) && !isa<CmpInst>(*I)) {
7994       OS << *I << '\n';
7995       OS << "  -->  ";
7996       const SCEV *SV = SE.getSCEV(&*I);
7997       SV->print(OS);
7998
7999       const Loop *L = LI->getLoopFor((*I).getParent());
8000
8001       const SCEV *AtUse = SE.getSCEVAtScope(SV, L);
8002       if (AtUse != SV) {
8003         OS << "  -->  ";
8004         AtUse->print(OS);
8005       }
8006
8007       if (L) {
8008         OS << "\t\t" "Exits: ";
8009         const SCEV *ExitValue = SE.getSCEVAtScope(SV, L->getParentLoop());
8010         if (!SE.isLoopInvariant(ExitValue, L)) {
8011           OS << "<<Unknown>>";
8012         } else {
8013           OS << *ExitValue;
8014         }
8015       }
8016
8017       OS << "\n";
8018     }
8019
8020   OS << "Determining loop execution counts for: ";
8021   F->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
8022   OS << "\n";
8023   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
8024     PrintLoopInfo(OS, &SE, *I);
8025 }
8026
8027 ScalarEvolution::LoopDisposition
8028 ScalarEvolution::getLoopDisposition(const SCEV *S, const Loop *L) {
8029   auto &Values = LoopDispositions[S];
8030   for (auto &V : Values) {
8031     if (V.getPointer() == L)
8032       return V.getInt();
8033   }
8034   Values.emplace_back(L, LoopVariant);
8035   LoopDisposition D = computeLoopDisposition(S, L);
8036   auto &Values2 = LoopDispositions[S];
8037   for (auto &V : make_range(Values2.rbegin(), Values2.rend())) {
8038     if (V.getPointer() == L) {
8039       V.setInt(D);
8040       break;
8041     }
8042   }
8043   return D;
8044 }
8045
8046 ScalarEvolution::LoopDisposition
8047 ScalarEvolution::computeLoopDisposition(const SCEV *S, const Loop *L) {
8048   switch (static_cast<SCEVTypes>(S->getSCEVType())) {
8049   case scConstant:
8050     return LoopInvariant;
8051   case scTruncate:
8052   case scZeroExtend:
8053   case scSignExtend:
8054     return getLoopDisposition(cast<SCEVCastExpr>(S)->getOperand(), L);
8055   case scAddRecExpr: {
8056     const SCEVAddRecExpr *AR = cast<SCEVAddRecExpr>(S);
8057
8058     // If L is the addrec's loop, it's computable.
8059     if (AR->getLoop() == L)
8060       return LoopComputable;
8061
8062     // Add recurrences are never invariant in the function-body (null loop).
8063     if (!L)
8064       return LoopVariant;
8065
8066     // This recurrence is variant w.r.t. L if L contains AR's loop.
8067     if (L->contains(AR->getLoop()))
8068       return LoopVariant;
8069
8070     // This recurrence is invariant w.r.t. L if AR's loop contains L.
8071     if (AR->getLoop()->contains(L))
8072       return LoopInvariant;
8073
8074     // This recurrence is variant w.r.t. L if any of its operands
8075     // are variant.
8076     for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = AR->op_begin(), E = AR->op_end();
8077          I != E; ++I)
8078       if (!isLoopInvariant(*I, L))
8079         return LoopVariant;
8080
8081     // Otherwise it's loop-invariant.
8082     return LoopInvariant;
8083   }
8084   case scAddExpr:
8085   case scMulExpr:
8086   case scUMaxExpr:
8087   case scSMaxExpr: {
8088     const SCEVNAryExpr *NAry = cast<SCEVNAryExpr>(S);
8089     bool HasVarying = false;
8090     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
8091          I != E; ++I) {
8092       LoopDisposition D = getLoopDisposition(*I, L);
8093       if (D == LoopVariant)
8094         return LoopVariant;
8095       if (D == LoopComputable)
8096         HasVarying = true;
8097     }
8098     return HasVarying ? LoopComputable : LoopInvariant;
8099   }
8100   case scUDivExpr: {
8101     const SCEVUDivExpr *UDiv = cast<SCEVUDivExpr>(S);
8102     LoopDisposition LD = getLoopDisposition(UDiv->getLHS(), L);
8103     if (LD == LoopVariant)
8104       return LoopVariant;
8105     LoopDisposition RD = getLoopDisposition(UDiv->getRHS(), L);
8106     if (RD == LoopVariant)
8107       return LoopVariant;
8108     return (LD == LoopInvariant && RD == LoopInvariant) ?
8109            LoopInvariant : LoopComputable;
8110   }
8111   case scUnknown:
8112     // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
8113     // invariant if they are not contained in the specified loop.
8114     // Instructions are never considered invariant in the function body
8115     // (null loop) because they are defined within the "loop".
8116     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(cast<SCEVUnknown>(S)->getValue()))
8117       return (L && !L->contains(I)) ? LoopInvariant : LoopVariant;
8118     return LoopInvariant;
8119   case scCouldNotCompute:
8120     llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
8121   }
8122   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
8123 }
8124
8125 bool ScalarEvolution::isLoopInvariant(const SCEV *S, const Loop *L) {
8126   return getLoopDisposition(S, L) == LoopInvariant;
8127 }
8128
8129 bool ScalarEvolution::hasComputableLoopEvolution(const SCEV *S, const Loop *L) {
8130   return getLoopDisposition(S, L) == LoopComputable;
8131 }
8132
8133 ScalarEvolution::BlockDisposition
8134 ScalarEvolution::getBlockDisposition(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
8135   auto &Values = BlockDispositions[S];
8136   for (auto &V : Values) {
8137     if (V.getPointer() == BB)
8138       return V.getInt();
8139   }
8140   Values.emplace_back(BB, DoesNotDominateBlock);
8141   BlockDisposition D = computeBlockDisposition(S, BB);
8142   auto &Values2 = BlockDispositions[S];
8143   for (auto &V : make_range(Values2.rbegin(), Values2.rend())) {
8144     if (V.getPointer() == BB) {
8145       V.setInt(D);
8146       break;
8147     }
8148   }
8149   return D;
8150 }
8151
8152 ScalarEvolution::BlockDisposition
8153 ScalarEvolution::computeBlockDisposition(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
8154   switch (static_cast<SCEVTypes>(S->getSCEVType())) {
8155   case scConstant:
8156     return ProperlyDominatesBlock;
8157   case scTruncate:
8158   case scZeroExtend:
8159   case scSignExtend:
8160     return getBlockDisposition(cast<SCEVCastExpr>(S)->getOperand(), BB);
8161   case scAddRecExpr: {
8162     // This uses a "dominates" query instead of "properly dominates" query
8163     // to test for proper dominance too, because the instruction which
8164     // produces the addrec's value is a PHI, and a PHI effectively properly
8165     // dominates its entire containing block.
8166     const SCEVAddRecExpr *AR = cast<SCEVAddRecExpr>(S);
8167     if (!DT->dominates(AR->getLoop()->getHeader(), BB))
8168       return DoesNotDominateBlock;
8169   }
8170   // FALL THROUGH into SCEVNAryExpr handling.
8171   case scAddExpr:
8172   case scMulExpr:
8173   case scUMaxExpr:
8174   case scSMaxExpr: {
8175     const SCEVNAryExpr *NAry = cast<SCEVNAryExpr>(S);
8176     bool Proper = true;
8177     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
8178          I != E; ++I) {
8179       BlockDisposition D = getBlockDisposition(*I, BB);
8180       if (D == DoesNotDominateBlock)
8181         return DoesNotDominateBlock;
8182       if (D == DominatesBlock)
8183         Proper = false;
8184     }
8185     return Proper ? ProperlyDominatesBlock : DominatesBlock;
8186   }
8187   case scUDivExpr: {
8188     const SCEVUDivExpr *UDiv = cast<SCEVUDivExpr>(S);
8189     const SCEV *LHS = UDiv->getLHS(), *RHS = UDiv->getRHS();
8190     BlockDisposition LD = getBlockDisposition(LHS, BB);
8191     if (LD == DoesNotDominateBlock)
8192       return DoesNotDominateBlock;
8193     BlockDisposition RD = getBlockDisposition(RHS, BB);
8194     if (RD == DoesNotDominateBlock)
8195       return DoesNotDominateBlock;
8196     return (LD == ProperlyDominatesBlock && RD == ProperlyDominatesBlock) ?
8197       ProperlyDominatesBlock : DominatesBlock;
8198   }
8199   case scUnknown:
8200     if (Instruction *I =
8201           dyn_cast<Instruction>(cast<SCEVUnknown>(S)->getValue())) {
8202       if (I->getParent() == BB)
8203         return DominatesBlock;
8204       if (DT->properlyDominates(I->getParent(), BB))
8205         return ProperlyDominatesBlock;
8206       return DoesNotDominateBlock;
8207     }
8208     return ProperlyDominatesBlock;
8209   case scCouldNotCompute:
8210     llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
8211   }
8212   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
8213 }
8214
8215 bool ScalarEvolution::dominates(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
8216   return getBlockDisposition(S, BB) >= DominatesBlock;
8217 }
8218
8219 bool ScalarEvolution::properlyDominates(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
8220   return getBlockDisposition(S, BB) == ProperlyDominatesBlock;
8221 }
8222
8223 namespace {
8224 // Search for a SCEV expression node within an expression tree.
8225 // Implements SCEVTraversal::Visitor.
8226 struct SCEVSearch {
8227   const SCEV *Node;
8228   bool IsFound;
8229
8230   SCEVSearch(const SCEV *N): Node(N), IsFound(false) {}
8231
8232   bool follow(const SCEV *S) {
8233     IsFound |= (S == Node);
8234     return !IsFound;
8235   }
8236   bool isDone() const { return IsFound; }
8237 };
8238 }
8239
8240 bool ScalarEvolution::hasOperand(const SCEV *S, const SCEV *Op) const {
8241   SCEVSearch Search(Op);
8242   visitAll(S, Search);
8243   return Search.IsFound;
8244 }
8245
8246 void ScalarEvolution::forgetMemoizedResults(const SCEV *S) {
8247   ValuesAtScopes.erase(S);
8248   LoopDispositions.erase(S);
8249   BlockDispositions.erase(S);
8250   UnsignedRanges.erase(S);
8251   SignedRanges.erase(S);
8252
8253   for (DenseMap<const Loop*, BackedgeTakenInfo>::iterator I =
8254          BackedgeTakenCounts.begin(), E = BackedgeTakenCounts.end(); I != E; ) {
8255     BackedgeTakenInfo &BEInfo = I->second;
8256     if (BEInfo.hasOperand(S, this)) {
8257       BEInfo.clear();
8258       BackedgeTakenCounts.erase(I++);
8259     }
8260     else
8261       ++I;
8262   }
8263 }
8264
8265 typedef DenseMap<const Loop *, std::string> VerifyMap;
8266
8267 /// replaceSubString - Replaces all occurrences of From in Str with To.
8268 static void replaceSubString(std::string &Str, StringRef From, StringRef To) {
8269   size_t Pos = 0;
8270   while ((Pos = Str.find(From, Pos)) != std::string::npos) {
8271     Str.replace(Pos, From.size(), To.data(), To.size());
8272     Pos += To.size();
8273   }
8274 }
8275
8276 /// getLoopBackedgeTakenCounts - Helper method for verifyAnalysis.
8277 static void
8278 getLoopBackedgeTakenCounts(Loop *L, VerifyMap &Map, ScalarEvolution &SE) {
8279   for (Loop::reverse_iterator I = L->rbegin(), E = L->rend(); I != E; ++I) {
8280     getLoopBackedgeTakenCounts(*I, Map, SE); // recurse.
8281
8282     std::string &S = Map[L];
8283     if (S.empty()) {
8284       raw_string_ostream OS(S);
8285       SE.getBackedgeTakenCount(L)->print(OS);
8286
8287       // false and 0 are semantically equivalent. This can happen in dead loops.
8288       replaceSubString(OS.str(), "false", "0");
8289       // Remove wrap flags, their use in SCEV is highly fragile.
8290       // FIXME: Remove this when SCEV gets smarter about them.
8291       replaceSubString(OS.str(), "<nw>", "");
8292       replaceSubString(OS.str(), "<nsw>", "");
8293       replaceSubString(OS.str(), "<nuw>", "");
8294     }
8295   }
8296 }
8297
8298 void ScalarEvolution::verifyAnalysis() const {
8299   if (!VerifySCEV)
8300     return;
8301
8302   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
8303
8304   // Gather stringified backedge taken counts for all loops using SCEV's caches.
8305   // FIXME: It would be much better to store actual values instead of strings,
8306   //        but SCEV pointers will change if we drop the caches.
8307   VerifyMap BackedgeDumpsOld, BackedgeDumpsNew;
8308   for (LoopInfo::reverse_iterator I = LI->rbegin(), E = LI->rend(); I != E; ++I)
8309     getLoopBackedgeTakenCounts(*I, BackedgeDumpsOld, SE);
8310
8311   // Gather stringified backedge taken counts for all loops without using
8312   // SCEV's caches.
8313   SE.releaseMemory();
8314   for (LoopInfo::reverse_iterator I = LI->rbegin(), E = LI->rend(); I != E; ++I)
8315     getLoopBackedgeTakenCounts(*I, BackedgeDumpsNew, SE);
8316
8317   // Now compare whether they're the same with and without caches. This allows
8318   // verifying that no pass changed the cache.
8319   assert(BackedgeDumpsOld.size() == BackedgeDumpsNew.size() &&
8320          "New loops suddenly appeared!");
8321
8322   for (VerifyMap::iterator OldI = BackedgeDumpsOld.begin(),
8323                            OldE = BackedgeDumpsOld.end(),
8324                            NewI = BackedgeDumpsNew.begin();
8325        OldI != OldE; ++OldI, ++NewI) {
8326     assert(OldI->first == NewI->first && "Loop order changed!");
8327
8328     // Compare the stringified SCEVs. We don't care if undef backedgetaken count
8329     // changes.
8330     // FIXME: We currently ignore SCEV changes from/to CouldNotCompute. This
8331     // means that a pass is buggy or SCEV has to learn a new pattern but is
8332     // usually not harmful.
8333     if (OldI->second != NewI->second &&
8334         OldI->second.find("undef") == std::string::npos &&
8335         NewI->second.find("undef") == std::string::npos &&
8336         OldI->second != "***COULDNOTCOMPUTE***" &&
8337         NewI->second != "***COULDNOTCOMPUTE***") {
8338       dbgs() << "SCEVValidator: SCEV for loop '"
8339              << OldI->first->getHeader()->getName()
8340              << "' changed from '" << OldI->second
8341              << "' to '" << NewI->second << "'!\n";
8342       std::abort();
8343     }
8344   }
8345
8346   // TODO: Verify more things.
8347 }