Make the trunc code consistent with the zext and sext code in its
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolution.cpp
1 //===- ScalarEvolution.cpp - Scalar Evolution Analysis ----------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains the implementation of the scalar evolution analysis
11 // engine, which is used primarily to analyze expressions involving induction
12 // variables in loops.
13 //
14 // There are several aspects to this library.  First is the representation of
15 // scalar expressions, which are represented as subclasses of the SCEV class.
16 // These classes are used to represent certain types of subexpressions that we
17 // can handle. We only create one SCEV of a particular shape, so
18 // pointer-comparisons for equality are legal.
19 //
20 // One important aspect of the SCEV objects is that they are never cyclic, even
21 // if there is a cycle in the dataflow for an expression (ie, a PHI node).  If
22 // the PHI node is one of the idioms that we can represent (e.g., a polynomial
23 // recurrence) then we represent it directly as a recurrence node, otherwise we
24 // represent it as a SCEVUnknown node.
25 //
26 // In addition to being able to represent expressions of various types, we also
27 // have folders that are used to build the *canonical* representation for a
28 // particular expression.  These folders are capable of using a variety of
29 // rewrite rules to simplify the expressions.
30 //
31 // Once the folders are defined, we can implement the more interesting
32 // higher-level code, such as the code that recognizes PHI nodes of various
33 // types, computes the execution count of a loop, etc.
34 //
35 // TODO: We should use these routines and value representations to implement
36 // dependence analysis!
37 //
38 //===----------------------------------------------------------------------===//
39 //
40 // There are several good references for the techniques used in this analysis.
41 //
42 //  Chains of recurrences -- a method to expedite the evaluation
43 //  of closed-form functions
44 //  Olaf Bachmann, Paul S. Wang, Eugene V. Zima
45 //
46 //  On computational properties of chains of recurrences
47 //  Eugene V. Zima
48 //
49 //  Symbolic Evaluation of Chains of Recurrences for Loop Optimization
50 //  Robert A. van Engelen
51 //
52 //  Efficient Symbolic Analysis for Optimizing Compilers
53 //  Robert A. van Engelen
54 //
55 //  Using the chains of recurrences algebra for data dependence testing and
56 //  induction variable substitution
57 //  MS Thesis, Johnie Birch
58 //
59 //===----------------------------------------------------------------------===//
60
61 #define DEBUG_TYPE "scalar-evolution"
62 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
63 #include "llvm/Constants.h"
64 #include "llvm/DerivedTypes.h"
65 #include "llvm/GlobalVariable.h"
66 #include "llvm/GlobalAlias.h"
67 #include "llvm/Instructions.h"
68 #include "llvm/LLVMContext.h"
69 #include "llvm/Operator.h"
70 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
71 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
72 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
73 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
74 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
75 #include "llvm/Target/TargetData.h"
76 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
77 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
78 #include "llvm/Support/Debug.h"
79 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
80 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
81 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
82 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
83 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
84 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
85 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
86 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
87 #include <algorithm>
88 using namespace llvm;
89
90 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
91           "Number of trip counts computed with array length");
92 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
93           "Number of loops with predictable loop counts");
94 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
95           "Number of loops without predictable loop counts");
96 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
97           "Number of loops with trip counts computed by force");
98
99 static cl::opt<unsigned>
100 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
101                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
102                                  "symbolically execute a constant "
103                                  "derived loop"),
104                         cl::init(100));
105
106 static RegisterPass<ScalarEvolution>
107 R("scalar-evolution", "Scalar Evolution Analysis", false, true);
108 char ScalarEvolution::ID = 0;
109
110 //===----------------------------------------------------------------------===//
111 //                           SCEV class definitions
112 //===----------------------------------------------------------------------===//
113
114 //===----------------------------------------------------------------------===//
115 // Implementation of the SCEV class.
116 //
117
118 SCEV::~SCEV() {}
119
120 void SCEV::dump() const {
121   print(dbgs());
122   dbgs() << '\n';
123 }
124
125 bool SCEV::isZero() const {
126   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
127     return SC->getValue()->isZero();
128   return false;
129 }
130
131 bool SCEV::isOne() const {
132   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
133     return SC->getValue()->isOne();
134   return false;
135 }
136
137 bool SCEV::isAllOnesValue() const {
138   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
139     return SC->getValue()->isAllOnesValue();
140   return false;
141 }
142
143 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() :
144   SCEV(FoldingSetNodeIDRef(), scCouldNotCompute) {}
145
146 bool SCEVCouldNotCompute::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
147   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
148   return false;
149 }
150
151 const Type *SCEVCouldNotCompute::getType() const {
152   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
153   return 0;
154 }
155
156 bool SCEVCouldNotCompute::hasComputableLoopEvolution(const Loop *L) const {
157   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
158   return false;
159 }
160
161 bool SCEVCouldNotCompute::hasOperand(const SCEV *) const {
162   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
163   return false;
164 }
165
166 void SCEVCouldNotCompute::print(raw_ostream &OS) const {
167   OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
168 }
169
170 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
171   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
172 }
173
174 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(ConstantInt *V) {
175   FoldingSetNodeID ID;
176   ID.AddInteger(scConstant);
177   ID.AddPointer(V);
178   void *IP = 0;
179   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
180   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVConstant(ID.Intern(SCEVAllocator), V);
181   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
182   return S;
183 }
184
185 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(const APInt& Val) {
186   return getConstant(ConstantInt::get(getContext(), Val));
187 }
188
189 const SCEV *
190 ScalarEvolution::getConstant(const Type *Ty, uint64_t V, bool isSigned) {
191   const IntegerType *ITy = cast<IntegerType>(getEffectiveSCEVType(Ty));
192   return getConstant(ConstantInt::get(ITy, V, isSigned));
193 }
194
195 const Type *SCEVConstant::getType() const { return V->getType(); }
196
197 void SCEVConstant::print(raw_ostream &OS) const {
198   WriteAsOperand(OS, V, false);
199 }
200
201 SCEVCastExpr::SCEVCastExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
202                            unsigned SCEVTy, const SCEV *op, const Type *ty)
203   : SCEV(ID, SCEVTy), Op(op), Ty(ty) {}
204
205 bool SCEVCastExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
206   return Op->dominates(BB, DT);
207 }
208
209 bool SCEVCastExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
210   return Op->properlyDominates(BB, DT);
211 }
212
213 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
214                                    const SCEV *op, const Type *ty)
215   : SCEVCastExpr(ID, scTruncate, op, ty) {
216   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
217          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
218          "Cannot truncate non-integer value!");
219 }
220
221 void SCEVTruncateExpr::print(raw_ostream &OS) const {
222   OS << "(trunc " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
223 }
224
225 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
226                                        const SCEV *op, const Type *ty)
227   : SCEVCastExpr(ID, scZeroExtend, op, ty) {
228   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
229          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
230          "Cannot zero extend non-integer value!");
231 }
232
233 void SCEVZeroExtendExpr::print(raw_ostream &OS) const {
234   OS << "(zext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
235 }
236
237 SCEVSignExtendExpr::SCEVSignExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
238                                        const SCEV *op, const Type *ty)
239   : SCEVCastExpr(ID, scSignExtend, op, ty) {
240   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
241          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
242          "Cannot sign extend non-integer value!");
243 }
244
245 void SCEVSignExtendExpr::print(raw_ostream &OS) const {
246   OS << "(sext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
247 }
248
249 void SCEVCommutativeExpr::print(raw_ostream &OS) const {
250   const char *OpStr = getOperationStr();
251   OS << "(";
252   for (op_iterator I = op_begin(), E = op_end(); I != E; ++I) {
253     OS << **I;
254     if (next(I) != E)
255       OS << OpStr;
256   }
257   OS << ")";
258 }
259
260 bool SCEVNAryExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
261   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
262     if (!getOperand(i)->dominates(BB, DT))
263       return false;
264   }
265   return true;
266 }
267
268 bool SCEVNAryExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
269   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
270     if (!getOperand(i)->properlyDominates(BB, DT))
271       return false;
272   }
273   return true;
274 }
275
276 bool SCEVUDivExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
277   return LHS->dominates(BB, DT) && RHS->dominates(BB, DT);
278 }
279
280 bool SCEVUDivExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
281   return LHS->properlyDominates(BB, DT) && RHS->properlyDominates(BB, DT);
282 }
283
284 void SCEVUDivExpr::print(raw_ostream &OS) const {
285   OS << "(" << *LHS << " /u " << *RHS << ")";
286 }
287
288 const Type *SCEVUDivExpr::getType() const {
289   // In most cases the types of LHS and RHS will be the same, but in some
290   // crazy cases one or the other may be a pointer. ScalarEvolution doesn't
291   // depend on the type for correctness, but handling types carefully can
292   // avoid extra casts in the SCEVExpander. The LHS is more likely to be
293   // a pointer type than the RHS, so use the RHS' type here.
294   return RHS->getType();
295 }
296
297 bool SCEVAddRecExpr::isLoopInvariant(const Loop *QueryLoop) const {
298   // Add recurrences are never invariant in the function-body (null loop).
299   if (!QueryLoop)
300     return false;
301
302   // This recurrence is variant w.r.t. QueryLoop if QueryLoop contains L.
303   if (QueryLoop->contains(L))
304     return false;
305
306   // This recurrence is variant w.r.t. QueryLoop if any of its operands
307   // are variant.
308   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
309     if (!getOperand(i)->isLoopInvariant(QueryLoop))
310       return false;
311
312   // Otherwise it's loop-invariant.
313   return true;
314 }
315
316 bool
317 SCEVAddRecExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
318   return DT->dominates(L->getHeader(), BB) &&
319          SCEVNAryExpr::dominates(BB, DT);
320 }
321
322 bool
323 SCEVAddRecExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
324   // This uses a "dominates" query instead of "properly dominates" query because
325   // the instruction which produces the addrec's value is a PHI, and a PHI
326   // effectively properly dominates its entire containing block.
327   return DT->dominates(L->getHeader(), BB) &&
328          SCEVNAryExpr::properlyDominates(BB, DT);
329 }
330
331 void SCEVAddRecExpr::print(raw_ostream &OS) const {
332   OS << "{" << *Operands[0];
333   for (unsigned i = 1, e = NumOperands; i != e; ++i)
334     OS << ",+," << *Operands[i];
335   OS << "}<";
336   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
337   OS << ">";
338 }
339
340 bool SCEVUnknown::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
341   // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
342   // invariant if they are not contained in the specified loop.
343   // Instructions are never considered invariant in the function body
344   // (null loop) because they are defined within the "loop".
345   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
346     return L && !L->contains(I);
347   return true;
348 }
349
350 bool SCEVUnknown::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
351   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValue()))
352     return DT->dominates(I->getParent(), BB);
353   return true;
354 }
355
356 bool SCEVUnknown::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
357   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValue()))
358     return DT->properlyDominates(I->getParent(), BB);
359   return true;
360 }
361
362 const Type *SCEVUnknown::getType() const {
363   return V->getType();
364 }
365
366 bool SCEVUnknown::isSizeOf(const Type *&AllocTy) const {
367   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
368     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
369       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
370         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
371             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
372             CE->getNumOperands() == 2)
373           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(1)))
374             if (CI->isOne()) {
375               AllocTy = cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())
376                                  ->getElementType();
377               return true;
378             }
379
380   return false;
381 }
382
383 bool SCEVUnknown::isAlignOf(const Type *&AllocTy) const {
384   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
385     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
386       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
387         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
388             CE->getOperand(0)->isNullValue()) {
389           const Type *Ty =
390             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
391           if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty))
392             if (!STy->isPacked() &&
393                 CE->getNumOperands() == 3 &&
394                 CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
395               if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(2)))
396                 if (CI->isOne() &&
397                     STy->getNumElements() == 2 &&
398                     STy->getElementType(0)->isIntegerTy(1)) {
399                   AllocTy = STy->getElementType(1);
400                   return true;
401                 }
402             }
403         }
404
405   return false;
406 }
407
408 bool SCEVUnknown::isOffsetOf(const Type *&CTy, Constant *&FieldNo) const {
409   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
410     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
411       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
412         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
413             CE->getNumOperands() == 3 &&
414             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
415             CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
416           const Type *Ty =
417             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
418           // Ignore vector types here so that ScalarEvolutionExpander doesn't
419           // emit getelementptrs that index into vectors.
420           if (Ty->isStructTy() || Ty->isArrayTy()) {
421             CTy = Ty;
422             FieldNo = CE->getOperand(2);
423             return true;
424           }
425         }
426
427   return false;
428 }
429
430 void SCEVUnknown::print(raw_ostream &OS) const {
431   const Type *AllocTy;
432   if (isSizeOf(AllocTy)) {
433     OS << "sizeof(" << *AllocTy << ")";
434     return;
435   }
436   if (isAlignOf(AllocTy)) {
437     OS << "alignof(" << *AllocTy << ")";
438     return;
439   }
440
441   const Type *CTy;
442   Constant *FieldNo;
443   if (isOffsetOf(CTy, FieldNo)) {
444     OS << "offsetof(" << *CTy << ", ";
445     WriteAsOperand(OS, FieldNo, false);
446     OS << ")";
447     return;
448   }
449
450   // Otherwise just print it normally.
451   WriteAsOperand(OS, V, false);
452 }
453
454 //===----------------------------------------------------------------------===//
455 //                               SCEV Utilities
456 //===----------------------------------------------------------------------===//
457
458 static bool CompareTypes(const Type *A, const Type *B) {
459   if (A->getTypeID() != B->getTypeID())
460     return A->getTypeID() < B->getTypeID();
461   if (const IntegerType *AI = dyn_cast<IntegerType>(A)) {
462     const IntegerType *BI = cast<IntegerType>(B);
463     return AI->getBitWidth() < BI->getBitWidth();
464   }
465   if (const PointerType *AI = dyn_cast<PointerType>(A)) {
466     const PointerType *BI = cast<PointerType>(B);
467     return CompareTypes(AI->getElementType(), BI->getElementType());
468   }
469   if (const ArrayType *AI = dyn_cast<ArrayType>(A)) {
470     const ArrayType *BI = cast<ArrayType>(B);
471     if (AI->getNumElements() != BI->getNumElements())
472       return AI->getNumElements() < BI->getNumElements();
473     return CompareTypes(AI->getElementType(), BI->getElementType());
474   }
475   if (const VectorType *AI = dyn_cast<VectorType>(A)) {
476     const VectorType *BI = cast<VectorType>(B);
477     if (AI->getNumElements() != BI->getNumElements())
478       return AI->getNumElements() < BI->getNumElements();
479     return CompareTypes(AI->getElementType(), BI->getElementType());
480   }
481   if (const StructType *AI = dyn_cast<StructType>(A)) {
482     const StructType *BI = cast<StructType>(B);
483     if (AI->getNumElements() != BI->getNumElements())
484       return AI->getNumElements() < BI->getNumElements();
485     for (unsigned i = 0, e = AI->getNumElements(); i != e; ++i)
486       if (CompareTypes(AI->getElementType(i), BI->getElementType(i)) ||
487           CompareTypes(BI->getElementType(i), AI->getElementType(i)))
488         return CompareTypes(AI->getElementType(i), BI->getElementType(i));
489   }
490   return false;
491 }
492
493 namespace {
494   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
495   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
496   /// expressions.
497   class SCEVComplexityCompare {
498     LoopInfo *LI;
499   public:
500     explicit SCEVComplexityCompare(LoopInfo *li) : LI(li) {}
501
502     bool operator()(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
503       // Fast-path: SCEVs are uniqued so we can do a quick equality check.
504       if (LHS == RHS)
505         return false;
506
507       // Primarily, sort the SCEVs by their getSCEVType().
508       if (LHS->getSCEVType() != RHS->getSCEVType())
509         return LHS->getSCEVType() < RHS->getSCEVType();
510
511       // Aside from the getSCEVType() ordering, the particular ordering
512       // isn't very important except that it's beneficial to be consistent,
513       // so that (a + b) and (b + a) don't end up as different expressions.
514
515       // Sort SCEVUnknown values with some loose heuristics. TODO: This is
516       // not as complete as it could be.
517       if (const SCEVUnknown *LU = dyn_cast<SCEVUnknown>(LHS)) {
518         const SCEVUnknown *RU = cast<SCEVUnknown>(RHS);
519
520         // Order pointer values after integer values. This helps SCEVExpander
521         // form GEPs.
522         if (LU->getType()->isPointerTy() && !RU->getType()->isPointerTy())
523           return false;
524         if (RU->getType()->isPointerTy() && !LU->getType()->isPointerTy())
525           return true;
526
527         // Compare getValueID values.
528         if (LU->getValue()->getValueID() != RU->getValue()->getValueID())
529           return LU->getValue()->getValueID() < RU->getValue()->getValueID();
530
531         // Sort arguments by their position.
532         if (const Argument *LA = dyn_cast<Argument>(LU->getValue())) {
533           const Argument *RA = cast<Argument>(RU->getValue());
534           return LA->getArgNo() < RA->getArgNo();
535         }
536
537         // For instructions, compare their loop depth, and their opcode.
538         // This is pretty loose.
539         if (Instruction *LV = dyn_cast<Instruction>(LU->getValue())) {
540           Instruction *RV = cast<Instruction>(RU->getValue());
541
542           // Compare loop depths.
543           if (LI->getLoopDepth(LV->getParent()) !=
544               LI->getLoopDepth(RV->getParent()))
545             return LI->getLoopDepth(LV->getParent()) <
546                    LI->getLoopDepth(RV->getParent());
547
548           // Compare opcodes.
549           if (LV->getOpcode() != RV->getOpcode())
550             return LV->getOpcode() < RV->getOpcode();
551
552           // Compare the number of operands.
553           if (LV->getNumOperands() != RV->getNumOperands())
554             return LV->getNumOperands() < RV->getNumOperands();
555         }
556
557         return false;
558       }
559
560       // Compare constant values.
561       if (const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
562         const SCEVConstant *RC = cast<SCEVConstant>(RHS);
563         if (LC->getValue()->getBitWidth() != RC->getValue()->getBitWidth())
564           return LC->getValue()->getBitWidth() < RC->getValue()->getBitWidth();
565         return LC->getValue()->getValue().ult(RC->getValue()->getValue());
566       }
567
568       // Compare addrec loop depths.
569       if (const SCEVAddRecExpr *LA = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
570         const SCEVAddRecExpr *RA = cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
571         if (LA->getLoop()->getLoopDepth() != RA->getLoop()->getLoopDepth())
572           return LA->getLoop()->getLoopDepth() < RA->getLoop()->getLoopDepth();
573       }
574
575       // Lexicographically compare n-ary expressions.
576       if (const SCEVNAryExpr *LC = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(LHS)) {
577         const SCEVNAryExpr *RC = cast<SCEVNAryExpr>(RHS);
578         for (unsigned i = 0, e = LC->getNumOperands(); i != e; ++i) {
579           if (i >= RC->getNumOperands())
580             return false;
581           if (operator()(LC->getOperand(i), RC->getOperand(i)))
582             return true;
583           if (operator()(RC->getOperand(i), LC->getOperand(i)))
584             return false;
585         }
586         return LC->getNumOperands() < RC->getNumOperands();
587       }
588
589       // Lexicographically compare udiv expressions.
590       if (const SCEVUDivExpr *LC = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(LHS)) {
591         const SCEVUDivExpr *RC = cast<SCEVUDivExpr>(RHS);
592         if (operator()(LC->getLHS(), RC->getLHS()))
593           return true;
594         if (operator()(RC->getLHS(), LC->getLHS()))
595           return false;
596         if (operator()(LC->getRHS(), RC->getRHS()))
597           return true;
598         if (operator()(RC->getRHS(), LC->getRHS()))
599           return false;
600         return false;
601       }
602
603       // Compare cast expressions by operand.
604       if (const SCEVCastExpr *LC = dyn_cast<SCEVCastExpr>(LHS)) {
605         const SCEVCastExpr *RC = cast<SCEVCastExpr>(RHS);
606         return operator()(LC->getOperand(), RC->getOperand());
607       }
608
609       llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
610       return false;
611     }
612   };
613 }
614
615 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
616 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
617 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
618 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
619 ///
620 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get deterministic
621 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
622 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
623 /// land in memory.
624 ///
625 static void GroupByComplexity(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
626                               LoopInfo *LI) {
627   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
628   if (Ops.size() == 2) {
629     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
630     // Special case it.
631     if (SCEVComplexityCompare(LI)(Ops[1], Ops[0]))
632       std::swap(Ops[0], Ops[1]);
633     return;
634   }
635
636   // Do the rough sort by complexity.
637   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare(LI));
638
639   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
640   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
641   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
642   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
643   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
644     const SCEV *S = Ops[i];
645     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
646
647     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
648     // one, group them.
649     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
650       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
651         // Move it to immediately after i'th element.
652         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
653         ++i;   // no need to rescan it.
654         if (i == e-2) return;  // Done!
655       }
656     }
657   }
658 }
659
660
661
662 //===----------------------------------------------------------------------===//
663 //                      Simple SCEV method implementations
664 //===----------------------------------------------------------------------===//
665
666 /// BinomialCoefficient - Compute BC(It, K).  The result has width W.
667 /// Assume, K > 0.
668 static const SCEV *BinomialCoefficient(const SCEV *It, unsigned K,
669                                        ScalarEvolution &SE,
670                                        const Type* ResultTy) {
671   // Handle the simplest case efficiently.
672   if (K == 1)
673     return SE.getTruncateOrZeroExtend(It, ResultTy);
674
675   // We are using the following formula for BC(It, K):
676   //
677   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / K!
678   //
679   // Suppose, W is the bitwidth of the return value.  We must be prepared for
680   // overflow.  Hence, we must assure that the result of our computation is
681   // equal to the accurate one modulo 2^W.  Unfortunately, division isn't
682   // safe in modular arithmetic.
683   //
684   // However, this code doesn't use exactly that formula; the formula it uses
685   // is something like the following, where T is the number of factors of 2 in
686   // K! (i.e. trailing zeros in the binary representation of K!), and ^ is
687   // exponentiation:
688   //
689   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / 2^T / (K! / 2^T)
690   //
691   // This formula is trivially equivalent to the previous formula.  However,
692   // this formula can be implemented much more efficiently.  The trick is that
693   // K! / 2^T is odd, and exact division by an odd number *is* safe in modular
694   // arithmetic.  To do exact division in modular arithmetic, all we have
695   // to do is multiply by the inverse.  Therefore, this step can be done at
696   // width W.
697   //
698   // The next issue is how to safely do the division by 2^T.  The way this
699   // is done is by doing the multiplication step at a width of at least W + T
700   // bits.  This way, the bottom W+T bits of the product are accurate. Then,
701   // when we perform the division by 2^T (which is equivalent to a right shift
702   // by T), the bottom W bits are accurate.  Extra bits are okay; they'll get
703   // truncated out after the division by 2^T.
704   //
705   // In comparison to just directly using the first formula, this technique
706   // is much more efficient; using the first formula requires W * K bits,
707   // but this formula less than W + K bits. Also, the first formula requires
708   // a division step, whereas this formula only requires multiplies and shifts.
709   //
710   // It doesn't matter whether the subtraction step is done in the calculation
711   // width or the input iteration count's width; if the subtraction overflows,
712   // the result must be zero anyway.  We prefer here to do it in the width of
713   // the induction variable because it helps a lot for certain cases; CodeGen
714   // isn't smart enough to ignore the overflow, which leads to much less
715   // efficient code if the width of the subtraction is wider than the native
716   // register width.
717   //
718   // (It's possible to not widen at all by pulling out factors of 2 before
719   // the multiplication; for example, K=2 can be calculated as
720   // It/2*(It+(It*INT_MIN/INT_MIN)+-1). However, it requires
721   // extra arithmetic, so it's not an obvious win, and it gets
722   // much more complicated for K > 3.)
723
724   // Protection from insane SCEVs; this bound is conservative,
725   // but it probably doesn't matter.
726   if (K > 1000)
727     return SE.getCouldNotCompute();
728
729   unsigned W = SE.getTypeSizeInBits(ResultTy);
730
731   // Calculate K! / 2^T and T; we divide out the factors of two before
732   // multiplying for calculating K! / 2^T to avoid overflow.
733   // Other overflow doesn't matter because we only care about the bottom
734   // W bits of the result.
735   APInt OddFactorial(W, 1);
736   unsigned T = 1;
737   for (unsigned i = 3; i <= K; ++i) {
738     APInt Mult(W, i);
739     unsigned TwoFactors = Mult.countTrailingZeros();
740     T += TwoFactors;
741     Mult = Mult.lshr(TwoFactors);
742     OddFactorial *= Mult;
743   }
744
745   // We need at least W + T bits for the multiplication step
746   unsigned CalculationBits = W + T;
747
748   // Calculate 2^T, at width T+W.
749   APInt DivFactor = APInt(CalculationBits, 1).shl(T);
750
751   // Calculate the multiplicative inverse of K! / 2^T;
752   // this multiplication factor will perform the exact division by
753   // K! / 2^T.
754   APInt Mod = APInt::getSignedMinValue(W+1);
755   APInt MultiplyFactor = OddFactorial.zext(W+1);
756   MultiplyFactor = MultiplyFactor.multiplicativeInverse(Mod);
757   MultiplyFactor = MultiplyFactor.trunc(W);
758
759   // Calculate the product, at width T+W
760   const IntegerType *CalculationTy = IntegerType::get(SE.getContext(),
761                                                       CalculationBits);
762   const SCEV *Dividend = SE.getTruncateOrZeroExtend(It, CalculationTy);
763   for (unsigned i = 1; i != K; ++i) {
764     const SCEV *S = SE.getMinusSCEV(It, SE.getConstant(It->getType(), i));
765     Dividend = SE.getMulExpr(Dividend,
766                              SE.getTruncateOrZeroExtend(S, CalculationTy));
767   }
768
769   // Divide by 2^T
770   const SCEV *DivResult = SE.getUDivExpr(Dividend, SE.getConstant(DivFactor));
771
772   // Truncate the result, and divide by K! / 2^T.
773
774   return SE.getMulExpr(SE.getConstant(MultiplyFactor),
775                        SE.getTruncateOrZeroExtend(DivResult, ResultTy));
776 }
777
778 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
779 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
780 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
781 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
782 ///
783 ///   A*BC(It, 0) + B*BC(It, 1) + C*BC(It, 2) + D*BC(It, 3)
784 ///
785 /// where BC(It, k) stands for binomial coefficient.
786 ///
787 const SCEV *SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(const SCEV *It,
788                                                 ScalarEvolution &SE) const {
789   const SCEV *Result = getStart();
790   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
791     // The computation is correct in the face of overflow provided that the
792     // multiplication is performed _after_ the evaluation of the binomial
793     // coefficient.
794     const SCEV *Coeff = BinomialCoefficient(It, i, SE, getType());
795     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Coeff))
796       return Coeff;
797
798     Result = SE.getAddExpr(Result, SE.getMulExpr(getOperand(i), Coeff));
799   }
800   return Result;
801 }
802
803 //===----------------------------------------------------------------------===//
804 //                    SCEV Expression folder implementations
805 //===----------------------------------------------------------------------===//
806
807 const SCEV *ScalarEvolution::getTruncateExpr(const SCEV *Op,
808                                              const Type *Ty) {
809   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) > getTypeSizeInBits(Ty) &&
810          "This is not a truncating conversion!");
811   assert(isSCEVable(Ty) &&
812          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
813   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
814
815   FoldingSetNodeID ID;
816   ID.AddInteger(scTruncate);
817   ID.AddPointer(Op);
818   ID.AddPointer(Ty);
819   void *IP = 0;
820   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
821
822   // Fold if the operand is constant.
823   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
824     return getConstant(
825       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(),
826                                                getEffectiveSCEVType(Ty))));
827
828   // trunc(trunc(x)) --> trunc(x)
829   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op))
830     return getTruncateExpr(ST->getOperand(), Ty);
831
832   // trunc(sext(x)) --> sext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
833   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
834     return getTruncateOrSignExtend(SS->getOperand(), Ty);
835
836   // trunc(zext(x)) --> zext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
837   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
838     return getTruncateOrZeroExtend(SZ->getOperand(), Ty);
839
840   // If the input value is a chrec scev, truncate the chrec's operands.
841   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
842     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
843     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
844       Operands.push_back(getTruncateExpr(AddRec->getOperand(i), Ty));
845     return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop());
846   }
847
848   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
849   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
850   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
851   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVTruncateExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
852                                                  Op, Ty);
853   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
854   return S;
855 }
856
857 const SCEV *ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEV *Op,
858                                                const Type *Ty) {
859   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
860          "This is not an extending conversion!");
861   assert(isSCEVable(Ty) &&
862          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
863   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
864
865   // Fold if the operand is constant.
866   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op)) {
867     const Type *IntTy = getEffectiveSCEVType(Ty);
868     Constant *C = ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(), IntTy);
869     if (IntTy != Ty) C = ConstantExpr::getIntToPtr(C, Ty);
870     return getConstant(cast<ConstantInt>(C));
871   }
872
873   // zext(zext(x)) --> zext(x)
874   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
875     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
876
877   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
878   // computed a SCEV for this Op and Ty.
879   FoldingSetNodeID ID;
880   ID.AddInteger(scZeroExtend);
881   ID.AddPointer(Op);
882   ID.AddPointer(Ty);
883   void *IP = 0;
884   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
885
886   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
887   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
888   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
889   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
890   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
891     if (AR->isAffine()) {
892       const SCEV *Start = AR->getStart();
893       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
894       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
895       const Loop *L = AR->getLoop();
896
897       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
898       // we don't need to do any further analysis.
899       if (AR->hasNoUnsignedWrap())
900         return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
901                              getZeroExtendExpr(Step, Ty),
902                              L);
903
904       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
905       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
906       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
907       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
908       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
909       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
910       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
911       // that value once it has finished.
912       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
913       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
914         // Manually compute the final value for AR, checking for
915         // overflow.
916
917         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
918         // the addrec's type. The count is always unsigned.
919         const SCEV *CastedMaxBECount =
920           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
921         const SCEV *RecastedMaxBECount =
922           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
923         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
924           const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
925           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no unsigned overflow.
926           const SCEV *ZMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
927           const SCEV *Add = getAddExpr(Start, ZMul);
928           const SCEV *OperandExtendedAdd =
929             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
930                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
931                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
932           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
933             // Return the expression with the addrec on the outside.
934             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
935                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
936                                  L);
937
938           // Similar to above, only this time treat the step value as signed.
939           // This covers loops that count down.
940           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
941           Add = getAddExpr(Start, SMul);
942           OperandExtendedAdd =
943             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
944                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
945                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
946           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
947             // Return the expression with the addrec on the outside.
948             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
949                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
950                                  L);
951         }
952
953         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
954         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
955         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
956         // with the post-inc value, the addrec is safe.
957         if (isKnownPositive(Step)) {
958           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMinValue(BitWidth) -
959                                       getUnsignedRange(Step).getUnsignedMax());
960           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, AR, N) ||
961               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, Start, N) &&
962                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT,
963                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
964             // Return the expression with the addrec on the outside.
965             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
966                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
967                                  L);
968         } else if (isKnownNegative(Step)) {
969           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth) -
970                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
971           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, AR, N) ||
972               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, Start, N) &&
973                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT,
974                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
975             // Return the expression with the addrec on the outside.
976             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
977                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
978                                  L);
979         }
980       }
981     }
982
983   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
984   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
985   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
986   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVZeroExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
987                                                    Op, Ty);
988   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
989   return S;
990 }
991
992 const SCEV *ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEV *Op,
993                                                const Type *Ty) {
994   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
995          "This is not an extending conversion!");
996   assert(isSCEVable(Ty) &&
997          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
998   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
999
1000   // Fold if the operand is constant.
1001   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op)) {
1002     const Type *IntTy = getEffectiveSCEVType(Ty);
1003     Constant *C = ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(), IntTy);
1004     if (IntTy != Ty) C = ConstantExpr::getIntToPtr(C, Ty);
1005     return getConstant(cast<ConstantInt>(C));
1006   }
1007
1008   // sext(sext(x)) --> sext(x)
1009   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
1010     return getSignExtendExpr(SS->getOperand(), Ty);
1011
1012   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
1013   // computed a SCEV for this Op and Ty.
1014   FoldingSetNodeID ID;
1015   ID.AddInteger(scSignExtend);
1016   ID.AddPointer(Op);
1017   ID.AddPointer(Ty);
1018   void *IP = 0;
1019   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1020
1021   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
1022   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
1023   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
1024   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
1025   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
1026     if (AR->isAffine()) {
1027       const SCEV *Start = AR->getStart();
1028       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
1029       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
1030       const Loop *L = AR->getLoop();
1031
1032       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
1033       // we don't need to do any further analysis.
1034       if (AR->hasNoSignedWrap())
1035         return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1036                              getSignExtendExpr(Step, Ty),
1037                              L);
1038
1039       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
1040       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
1041       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
1042       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
1043       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
1044       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
1045       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
1046       // that value once it has finished.
1047       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
1048       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
1049         // Manually compute the final value for AR, checking for
1050         // overflow.
1051
1052         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
1053         // the addrec's type. The count is always unsigned.
1054         const SCEV *CastedMaxBECount =
1055           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
1056         const SCEV *RecastedMaxBECount =
1057           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
1058         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
1059           const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
1060           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no signed overflow.
1061           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1062           const SCEV *Add = getAddExpr(Start, SMul);
1063           const SCEV *OperandExtendedAdd =
1064             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
1065                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1066                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
1067           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
1068             // Return the expression with the addrec on the outside.
1069             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1070                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1071                                  L);
1072
1073           // Similar to above, only this time treat the step value as unsigned.
1074           // This covers loops that count up with an unsigned step.
1075           const SCEV *UMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1076           Add = getAddExpr(Start, UMul);
1077           OperandExtendedAdd =
1078             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
1079                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1080                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
1081           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
1082             // Return the expression with the addrec on the outside.
1083             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1084                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
1085                                  L);
1086         }
1087
1088         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
1089         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
1090         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
1091         // with the post-inc value, the addrec is safe.
1092         if (isKnownPositive(Step)) {
1093           const SCEV *N = getConstant(APInt::getSignedMinValue(BitWidth) -
1094                                       getSignedRange(Step).getSignedMax());
1095           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT, AR, N) ||
1096               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT, Start, N) &&
1097                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT,
1098                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
1099             // Return the expression with the addrec on the outside.
1100             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1101                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1102                                  L);
1103         } else if (isKnownNegative(Step)) {
1104           const SCEV *N = getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth) -
1105                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
1106           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT, AR, N) ||
1107               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT, Start, N) &&
1108                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT,
1109                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
1110             // Return the expression with the addrec on the outside.
1111             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1112                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1113                                  L);
1114         }
1115       }
1116     }
1117
1118   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
1119   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
1120   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1121   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSignExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1122                                                    Op, Ty);
1123   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1124   return S;
1125 }
1126
1127 /// getAnyExtendExpr - Return a SCEV for the given operand extended with
1128 /// unspecified bits out to the given type.
1129 ///
1130 const SCEV *ScalarEvolution::getAnyExtendExpr(const SCEV *Op,
1131                                               const Type *Ty) {
1132   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1133          "This is not an extending conversion!");
1134   assert(isSCEVable(Ty) &&
1135          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1136   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1137
1138   // Sign-extend negative constants.
1139   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1140     if (SC->getValue()->getValue().isNegative())
1141       return getSignExtendExpr(Op, Ty);
1142
1143   // Peel off a truncate cast.
1144   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1145     const SCEV *NewOp = T->getOperand();
1146     if (getTypeSizeInBits(NewOp->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty))
1147       return getAnyExtendExpr(NewOp, Ty);
1148     return getTruncateOrNoop(NewOp, Ty);
1149   }
1150
1151   // Next try a zext cast. If the cast is folded, use it.
1152   const SCEV *ZExt = getZeroExtendExpr(Op, Ty);
1153   if (!isa<SCEVZeroExtendExpr>(ZExt))
1154     return ZExt;
1155
1156   // Next try a sext cast. If the cast is folded, use it.
1157   const SCEV *SExt = getSignExtendExpr(Op, Ty);
1158   if (!isa<SCEVSignExtendExpr>(SExt))
1159     return SExt;
1160
1161   // Force the cast to be folded into the operands of an addrec.
1162   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
1163     SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
1164     for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = AR->op_begin(), E = AR->op_end();
1165          I != E; ++I)
1166       Ops.push_back(getAnyExtendExpr(*I, Ty));
1167     return getAddRecExpr(Ops, AR->getLoop());
1168   }
1169
1170   // If the expression is obviously signed, use the sext cast value.
1171   if (isa<SCEVSMaxExpr>(Op))
1172     return SExt;
1173
1174   // Absent any other information, use the zext cast value.
1175   return ZExt;
1176 }
1177
1178 /// CollectAddOperandsWithScales - Process the given Ops list, which is
1179 /// a list of operands to be added under the given scale, update the given
1180 /// map. This is a helper function for getAddRecExpr. As an example of
1181 /// what it does, given a sequence of operands that would form an add
1182 /// expression like this:
1183 ///
1184 ///    m + n + 13 + (A * (o + p + (B * q + m + 29))) + r + (-1 * r)
1185 ///
1186 /// where A and B are constants, update the map with these values:
1187 ///
1188 ///    (m, 1+A*B), (n, 1), (o, A), (p, A), (q, A*B), (r, 0)
1189 ///
1190 /// and add 13 + A*B*29 to AccumulatedConstant.
1191 /// This will allow getAddRecExpr to produce this:
1192 ///
1193 ///    13+A*B*29 + n + (m * (1+A*B)) + ((o + p) * A) + (q * A*B)
1194 ///
1195 /// This form often exposes folding opportunities that are hidden in
1196 /// the original operand list.
1197 ///
1198 /// Return true iff it appears that any interesting folding opportunities
1199 /// may be exposed. This helps getAddRecExpr short-circuit extra work in
1200 /// the common case where no interesting opportunities are present, and
1201 /// is also used as a check to avoid infinite recursion.
1202 ///
1203 static bool
1204 CollectAddOperandsWithScales(DenseMap<const SCEV *, APInt> &M,
1205                              SmallVector<const SCEV *, 8> &NewOps,
1206                              APInt &AccumulatedConstant,
1207                              const SCEV *const *Ops, size_t NumOperands,
1208                              const APInt &Scale,
1209                              ScalarEvolution &SE) {
1210   bool Interesting = false;
1211
1212   // Iterate over the add operands. They are sorted, with constants first.
1213   unsigned i = 0;
1214   while (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1215     ++i;
1216     // Pull a buried constant out to the outside.
1217     if (Scale != 1 || AccumulatedConstant != 0 || C->getValue()->isZero())
1218       Interesting = true;
1219     AccumulatedConstant += Scale * C->getValue()->getValue();
1220   }
1221
1222   // Next comes everything else. We're especially interested in multiplies
1223   // here, but they're in the middle, so just visit the rest with one loop.
1224   for (; i != NumOperands; ++i) {
1225     const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i]);
1226     if (Mul && isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
1227       APInt NewScale =
1228         Scale * cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))->getValue()->getValue();
1229       if (Mul->getNumOperands() == 2 && isa<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1))) {
1230         // A multiplication of a constant with another add; recurse.
1231         const SCEVAddExpr *Add = cast<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1));
1232         Interesting |=
1233           CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1234                                        Add->op_begin(), Add->getNumOperands(),
1235                                        NewScale, SE);
1236       } else {
1237         // A multiplication of a constant with some other value. Update
1238         // the map.
1239         SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
1240         const SCEV *Key = SE.getMulExpr(MulOps);
1241         std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1242           M.insert(std::make_pair(Key, NewScale));
1243         if (Pair.second) {
1244           NewOps.push_back(Pair.first->first);
1245         } else {
1246           Pair.first->second += NewScale;
1247           // The map already had an entry for this value, which may indicate
1248           // a folding opportunity.
1249           Interesting = true;
1250         }
1251       }
1252     } else {
1253       // An ordinary operand. Update the map.
1254       std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1255         M.insert(std::make_pair(Ops[i], Scale));
1256       if (Pair.second) {
1257         NewOps.push_back(Pair.first->first);
1258       } else {
1259         Pair.first->second += Scale;
1260         // The map already had an entry for this value, which may indicate
1261         // a folding opportunity.
1262         Interesting = true;
1263       }
1264     }
1265   }
1266
1267   return Interesting;
1268 }
1269
1270 namespace {
1271   struct APIntCompare {
1272     bool operator()(const APInt &LHS, const APInt &RHS) const {
1273       return LHS.ult(RHS);
1274     }
1275   };
1276 }
1277
1278 /// getAddExpr - Get a canonical add expression, or something simpler if
1279 /// possible.
1280 const SCEV *ScalarEvolution::getAddExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1281                                         bool HasNUW, bool HasNSW) {
1282   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
1283   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1284 #ifndef NDEBUG
1285   const Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
1286   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1287     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
1288            "SCEVAddExpr operand types don't match!");
1289 #endif
1290
1291   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1292   if (!HasNUW && HasNSW) {
1293     bool All = true;
1294     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1295       if (!isKnownNonNegative(Ops[i])) {
1296         All = false;
1297         break;
1298       }
1299     if (All) HasNUW = true;
1300   }
1301
1302   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1303   GroupByComplexity(Ops, LI);
1304
1305   // If there are any constants, fold them together.
1306   unsigned Idx = 0;
1307   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1308     ++Idx;
1309     assert(Idx < Ops.size());
1310     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1311       // We found two constants, fold them together!
1312       Ops[0] = getConstant(LHSC->getValue()->getValue() +
1313                            RHSC->getValue()->getValue());
1314       if (Ops.size() == 2) return Ops[0];
1315       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1316       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1317     }
1318
1319     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
1320     if (LHSC->getValue()->isZero()) {
1321       Ops.erase(Ops.begin());
1322       --Idx;
1323     }
1324
1325     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1326   }
1327
1328   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1329   // so, merge them together into an multiply expression.  Since we sorted the
1330   // list, these values are required to be adjacent.
1331   const Type *Ty = Ops[0]->getType();
1332   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1333     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
1334       // Found a match, merge the two values into a multiply, and add any
1335       // remaining values to the result.
1336       const SCEV *Two = getConstant(Ty, 2);
1337       const SCEV *Mul = getMulExpr(Ops[i], Two);
1338       if (Ops.size() == 2)
1339         return Mul;
1340       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
1341       Ops.push_back(Mul);
1342       return getAddExpr(Ops, HasNUW, HasNSW);
1343     }
1344
1345   // Check for truncates. If all the operands are truncated from the same
1346   // type, see if factoring out the truncate would permit the result to be
1347   // folded. eg., trunc(x) + m*trunc(n) --> trunc(x + trunc(m)*n)
1348   // if the contents of the resulting outer trunc fold to something simple.
1349   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1350     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]);
1351     const Type *DstType = Trunc->getType();
1352     const Type *SrcType = Trunc->getOperand()->getType();
1353     SmallVector<const SCEV *, 8> LargeOps;
1354     bool Ok = true;
1355     // Check all the operands to see if they can be represented in the
1356     // source type of the truncate.
1357     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1358       if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[i])) {
1359         if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1360           Ok = false;
1361           break;
1362         }
1363         LargeOps.push_back(T->getOperand());
1364       } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1365         LargeOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
1366       } else if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i])) {
1367         SmallVector<const SCEV *, 8> LargeMulOps;
1368         for (unsigned j = 0, f = M->getNumOperands(); j != f && Ok; ++j) {
1369           if (const SCEVTruncateExpr *T =
1370                 dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(M->getOperand(j))) {
1371             if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1372               Ok = false;
1373               break;
1374             }
1375             LargeMulOps.push_back(T->getOperand());
1376           } else if (const SCEVConstant *C =
1377                        dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(j))) {
1378             LargeMulOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
1379           } else {
1380             Ok = false;
1381             break;
1382           }
1383         }
1384         if (Ok)
1385           LargeOps.push_back(getMulExpr(LargeMulOps));
1386       } else {
1387         Ok = false;
1388         break;
1389       }
1390     }
1391     if (Ok) {
1392       // Evaluate the expression in the larger type.
1393       const SCEV *Fold = getAddExpr(LargeOps, HasNUW, HasNSW);
1394       // If it folds to something simple, use it. Otherwise, don't.
1395       if (isa<SCEVConstant>(Fold) || isa<SCEVUnknown>(Fold))
1396         return getTruncateExpr(Fold, DstType);
1397     }
1398   }
1399
1400   // Skip past any other cast SCEVs.
1401   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
1402     ++Idx;
1403
1404   // If there are add operands they would be next.
1405   if (Idx < Ops.size()) {
1406     bool DeletedAdd = false;
1407     while (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
1408       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
1409       // list.
1410       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1411       Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
1412       DeletedAdd = true;
1413     }
1414
1415     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
1416     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1417     // any operands we just acquired.
1418     if (DeletedAdd)
1419       return getAddExpr(Ops);
1420   }
1421
1422   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1423   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1424     ++Idx;
1425
1426   // Check to see if there are any folding opportunities present with
1427   // operands multiplied by constant values.
1428   if (Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1429     uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(Ty);
1430     DenseMap<const SCEV *, APInt> M;
1431     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
1432     APInt AccumulatedConstant(BitWidth, 0);
1433     if (CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1434                                      Ops.data(), Ops.size(),
1435                                      APInt(BitWidth, 1), *this)) {
1436       // Some interesting folding opportunity is present, so its worthwhile to
1437       // re-generate the operands list. Group the operands by constant scale,
1438       // to avoid multiplying by the same constant scale multiple times.
1439       std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare> MulOpLists;
1440       for (SmallVector<const SCEV *, 8>::iterator I = NewOps.begin(),
1441            E = NewOps.end(); I != E; ++I)
1442         MulOpLists[M.find(*I)->second].push_back(*I);
1443       // Re-generate the operands list.
1444       Ops.clear();
1445       if (AccumulatedConstant != 0)
1446         Ops.push_back(getConstant(AccumulatedConstant));
1447       for (std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare>::iterator
1448            I = MulOpLists.begin(), E = MulOpLists.end(); I != E; ++I)
1449         if (I->first != 0)
1450           Ops.push_back(getMulExpr(getConstant(I->first),
1451                                    getAddExpr(I->second)));
1452       if (Ops.empty())
1453         return getConstant(Ty, 0);
1454       if (Ops.size() == 1)
1455         return Ops[0];
1456       return getAddExpr(Ops);
1457     }
1458   }
1459
1460   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
1461   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
1462   // the multiply.
1463   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1464     const SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
1465     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
1466       const SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
1467       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
1468         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp] && !isa<SCEVConstant>(Ops[AddOp])) {
1469           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
1470           const SCEV *InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1471           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1472             // If the multiply has more than two operands, we must get the
1473             // Y*Z term.
1474             SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1475             MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
1476             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
1477           }
1478           const SCEV *One = getConstant(Ty, 1);
1479           const SCEV *AddOne = getAddExpr(InnerMul, One);
1480           const SCEV *OuterMul = getMulExpr(AddOne, Ops[AddOp]);
1481           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1482           if (AddOp < Idx) {
1483             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
1484             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
1485           } else {
1486             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1487             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
1488           }
1489           Ops.push_back(OuterMul);
1490           return getAddExpr(Ops);
1491         }
1492
1493       // Check this multiply against other multiplies being added together.
1494       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
1495            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1496            ++OtherMulIdx) {
1497         const SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1498         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
1499         // together.
1500         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
1501              OMulOp != e; ++OMulOp)
1502           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
1503             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
1504             const SCEV *InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1505             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1506               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
1507                                                   Mul->op_end());
1508               MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
1509               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
1510             }
1511             const SCEV *InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
1512             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
1513               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(OtherMul->op_begin(),
1514                                                   OtherMul->op_end());
1515               MulOps.erase(MulOps.begin()+OMulOp);
1516               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
1517             }
1518             const SCEV *InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
1519             const SCEV *OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
1520             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1521             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1522             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
1523             Ops.push_back(OuterMul);
1524             return getAddExpr(Ops);
1525           }
1526       }
1527     }
1528   }
1529
1530   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1531   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1532   // recurrence.
1533   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1534     ++Idx;
1535
1536   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1537   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1538     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
1539     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1540     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
1541     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1542     const Loop *AddRecLoop = AddRec->getLoop();
1543     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1544       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRecLoop)) {
1545         LIOps.push_back(Ops[i]);
1546         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1547         --i; --e;
1548       }
1549
1550     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1551     if (!LIOps.empty()) {
1552       //  NLI + LI + {Start,+,Step}  -->  NLI + {LI+Start,+,Step}
1553       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
1554
1555       SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
1556                                              AddRec->op_end());
1557       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
1558
1559       // It's tempting to propagate NUW/NSW flags here, but nuw/nsw addition
1560       // is not associative so this isn't necessarily safe.
1561       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRecLoop);
1562
1563       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1564       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1565
1566       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-liv parts.
1567       for (unsigned i = 0;; ++i)
1568         if (Ops[i] == AddRec) {
1569           Ops[i] = NewRec;
1570           break;
1571         }
1572       return getAddExpr(Ops);
1573     }
1574
1575     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1576     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1577     // added together.  If so, we can fold them.
1578     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1579          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1580       if (OtherIdx != Idx) {
1581         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1582         if (AddRecLoop == OtherAddRec->getLoop()) {
1583           // Other + {A,+,B} + {C,+,D}  -->  Other + {A+C,+,B+D}
1584           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(AddRec->op_begin(),
1585                                               AddRec->op_end());
1586           for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1587             if (i >= NewOps.size()) {
1588               NewOps.append(OtherAddRec->op_begin()+i,
1589                             OtherAddRec->op_end());
1590               break;
1591             }
1592             NewOps[i] = getAddExpr(NewOps[i], OtherAddRec->getOperand(i));
1593           }
1594           const SCEV *NewAddRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRecLoop);
1595
1596           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1597
1598           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1599           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1600           Ops.push_back(NewAddRec);
1601           return getAddExpr(Ops);
1602         }
1603       }
1604
1605     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1606     // next one.
1607   }
1608
1609   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
1610   // already have one, otherwise create a new one.
1611   FoldingSetNodeID ID;
1612   ID.AddInteger(scAddExpr);
1613   ID.AddInteger(Ops.size());
1614   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1615     ID.AddPointer(Ops[i]);
1616   void *IP = 0;
1617   SCEVAddExpr *S =
1618     static_cast<SCEVAddExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
1619   if (!S) {
1620     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
1621     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
1622     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1623                                         O, Ops.size());
1624     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1625   }
1626   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
1627   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
1628   return S;
1629 }
1630
1631 /// getMulExpr - Get a canonical multiply expression, or something simpler if
1632 /// possible.
1633 const SCEV *ScalarEvolution::getMulExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1634                                         bool HasNUW, bool HasNSW) {
1635   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
1636   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1637 #ifndef NDEBUG
1638   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1639     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1640            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1641            "SCEVMulExpr operand types don't match!");
1642 #endif
1643
1644   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1645   if (!HasNUW && HasNSW) {
1646     bool All = true;
1647     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1648       if (!isKnownNonNegative(Ops[i])) {
1649         All = false;
1650         break;
1651       }
1652     if (All) HasNUW = true;
1653   }
1654
1655   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1656   GroupByComplexity(Ops, LI);
1657
1658   // If there are any constants, fold them together.
1659   unsigned Idx = 0;
1660   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1661
1662     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
1663     if (Ops.size() == 2)
1664       if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
1665         if (Add->getNumOperands() == 2 &&
1666             isa<SCEVConstant>(Add->getOperand(0)))
1667           return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
1668                             getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
1669
1670     ++Idx;
1671     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1672       // We found two constants, fold them together!
1673       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
1674                                            LHSC->getValue()->getValue() *
1675                                            RHSC->getValue()->getValue());
1676       Ops[0] = getConstant(Fold);
1677       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1678       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1679       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1680     }
1681
1682     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
1683     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
1684       Ops.erase(Ops.begin());
1685       --Idx;
1686     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
1687       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
1688       return Ops[0];
1689     } else if (Ops[0]->isAllOnesValue()) {
1690       // If we have a mul by -1 of an add, try distributing the -1 among the
1691       // add operands.
1692       if (Ops.size() == 2)
1693         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1])) {
1694           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
1695           bool AnyFolded = false;
1696           for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
1697                I != E; ++I) {
1698             const SCEV *Mul = getMulExpr(Ops[0], *I);
1699             if (!isa<SCEVMulExpr>(Mul)) AnyFolded = true;
1700             NewOps.push_back(Mul);
1701           }
1702           if (AnyFolded)
1703             return getAddExpr(NewOps);
1704         }
1705     }
1706
1707     if (Ops.size() == 1)
1708       return Ops[0];
1709   }
1710
1711   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1712   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1713     ++Idx;
1714
1715   // If there are mul operands inline them all into this expression.
1716   if (Idx < Ops.size()) {
1717     bool DeletedMul = false;
1718     while (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1719       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
1720       // list.
1721       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1722       Ops.append(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1723       DeletedMul = true;
1724     }
1725
1726     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
1727     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1728     // any operands we just acquired.
1729     if (DeletedMul)
1730       return getMulExpr(Ops);
1731   }
1732
1733   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1734   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1735   // recurrence.
1736   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1737     ++Idx;
1738
1739   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1740   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1741     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
1742     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1743     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
1744     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1745     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1746       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
1747         LIOps.push_back(Ops[i]);
1748         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1749         --i; --e;
1750       }
1751
1752     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1753     if (!LIOps.empty()) {
1754       //  NLI * LI * {Start,+,Step}  -->  NLI * {LI*Start,+,LI*Step}
1755       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
1756       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
1757       const SCEV *Scale = getMulExpr(LIOps);
1758       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
1759         NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
1760
1761       // It's tempting to propagate the NSW flag here, but nsw multiplication
1762       // is not associative so this isn't necessarily safe.
1763       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop(),
1764                                          HasNUW && AddRec->hasNoUnsignedWrap(),
1765                                          /*HasNSW=*/false);
1766
1767       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1768       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1769
1770       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-liv parts.
1771       for (unsigned i = 0;; ++i)
1772         if (Ops[i] == AddRec) {
1773           Ops[i] = NewRec;
1774           break;
1775         }
1776       return getMulExpr(Ops);
1777     }
1778
1779     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1780     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1781     // multiplied together.  If so, we can fold them.
1782     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1783          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1784       if (OtherIdx != Idx) {
1785         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1786         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
1787           // F * G  -->  {A,+,B} * {C,+,D}  -->  {A*C,+,F*D + G*B + B*D}
1788           const SCEVAddRecExpr *F = AddRec, *G = OtherAddRec;
1789           const SCEV *NewStart = getMulExpr(F->getStart(),
1790                                                  G->getStart());
1791           const SCEV *B = F->getStepRecurrence(*this);
1792           const SCEV *D = G->getStepRecurrence(*this);
1793           const SCEV *NewStep = getAddExpr(getMulExpr(F, D),
1794                                           getMulExpr(G, B),
1795                                           getMulExpr(B, D));
1796           const SCEV *NewAddRec = getAddRecExpr(NewStart, NewStep,
1797                                                F->getLoop());
1798           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1799
1800           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1801           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1802           Ops.push_back(NewAddRec);
1803           return getMulExpr(Ops);
1804         }
1805       }
1806
1807     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1808     // next one.
1809   }
1810
1811   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
1812   // already have one, otherwise create a new one.
1813   FoldingSetNodeID ID;
1814   ID.AddInteger(scMulExpr);
1815   ID.AddInteger(Ops.size());
1816   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1817     ID.AddPointer(Ops[i]);
1818   void *IP = 0;
1819   SCEVMulExpr *S =
1820     static_cast<SCEVMulExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
1821   if (!S) {
1822     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
1823     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
1824     S = new (SCEVAllocator) SCEVMulExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1825                                         O, Ops.size());
1826     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1827   }
1828   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
1829   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
1830   return S;
1831 }
1832
1833 /// getUDivExpr - Get a canonical unsigned division expression, or something
1834 /// simpler if possible.
1835 const SCEV *ScalarEvolution::getUDivExpr(const SCEV *LHS,
1836                                          const SCEV *RHS) {
1837   assert(getEffectiveSCEVType(LHS->getType()) ==
1838          getEffectiveSCEVType(RHS->getType()) &&
1839          "SCEVUDivExpr operand types don't match!");
1840
1841   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
1842     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
1843       return LHS;                               // X udiv 1 --> x
1844     // If the denominator is zero, the result of the udiv is undefined. Don't
1845     // try to analyze it, because the resolution chosen here may differ from
1846     // the resolution chosen in other parts of the compiler.
1847     if (!RHSC->getValue()->isZero()) {
1848       // Determine if the division can be folded into the operands of
1849       // its operands.
1850       // TODO: Generalize this to non-constants by using known-bits information.
1851       const Type *Ty = LHS->getType();
1852       unsigned LZ = RHSC->getValue()->getValue().countLeadingZeros();
1853       unsigned MaxShiftAmt = getTypeSizeInBits(Ty) - LZ;
1854       // For non-power-of-two values, effectively round the value up to the
1855       // nearest power of two.
1856       if (!RHSC->getValue()->getValue().isPowerOf2())
1857         ++MaxShiftAmt;
1858       const IntegerType *ExtTy =
1859         IntegerType::get(getContext(), getTypeSizeInBits(Ty) + MaxShiftAmt);
1860       // {X,+,N}/C --> {X/C,+,N/C} if safe and N/C can be folded.
1861       if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
1862         if (const SCEVConstant *Step =
1863               dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*this)))
1864           if (!Step->getValue()->getValue()
1865                 .urem(RHSC->getValue()->getValue()) &&
1866               getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
1867               getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
1868                             getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
1869                             AR->getLoop())) {
1870             SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1871             for (unsigned i = 0, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
1872               Operands.push_back(getUDivExpr(AR->getOperand(i), RHS));
1873             return getAddRecExpr(Operands, AR->getLoop());
1874           }
1875       // (A*B)/C --> A*(B/C) if safe and B/C can be folded.
1876       if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
1877         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1878         for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i)
1879           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(M->getOperand(i), ExtTy));
1880         if (getZeroExtendExpr(M, ExtTy) == getMulExpr(Operands))
1881           // Find an operand that's safely divisible.
1882           for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1883             const SCEV *Op = M->getOperand(i);
1884             const SCEV *Div = getUDivExpr(Op, RHSC);
1885             if (!isa<SCEVUDivExpr>(Div) && getMulExpr(Div, RHSC) == Op) {
1886               Operands = SmallVector<const SCEV *, 4>(M->op_begin(),
1887                                                       M->op_end());
1888               Operands[i] = Div;
1889               return getMulExpr(Operands);
1890             }
1891           }
1892       }
1893       // (A+B)/C --> (A/C + B/C) if safe and A/C and B/C can be folded.
1894       if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
1895         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1896         for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i)
1897           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(A->getOperand(i), ExtTy));
1898         if (getZeroExtendExpr(A, ExtTy) == getAddExpr(Operands)) {
1899           Operands.clear();
1900           for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1901             const SCEV *Op = getUDivExpr(A->getOperand(i), RHS);
1902             if (isa<SCEVUDivExpr>(Op) ||
1903                 getMulExpr(Op, RHS) != A->getOperand(i))
1904               break;
1905             Operands.push_back(Op);
1906           }
1907           if (Operands.size() == A->getNumOperands())
1908             return getAddExpr(Operands);
1909         }
1910       }
1911
1912       // Fold if both operands are constant.
1913       if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
1914         Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
1915         Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
1916         return getConstant(cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getUDiv(LHSCV,
1917                                                                    RHSCV)));
1918       }
1919     }
1920   }
1921
1922   FoldingSetNodeID ID;
1923   ID.AddInteger(scUDivExpr);
1924   ID.AddPointer(LHS);
1925   ID.AddPointer(RHS);
1926   void *IP = 0;
1927   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1928   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUDivExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1929                                              LHS, RHS);
1930   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1931   return S;
1932 }
1933
1934
1935 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
1936 /// Simplify the expression as much as possible.
1937 const SCEV *ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEV *Start,
1938                                            const SCEV *Step, const Loop *L,
1939                                            bool HasNUW, bool HasNSW) {
1940   SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1941   Operands.push_back(Start);
1942   if (const SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
1943     if (StepChrec->getLoop() == L) {
1944       Operands.append(StepChrec->op_begin(), StepChrec->op_end());
1945       return getAddRecExpr(Operands, L);
1946     }
1947
1948   Operands.push_back(Step);
1949   return getAddRecExpr(Operands, L, HasNUW, HasNSW);
1950 }
1951
1952 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
1953 /// Simplify the expression as much as possible.
1954 const SCEV *
1955 ScalarEvolution::getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
1956                                const Loop *L,
1957                                bool HasNUW, bool HasNSW) {
1958   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
1959 #ifndef NDEBUG
1960   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
1961     assert(getEffectiveSCEVType(Operands[i]->getType()) ==
1962            getEffectiveSCEVType(Operands[0]->getType()) &&
1963            "SCEVAddRecExpr operand types don't match!");
1964 #endif
1965
1966   if (Operands.back()->isZero()) {
1967     Operands.pop_back();
1968     return getAddRecExpr(Operands, L, HasNUW, HasNSW); // {X,+,0}  -->  X
1969   }
1970
1971   // It's tempting to want to call getMaxBackedgeTakenCount count here and
1972   // use that information to infer NUW and NSW flags. However, computing a
1973   // BE count requires calling getAddRecExpr, so we may not yet have a
1974   // meaningful BE count at this point (and if we don't, we'd be stuck
1975   // with a SCEVCouldNotCompute as the cached BE count).
1976
1977   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1978   if (!HasNUW && HasNSW) {
1979     bool All = true;
1980     for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
1981       if (!isKnownNonNegative(Operands[i])) {
1982         All = false;
1983         break;
1984       }
1985     if (All) HasNUW = true;
1986   }
1987
1988   // Canonicalize nested AddRecs in by nesting them in order of loop depth.
1989   if (const SCEVAddRecExpr *NestedAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Operands[0])) {
1990     const Loop *NestedLoop = NestedAR->getLoop();
1991     if (L->contains(NestedLoop->getHeader()) ?
1992         (L->getLoopDepth() < NestedLoop->getLoopDepth()) :
1993         (!NestedLoop->contains(L->getHeader()) &&
1994          DT->dominates(L->getHeader(), NestedLoop->getHeader()))) {
1995       SmallVector<const SCEV *, 4> NestedOperands(NestedAR->op_begin(),
1996                                                   NestedAR->op_end());
1997       Operands[0] = NestedAR->getStart();
1998       // AddRecs require their operands be loop-invariant with respect to their
1999       // loops. Don't perform this transformation if it would break this
2000       // requirement.
2001       bool AllInvariant = true;
2002       for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2003         if (!Operands[i]->isLoopInvariant(L)) {
2004           AllInvariant = false;
2005           break;
2006         }
2007       if (AllInvariant) {
2008         NestedOperands[0] = getAddRecExpr(Operands, L);
2009         AllInvariant = true;
2010         for (unsigned i = 0, e = NestedOperands.size(); i != e; ++i)
2011           if (!NestedOperands[i]->isLoopInvariant(NestedLoop)) {
2012             AllInvariant = false;
2013             break;
2014           }
2015         if (AllInvariant)
2016           // Ok, both add recurrences are valid after the transformation.
2017           return getAddRecExpr(NestedOperands, NestedLoop, HasNUW, HasNSW);
2018       }
2019       // Reset Operands to its original state.
2020       Operands[0] = NestedAR;
2021     }
2022   }
2023
2024   // Okay, it looks like we really DO need an addrec expr.  Check to see if we
2025   // already have one, otherwise create a new one.
2026   FoldingSetNodeID ID;
2027   ID.AddInteger(scAddRecExpr);
2028   ID.AddInteger(Operands.size());
2029   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2030     ID.AddPointer(Operands[i]);
2031   ID.AddPointer(L);
2032   void *IP = 0;
2033   SCEVAddRecExpr *S =
2034     static_cast<SCEVAddRecExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2035   if (!S) {
2036     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Operands.size());
2037     std::uninitialized_copy(Operands.begin(), Operands.end(), O);
2038     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddRecExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2039                                            O, Operands.size(), L);
2040     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2041   }
2042   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
2043   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
2044   return S;
2045 }
2046
2047 const SCEV *ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEV *LHS,
2048                                          const SCEV *RHS) {
2049   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2050   Ops.push_back(LHS);
2051   Ops.push_back(RHS);
2052   return getSMaxExpr(Ops);
2053 }
2054
2055 const SCEV *
2056 ScalarEvolution::getSMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2057   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
2058   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2059 #ifndef NDEBUG
2060   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2061     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
2062            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
2063            "SCEVSMaxExpr operand types don't match!");
2064 #endif
2065
2066   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2067   GroupByComplexity(Ops, LI);
2068
2069   // If there are any constants, fold them together.
2070   unsigned Idx = 0;
2071   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2072     ++Idx;
2073     assert(Idx < Ops.size());
2074     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2075       // We found two constants, fold them together!
2076       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2077                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
2078                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2079       Ops[0] = getConstant(Fold);
2080       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2081       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2082       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2083     }
2084
2085     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2086     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
2087       Ops.erase(Ops.begin());
2088       --Idx;
2089     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(true)) {
2090       // If we have an smax with a constant maximum-int, it will always be
2091       // maximum-int.
2092       return Ops[0];
2093     }
2094
2095     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2096   }
2097
2098   // Find the first SMax
2099   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
2100     ++Idx;
2101
2102   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
2103   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2104   if (Idx < Ops.size()) {
2105     bool DeletedSMax = false;
2106     while (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2107       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2108       Ops.append(SMax->op_begin(), SMax->op_end());
2109       DeletedSMax = true;
2110     }
2111
2112     if (DeletedSMax)
2113       return getSMaxExpr(Ops);
2114   }
2115
2116   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2117   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2118   // be adjacent.
2119   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2120     //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
2121     //  X smax Y         -->  X, if X is always greater than Y
2122     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
2123         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2124       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
2125       --i; --e;
2126     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SLE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2127       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2128       --i; --e;
2129     }
2130
2131   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2132
2133   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
2134
2135   // Okay, it looks like we really DO need an smax expr.  Check to see if we
2136   // already have one, otherwise create a new one.
2137   FoldingSetNodeID ID;
2138   ID.AddInteger(scSMaxExpr);
2139   ID.AddInteger(Ops.size());
2140   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2141     ID.AddPointer(Ops[i]);
2142   void *IP = 0;
2143   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2144   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2145   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2146   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2147                                              O, Ops.size());
2148   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2149   return S;
2150 }
2151
2152 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxExpr(const SCEV *LHS,
2153                                          const SCEV *RHS) {
2154   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2155   Ops.push_back(LHS);
2156   Ops.push_back(RHS);
2157   return getUMaxExpr(Ops);
2158 }
2159
2160 const SCEV *
2161 ScalarEvolution::getUMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2162   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty umax!");
2163   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2164 #ifndef NDEBUG
2165   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2166     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
2167            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
2168            "SCEVUMaxExpr operand types don't match!");
2169 #endif
2170
2171   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2172   GroupByComplexity(Ops, LI);
2173
2174   // If there are any constants, fold them together.
2175   unsigned Idx = 0;
2176   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2177     ++Idx;
2178     assert(Idx < Ops.size());
2179     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2180       // We found two constants, fold them together!
2181       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2182                               APIntOps::umax(LHSC->getValue()->getValue(),
2183                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2184       Ops[0] = getConstant(Fold);
2185       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2186       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2187       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2188     }
2189
2190     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2191     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(false)) {
2192       Ops.erase(Ops.begin());
2193       --Idx;
2194     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(false)) {
2195       // If we have an umax with a constant maximum-int, it will always be
2196       // maximum-int.
2197       return Ops[0];
2198     }
2199
2200     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2201   }
2202
2203   // Find the first UMax
2204   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scUMaxExpr)
2205     ++Idx;
2206
2207   // Check to see if one of the operands is a UMax. If so, expand its operands
2208   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2209   if (Idx < Ops.size()) {
2210     bool DeletedUMax = false;
2211     while (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2212       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2213       Ops.append(UMax->op_begin(), UMax->op_end());
2214       DeletedUMax = true;
2215     }
2216
2217     if (DeletedUMax)
2218       return getUMaxExpr(Ops);
2219   }
2220
2221   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2222   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2223   // be adjacent.
2224   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2225     //  X umax Y umax Y  -->  X umax Y
2226     //  X umax Y         -->  X, if X is always greater than Y
2227     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
2228         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_UGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2229       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
2230       --i; --e;
2231     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_ULE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2232       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2233       --i; --e;
2234     }
2235
2236   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2237
2238   assert(!Ops.empty() && "Reduced umax down to nothing!");
2239
2240   // Okay, it looks like we really DO need a umax expr.  Check to see if we
2241   // already have one, otherwise create a new one.
2242   FoldingSetNodeID ID;
2243   ID.AddInteger(scUMaxExpr);
2244   ID.AddInteger(Ops.size());
2245   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2246     ID.AddPointer(Ops[i]);
2247   void *IP = 0;
2248   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2249   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2250   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2251   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2252                                              O, Ops.size());
2253   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2254   return S;
2255 }
2256
2257 const SCEV *ScalarEvolution::getSMinExpr(const SCEV *LHS,
2258                                          const SCEV *RHS) {
2259   // ~smax(~x, ~y) == smin(x, y).
2260   return getNotSCEV(getSMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2261 }
2262
2263 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinExpr(const SCEV *LHS,
2264                                          const SCEV *RHS) {
2265   // ~umax(~x, ~y) == umin(x, y)
2266   return getNotSCEV(getUMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2267 }
2268
2269 const SCEV *ScalarEvolution::getSizeOfExpr(const Type *AllocTy) {
2270   // If we have TargetData, we can bypass creating a target-independent
2271   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
2272   // This is just a compile-time optimization.
2273   if (TD)
2274     return getConstant(TD->getIntPtrType(getContext()),
2275                        TD->getTypeAllocSize(AllocTy));
2276
2277   Constant *C = ConstantExpr::getSizeOf(AllocTy);
2278   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2279     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2280       C = Folded;
2281   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(AllocTy));
2282   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2283 }
2284
2285 const SCEV *ScalarEvolution::getAlignOfExpr(const Type *AllocTy) {
2286   Constant *C = ConstantExpr::getAlignOf(AllocTy);
2287   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2288     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2289       C = Folded;
2290   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(AllocTy));
2291   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2292 }
2293
2294 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(const StructType *STy,
2295                                              unsigned FieldNo) {
2296   // If we have TargetData, we can bypass creating a target-independent
2297   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
2298   // This is just a compile-time optimization.
2299   if (TD)
2300     return getConstant(TD->getIntPtrType(getContext()),
2301                        TD->getStructLayout(STy)->getElementOffset(FieldNo));
2302
2303   Constant *C = ConstantExpr::getOffsetOf(STy, FieldNo);
2304   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2305     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2306       C = Folded;
2307   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(STy));
2308   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2309 }
2310
2311 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(const Type *CTy,
2312                                              Constant *FieldNo) {
2313   Constant *C = ConstantExpr::getOffsetOf(CTy, FieldNo);
2314   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2315     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2316       C = Folded;
2317   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(CTy));
2318   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2319 }
2320
2321 const SCEV *ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
2322   // Don't attempt to do anything other than create a SCEVUnknown object
2323   // here.  createSCEV only calls getUnknown after checking for all other
2324   // interesting possibilities, and any other code that calls getUnknown
2325   // is doing so in order to hide a value from SCEV canonicalization.
2326
2327   FoldingSetNodeID ID;
2328   ID.AddInteger(scUnknown);
2329   ID.AddPointer(V);
2330   void *IP = 0;
2331   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2332   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUnknown(ID.Intern(SCEVAllocator), V);
2333   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2334   return S;
2335 }
2336
2337 //===----------------------------------------------------------------------===//
2338 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
2339 //
2340
2341 /// isSCEVable - Test if values of the given type are analyzable within
2342 /// the SCEV framework. This primarily includes integer types, and it
2343 /// can optionally include pointer types if the ScalarEvolution class
2344 /// has access to target-specific information.
2345 bool ScalarEvolution::isSCEVable(const Type *Ty) const {
2346   // Integers and pointers are always SCEVable.
2347   return Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy();
2348 }
2349
2350 /// getTypeSizeInBits - Return the size in bits of the specified type,
2351 /// for which isSCEVable must return true.
2352 uint64_t ScalarEvolution::getTypeSizeInBits(const Type *Ty) const {
2353   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
2354
2355   // If we have a TargetData, use it!
2356   if (TD)
2357     return TD->getTypeSizeInBits(Ty);
2358
2359   // Integer types have fixed sizes.
2360   if (Ty->isIntegerTy())
2361     return Ty->getPrimitiveSizeInBits();
2362
2363   // The only other support type is pointer. Without TargetData, conservatively
2364   // assume pointers are 64-bit.
2365   assert(Ty->isPointerTy() && "isSCEVable permitted a non-SCEVable type!");
2366   return 64;
2367 }
2368
2369 /// getEffectiveSCEVType - Return a type with the same bitwidth as
2370 /// the given type and which represents how SCEV will treat the given
2371 /// type, for which isSCEVable must return true. For pointer types,
2372 /// this is the pointer-sized integer type.
2373 const Type *ScalarEvolution::getEffectiveSCEVType(const Type *Ty) const {
2374   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
2375
2376   if (Ty->isIntegerTy())
2377     return Ty;
2378
2379   // The only other support type is pointer.
2380   assert(Ty->isPointerTy() && "Unexpected non-pointer non-integer type!");
2381   if (TD) return TD->getIntPtrType(getContext());
2382
2383   // Without TargetData, conservatively assume pointers are 64-bit.
2384   return Type::getInt64Ty(getContext());
2385 }
2386
2387 const SCEV *ScalarEvolution::getCouldNotCompute() {
2388   return &CouldNotCompute;
2389 }
2390
2391 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
2392 /// expression and create a new one.
2393 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) {
2394   assert(isSCEVable(V->getType()) && "Value is not SCEVable!");
2395
2396   std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator I = Scalars.find(V);
2397   if (I != Scalars.end()) return I->second;
2398   const SCEV *S = createSCEV(V);
2399   Scalars.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(V, this), S));
2400   return S;
2401 }
2402
2403 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
2404 ///
2405 const SCEV *ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEV *V) {
2406   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2407     return getConstant(
2408                cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue())));
2409
2410   const Type *Ty = V->getType();
2411   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2412   return getMulExpr(V,
2413                   getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty))));
2414 }
2415
2416 /// getNotSCEV - Return a SCEV corresponding to ~V = -1-V
2417 const SCEV *ScalarEvolution::getNotSCEV(const SCEV *V) {
2418   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2419     return getConstant(
2420                 cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(VC->getValue())));
2421
2422   const Type *Ty = V->getType();
2423   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2424   const SCEV *AllOnes =
2425                    getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty)));
2426   return getMinusSCEV(AllOnes, V);
2427 }
2428
2429 /// getMinusSCEV - Return a SCEV corresponding to LHS - RHS.
2430 ///
2431 const SCEV *ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEV *LHS,
2432                                           const SCEV *RHS) {
2433   // X - Y --> X + -Y
2434   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS));
2435 }
2436
2437 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2438 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2439 /// extended.
2440 const SCEV *
2441 ScalarEvolution::getTruncateOrZeroExtend(const SCEV *V,
2442                                          const Type *Ty) {
2443   const Type *SrcTy = V->getType();
2444   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2445          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2446          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2447   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2448     return V;  // No conversion
2449   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2450     return getTruncateExpr(V, Ty);
2451   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2452 }
2453
2454 /// getTruncateOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2455 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2456 /// extended.
2457 const SCEV *
2458 ScalarEvolution::getTruncateOrSignExtend(const SCEV *V,
2459                                          const Type *Ty) {
2460   const Type *SrcTy = V->getType();
2461   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2462          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2463          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2464   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2465     return V;  // No conversion
2466   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2467     return getTruncateExpr(V, Ty);
2468   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2469 }
2470
2471 /// getNoopOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2472 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2473 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2474 const SCEV *
2475 ScalarEvolution::getNoopOrZeroExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2476   const Type *SrcTy = V->getType();
2477   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2478          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2479          "Cannot noop or zero extend with non-integer arguments!");
2480   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2481          "getNoopOrZeroExtend cannot truncate!");
2482   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2483     return V;  // No conversion
2484   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2485 }
2486
2487 /// getNoopOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2488 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2489 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2490 const SCEV *
2491 ScalarEvolution::getNoopOrSignExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2492   const Type *SrcTy = V->getType();
2493   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2494          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2495          "Cannot noop or sign extend with non-integer arguments!");
2496   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2497          "getNoopOrSignExtend cannot truncate!");
2498   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2499     return V;  // No conversion
2500   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2501 }
2502
2503 /// getNoopOrAnyExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
2504 /// the input value to the specified type. If the type must be extended,
2505 /// it is extended with unspecified bits. The conversion must not be
2506 /// narrowing.
2507 const SCEV *
2508 ScalarEvolution::getNoopOrAnyExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2509   const Type *SrcTy = V->getType();
2510   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2511          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2512          "Cannot noop or any extend with non-integer arguments!");
2513   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2514          "getNoopOrAnyExtend cannot truncate!");
2515   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2516     return V;  // No conversion
2517   return getAnyExtendExpr(V, Ty);
2518 }
2519
2520 /// getTruncateOrNoop - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2521 /// input value to the specified type.  The conversion must not be widening.
2522 const SCEV *
2523 ScalarEvolution::getTruncateOrNoop(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2524   const Type *SrcTy = V->getType();
2525   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2526          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2527          "Cannot truncate or noop with non-integer arguments!");
2528   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) >= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2529          "getTruncateOrNoop cannot extend!");
2530   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2531     return V;  // No conversion
2532   return getTruncateExpr(V, Ty);
2533 }
2534
2535 /// getUMaxFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2536 /// the types using zero-extension, and then perform a umax operation
2537 /// with them.
2538 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2539                                                         const SCEV *RHS) {
2540   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
2541   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
2542
2543   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2544     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2545   else
2546     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2547
2548   return getUMaxExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2549 }
2550
2551 /// getUMinFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2552 /// the types using zero-extension, and then perform a umin operation
2553 /// with them.
2554 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2555                                                         const SCEV *RHS) {
2556   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
2557   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
2558
2559   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2560     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2561   else
2562     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2563
2564   return getUMinExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2565 }
2566
2567 /// PushDefUseChildren - Push users of the given Instruction
2568 /// onto the given Worklist.
2569 static void
2570 PushDefUseChildren(Instruction *I,
2571                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
2572   // Push the def-use children onto the Worklist stack.
2573   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
2574        UI != UE; ++UI)
2575     Worklist.push_back(cast<Instruction>(UI));
2576 }
2577
2578 /// ForgetSymbolicValue - This looks up computed SCEV values for all
2579 /// instructions that depend on the given instruction and removes them from
2580 /// the Scalars map if they reference SymName. This is used during PHI
2581 /// resolution.
2582 void
2583 ScalarEvolution::ForgetSymbolicName(Instruction *PN, const SCEV *SymName) {
2584   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
2585   PushDefUseChildren(PN, Worklist);
2586
2587   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
2588   Visited.insert(PN);
2589   while (!Worklist.empty()) {
2590     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
2591     if (!Visited.insert(I)) continue;
2592
2593     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
2594       Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
2595     if (It != Scalars.end()) {
2596       // Short-circuit the def-use traversal if the symbolic name
2597       // ceases to appear in expressions.
2598       if (It->second != SymName && !It->second->hasOperand(SymName))
2599         continue;
2600
2601       // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
2602       // structure, it's a PHI that's in the progress of being computed
2603       // by createNodeForPHI, or it's a single-value PHI. In the first case,
2604       // additional loop trip count information isn't going to change anything.
2605       // In the second case, createNodeForPHI will perform the necessary
2606       // updates on its own when it gets to that point. In the third, we do
2607       // want to forget the SCEVUnknown.
2608       if (!isa<PHINode>(I) ||
2609           !isa<SCEVUnknown>(It->second) ||
2610           (I != PN && It->second == SymName)) {
2611         ValuesAtScopes.erase(It->second);
2612         Scalars.erase(It);
2613       }
2614     }
2615
2616     PushDefUseChildren(I, Worklist);
2617   }
2618 }
2619
2620 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
2621 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
2622 ///
2623 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
2624   if (const Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent()))
2625     if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
2626       // The loop may have multiple entrances or multiple exits; we can analyze
2627       // this phi as an addrec if it has a unique entry value and a unique
2628       // backedge value.
2629       Value *BEValueV = 0, *StartValueV = 0;
2630       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2631         Value *V = PN->getIncomingValue(i);
2632         if (L->contains(PN->getIncomingBlock(i))) {
2633           if (!BEValueV) {
2634             BEValueV = V;
2635           } else if (BEValueV != V) {
2636             BEValueV = 0;
2637             break;
2638           }
2639         } else if (!StartValueV) {
2640           StartValueV = V;
2641         } else if (StartValueV != V) {
2642           StartValueV = 0;
2643           break;
2644         }
2645       }
2646       if (BEValueV && StartValueV) {
2647         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
2648         const SCEV *SymbolicName = getUnknown(PN);
2649         assert(Scalars.find(PN) == Scalars.end() &&
2650                "PHI node already processed?");
2651         Scalars.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(PN, this), SymbolicName));
2652
2653         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
2654         // the back-edge.
2655         const SCEV *BEValue = getSCEV(BEValueV);
2656
2657         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
2658         // has a special value for the first iteration of the loop.
2659
2660         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
2661         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
2662         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
2663           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
2664           // with a recurrence.
2665           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
2666           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2667             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
2668               if (FoundIndex == e) {
2669                 FoundIndex = i;
2670                 break;
2671               }
2672
2673           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
2674             // Create an add with everything but the specified operand.
2675             SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
2676             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2677               if (i != FoundIndex)
2678                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
2679             const SCEV *Accum = getAddExpr(Ops);
2680
2681             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
2682             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
2683             if (Accum->isLoopInvariant(L) ||
2684                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
2685                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
2686               bool HasNUW = false;
2687               bool HasNSW = false;
2688
2689               // If the increment doesn't overflow, then neither the addrec nor
2690               // the post-increment will overflow.
2691               if (const AddOperator *OBO = dyn_cast<AddOperator>(BEValueV)) {
2692                 if (OBO->hasNoUnsignedWrap())
2693                   HasNUW = true;
2694                 if (OBO->hasNoSignedWrap())
2695                   HasNSW = true;
2696               }
2697
2698               const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
2699               const SCEV *PHISCEV =
2700                 getAddRecExpr(StartVal, Accum, L, HasNUW, HasNSW);
2701
2702               // Since the no-wrap flags are on the increment, they apply to the
2703               // post-incremented value as well.
2704               if (Accum->isLoopInvariant(L))
2705                 (void)getAddRecExpr(getAddExpr(StartVal, Accum),
2706                                     Accum, L, HasNUW, HasNSW);
2707
2708               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2709               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
2710               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
2711               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
2712               Scalars[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
2713               return PHISCEV;
2714             }
2715           }
2716         } else if (const SCEVAddRecExpr *AddRec =
2717                      dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
2718           // Otherwise, this could be a loop like this:
2719           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
2720           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
2721           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
2722           // i really is an addrec evolution.
2723           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
2724             const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
2725
2726             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
2727             // initial step of the addrec evolution.
2728             if (StartVal == getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
2729                                          AddRec->getOperand(1))) {
2730               const SCEV *PHISCEV =
2731                  getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1), L);
2732
2733               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2734               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
2735               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
2736               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
2737               Scalars[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
2738               return PHISCEV;
2739             }
2740           }
2741         }
2742       }
2743     }
2744
2745   // If the PHI has a single incoming value, follow that value, unless the
2746   // PHI's incoming blocks are in a different loop, in which case doing so
2747   // risks breaking LCSSA form. Instcombine would normally zap these, but
2748   // it doesn't have DominatorTree information, so it may miss cases.
2749   if (Value *V = PN->hasConstantValue(DT)) {
2750     bool AllSameLoop = true;
2751     Loop *PNLoop = LI->getLoopFor(PN->getParent());
2752     for (size_t i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
2753       if (LI->getLoopFor(PN->getIncomingBlock(i)) != PNLoop) {
2754         AllSameLoop = false;
2755         break;
2756       }
2757     if (AllSameLoop)
2758       return getSCEV(V);
2759   }
2760
2761   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
2762   return getUnknown(PN);
2763 }
2764
2765 /// createNodeForGEP - Expand GEP instructions into add and multiply
2766 /// operations. This allows them to be analyzed by regular SCEV code.
2767 ///
2768 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForGEP(GEPOperator *GEP) {
2769
2770   bool InBounds = GEP->isInBounds();
2771   const Type *IntPtrTy = getEffectiveSCEVType(GEP->getType());
2772   Value *Base = GEP->getOperand(0);
2773   // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
2774   if (!cast<PointerType>(Base->getType())->getElementType()->isSized())
2775     return getUnknown(GEP);
2776   const SCEV *TotalOffset = getConstant(IntPtrTy, 0);
2777   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
2778   for (GetElementPtrInst::op_iterator I = next(GEP->op_begin()),
2779                                       E = GEP->op_end();
2780        I != E; ++I) {
2781     Value *Index = *I;
2782     // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
2783     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
2784       // For a struct, add the member offset.
2785       unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
2786       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset,
2787                                getOffsetOfExpr(STy, FieldNo),
2788                                /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2789     } else {
2790       // For an array, add the element offset, explicitly scaled.
2791       const SCEV *LocalOffset = getSCEV(Index);
2792       // Getelementptr indices are signed.
2793       LocalOffset = getTruncateOrSignExtend(LocalOffset, IntPtrTy);
2794       // Lower "inbounds" GEPs to NSW arithmetic.
2795       LocalOffset = getMulExpr(LocalOffset, getSizeOfExpr(*GTI),
2796                                /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2797       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, LocalOffset,
2798                                /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2799     }
2800   }
2801   return getAddExpr(getSCEV(Base), TotalOffset,
2802                     /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2803 }
2804
2805 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
2806 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
2807 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
2808 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
2809 uint32_t
2810 ScalarEvolution::GetMinTrailingZeros(const SCEV *S) {
2811   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
2812     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
2813
2814   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
2815     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand()),
2816                     (uint32_t)getTypeSizeInBits(T->getType()));
2817
2818   if (const SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
2819     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
2820     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2821              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2822   }
2823
2824   if (const SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
2825     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
2826     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2827              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2828   }
2829
2830   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2831     // The result is the min of all operands results.
2832     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2833     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2834       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2835     return MinOpRes;
2836   }
2837
2838   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2839     // The result is the sum of all operands results.
2840     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2841     uint32_t BitWidth = getTypeSizeInBits(M->getType());
2842     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
2843          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
2844       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)),
2845                           BitWidth);
2846     return SumOpRes;
2847   }
2848
2849   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2850     // The result is the min of all operands results.
2851     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2852     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2853       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2854     return MinOpRes;
2855   }
2856
2857   if (const SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
2858     // The result is the min of all operands results.
2859     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2860     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2861       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2862     return MinOpRes;
2863   }
2864
2865   if (const SCEVUMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
2866     // The result is the min of all operands results.
2867     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2868     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2869       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2870     return MinOpRes;
2871   }
2872
2873   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
2874     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
2875     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
2876     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
2877     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
2878     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones);
2879     return Zeros.countTrailingOnes();
2880   }
2881
2882   // SCEVUDivExpr
2883   return 0;
2884 }
2885
2886 /// getUnsignedRange - Determine the unsigned range for a particular SCEV.
2887 ///
2888 ConstantRange
2889 ScalarEvolution::getUnsignedRange(const SCEV *S) {
2890
2891   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
2892     return ConstantRange(C->getValue()->getValue());
2893
2894   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
2895   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
2896
2897   // If the value has known zeros, the maximum unsigned value will have those
2898   // known zeros as well.
2899   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
2900   if (TZ != 0)
2901     ConservativeResult =
2902       ConstantRange(APInt::getMinValue(BitWidth),
2903                     APInt::getMaxValue(BitWidth).lshr(TZ).shl(TZ) + 1);
2904
2905   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2906     ConstantRange X = getUnsignedRange(Add->getOperand(0));
2907     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2908       X = X.add(getUnsignedRange(Add->getOperand(i)));
2909     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2910   }
2911
2912   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2913     ConstantRange X = getUnsignedRange(Mul->getOperand(0));
2914     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
2915       X = X.multiply(getUnsignedRange(Mul->getOperand(i)));
2916     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2917   }
2918
2919   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
2920     ConstantRange X = getUnsignedRange(SMax->getOperand(0));
2921     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
2922       X = X.smax(getUnsignedRange(SMax->getOperand(i)));
2923     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2924   }
2925
2926   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
2927     ConstantRange X = getUnsignedRange(UMax->getOperand(0));
2928     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
2929       X = X.umax(getUnsignedRange(UMax->getOperand(i)));
2930     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2931   }
2932
2933   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
2934     ConstantRange X = getUnsignedRange(UDiv->getLHS());
2935     ConstantRange Y = getUnsignedRange(UDiv->getRHS());
2936     return ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y));
2937   }
2938
2939   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
2940     ConstantRange X = getUnsignedRange(ZExt->getOperand());
2941     return ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth));
2942   }
2943
2944   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
2945     ConstantRange X = getUnsignedRange(SExt->getOperand());
2946     return ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth));
2947   }
2948
2949   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
2950     ConstantRange X = getUnsignedRange(Trunc->getOperand());
2951     return ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth));
2952   }
2953
2954   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2955     // If there's no unsigned wrap, the value will never be less than its
2956     // initial value.
2957     if (AddRec->hasNoUnsignedWrap())
2958       if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getStart()))
2959         if (!C->getValue()->isZero())
2960           ConservativeResult =
2961             ConstantRange(C->getValue()->getValue(), APInt(BitWidth, 0));
2962
2963     // TODO: non-affine addrec
2964     if (AddRec->isAffine()) {
2965       const Type *Ty = AddRec->getType();
2966       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
2967       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
2968           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
2969         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
2970
2971         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
2972         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
2973
2974         ConstantRange StartRange = getUnsignedRange(Start);
2975         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
2976         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
2977         ConstantRange EndRange =
2978           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
2979
2980         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
2981         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
2982         // checking code.
2983         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2984         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2985         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
2986           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2987         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2988         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
2989             ExtEndRange)
2990           return ConservativeResult;
2991
2992         APInt Min = APIntOps::umin(StartRange.getUnsignedMin(),
2993                                    EndRange.getUnsignedMin());
2994         APInt Max = APIntOps::umax(StartRange.getUnsignedMax(),
2995                                    EndRange.getUnsignedMax());
2996         if (Min.isMinValue() && Max.isMaxValue())
2997           return ConservativeResult;
2998         return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1));
2999       }
3000     }
3001
3002     return ConservativeResult;
3003   }
3004
3005   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3006     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3007     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
3008     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
3009     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones, TD);
3010     if (Ones == ~Zeros + 1)
3011       return ConservativeResult;
3012     return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Ones, ~Zeros + 1));
3013   }
3014
3015   return ConservativeResult;
3016 }
3017
3018 /// getSignedRange - Determine the signed range for a particular SCEV.
3019 ///
3020 ConstantRange
3021 ScalarEvolution::getSignedRange(const SCEV *S) {
3022
3023   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3024     return ConstantRange(C->getValue()->getValue());
3025
3026   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
3027   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
3028
3029   // If the value has known zeros, the maximum signed value will have those
3030   // known zeros as well.
3031   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
3032   if (TZ != 0)
3033     ConservativeResult =
3034       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3035                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(TZ).shl(TZ) + 1);
3036
3037   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3038     ConstantRange X = getSignedRange(Add->getOperand(0));
3039     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3040       X = X.add(getSignedRange(Add->getOperand(i)));
3041     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3042   }
3043
3044   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3045     ConstantRange X = getSignedRange(Mul->getOperand(0));
3046     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
3047       X = X.multiply(getSignedRange(Mul->getOperand(i)));
3048     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3049   }
3050
3051   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3052     ConstantRange X = getSignedRange(SMax->getOperand(0));
3053     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3054       X = X.smax(getSignedRange(SMax->getOperand(i)));
3055     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3056   }
3057
3058   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3059     ConstantRange X = getSignedRange(UMax->getOperand(0));
3060     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3061       X = X.umax(getSignedRange(UMax->getOperand(i)));
3062     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3063   }
3064
3065   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3066     ConstantRange X = getSignedRange(UDiv->getLHS());
3067     ConstantRange Y = getSignedRange(UDiv->getRHS());
3068     return ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y));
3069   }
3070
3071   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3072     ConstantRange X = getSignedRange(ZExt->getOperand());
3073     return ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth));
3074   }
3075
3076   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3077     ConstantRange X = getSignedRange(SExt->getOperand());
3078     return ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth));
3079   }
3080
3081   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
3082     ConstantRange X = getSignedRange(Trunc->getOperand());
3083     return ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth));
3084   }
3085
3086   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3087     // If there's no signed wrap, and all the operands have the same sign or
3088     // zero, the value won't ever change sign.
3089     if (AddRec->hasNoSignedWrap()) {
3090       bool AllNonNeg = true;
3091       bool AllNonPos = true;
3092       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3093         if (!isKnownNonNegative(AddRec->getOperand(i))) AllNonNeg = false;
3094         if (!isKnownNonPositive(AddRec->getOperand(i))) AllNonPos = false;
3095       }
3096       if (AllNonNeg)
3097         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3098           ConstantRange(APInt(BitWidth, 0),
3099                         APInt::getSignedMinValue(BitWidth)));
3100       else if (AllNonPos)
3101         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3102           ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3103                         APInt(BitWidth, 1)));
3104     }
3105
3106     // TODO: non-affine addrec
3107     if (AddRec->isAffine()) {
3108       const Type *Ty = AddRec->getType();
3109       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
3110       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
3111           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
3112         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
3113
3114         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
3115         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
3116
3117         ConstantRange StartRange = getSignedRange(Start);
3118         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
3119         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
3120         ConstantRange EndRange =
3121           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
3122
3123         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
3124         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
3125         // checking code.
3126         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3127         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3128         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
3129           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3130         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3131         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
3132             ExtEndRange)
3133           return ConservativeResult;
3134
3135         APInt Min = APIntOps::smin(StartRange.getSignedMin(),
3136                                    EndRange.getSignedMin());
3137         APInt Max = APIntOps::smax(StartRange.getSignedMax(),
3138                                    EndRange.getSignedMax());
3139         if (Min.isMinSignedValue() && Max.isMaxSignedValue())
3140           return ConservativeResult;
3141         return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1));
3142       }
3143     }
3144
3145     return ConservativeResult;
3146   }
3147
3148   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3149     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3150     if (!U->getValue()->getType()->isIntegerTy() && !TD)
3151       return ConservativeResult;
3152     unsigned NS = ComputeNumSignBits(U->getValue(), TD);
3153     if (NS == 1)
3154       return ConservativeResult;
3155     return ConservativeResult.intersectWith(
3156       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth).ashr(NS - 1),
3157                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(NS - 1)+1));
3158   }
3159
3160   return ConservativeResult;
3161 }
3162
3163 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
3164 /// Analyze the expression.
3165 ///
3166 const SCEV *ScalarEvolution::createSCEV(Value *V) {
3167   if (!isSCEVable(V->getType()))
3168     return getUnknown(V);
3169
3170   unsigned Opcode = Instruction::UserOp1;
3171   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
3172     Opcode = I->getOpcode();
3173
3174     // Don't attempt to analyze instructions in blocks that aren't
3175     // reachable. Such instructions don't matter, and they aren't required
3176     // to obey basic rules for definitions dominating uses which this
3177     // analysis depends on.
3178     if (!DT->isReachableFromEntry(I->getParent()))
3179       return getUnknown(V);
3180   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
3181     Opcode = CE->getOpcode();
3182   else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
3183     return getConstant(CI);
3184   else if (isa<ConstantPointerNull>(V))
3185     return getConstant(V->getType(), 0);
3186   else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V))
3187     return GA->mayBeOverridden() ? getUnknown(V) : getSCEV(GA->getAliasee());
3188   else
3189     return getUnknown(V);
3190
3191   Operator *U = cast<Operator>(V);
3192   switch (Opcode) {
3193   case Instruction::Add:
3194     // Don't transfer the NSW and NUW bits from the Add instruction to the
3195     // Add expression, because the Instruction may be guarded by control
3196     // flow and the no-overflow bits may not be valid for the expression in
3197     // any context.
3198     return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3199                       getSCEV(U->getOperand(1)));
3200   case Instruction::Mul:
3201     // Don't transfer the NSW and NUW bits from the Mul instruction to the
3202     // Mul expression, as with Add.
3203     return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3204                       getSCEV(U->getOperand(1)));
3205   case Instruction::UDiv:
3206     return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3207                        getSCEV(U->getOperand(1)));
3208   case Instruction::Sub:
3209     return getMinusSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)),
3210                         getSCEV(U->getOperand(1)));
3211   case Instruction::And:
3212     // For an expression like x&255 that merely masks off the high bits,
3213     // use zext(trunc(x)) as the SCEV expression.
3214     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3215       if (CI->isNullValue())
3216         return getSCEV(U->getOperand(1));
3217       if (CI->isAllOnesValue())
3218         return getSCEV(U->getOperand(0));
3219       const APInt &A = CI->getValue();
3220
3221       // Instcombine's ShrinkDemandedConstant may strip bits out of
3222       // constants, obscuring what would otherwise be a low-bits mask.
3223       // Use ComputeMaskedBits to compute what ShrinkDemandedConstant
3224       // knew about to reconstruct a low-bits mask value.
3225       unsigned LZ = A.countLeadingZeros();
3226       unsigned BitWidth = A.getBitWidth();
3227       APInt AllOnes = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
3228       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
3229       ComputeMaskedBits(U->getOperand(0), AllOnes, KnownZero, KnownOne, TD);
3230
3231       APInt EffectiveMask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, BitWidth - LZ);
3232
3233       if (LZ != 0 && !((~A & ~KnownZero) & EffectiveMask))
3234         return
3235           getZeroExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3236                                 IntegerType::get(getContext(), BitWidth - LZ)),
3237                             U->getType());
3238     }
3239     break;
3240
3241   case Instruction::Or:
3242     // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
3243     // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
3244     // optimizations will transparently handle this case.
3245     //
3246     // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
3247     // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
3248     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3249       const SCEV *LHS = getSCEV(U->getOperand(0));
3250       const APInt &CIVal = CI->getValue();
3251       if (GetMinTrailingZeros(LHS) >=
3252           (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros())) {
3253         // Build a plain add SCEV.
3254         const SCEV *S = getAddExpr(LHS, getSCEV(CI));
3255         // If the LHS of the add was an addrec and it has no-wrap flags,
3256         // transfer the no-wrap flags, since an or won't introduce a wrap.
3257         if (const SCEVAddRecExpr *NewAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3258           const SCEVAddRecExpr *OldAR = cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
3259           if (OldAR->hasNoUnsignedWrap())
3260             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setHasNoUnsignedWrap(true);
3261           if (OldAR->hasNoSignedWrap())
3262             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setHasNoSignedWrap(true);
3263         }
3264         return S;
3265       }
3266     }
3267     break;
3268   case Instruction::Xor:
3269     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3270       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
3271       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
3272       if (CI->getValue().isSignBit())
3273         return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3274                           getSCEV(U->getOperand(1)));
3275
3276       // If the RHS of xor is -1, then this is a not operation.
3277       if (CI->isAllOnesValue())
3278         return getNotSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)));
3279
3280       // Model xor(and(x, C), C) as and(~x, C), if C is a low-bits mask.
3281       // This is a variant of the check for xor with -1, and it handles
3282       // the case where instcombine has trimmed non-demanded bits out
3283       // of an xor with -1.
3284       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U->getOperand(0)))
3285         if (ConstantInt *LCI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
3286           if (BO->getOpcode() == Instruction::And &&
3287               LCI->getValue() == CI->getValue())
3288             if (const SCEVZeroExtendExpr *Z =
3289                   dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(getSCEV(U->getOperand(0)))) {
3290               const Type *UTy = U->getType();
3291               const SCEV *Z0 = Z->getOperand();
3292               const Type *Z0Ty = Z0->getType();
3293               unsigned Z0TySize = getTypeSizeInBits(Z0Ty);
3294
3295               // If C is a low-bits mask, the zero extend is serving to
3296               // mask off the high bits. Complement the operand and
3297               // re-apply the zext.
3298               if (APIntOps::isMask(Z0TySize, CI->getValue()))
3299                 return getZeroExtendExpr(getNotSCEV(Z0), UTy);
3300
3301               // If C is a single bit, it may be in the sign-bit position
3302               // before the zero-extend. In this case, represent the xor
3303               // using an add, which is equivalent, and re-apply the zext.
3304               APInt Trunc = APInt(CI->getValue()).trunc(Z0TySize);
3305               if (APInt(Trunc).zext(getTypeSizeInBits(UTy)) == CI->getValue() &&
3306                   Trunc.isSignBit())
3307                 return getZeroExtendExpr(getAddExpr(Z0, getConstant(Trunc)),
3308                                          UTy);
3309             }
3310     }
3311     break;
3312
3313   case Instruction::Shl:
3314     // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
3315     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3316       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
3317
3318       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
3319       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
3320       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
3321       // other parts of the compiler.
3322       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
3323         break;
3324
3325       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
3326         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getZExtValue()));
3327       return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
3328     }
3329     break;
3330
3331   case Instruction::LShr:
3332     // Turn logical shift right of a constant into a unsigned divide.
3333     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3334       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
3335
3336       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
3337       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
3338       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
3339       // other parts of the compiler.
3340       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
3341         break;
3342
3343       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
3344         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getZExtValue()));
3345       return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
3346     }
3347     break;
3348
3349   case Instruction::AShr:
3350     // For a two-shift sext-inreg, use sext(trunc(x)) as the SCEV expression.
3351     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
3352       if (Operator *L = dyn_cast<Operator>(U->getOperand(0)))
3353         if (L->getOpcode() == Instruction::Shl &&
3354             L->getOperand(1) == U->getOperand(1)) {
3355           uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
3356
3357           // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
3358           // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
3359           // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
3360           // other parts of the compiler.
3361           if (CI->getValue().uge(BitWidth))
3362             break;
3363
3364           uint64_t Amt = BitWidth - CI->getZExtValue();
3365           if (Amt == BitWidth)
3366             return getSCEV(L->getOperand(0));       // shift by zero --> noop
3367           return
3368             getSignExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(L->getOperand(0)),
3369                                               IntegerType::get(getContext(),
3370                                                                Amt)),
3371                               U->getType());
3372         }
3373     break;
3374
3375   case Instruction::Trunc:
3376     return getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3377
3378   case Instruction::ZExt:
3379     return getZeroExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3380
3381   case Instruction::SExt:
3382     return getSignExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3383
3384   case Instruction::BitCast:
3385     // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
3386     if (isSCEVable(U->getType()) && isSCEVable(U->getOperand(0)->getType()))
3387       return getSCEV(U->getOperand(0));
3388     break;
3389
3390   // It's tempting to handle inttoptr and ptrtoint as no-ops, however this can
3391   // lead to pointer expressions which cannot safely be expanded to GEPs,
3392   // because ScalarEvolution doesn't respect the GEP aliasing rules when
3393   // simplifying integer expressions.
3394
3395   case Instruction::GetElementPtr:
3396     return createNodeForGEP(cast<GEPOperator>(U));
3397
3398   case Instruction::PHI:
3399     return createNodeForPHI(cast<PHINode>(U));
3400
3401   case Instruction::Select:
3402     // This could be a smax or umax that was lowered earlier.
3403     // Try to recover it.
3404     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U->getOperand(0))) {
3405       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
3406       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
3407       switch (ICI->getPredicate()) {
3408       case ICmpInst::ICMP_SLT:
3409       case ICmpInst::ICMP_SLE:
3410         std::swap(LHS, RHS);
3411         // fall through
3412       case ICmpInst::ICMP_SGT:
3413       case ICmpInst::ICMP_SGE:
3414         // a >s b ? a+x : b+x  ->  smax(a, b)+x
3415         // a >s b ? b+x : a+x  ->  smin(a, b)+x
3416         if (LHS->getType() == U->getType()) {
3417           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3418           const SCEV *RS = getSCEV(RHS);
3419           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3420           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3421           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
3422           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
3423           if (LDiff == RDiff)
3424             return getAddExpr(getSMaxExpr(LS, RS), LDiff);
3425           LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
3426           RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
3427           if (LDiff == RDiff)
3428             return getAddExpr(getSMinExpr(LS, RS), LDiff);
3429         }
3430         break;
3431       case ICmpInst::ICMP_ULT:
3432       case ICmpInst::ICMP_ULE:
3433         std::swap(LHS, RHS);
3434         // fall through
3435       case ICmpInst::ICMP_UGT:
3436       case ICmpInst::ICMP_UGE:
3437         // a >u b ? a+x : b+x  ->  umax(a, b)+x
3438         // a >u b ? b+x : a+x  ->  umin(a, b)+x
3439         if (LHS->getType() == U->getType()) {
3440           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3441           const SCEV *RS = getSCEV(RHS);
3442           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3443           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3444           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
3445           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
3446           if (LDiff == RDiff)
3447             return getAddExpr(getUMaxExpr(LS, RS), LDiff);
3448           LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
3449           RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
3450           if (LDiff == RDiff)
3451             return getAddExpr(getUMinExpr(LS, RS), LDiff);
3452         }
3453         break;
3454       case ICmpInst::ICMP_NE:
3455         // n != 0 ? n+x : 1+x  ->  umax(n, 1)+x
3456         if (LHS->getType() == U->getType() &&
3457             isa<ConstantInt>(RHS) &&
3458             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
3459           const SCEV *One = getConstant(LHS->getType(), 1);
3460           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3461           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3462           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3463           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
3464           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, One);
3465           if (LDiff == RDiff)
3466             return getAddExpr(getUMaxExpr(LS, One), LDiff);
3467         }
3468         break;
3469       case ICmpInst::ICMP_EQ:
3470         // n == 0 ? 1+x : n+x  ->  umax(n, 1)+x
3471         if (LHS->getType() == U->getType() &&
3472             isa<ConstantInt>(RHS) &&
3473             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
3474           const SCEV *One = getConstant(LHS->getType(), 1);
3475           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3476           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3477           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3478           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, One);
3479           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
3480           if (LDiff == RDiff)
3481             return getAddExpr(getUMaxExpr(LS, One), LDiff);
3482         }
3483         break;
3484       default:
3485         break;
3486       }
3487     }
3488
3489   default: // We cannot analyze this expression.
3490     break;
3491   }
3492
3493   return getUnknown(V);
3494 }
3495
3496
3497
3498 //===----------------------------------------------------------------------===//
3499 //                   Iteration Count Computation Code
3500 //
3501
3502 /// getBackedgeTakenCount - If the specified loop has a predictable
3503 /// backedge-taken count, return it, otherwise return a SCEVCouldNotCompute
3504 /// object. The backedge-taken count is the number of times the loop header
3505 /// will be branched to from within the loop. This is one less than the
3506 /// trip count of the loop, since it doesn't count the first iteration,
3507 /// when the header is branched to from outside the loop.
3508 ///
3509 /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
3510 /// loop-invariant backedge-taken count (see
3511 /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
3512 ///
3513 const SCEV *ScalarEvolution::getBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3514   return getBackedgeTakenInfo(L).Exact;
3515 }
3516
3517 /// getMaxBackedgeTakenCount - Similar to getBackedgeTakenCount, except
3518 /// return the least SCEV value that is known never to be less than the
3519 /// actual backedge taken count.
3520 const SCEV *ScalarEvolution::getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3521   return getBackedgeTakenInfo(L).Max;
3522 }
3523
3524 /// PushLoopPHIs - Push PHI nodes in the header of the given loop
3525 /// onto the given Worklist.
3526 static void
3527 PushLoopPHIs(const Loop *L, SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
3528   BasicBlock *Header = L->getHeader();
3529
3530   // Push all Loop-header PHIs onto the Worklist stack.
3531   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
3532        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
3533     Worklist.push_back(PN);
3534 }
3535
3536 const ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo &
3537 ScalarEvolution::getBackedgeTakenInfo(const Loop *L) {
3538   // Initially insert a CouldNotCompute for this loop. If the insertion
3539   // succeeds, proceed to actually compute a backedge-taken count and
3540   // update the value. The temporary CouldNotCompute value tells SCEV
3541   // code elsewhere that it shouldn't attempt to request a new
3542   // backedge-taken count, which could result in infinite recursion.
3543   std::pair<std::map<const Loop *, BackedgeTakenInfo>::iterator, bool> Pair =
3544     BackedgeTakenCounts.insert(std::make_pair(L, getCouldNotCompute()));
3545   if (Pair.second) {
3546     BackedgeTakenInfo BECount = ComputeBackedgeTakenCount(L);
3547     if (BECount.Exact != getCouldNotCompute()) {
3548       assert(BECount.Exact->isLoopInvariant(L) &&
3549              BECount.Max->isLoopInvariant(L) &&
3550              "Computed backedge-taken count isn't loop invariant for loop!");
3551       ++NumTripCountsComputed;
3552
3553       // Update the value in the map.
3554       Pair.first->second = BECount;
3555     } else {
3556       if (BECount.Max != getCouldNotCompute())
3557         // Update the value in the map.
3558         Pair.first->second = BECount;
3559       if (isa<PHINode>(L->getHeader()->begin()))
3560         // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
3561         ++NumTripCountsNotComputed;
3562     }
3563
3564     // Now that we know more about the trip count for this loop, forget any
3565     // existing SCEV values for PHI nodes in this loop since they are only
3566     // conservative estimates made without the benefit of trip count
3567     // information. This is similar to the code in forgetLoop, except that
3568     // it handles SCEVUnknown PHI nodes specially.
3569     if (BECount.hasAnyInfo()) {
3570       SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3571       PushLoopPHIs(L, Worklist);
3572
3573       SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3574       while (!Worklist.empty()) {
3575         Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3576         if (!Visited.insert(I)) continue;
3577
3578         std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
3579           Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
3580         if (It != Scalars.end()) {
3581           // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
3582           // structure, or it's a PHI that's in the progress of being computed
3583           // by createNodeForPHI.  In the former case, additional loop trip
3584           // count information isn't going to change anything. In the later
3585           // case, createNodeForPHI will perform the necessary updates on its
3586           // own when it gets to that point.
3587           if (!isa<PHINode>(I) || !isa<SCEVUnknown>(It->second)) {
3588             ValuesAtScopes.erase(It->second);
3589             Scalars.erase(It);
3590           }
3591           if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3592             ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3593         }
3594
3595         PushDefUseChildren(I, Worklist);
3596       }
3597     }
3598   }
3599   return Pair.first->second;
3600 }
3601
3602 /// forgetLoop - This method should be called by the client when it has
3603 /// changed a loop in a way that may effect ScalarEvolution's ability to
3604 /// compute a trip count, or if the loop is deleted.
3605 void ScalarEvolution::forgetLoop(const Loop *L) {
3606   // Drop any stored trip count value.
3607   BackedgeTakenCounts.erase(L);
3608
3609   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
3610   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3611   PushLoopPHIs(L, Worklist);
3612
3613   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3614   while (!Worklist.empty()) {
3615     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3616     if (!Visited.insert(I)) continue;
3617
3618     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
3619       Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
3620     if (It != Scalars.end()) {
3621       ValuesAtScopes.erase(It->second);
3622       Scalars.erase(It);
3623       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3624         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3625     }
3626
3627     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3628   }
3629 }
3630
3631 /// forgetValue - This method should be called by the client when it has
3632 /// changed a value in a way that may effect its value, or which may
3633 /// disconnect it from a def-use chain linking it to a loop.
3634 void ScalarEvolution::forgetValue(Value *V) {
3635   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
3636   if (!I) return;
3637
3638   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
3639   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3640   Worklist.push_back(I);
3641
3642   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3643   while (!Worklist.empty()) {
3644     I = Worklist.pop_back_val();
3645     if (!Visited.insert(I)) continue;
3646
3647     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
3648       Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
3649     if (It != Scalars.end()) {
3650       ValuesAtScopes.erase(It->second);
3651       Scalars.erase(It);
3652       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3653         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3654     }
3655
3656     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3657   }
3658 }
3659
3660 /// ComputeBackedgeTakenCount - Compute the number of times the backedge
3661 /// of the specified loop will execute.
3662 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3663 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3664   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitingBlocks;
3665   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
3666
3667   // Examine all exits and pick the most conservative values.
3668   const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3669   const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3670   bool CouldNotComputeBECount = false;
3671   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
3672     BackedgeTakenInfo NewBTI =
3673       ComputeBackedgeTakenCountFromExit(L, ExitingBlocks[i]);
3674
3675     if (NewBTI.Exact == getCouldNotCompute()) {
3676       // We couldn't compute an exact value for this exit, so
3677       // we won't be able to compute an exact value for the loop.
3678       CouldNotComputeBECount = true;
3679       BECount = getCouldNotCompute();
3680     } else if (!CouldNotComputeBECount) {
3681       if (BECount == getCouldNotCompute())
3682         BECount = NewBTI.Exact;
3683       else
3684         BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BECount, NewBTI.Exact);
3685     }
3686     if (MaxBECount == getCouldNotCompute())
3687       MaxBECount = NewBTI.Max;
3688     else if (NewBTI.Max != getCouldNotCompute())
3689       MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(MaxBECount, NewBTI.Max);
3690   }
3691
3692   return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3693 }
3694
3695 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExit - Compute the number of times the backedge
3696 /// of the specified loop will execute if it exits via the specified block.
3697 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3698 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExit(const Loop *L,
3699                                                    BasicBlock *ExitingBlock) {
3700
3701   // Okay, we've chosen an exiting block.  See what condition causes us to
3702   // exit at this block.
3703   //
3704   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
3705   BranchInst *ExitBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
3706   if (ExitBr == 0) return getCouldNotCompute();
3707   assert(ExitBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
3708
3709   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
3710   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
3711   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
3712   // not be equal to the trip count of the loop.
3713   //
3714   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
3715   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
3716   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
3717   // loop header.  This is common for un-rotated loops.
3718   //
3719   // If both of those tests fail, walk up the unique predecessor chain to the
3720   // header, stopping if there is an edge that doesn't exit the loop. If the
3721   // header is reached, the execution count of the branch will be equal to the
3722   // trip count of the loop.
3723   //
3724   //  More extensive analysis could be done to handle more cases here.
3725   //
3726   if (ExitBr->getSuccessor(0) != L->getHeader() &&
3727       ExitBr->getSuccessor(1) != L->getHeader() &&
3728       ExitBr->getParent() != L->getHeader()) {
3729     // The simple checks failed, try climbing the unique predecessor chain
3730     // up to the header.
3731     bool Ok = false;
3732     for (BasicBlock *BB = ExitBr->getParent(); BB; ) {
3733       BasicBlock *Pred = BB->getUniquePredecessor();
3734       if (!Pred)
3735         return getCouldNotCompute();
3736       TerminatorInst *PredTerm = Pred->getTerminator();
3737       for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
3738         BasicBlock *PredSucc = PredTerm->getSuccessor(i);
3739         if (PredSucc == BB)
3740           continue;
3741         // If the predecessor has a successor that isn't BB and isn't
3742         // outside the loop, assume the worst.
3743         if (L->contains(PredSucc))
3744           return getCouldNotCompute();
3745       }
3746       if (Pred == L->getHeader()) {
3747         Ok = true;
3748         break;
3749       }
3750       BB = Pred;
3751     }
3752     if (!Ok)
3753       return getCouldNotCompute();
3754   }
3755
3756   // Proceed to the next level to examine the exit condition expression.
3757   return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, ExitBr->getCondition(),
3758                                                ExitBr->getSuccessor(0),
3759                                                ExitBr->getSuccessor(1));
3760 }
3761
3762 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond - Compute the number of times the
3763 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
3764 /// were a conditional branch of ExitCond, TBB, and FBB.
3765 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3766 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(const Loop *L,
3767                                                        Value *ExitCond,
3768                                                        BasicBlock *TBB,
3769                                                        BasicBlock *FBB) {
3770   // Check if the controlling expression for this loop is an And or Or.
3771   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(ExitCond)) {
3772     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
3773       // Recurse on the operands of the and.
3774       BackedgeTakenInfo BTI0 =
3775         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
3776       BackedgeTakenInfo BTI1 =
3777         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
3778       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3779       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3780       if (L->contains(TBB)) {
3781         // Both conditions must be true for the loop to continue executing.
3782         // Choose the less conservative count.
3783         if (BTI0.Exact == getCouldNotCompute() ||
3784             BTI1.Exact == getCouldNotCompute())
3785           BECount = getCouldNotCompute();
3786         else
3787           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3788         if (BTI0.Max == getCouldNotCompute())
3789           MaxBECount = BTI1.Max;
3790         else if (BTI1.Max == getCouldNotCompute())
3791           MaxBECount = BTI0.Max;
3792         else
3793           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3794       } else {
3795         // Both conditions must be true for the loop to exit.
3796         assert(L->contains(FBB) && "Loop block has no successor in loop!");
3797         if (BTI0.Exact != getCouldNotCompute() &&
3798             BTI1.Exact != getCouldNotCompute())
3799           BECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3800         if (BTI0.Max != getCouldNotCompute() &&
3801             BTI1.Max != getCouldNotCompute())
3802           MaxBECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3803       }
3804
3805       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3806     }
3807     if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
3808       // Recurse on the operands of the or.
3809       BackedgeTakenInfo BTI0 =
3810         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
3811       BackedgeTakenInfo BTI1 =
3812         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
3813       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3814       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3815       if (L->contains(FBB)) {
3816         // Both conditions must be false for the loop to continue executing.
3817         // Choose the less conservative count.
3818         if (BTI0.Exact == getCouldNotCompute() ||
3819             BTI1.Exact == getCouldNotCompute())
3820           BECount = getCouldNotCompute();
3821         else
3822           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3823         if (BTI0.Max == getCouldNotCompute())
3824           MaxBECount = BTI1.Max;
3825         else if (BTI1.Max == getCouldNotCompute())
3826           MaxBECount = BTI0.Max;
3827         else
3828           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3829       } else {
3830         // Both conditions must be false for the loop to exit.
3831         assert(L->contains(TBB) && "Loop block has no successor in loop!");
3832         if (BTI0.Exact != getCouldNotCompute() &&
3833             BTI1.Exact != getCouldNotCompute())
3834           BECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3835         if (BTI0.Max != getCouldNotCompute() &&
3836             BTI1.Max != getCouldNotCompute())
3837           MaxBECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3838       }
3839
3840       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3841     }
3842   }
3843
3844   // With an icmp, it may be feasible to compute an exact backedge-taken count.
3845   // Proceed to the next level to examine the icmp.
3846   if (ICmpInst *ExitCondICmp = dyn_cast<ICmpInst>(ExitCond))
3847     return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(L, ExitCondICmp, TBB, FBB);
3848
3849   // Check for a constant condition. These are normally stripped out by
3850   // SimplifyCFG, but ScalarEvolution may be used by a pass which wishes to
3851   // preserve the CFG and is temporarily leaving constant conditions
3852   // in place.
3853   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(ExitCond)) {
3854     if (L->contains(FBB) == !CI->getZExtValue())
3855       // The backedge is always taken.
3856       return getCouldNotCompute();
3857     else
3858       // The backedge is never taken.
3859       return getConstant(CI->getType(), 0);
3860   }
3861
3862   // If it's not an integer or pointer comparison then compute it the hard way.
3863   return ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
3864 }
3865
3866 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp - Compute the number of times the
3867 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
3868 /// were a conditional branch of the ICmpInst ExitCond, TBB, and FBB.
3869 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3870 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(const Loop *L,
3871                                                            ICmpInst *ExitCond,
3872                                                            BasicBlock *TBB,
3873                                                            BasicBlock *FBB) {
3874
3875   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
3876   ICmpInst::Predicate Cond;
3877   if (!L->contains(FBB))
3878     Cond = ExitCond->getPredicate();
3879   else
3880     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
3881
3882   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
3883   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
3884     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
3885       BackedgeTakenInfo ItCnt =
3886         ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(LI, RHS, L, Cond);
3887       if (ItCnt.hasAnyInfo())
3888         return ItCnt;
3889     }
3890
3891   const SCEV *LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
3892   const SCEV *RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
3893
3894   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
3895   LHS = getSCEVAtScope(LHS, L);
3896   RHS = getSCEVAtScope(RHS, L);
3897
3898   // At this point, we would like to compute how many iterations of the
3899   // loop the predicate will return true for these inputs.
3900   if (LHS->isLoopInvariant(L) && !RHS->isLoopInvariant(L)) {
3901     // If there is a loop-invariant, force it into the RHS.
3902     std::swap(LHS, RHS);
3903     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
3904   }
3905
3906   // Simplify the operands before analyzing them.
3907   (void)SimplifyICmpOperands(Cond, LHS, RHS);
3908
3909   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
3910   // ranges to answer this query.
3911   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
3912     if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
3913       if (AddRec->getLoop() == L) {
3914         // Form the constant range.
3915         ConstantRange CompRange(
3916             ICmpInst::makeConstantRange(Cond, RHSC->getValue()->getValue()));
3917
3918         const SCEV *Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, *this);
3919         if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
3920       }
3921
3922   switch (Cond) {
3923   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
3924     // Convert to: while (X-Y != 0)
3925     BackedgeTakenInfo BTI = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
3926     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3927     break;
3928   }
3929   case ICmpInst::ICMP_EQ: {                     // while (X == Y)
3930     // Convert to: while (X-Y == 0)
3931     BackedgeTakenInfo BTI = HowFarToNonZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
3932     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3933     break;
3934   }
3935   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
3936     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, true);
3937     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3938     break;
3939   }
3940   case ICmpInst::ICMP_SGT: {
3941     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
3942                                              getNotSCEV(RHS), L, true);
3943     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3944     break;
3945   }
3946   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
3947     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, false);
3948     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3949     break;
3950   }
3951   case ICmpInst::ICMP_UGT: {
3952     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
3953                                              getNotSCEV(RHS), L, false);
3954     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3955     break;
3956   }
3957   default:
3958 #if 0
3959     dbgs() << "ComputeBackedgeTakenCount ";
3960     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
3961       dbgs() << "[unsigned] ";
3962     dbgs() << *LHS << "   "
3963          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp)
3964          << "   " << *RHS << "\n";
3965 #endif
3966     break;
3967   }
3968   return
3969     ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
3970 }
3971
3972 static ConstantInt *
3973 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
3974                                 ScalarEvolution &SE) {
3975   const SCEV *InVal = SE.getConstant(C);
3976   const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
3977   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
3978          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
3979   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
3980 }
3981
3982 /// GetAddressedElementFromGlobal - Given a global variable with an initializer
3983 /// and a GEP expression (missing the pointer index) indexing into it, return
3984 /// the addressed element of the initializer or null if the index expression is
3985 /// invalid.
3986 static Constant *
3987 GetAddressedElementFromGlobal(GlobalVariable *GV,
3988                               const std::vector<ConstantInt*> &Indices) {
3989   Constant *Init = GV->getInitializer();
3990   for (unsigned i = 0, e = Indices.size(); i != e; ++i) {
3991     uint64_t Idx = Indices[i]->getZExtValue();
3992     if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Init)) {
3993       assert(Idx < CS->getNumOperands() && "Bad struct index!");
3994       Init = cast<Constant>(CS->getOperand(Idx));
3995     } else if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Init)) {
3996       if (Idx >= CA->getNumOperands()) return 0;  // Bogus program
3997       Init = cast<Constant>(CA->getOperand(Idx));
3998     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
3999       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
4000         assert(Idx < STy->getNumElements() && "Bad struct index!");
4001         Init = Constant::getNullValue(STy->getElementType(Idx));
4002       } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Init->getType())) {
4003         if (Idx >= ATy->getNumElements()) return 0;  // Bogus program
4004         Init = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
4005       } else {
4006         llvm_unreachable("Unknown constant aggregate type!");
4007       }
4008       return 0;
4009     } else {
4010       return 0; // Unknown initializer type
4011     }
4012   }
4013   return Init;
4014 }
4015
4016 /// ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount - Given an exit condition of
4017 /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the backedge
4018 /// execution count.
4019 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4020 ScalarEvolution::ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(
4021                                                 LoadInst *LI,
4022                                                 Constant *RHS,
4023                                                 const Loop *L,
4024                                                 ICmpInst::Predicate predicate) {
4025   if (LI->isVolatile()) return getCouldNotCompute();
4026
4027   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
4028   // TODO: Use SCEV instead of manually grubbing with GEPs.
4029   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
4030   if (!GEP) return getCouldNotCompute();
4031
4032   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
4033   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
4034   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
4035   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer() ||
4036       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
4037       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
4038     return getCouldNotCompute();
4039
4040   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
4041   Value *VarIdx = 0;
4042   std::vector<ConstantInt*> Indexes;
4043   unsigned VarIdxNum = 0;
4044   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
4045     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
4046       Indexes.push_back(CI);
4047     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
4048       if (VarIdx) return getCouldNotCompute();  // Multiple non-constant idx's.
4049       VarIdx = GEP->getOperand(i);
4050       VarIdxNum = i-2;
4051       Indexes.push_back(0);
4052     }
4053
4054   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
4055   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
4056   const SCEV *Idx = getSCEV(VarIdx);
4057   Idx = getSCEVAtScope(Idx, L);
4058
4059   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
4060   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
4061   const SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
4062   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || IdxExpr->isLoopInvariant(L) ||
4063       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
4064       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
4065     return getCouldNotCompute();
4066
4067   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
4068   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
4069     ConstantInt *ItCst = ConstantInt::get(
4070                            cast<IntegerType>(IdxExpr->getType()), IterationNum);
4071     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, *this);
4072
4073     // Form the GEP offset.
4074     Indexes[VarIdxNum] = Val;
4075
4076     Constant *Result = GetAddressedElementFromGlobal(GV, Indexes);
4077     if (Result == 0) break;  // Cannot compute!
4078
4079     // Evaluate the condition for this iteration.
4080     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
4081     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
4082     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
4083 #if 0
4084       dbgs() << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
4085              << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
4086              << "***\n";
4087 #endif
4088       ++NumArrayLenItCounts;
4089       return getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
4090     }
4091   }
4092   return getCouldNotCompute();
4093 }
4094
4095
4096 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
4097 /// specified type, assuming that all operands were constants.
4098 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
4099   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
4100       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I))
4101     return true;
4102
4103   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
4104     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
4105       return canConstantFoldCallTo(F);
4106   return false;
4107 }
4108
4109 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
4110 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
4111 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
4112 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
4113 /// constraints, return null.
4114 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
4115   // If this is not an instruction, or if this is an instruction outside of the
4116   // loop, it can't be derived from a loop PHI.
4117   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
4118   if (I == 0 || !L->contains(I)) return 0;
4119
4120   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
4121     if (L->getHeader() == I->getParent())
4122       return PN;
4123     else
4124       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
4125       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
4126       return 0;
4127   }
4128
4129   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
4130   // are constants, return early.
4131   if (!CanConstantFold(I)) return 0;
4132
4133   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
4134   // constant or derived from a PHI node themselves.
4135   PHINode *PHI = 0;
4136   for (unsigned Op = 0, e = I->getNumOperands(); Op != e; ++Op)
4137     if (!isa<Constant>(I->getOperand(Op))) {
4138       PHINode *P = getConstantEvolvingPHI(I->getOperand(Op), L);
4139       if (P == 0) return 0;  // Not evolving from PHI
4140       if (PHI == 0)
4141         PHI = P;
4142       else if (PHI != P)
4143         return 0;  // Evolving from multiple different PHIs.
4144     }
4145
4146   // This is a expression evolving from a constant PHI!
4147   return PHI;
4148 }
4149
4150 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
4151 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
4152 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
4153 /// reason, return null.
4154 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, Constant *PHIVal,
4155                                     const TargetData *TD) {
4156   if (isa<PHINode>(V)) return PHIVal;
4157   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
4158   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
4159
4160   std::vector<Constant*> Operands(I->getNumOperands());
4161
4162   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4163     Operands[i] = EvaluateExpression(I->getOperand(i), PHIVal, TD);
4164     if (Operands[i] == 0) return 0;
4165   }
4166
4167   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
4168     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(), Operands[0],
4169                                            Operands[1], TD);
4170   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
4171                                   &Operands[0], Operands.size(), TD);
4172 }
4173
4174 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
4175 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
4176 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
4177 /// involving constants, fold it.
4178 Constant *
4179 ScalarEvolution::getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN,
4180                                                    const APInt &BEs,
4181                                                    const Loop *L) {
4182   std::map<PHINode*, Constant*>::iterator I =
4183     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
4184   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
4185     return I->second;
4186
4187   if (BEs.ugt(MaxBruteForceIterations))
4188     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = 0;  // Not going to evaluate it.
4189
4190   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
4191
4192   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
4193   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
4194   // second must be derived from the same PHI.
4195   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
4196   Constant *StartCST =
4197     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
4198   if (StartCST == 0)
4199     return RetVal = 0;  // Must be a constant.
4200
4201   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
4202   if (getConstantEvolvingPHI(BEValue, L) != PN &&
4203       !isa<Constant>(BEValue))
4204     return RetVal = 0;  // Not derived from same PHI.
4205
4206   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
4207   if (BEs.getActiveBits() >= 32)
4208     return RetVal = 0; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
4209
4210   unsigned NumIterations = BEs.getZExtValue(); // must be in range
4211   unsigned IterationNum = 0;
4212   for (Constant *PHIVal = StartCST; ; ++IterationNum) {
4213     if (IterationNum == NumIterations)
4214       return RetVal = PHIVal;  // Got exit value!
4215
4216     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
4217     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal, TD);
4218     if (NextPHI == PHIVal)
4219       return RetVal = NextPHI;  // Stopped evolving!
4220     if (NextPHI == 0)
4221       return 0;        // Couldn't evaluate!
4222     PHIVal = NextPHI;
4223   }
4224 }
4225
4226 /// ComputeBackedgeTakenCountExhaustively - If the loop is known to execute a
4227 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
4228 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
4229 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
4230 /// evaluate the trip count of the loop, return getCouldNotCompute().
4231 const SCEV *
4232 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(const Loop *L,
4233                                                        Value *Cond,
4234                                                        bool ExitWhen) {
4235   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
4236   if (PN == 0) return getCouldNotCompute();
4237
4238   // If the loop is canonicalized, the PHI will have exactly two entries.
4239   // That's the only form we support here.
4240   if (PN->getNumIncomingValues() != 2) return getCouldNotCompute();
4241
4242   // One entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
4243   // second must be derived from the same PHI.
4244   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
4245   Constant *StartCST =
4246     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
4247   if (StartCST == 0) return getCouldNotCompute();  // Must be a constant.
4248
4249   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
4250   if (getConstantEvolvingPHI(BEValue, L) != PN &&
4251       !isa<Constant>(BEValue))
4252     return getCouldNotCompute();  // Not derived from same PHI.
4253
4254   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
4255   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
4256   // "ExitWhen".
4257   unsigned IterationNum = 0;
4258   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
4259   for (Constant *PHIVal = StartCST;
4260        IterationNum != MaxIterations; ++IterationNum) {
4261     ConstantInt *CondVal =
4262       dyn_cast_or_null<ConstantInt>(EvaluateExpression(Cond, PHIVal, TD));
4263
4264     // Couldn't symbolically evaluate.
4265     if (!CondVal) return getCouldNotCompute();
4266
4267     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
4268       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
4269       return getConstant(Type::getInt32Ty(getContext()), IterationNum);
4270     }
4271
4272     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
4273     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal, TD);
4274     if (NextPHI == 0 || NextPHI == PHIVal)
4275       return getCouldNotCompute();// Couldn't evaluate or not making progress...
4276     PHIVal = NextPHI;
4277   }
4278
4279   // Too many iterations were needed to evaluate.
4280   return getCouldNotCompute();
4281 }
4282
4283 /// getSCEVAtScope - Return a SCEV expression for the specified value
4284 /// at the specified scope in the program.  The L value specifies a loop
4285 /// nest to evaluate the expression at, where null is the top-level or a
4286 /// specified loop is immediately inside of the loop.
4287 ///
4288 /// This method can be used to compute the exit value for a variable defined
4289 /// in a loop by querying what the value will hold in the parent loop.
4290 ///
4291 /// In the case that a relevant loop exit value cannot be computed, the
4292 /// original value V is returned.
4293 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
4294   // Check to see if we've folded this expression at this loop before.
4295   std::map<const Loop *, const SCEV *> &Values = ValuesAtScopes[V];
4296   std::pair<std::map<const Loop *, const SCEV *>::iterator, bool> Pair =
4297     Values.insert(std::make_pair(L, static_cast<const SCEV *>(0)));
4298   if (!Pair.second)
4299     return Pair.first->second ? Pair.first->second : V;
4300
4301   // Otherwise compute it.
4302   const SCEV *C = computeSCEVAtScope(V, L);
4303   ValuesAtScopes[V][L] = C;
4304   return C;
4305 }
4306
4307 const SCEV *ScalarEvolution::computeSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
4308   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
4309
4310   // If this instruction is evolved from a constant-evolving PHI, compute the
4311   // exit value from the loop without using SCEVs.
4312   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
4313     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
4314       const Loop *LI = (*this->LI)[I->getParent()];
4315       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
4316         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4317           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
4318             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
4319             // to see if the loop that contains it has a known backedge-taken
4320             // count.  If so, we may be able to force computation of the exit
4321             // value.
4322             const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(LI);
4323             if (const SCEVConstant *BTCC =
4324                   dyn_cast<SCEVConstant>(BackedgeTakenCount)) {
4325               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
4326               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
4327               // the specified iteration number.
4328               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
4329                                                    BTCC->getValue()->getValue(),
4330                                                                LI);
4331               if (RV) return getSCEV(RV);
4332             }
4333           }
4334
4335       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
4336       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
4337       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
4338       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
4339       if (CanConstantFold(I)) {
4340         std::vector<Constant*> Operands;
4341         Operands.reserve(I->getNumOperands());
4342         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4343           Value *Op = I->getOperand(i);
4344           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
4345             Operands.push_back(C);
4346           } else {
4347             // If any of the operands is non-constant and if they are
4348             // non-integer and non-pointer, don't even try to analyze them
4349             // with scev techniques.
4350             if (!isSCEVable(Op->getType()))
4351               return V;
4352
4353             const SCEV *OpV = getSCEVAtScope(Op, L);
4354             if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OpV)) {
4355               Constant *C = SC->getValue();
4356               if (C->getType() != Op->getType())
4357                 C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
4358                                                                   Op->getType(),
4359                                                                   false),
4360                                           C, Op->getType());
4361               Operands.push_back(C);
4362             } else if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(OpV)) {
4363               if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(SU->getValue())) {
4364                 if (C->getType() != Op->getType())
4365                   C =
4366                     ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
4367                                                                   Op->getType(),
4368                                                                   false),
4369                                           C, Op->getType());
4370                 Operands.push_back(C);
4371               } else
4372                 return V;
4373             } else {
4374               return V;
4375             }
4376           }
4377         }
4378
4379         Constant *C = 0;
4380         if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
4381           C = ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
4382                                               Operands[0], Operands[1], TD);
4383         else
4384           C = ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
4385                                        &Operands[0], Operands.size(), TD);
4386         if (C)
4387           return getSCEV(C);
4388       }
4389     }
4390
4391     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
4392     return V;
4393   }
4394
4395   if (const SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
4396     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
4397     // expression has no loop-variant portions.
4398     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4399       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
4400       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
4401         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
4402         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
4403         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Comm->op_begin(),
4404                                             Comm->op_begin()+i);
4405         NewOps.push_back(OpAtScope);
4406
4407         for (++i; i != e; ++i) {
4408           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
4409           NewOps.push_back(OpAtScope);
4410         }
4411         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
4412           return getAddExpr(NewOps);
4413         if (isa<SCEVMulExpr>(Comm))
4414           return getMulExpr(NewOps);
4415         if (isa<SCEVSMaxExpr>(Comm))
4416           return getSMaxExpr(NewOps);
4417         if (isa<SCEVUMaxExpr>(Comm))
4418           return getUMaxExpr(NewOps);
4419         llvm_unreachable("Unknown commutative SCEV type!");
4420       }
4421     }
4422     // If we got here, all operands are loop invariant.
4423     return Comm;
4424   }
4425
4426   if (const SCEVUDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(V)) {
4427     const SCEV *LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
4428     const SCEV *RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
4429     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
4430       return Div;   // must be loop invariant
4431     return getUDivExpr(LHS, RHS);
4432   }
4433
4434   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
4435   // are dealing with the final value computed by the loop.
4436   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
4437     if (!L || !AddRec->getLoop()->contains(L)) {
4438       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
4439       // loop iterates.  Compute this now.
4440       const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
4441       if (BackedgeTakenCount == getCouldNotCompute()) return AddRec;
4442
4443       // Then, evaluate the AddRec.
4444       return AddRec->evaluateAtIteration(BackedgeTakenCount, *this);
4445     }
4446     return AddRec;
4447   }
4448
4449   if (const SCEVZeroExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(V)) {
4450     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4451     if (Op == Cast->getOperand())
4452       return Cast;  // must be loop invariant
4453     return getZeroExtendExpr(Op, Cast->getType());
4454   }
4455
4456   if (const SCEVSignExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(V)) {
4457     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4458     if (Op == Cast->getOperand())
4459       return Cast;  // must be loop invariant
4460     return getSignExtendExpr(Op, Cast->getType());
4461   }
4462
4463   if (const SCEVTruncateExpr *Cast = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(V)) {
4464     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4465     if (Op == Cast->getOperand())
4466       return Cast;  // must be loop invariant
4467     return getTruncateExpr(Op, Cast->getType());
4468   }
4469
4470   llvm_unreachable("Unknown SCEV type!");
4471   return 0;
4472 }
4473
4474 /// getSCEVAtScope - This is a convenience function which does
4475 /// getSCEVAtScope(getSCEV(V), L).
4476 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) {
4477   return getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
4478 }
4479
4480 /// SolveLinEquationWithOverflow - Finds the minimum unsigned root of the
4481 /// following equation:
4482 ///
4483 ///     A * X = B (mod N)
4484 ///
4485 /// where N = 2^BW and BW is the common bit width of A and B. The signedness of
4486 /// A and B isn't important.
4487 ///
4488 /// If the equation does not have a solution, SCEVCouldNotCompute is returned.
4489 static const SCEV *SolveLinEquationWithOverflow(const APInt &A, const APInt &B,
4490                                                ScalarEvolution &SE) {
4491   uint32_t BW = A.getBitWidth();
4492   assert(BW == B.getBitWidth() && "Bit widths must be the same.");
4493   assert(A != 0 && "A must be non-zero.");
4494
4495   // 1. D = gcd(A, N)
4496   //
4497   // The gcd of A and N may have only one prime factor: 2. The number of
4498   // trailing zeros in A is its multiplicity
4499   uint32_t Mult2 = A.countTrailingZeros();
4500   // D = 2^Mult2
4501
4502   // 2. Check if B is divisible by D.
4503   //
4504   // B is divisible by D if and only if the multiplicity of prime factor 2 for B
4505   // is not less than multiplicity of this prime factor for D.
4506   if (B.countTrailingZeros() < Mult2)
4507     return SE.getCouldNotCompute();
4508
4509   // 3. Compute I: the multiplicative inverse of (A / D) in arithmetic
4510   // modulo (N / D).
4511   //
4512   // (N / D) may need BW+1 bits in its representation.  Hence, we'll use this
4513   // bit width during computations.
4514   APInt AD = A.lshr(Mult2).zext(BW + 1);  // AD = A / D
4515   APInt Mod(BW + 1, 0);
4516   Mod.set(BW - Mult2);  // Mod = N / D
4517   APInt I = AD.multiplicativeInverse(Mod);
4518
4519   // 4. Compute the minimum unsigned root of the equation:
4520   // I * (B / D) mod (N / D)
4521   APInt Result = (I * B.lshr(Mult2).zext(BW + 1)).urem(Mod);
4522
4523   // The result is guaranteed to be less than 2^BW so we may truncate it to BW
4524   // bits.
4525   return SE.getConstant(Result.trunc(BW));
4526 }
4527
4528 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
4529 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
4530 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
4531 ///
4532 static std::pair<const SCEV *,const SCEV *>
4533 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ScalarEvolution &SE) {
4534   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
4535   const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
4536   const SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
4537   const SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
4538
4539   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
4540   if (!LC || !MC || !NC) {
4541     const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
4542     return std::make_pair(CNC, CNC);
4543   }
4544
4545   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
4546   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
4547   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
4548   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
4549   APInt Two(BitWidth, 2);
4550   APInt Four(BitWidth, 4);
4551
4552   {
4553     using namespace APIntOps;
4554     const APInt& C = L;
4555     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
4556     // The B coefficient is M-N/2
4557     APInt B(M);
4558     B -= sdiv(N,Two);
4559
4560     // The A coefficient is N/2
4561     APInt A(N.sdiv(Two));
4562
4563     // Compute the B^2-4ac term.
4564     APInt SqrtTerm(B);
4565     SqrtTerm *= B;
4566     SqrtTerm -= Four * (A * C);
4567
4568     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
4569     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
4570     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
4571
4572     // Compute the two solutions for the quadratic formula.
4573     // The divisions must be performed as signed divisions.
4574     APInt NegB(-B);
4575     APInt TwoA( A << 1 );
4576     if (TwoA.isMinValue()) {
4577       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
4578       return std::make_pair(CNC, CNC);
4579     }
4580
4581     LLVMContext &Context = SE.getContext();
4582
4583     ConstantInt *Solution1 =
4584       ConstantInt::get(Context, (NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
4585     ConstantInt *Solution2 =
4586       ConstantInt::get(Context, (NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
4587
4588     return std::make_pair(SE.getConstant(Solution1),
4589                           SE.getConstant(Solution2));
4590     } // end APIntOps namespace
4591 }
4592
4593 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
4594 /// value to zero will execute.  If not computable, return CouldNotCompute.
4595 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4596 ScalarEvolution::HowFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
4597   // If the value is a constant
4598   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
4599     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
4600     if (C->getValue()->isZero()) return C;
4601     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
4602   }
4603
4604   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
4605   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
4606     return getCouldNotCompute();
4607
4608   if (AddRec->isAffine()) {
4609     // If this is an affine expression, the execution count of this branch is
4610     // the minimum unsigned root of the following equation:
4611     //
4612     //     Start + Step*N = 0 (mod 2^BW)
4613     //
4614     // equivalent to:
4615     //
4616     //             Step*N = -Start (mod 2^BW)
4617     //
4618     // where BW is the common bit width of Start and Step.
4619
4620     // Get the initial value for the loop.
4621     const SCEV *Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(),
4622                                        L->getParentLoop());
4623     const SCEV *Step = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(1),
4624                                       L->getParentLoop());
4625
4626     if (const SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step)) {
4627       // For now we handle only constant steps.
4628
4629       // First, handle unitary steps.
4630       if (StepC->getValue()->equalsInt(1))      // 1*N = -Start (mod 2^BW), so:
4631         return getNegativeSCEV(Start);          //   N = -Start (as unsigned)
4632       if (StepC->getValue()->isAllOnesValue())  // -1*N = -Start (mod 2^BW), so:
4633         return Start;                           //    N = Start (as unsigned)
4634
4635       // Then, try to solve the above equation provided that Start is constant.
4636       if (const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start))
4637         return SolveLinEquationWithOverflow(StepC->getValue()->getValue(),
4638                                             -StartC->getValue()->getValue(),
4639                                             *this);
4640     }
4641   } else if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isIntegerTy()) {
4642     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
4643     // the quadratic equation to solve it.
4644     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots = SolveQuadraticEquation(AddRec,
4645                                                                     *this);
4646     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
4647     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
4648     if (R1) {
4649 #if 0
4650       dbgs() << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
4651              << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
4652 #endif
4653       // Pick the smallest positive root value.
4654       if (ConstantInt *CB =
4655           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
4656                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
4657         if (CB->getZExtValue() == false)
4658           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
4659
4660         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
4661         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
4662         // should not accept a root of 2.
4663         const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1, *this);
4664         if (Val->isZero())
4665           return R1;  // We found a quadratic root!
4666       }
4667     }
4668   }
4669
4670   return getCouldNotCompute();
4671 }
4672
4673 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
4674 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
4675 /// CouldNotCompute
4676 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4677 ScalarEvolution::HowFarToNonZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
4678   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
4679   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
4680   // future as needed.
4681
4682   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
4683   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
4684   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
4685     if (!C->getValue()->isNullValue())
4686       return getConstant(C->getType(), 0);
4687     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
4688   }
4689
4690   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
4691   // this, and if they did, they would already be constant folded.
4692   return getCouldNotCompute();
4693 }
4694
4695 /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
4696 /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
4697 /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
4698 /// found.
4699 ///
4700 std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
4701 ScalarEvolution::getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB) {
4702   // If the block has a unique predecessor, then there is no path from the
4703   // predecessor to the block that does not go through the direct edge
4704   // from the predecessor to the block.
4705   if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor())
4706     return std::make_pair(Pred, BB);
4707
4708   // A loop's header is defined to be a block that dominates the loop.
4709   // If the header has a unique predecessor outside the loop, it must be
4710   // a block that has exactly one successor that can reach the loop.
4711   if (Loop *L = LI->getLoopFor(BB))
4712     return std::make_pair(L->getLoopPredecessor(), L->getHeader());
4713
4714   return std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>();
4715 }
4716
4717 /// HasSameValue - SCEV structural equivalence is usually sufficient for
4718 /// testing whether two expressions are equal, however for the purposes of
4719 /// looking for a condition guarding a loop, it can be useful to be a little
4720 /// more general, since a front-end may have replicated the controlling
4721 /// expression.
4722 ///
4723 static bool HasSameValue(const SCEV *A, const SCEV *B) {
4724   // Quick check to see if they are the same SCEV.
4725   if (A == B) return true;
4726
4727   // Otherwise, if they're both SCEVUnknown, it's possible that they hold
4728   // two different instructions with the same value. Check for this case.
4729   if (const SCEVUnknown *AU = dyn_cast<SCEVUnknown>(A))
4730     if (const SCEVUnknown *BU = dyn_cast<SCEVUnknown>(B))
4731       if (const Instruction *AI = dyn_cast<Instruction>(AU->getValue()))
4732         if (const Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(BU->getValue()))
4733           if (AI->isIdenticalTo(BI) && !AI->mayReadFromMemory())
4734             return true;
4735
4736   // Otherwise assume they may have a different value.
4737   return false;
4738 }
4739
4740 /// SimplifyICmpOperands - Simplify LHS and RHS in a comparison with
4741 /// predicate Pred. Return true iff any changes were made.
4742 ///
4743 bool ScalarEvolution::SimplifyICmpOperands(ICmpInst::Predicate &Pred,
4744                                            const SCEV *&LHS, const SCEV *&RHS) {
4745   bool Changed = false;
4746
4747   // Canonicalize a constant to the right side.
4748   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
4749     // Check for both operands constant.
4750     if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
4751       if (ConstantExpr::getICmp(Pred,
4752                                 LHSC->getValue(),
4753                                 RHSC->getValue())->isNullValue())
4754         goto trivially_false;
4755       else
4756         goto trivially_true;
4757     }
4758     // Otherwise swap the operands to put the constant on the right.
4759     std::swap(LHS, RHS);
4760     Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4761     Changed = true;
4762   }
4763
4764   // If we're comparing an addrec with a value which is loop-invariant in the
4765   // addrec's loop, put the addrec on the left. Also make a dominance check,
4766   // as both operands could be addrecs loop-invariant in each other's loop.
4767   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS)) {
4768     const Loop *L = AR->getLoop();
4769     if (LHS->isLoopInvariant(L) && LHS->properlyDominates(L->getHeader(), DT)) {
4770       std::swap(LHS, RHS);
4771       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4772       Changed = true;
4773     }
4774   }
4775
4776   // If there's a constant operand, canonicalize comparisons with boundary
4777   // cases, and canonicalize *-or-equal comparisons to regular comparisons.
4778   if (const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
4779     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
4780     switch (Pred) {
4781     default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
4782     case ICmpInst::ICMP_EQ:
4783     case ICmpInst::ICMP_NE:
4784       break;
4785     case ICmpInst::ICMP_UGE:
4786       if ((RA - 1).isMinValue()) {
4787         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4788         RHS = getConstant(RA - 1);
4789         Changed = true;
4790         break;
4791       }
4792       if (RA.isMaxValue()) {
4793         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4794         Changed = true;
4795         break;
4796       }
4797       if (RA.isMinValue()) goto trivially_true;
4798
4799       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
4800       RHS = getConstant(RA - 1);
4801       Changed = true;
4802       break;
4803     case ICmpInst::ICMP_ULE:
4804       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
4805         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4806         RHS = getConstant(RA + 1);
4807         Changed = true;
4808         break;
4809       }
4810       if (RA.isMinValue()) {
4811         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4812         Changed = true;
4813         break;
4814       }
4815       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_true;
4816
4817       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
4818       RHS = getConstant(RA + 1);
4819       Changed = true;
4820       break;
4821     case ICmpInst::ICMP_SGE:
4822       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
4823         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4824         RHS = getConstant(RA - 1);
4825         Changed = true;
4826         break;
4827       }
4828       if (RA.isMaxSignedValue()) {
4829         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4830         Changed = true;
4831         break;
4832       }
4833       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_true;
4834
4835       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
4836       RHS = getConstant(RA - 1);
4837       Changed = true;
4838       break;
4839     case ICmpInst::ICMP_SLE:
4840       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
4841         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4842         RHS = getConstant(RA + 1);
4843         Changed = true;
4844         break;
4845       }
4846       if (RA.isMinSignedValue()) {
4847         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4848         Changed = true;
4849         break;
4850       }
4851       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_true;
4852
4853       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
4854       RHS = getConstant(RA + 1);
4855       Changed = true;
4856       break;
4857     case ICmpInst::ICMP_UGT:
4858       if (RA.isMinValue()) {
4859         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4860         Changed = true;
4861         break;
4862       }
4863       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
4864         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4865         RHS = getConstant(RA + 1);
4866         Changed = true;
4867         break;
4868       }
4869       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_false;
4870       break;
4871     case ICmpInst::ICMP_ULT:
4872       if (RA.isMaxValue()) {
4873         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4874         Changed = true;
4875         break;
4876       }
4877       if ((RA - 1).isMinValue()) {
4878         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4879         RHS = getConstant(RA - 1);
4880         Changed = true;
4881         break;
4882       }
4883       if (RA.isMinValue()) goto trivially_false;
4884       break;
4885     case ICmpInst::ICMP_SGT:
4886       if (RA.isMinSignedValue()) {
4887         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4888         Changed = true;
4889         break;
4890       }
4891       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
4892         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4893         RHS = getConstant(RA + 1);
4894         Changed = true;
4895         break;
4896       }
4897       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_false;
4898       break;
4899     case ICmpInst::ICMP_SLT:
4900       if (RA.isMaxSignedValue()) {
4901         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4902         Changed = true;
4903         break;
4904       }
4905       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
4906        Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4907        RHS = getConstant(RA - 1);
4908         Changed = true;
4909        break;
4910       }
4911       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_false;
4912       break;
4913     }
4914   }
4915
4916   // Check for obvious equality.
4917   if (HasSameValue(LHS, RHS)) {
4918     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
4919       goto trivially_true;
4920     if (ICmpInst::isFalseWhenEqual(Pred))
4921       goto trivially_false;
4922   }
4923
4924   // If possible, canonicalize GE/LE comparisons to GT/LT comparisons, by
4925   // adding or subtracting 1 from one of the operands.
4926   switch (Pred) {
4927   case ICmpInst::ICMP_SLE:
4928     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
4929       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
4930                        /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/true);
4931       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
4932       Changed = true;
4933     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
4934       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
4935                        /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/true);
4936       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
4937       Changed = true;
4938     }
4939     break;
4940   case ICmpInst::ICMP_SGE:
4941     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
4942       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
4943                        /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/true);
4944       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
4945       Changed = true;
4946     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
4947       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
4948                        /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/true);
4949       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
4950       Changed = true;
4951     }
4952     break;
4953   case ICmpInst::ICMP_ULE:
4954     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
4955       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
4956                        /*HasNUW=*/true, /*HasNSW=*/false);
4957       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
4958       Changed = true;
4959     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
4960       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
4961                        /*HasNUW=*/true, /*HasNSW=*/false);
4962       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
4963       Changed = true;
4964     }
4965     break;
4966   case ICmpInst::ICMP_UGE:
4967     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
4968       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
4969                        /*HasNUW=*/true, /*HasNSW=*/false);
4970       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
4971       Changed = true;
4972     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
4973       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
4974                        /*HasNUW=*/true, /*HasNSW=*/false);
4975       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
4976       Changed = true;
4977     }
4978     break;
4979   default:
4980     break;
4981   }
4982
4983   // TODO: More simplifications are possible here.
4984
4985   return Changed;
4986
4987 trivially_true:
4988   // Return 0 == 0.
4989   LHS = RHS = getConstant(Type::getInt1Ty(getContext()), 0);
4990   Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4991   return true;
4992
4993 trivially_false:
4994   // Return 0 != 0.
4995   LHS = RHS = getConstant(Type::getInt1Ty(getContext()), 0);
4996   Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4997   return true;
4998 }
4999
5000 bool ScalarEvolution::isKnownNegative(const SCEV *S) {
5001   return getSignedRange(S).getSignedMax().isNegative();
5002 }
5003
5004 bool ScalarEvolution::isKnownPositive(const SCEV *S) {
5005   return getSignedRange(S).getSignedMin().isStrictlyPositive();
5006 }
5007
5008 bool ScalarEvolution::isKnownNonNegative(const SCEV *S) {
5009   return !getSignedRange(S).getSignedMin().isNegative();
5010 }
5011
5012 bool ScalarEvolution::isKnownNonPositive(const SCEV *S) {
5013   return !getSignedRange(S).getSignedMax().isStrictlyPositive();
5014 }
5015
5016 bool ScalarEvolution::isKnownNonZero(const SCEV *S) {
5017   return isKnownNegative(S) || isKnownPositive(S);
5018 }
5019
5020 bool ScalarEvolution::isKnownPredicate(ICmpInst::Predicate Pred,
5021                                        const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5022   // Canonicalize the inputs first.
5023   (void)SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS);
5024
5025   // If LHS or RHS is an addrec, check to see if the condition is true in
5026   // every iteration of the loop.
5027   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
5028     if (isLoopEntryGuardedByCond(
5029           AR->getLoop(), Pred, AR->getStart(), RHS) &&
5030         isLoopBackedgeGuardedByCond(
5031           AR->getLoop(), Pred, AR->getPostIncExpr(*this), RHS))
5032       return true;
5033   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS))
5034     if (isLoopEntryGuardedByCond(
5035           AR->getLoop(), Pred, LHS, AR->getStart()) &&
5036         isLoopBackedgeGuardedByCond(
5037           AR->getLoop(), Pred, LHS, AR->getPostIncExpr(*this)))
5038       return true;
5039
5040   // Otherwise see what can be done with known constant ranges.
5041   return isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS);
5042 }
5043
5044 bool
5045 ScalarEvolution::isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
5046                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5047   if (HasSameValue(LHS, RHS))
5048     return ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
5049
5050   // This code is split out from isKnownPredicate because it is called from
5051   // within isLoopEntryGuardedByCond.
5052   switch (Pred) {
5053   default:
5054     llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
5055     break;
5056   case ICmpInst::ICMP_SGT:
5057     Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
5058     std::swap(LHS, RHS);
5059   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
5060     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
5061     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
5062     if (LHSRange.getSignedMax().slt(RHSRange.getSignedMin()))
5063       return true;
5064     if (LHSRange.getSignedMin().sge(RHSRange.getSignedMax()))
5065       return false;
5066     break;
5067   }
5068   case ICmpInst::ICMP_SGE:
5069     Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
5070     std::swap(LHS, RHS);
5071   case ICmpInst::ICMP_SLE: {
5072     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
5073     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
5074     if (LHSRange.getSignedMax().sle(RHSRange.getSignedMin()))
5075       return true;
5076     if (LHSRange.getSignedMin().sgt(RHSRange.getSignedMax()))
5077       return false;
5078     break;
5079   }
5080   case ICmpInst::ICMP_UGT:
5081     Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
5082     std::swap(LHS, RHS);
5083   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
5084     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
5085     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
5086     if (LHSRange.getUnsignedMax().ult(RHSRange.getUnsignedMin()))
5087       return true;
5088     if (LHSRange.getUnsignedMin().uge(RHSRange.getUnsignedMax()))
5089       return false;
5090     break;
5091   }
5092   case ICmpInst::ICMP_UGE:
5093     Pred = ICmpInst::ICMP_ULE;
5094     std::swap(LHS, RHS);
5095   case ICmpInst::ICMP_ULE: {
5096     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
5097     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
5098     if (LHSRange.getUnsignedMax().ule(RHSRange.getUnsignedMin()))
5099       return true;
5100     if (LHSRange.getUnsignedMin().ugt(RHSRange.getUnsignedMax()))
5101       return false;
5102     break;
5103   }
5104   case ICmpInst::ICMP_NE: {
5105     if (getUnsignedRange(LHS).intersectWith(getUnsignedRange(RHS)).isEmptySet())
5106       return true;
5107     if (getSignedRange(LHS).intersectWith(getSignedRange(RHS)).isEmptySet())
5108       return true;
5109
5110     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(LHS, RHS);
5111     if (isKnownNonZero(Diff))
5112       return true;
5113     break;
5114   }
5115   case ICmpInst::ICMP_EQ:
5116     // The check at the top of the function catches the case where
5117     // the values are known to be equal.
5118     break;
5119   }
5120   return false;
5121 }
5122
5123 /// isLoopBackedgeGuardedByCond - Test whether the backedge of the loop is
5124 /// protected by a conditional between LHS and RHS.  This is used to
5125 /// to eliminate casts.
5126 bool
5127 ScalarEvolution::isLoopBackedgeGuardedByCond(const Loop *L,
5128                                              ICmpInst::Predicate Pred,
5129                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5130   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
5131   // (interprocedural conditions notwithstanding).
5132   if (!L) return true;
5133
5134   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
5135   if (!Latch)
5136     return false;
5137
5138   BranchInst *LoopContinuePredicate =
5139     dyn_cast<BranchInst>(Latch->getTerminator());
5140   if (!LoopContinuePredicate ||
5141       LoopContinuePredicate->isUnconditional())
5142     return false;
5143
5144   return isImpliedCond(LoopContinuePredicate->getCondition(), Pred, LHS, RHS,
5145                        LoopContinuePredicate->getSuccessor(0) != L->getHeader());
5146 }
5147
5148 /// isLoopEntryGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected
5149 /// by a conditional between LHS and RHS.  This is used to help avoid max
5150 /// expressions in loop trip counts, and to eliminate casts.
5151 bool
5152 ScalarEvolution::isLoopEntryGuardedByCond(const Loop *L,
5153                                           ICmpInst::Predicate Pred,
5154                                           const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5155   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
5156   // (interprocedural conditions notwithstanding).
5157   if (!L) return false;
5158
5159   // Starting at the loop predecessor, climb up the predecessor chain, as long
5160   // as there are predecessors that can be found that have unique successors
5161   // leading to the original header.
5162   for (std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
5163          Pair(L->getLoopPredecessor(), L->getHeader());
5164        Pair.first;
5165        Pair = getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(Pair.first)) {
5166
5167     BranchInst *LoopEntryPredicate =
5168       dyn_cast<BranchInst>(Pair.first->getTerminator());
5169     if (!LoopEntryPredicate ||
5170         LoopEntryPredicate->isUnconditional())
5171       continue;
5172
5173     if (isImpliedCond(LoopEntryPredicate->getCondition(), Pred, LHS, RHS,
5174                       LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) != Pair.second))
5175       return true;
5176   }
5177
5178   return false;
5179 }
5180
5181 /// isImpliedCond - Test whether the condition described by Pred, LHS,
5182 /// and RHS is true whenever the given Cond value evaluates to true.
5183 bool ScalarEvolution::isImpliedCond(Value *CondValue,
5184                                     ICmpInst::Predicate Pred,
5185                                     const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5186                                     bool Inverse) {
5187   // Recursively handle And and Or conditions.
5188   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(CondValue)) {
5189     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
5190       if (!Inverse)
5191         return isImpliedCond(BO->getOperand(0), Pred, LHS, RHS, Inverse) ||
5192                isImpliedCond(BO->getOperand(1), Pred, LHS, RHS, Inverse);
5193     } else if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
5194       if (Inverse)
5195         return isImpliedCond(BO->getOperand(0), Pred, LHS, RHS, Inverse) ||
5196                isImpliedCond(BO->getOperand(1), Pred, LHS, RHS, Inverse);
5197     }
5198   }
5199
5200   ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(CondValue);
5201   if (!ICI) return false;
5202
5203   // Bail if the ICmp's operands' types are wider than the needed type
5204   // before attempting to call getSCEV on them. This avoids infinite
5205   // recursion, since the analysis of widening casts can require loop
5206   // exit condition information for overflow checking, which would
5207   // lead back here.
5208   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <
5209       getTypeSizeInBits(ICI->getOperand(0)->getType()))
5210     return false;
5211
5212   // Now that we found a conditional branch that dominates the loop, check to
5213   // see if it is the comparison we are looking for.
5214   ICmpInst::Predicate FoundPred;
5215   if (Inverse)
5216     FoundPred = ICI->getInversePredicate();
5217   else
5218     FoundPred = ICI->getPredicate();
5219
5220   const SCEV *FoundLHS = getSCEV(ICI->getOperand(0));
5221   const SCEV *FoundRHS = getSCEV(ICI->getOperand(1));
5222
5223   // Balance the types. The case where FoundLHS' type is wider than
5224   // LHS' type is checked for above.
5225   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) >
5226       getTypeSizeInBits(FoundLHS->getType())) {
5227     if (CmpInst::isSigned(Pred)) {
5228       FoundLHS = getSignExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
5229       FoundRHS = getSignExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
5230     } else {
5231       FoundLHS = getZeroExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
5232       FoundRHS = getZeroExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
5233     }
5234   }
5235
5236   // Canonicalize the query to match the way instcombine will have
5237   // canonicalized the comparison.
5238   if (SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS))
5239     if (LHS == RHS)
5240       return CmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
5241   if (SimplifyICmpOperands(FoundPred, FoundLHS, FoundRHS))
5242     if (FoundLHS == FoundRHS)
5243       return CmpInst::isFalseWhenEqual(Pred);
5244
5245   // Check to see if we can make the LHS or RHS match.
5246   if (LHS == FoundRHS || RHS == FoundLHS) {
5247     if (isa<SCEVConstant>(RHS)) {
5248       std::swap(FoundLHS, FoundRHS);
5249       FoundPred = ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred);
5250     } else {
5251       std::swap(LHS, RHS);
5252       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
5253     }
5254   }
5255
5256   // Check whether the found predicate is the same as the desired predicate.
5257   if (FoundPred == Pred)
5258     return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS);
5259
5260   // Check whether swapping the found predicate makes it the same as the
5261   // desired predicate.
5262   if (ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred) == Pred) {
5263     if (isa<SCEVConstant>(RHS))
5264       return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundRHS, FoundLHS);
5265     else
5266       return isImpliedCondOperands(ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred),
5267                                    RHS, LHS, FoundLHS, FoundRHS);
5268   }
5269
5270   // Check whether the actual condition is beyond sufficient.
5271   if (FoundPred == ICmpInst::ICMP_EQ)
5272     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
5273       if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
5274         return true;
5275   if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
5276     if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(FoundPred))
5277       if (isImpliedCondOperands(FoundPred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
5278         return true;
5279
5280   // Otherwise assume the worst.
5281   return false;
5282 }
5283
5284 /// isImpliedCondOperands - Test whether the condition described by Pred,
5285 /// LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred, FoundLHS,
5286 /// and FoundRHS is true.
5287 bool ScalarEvolution::isImpliedCondOperands(ICmpInst::Predicate Pred,
5288                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5289                                             const SCEV *FoundLHS,
5290                                             const SCEV *FoundRHS) {
5291   return isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
5292                                      FoundLHS, FoundRHS) ||
5293          // ~x < ~y --> x > y
5294          isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
5295                                      getNotSCEV(FoundRHS),
5296                                      getNotSCEV(FoundLHS));
5297 }
5298
5299 /// isImpliedCondOperandsHelper - Test whether the condition described by
5300 /// Pred, LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred,
5301 /// FoundLHS, and FoundRHS is true.
5302 bool
5303 ScalarEvolution::isImpliedCondOperandsHelper(ICmpInst::Predicate Pred,
5304                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5305                                              const SCEV *FoundLHS,
5306                                              const SCEV *FoundRHS) {
5307   switch (Pred) {
5308   default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
5309   case ICmpInst::ICMP_EQ:
5310   case ICmpInst::ICMP_NE:
5311     if (HasSameValue(LHS, FoundLHS) && HasSameValue(RHS, FoundRHS))
5312       return true;
5313     break;
5314   case ICmpInst::ICMP_SLT:
5315   case ICmpInst::ICMP_SLE:
5316     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SLE, LHS, FoundLHS) &&
5317         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SGE, RHS, FoundRHS))
5318       return true;
5319     break;
5320   case ICmpInst::ICMP_SGT:
5321   case ICmpInst::ICMP_SGE:
5322     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SGE, LHS, FoundLHS) &&
5323         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SLE, RHS, FoundRHS))
5324       return true;
5325     break;
5326   case ICmpInst::ICMP_ULT:
5327   case ICmpInst::ICMP_ULE:
5328     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_ULE, LHS, FoundLHS) &&
5329         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_UGE, RHS, FoundRHS))
5330       return true;
5331     break;
5332   case ICmpInst::ICMP_UGT:
5333   case ICmpInst::ICMP_UGE:
5334     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_UGE, LHS, FoundLHS) &&
5335         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_ULE, RHS, FoundRHS))
5336       return true;
5337     break;
5338   }
5339
5340   return false;
5341 }
5342
5343 /// getBECount - Subtract the end and start values and divide by the step,
5344 /// rounding up, to get the number of times the backedge is executed. Return
5345 /// CouldNotCompute if an intermediate computation overflows.
5346 const SCEV *ScalarEvolution::getBECount(const SCEV *Start,
5347                                         const SCEV *End,
5348                                         const SCEV *Step,
5349                                         bool NoWrap) {
5350   assert(!isKnownNegative(Step) &&
5351          "This code doesn't handle negative strides yet!");
5352
5353   const Type *Ty = Start->getType();
5354   const SCEV *NegOne = getConstant(Ty, (uint64_t)-1);
5355   const SCEV *Diff = getMinusSCEV(End, Start);
5356   const SCEV *RoundUp = getAddExpr(Step, NegOne);
5357
5358   // Add an adjustment to the difference between End and Start so that
5359   // the division will effectively round up.
5360   const SCEV *Add = getAddExpr(Diff, RoundUp);
5361
5362   if (!NoWrap) {
5363     // Check Add for unsigned overflow.
5364     // TODO: More sophisticated things could be done here.
5365     const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(),
5366                                           getTypeSizeInBits(Ty) + 1);
5367     const SCEV *EDiff = getZeroExtendExpr(Diff, WideTy);
5368     const SCEV *ERoundUp = getZeroExtendExpr(RoundUp, WideTy);
5369     const SCEV *OperandExtendedAdd = getAddExpr(EDiff, ERoundUp);
5370     if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) != OperandExtendedAdd)
5371       return getCouldNotCompute();
5372   }
5373
5374   return getUDivExpr(Add, Step);
5375 }
5376
5377 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
5378 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
5379 /// CouldNotCompute.
5380 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
5381 ScalarEvolution::HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5382                                   const Loop *L, bool isSigned) {
5383   // Only handle:  "ADDREC < LoopInvariant".
5384   if (!RHS->isLoopInvariant(L)) return getCouldNotCompute();
5385
5386   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
5387   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
5388     return getCouldNotCompute();
5389
5390   // Check to see if we have a flag which makes analysis easy.
5391   bool NoWrap = isSigned ? AddRec->hasNoSignedWrap() :
5392                            AddRec->hasNoUnsignedWrap();
5393
5394   if (AddRec->isAffine()) {
5395     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AddRec->getType());
5396     const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
5397
5398     if (Step->isZero())
5399       return getCouldNotCompute();
5400     if (Step->isOne()) {
5401       // With unit stride, the iteration never steps past the limit value.
5402     } else if (isKnownPositive(Step)) {
5403       // Test whether a positive iteration can step past the limit
5404       // value and past the maximum value for its type in a single step.
5405       // Note that it's not sufficient to check NoWrap here, because even
5406       // though the value after a wrap is undefined, it's not undefined
5407       // behavior, so if wrap does occur, the loop could either terminate or
5408       // loop infinitely, but in either case, the loop is guaranteed to
5409       // iterate at least until the iteration where the wrapping occurs.
5410       const SCEV *One = getConstant(Step->getType(), 1);
5411       if (isSigned) {
5412         APInt Max = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
5413         if ((Max - getSignedRange(getMinusSCEV(Step, One)).getSignedMax())
5414               .slt(getSignedRange(RHS).getSignedMax()))
5415           return getCouldNotCompute();
5416       } else {
5417         APInt Max = APInt::getMaxValue(BitWidth);
5418         if ((Max - getUnsignedRange(getMinusSCEV(Step, One)).getUnsignedMax())
5419               .ult(getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax()))
5420           return getCouldNotCompute();
5421       }
5422     } else
5423       // TODO: Handle negative strides here and below.
5424       return getCouldNotCompute();
5425
5426     // We know the LHS is of the form {n,+,s} and the RHS is some loop-invariant
5427     // m.  So, we count the number of iterations in which {n,+,s} < m is true.
5428     // Note that we cannot simply return max(m-n,0)/s because it's not safe to
5429     // treat m-n as signed nor unsigned due to overflow possibility.
5430
5431     // First, we get the value of the LHS in the first iteration: n
5432     const SCEV *Start = AddRec->getOperand(0);
5433
5434     // Determine the minimum constant start value.
5435     const SCEV *MinStart = getConstant(isSigned ?
5436       getSignedRange(Start).getSignedMin() :
5437       getUnsignedRange(Start).getUnsignedMin());
5438
5439     // If we know that the condition is true in order to enter the loop,
5440     // then we know that it will run exactly (m-n)/s times. Otherwise, we
5441     // only know that it will execute (max(m,n)-n)/s times. In both cases,
5442     // the division must round up.
5443     const SCEV *End = RHS;
5444     if (!isLoopEntryGuardedByCond(L,
5445                                   isSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT :
5446                                              ICmpInst::ICMP_ULT,
5447                                   getMinusSCEV(Start, Step), RHS))
5448       End = isSigned ? getSMaxExpr(RHS, Start)
5449                      : getUMaxExpr(RHS, Start);
5450
5451     // Determine the maximum constant end value.
5452     const SCEV *MaxEnd = getConstant(isSigned ?
5453       getSignedRange(End).getSignedMax() :
5454       getUnsignedRange(End).getUnsignedMax());
5455
5456     // If MaxEnd is within a step of the maximum integer value in its type,
5457     // adjust it down to the minimum value which would produce the same effect.
5458     // This allows the subsequent ceiling division of (N+(step-1))/step to
5459     // compute the correct value.
5460     const SCEV *StepMinusOne = getMinusSCEV(Step,
5461                                             getConstant(Step->getType(), 1));
5462     MaxEnd = isSigned ?
5463       getSMinExpr(MaxEnd,
5464                   getMinusSCEV(getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth)),
5465                                StepMinusOne)) :
5466       getUMinExpr(MaxEnd,
5467                   getMinusSCEV(getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth)),
5468                                StepMinusOne));
5469
5470     // Finally, we subtract these two values and divide, rounding up, to get
5471     // the number of times the backedge is executed.
5472     const SCEV *BECount = getBECount(Start, End, Step, NoWrap);
5473
5474     // The maximum backedge count is similar, except using the minimum start
5475     // value and the maximum end value.
5476     const SCEV *MaxBECount = getBECount(MinStart, MaxEnd, Step, NoWrap);
5477
5478     return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
5479   }
5480
5481   return getCouldNotCompute();
5482 }
5483
5484 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
5485 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
5486 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
5487 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
5488 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
5489 const SCEV *SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
5490                                                     ScalarEvolution &SE) const {
5491   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
5492     return SE.getCouldNotCompute();
5493
5494   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
5495   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
5496     if (!SC->getValue()->isZero()) {
5497       SmallVector<const SCEV *, 4> Operands(op_begin(), op_end());
5498       Operands[0] = SE.getConstant(SC->getType(), 0);
5499       const SCEV *Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop());
5500       if (const SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec =
5501             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
5502         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
5503                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
5504       // This is strange and shouldn't happen.
5505       return SE.getCouldNotCompute();
5506     }
5507
5508   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
5509   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
5510   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
5511     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
5512       return SE.getCouldNotCompute();
5513
5514
5515   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
5516   // that the start element is zero.
5517
5518   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
5519   // iteration exits.
5520   unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(getType());
5521   if (!Range.contains(APInt(BitWidth, 0)))
5522     return SE.getConstant(getType(), 0);
5523
5524   if (isAffine()) {
5525     // If this is an affine expression then we have this situation:
5526     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
5527
5528     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
5529     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
5530     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
5531     // value.  Also note that we already checked for a full range.
5532     APInt One(BitWidth,1);
5533     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
5534     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
5535
5536     // The exit value should be (End+A)/A.
5537     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
5538     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal);
5539
5540     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
5541     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
5542     // things must have happened.
5543     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
5544     if (Range.contains(Val->getValue()))
5545       return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5546
5547     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
5548     assert(Range.contains(
5549            EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
5550            ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
5551            "Linear scev computation is off in a bad way!");
5552     return SE.getConstant(ExitValue);
5553   } else if (isQuadratic()) {
5554     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
5555     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
5556     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
5557     // Range.getUpper() is crossed.
5558     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(op_begin(), op_end());
5559     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
5560     const SCEV *NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop());
5561
5562     // Next, solve the constructed addrec
5563     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots =
5564       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
5565     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
5566     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
5567     if (R1) {
5568       // Pick the smallest positive root value.
5569       if (ConstantInt *CB =
5570           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
5571                          R1->getValue(), R2->getValue()))) {
5572         if (CB->getZExtValue() == false)
5573           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
5574
5575         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
5576         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
5577         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
5578         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
5579                                                              R1->getValue(),
5580                                                              SE);
5581         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
5582           // The next iteration must be out of the range...
5583           ConstantInt *NextVal =
5584                 ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()+1);
5585
5586           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
5587           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
5588             return SE.getConstant(NextVal);
5589           return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5590         }
5591
5592         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
5593         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
5594         ConstantInt *NextVal =
5595                ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()-1);
5596         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
5597         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
5598           return R1;
5599         return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5600       }
5601     }
5602   }
5603
5604   return SE.getCouldNotCompute();
5605 }
5606
5607
5608
5609 //===----------------------------------------------------------------------===//
5610 //                   SCEVCallbackVH Class Implementation
5611 //===----------------------------------------------------------------------===//
5612
5613 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::deleted() {
5614   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
5615   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(getValPtr()))
5616     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5617   SE->Scalars.erase(getValPtr());
5618   // this now dangles!
5619 }
5620
5621 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::allUsesReplacedWith(Value *) {
5622   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
5623
5624   // Forget all the expressions associated with users of the old value,
5625   // so that future queries will recompute the expressions using the new
5626   // value.
5627   SmallVector<User *, 16> Worklist;
5628   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
5629   Value *Old = getValPtr();
5630   bool DeleteOld = false;
5631   for (Value::use_iterator UI = Old->use_begin(), UE = Old->use_end();
5632        UI != UE; ++UI)
5633     Worklist.push_back(*UI);
5634   while (!Worklist.empty()) {
5635     User *U = Worklist.pop_back_val();
5636     // Deleting the Old value will cause this to dangle. Postpone
5637     // that until everything else is done.
5638     if (U == Old) {
5639       DeleteOld = true;
5640       continue;
5641     }
5642     if (!Visited.insert(U))
5643       continue;
5644     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U))
5645       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5646     SE->Scalars.erase(U);
5647     for (Value::use_iterator UI = U->use_begin(), UE = U->use_end();
5648          UI != UE; ++UI)
5649       Worklist.push_back(*UI);
5650   }
5651   // Delete the Old value if it (indirectly) references itself.
5652   if (DeleteOld) {
5653     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Old))
5654       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5655     SE->Scalars.erase(Old);
5656     // this now dangles!
5657   }
5658   // this may dangle!
5659 }
5660
5661 ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *se)
5662   : CallbackVH(V), SE(se) {}
5663
5664 //===----------------------------------------------------------------------===//
5665 //                   ScalarEvolution Class Implementation
5666 //===----------------------------------------------------------------------===//
5667
5668 ScalarEvolution::ScalarEvolution()
5669   : FunctionPass(&ID) {
5670 }
5671
5672 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
5673   this->F = &F;
5674   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
5675   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
5676   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
5677   return false;
5678 }
5679
5680 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
5681   Scalars.clear();
5682   BackedgeTakenCounts.clear();
5683   ConstantEvolutionLoopExitValue.clear();
5684   ValuesAtScopes.clear();
5685   UniqueSCEVs.clear();
5686   SCEVAllocator.Reset();
5687 }
5688
5689 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
5690   AU.setPreservesAll();
5691   AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
5692   AU.addRequiredTransitive<DominatorTree>();
5693 }
5694
5695 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
5696   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getBackedgeTakenCount(L));
5697 }
5698
5699 static void PrintLoopInfo(raw_ostream &OS, ScalarEvolution *SE,
5700                           const Loop *L) {
5701   // Print all inner loops first
5702   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
5703     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
5704
5705   OS << "Loop ";
5706   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
5707   OS << ": ";
5708
5709   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
5710   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
5711   if (ExitBlocks.size() != 1)
5712     OS << "<multiple exits> ";
5713
5714   if (SE->hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(L)) {
5715     OS << "backedge-taken count is " << *SE->getBackedgeTakenCount(L);
5716   } else {
5717     OS << "Unpredictable backedge-taken count. ";
5718   }
5719
5720   OS << "\n"
5721         "Loop ";
5722   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
5723   OS << ": ";
5724
5725   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(SE->getMaxBackedgeTakenCount(L))) {
5726     OS << "max backedge-taken count is " << *SE->getMaxBackedgeTakenCount(L);
5727   } else {
5728     OS << "Unpredictable max backedge-taken count. ";
5729   }
5730
5731   OS << "\n";
5732 }
5733
5734 void ScalarEvolution::print(raw_ostream &OS, const Module *) const {
5735   // ScalarEvolution's implementation of the print method is to print
5736   // out SCEV values of all instructions that are interesting. Doing
5737   // this potentially causes it to create new SCEV objects though,
5738   // which technically conflicts with the const qualifier. This isn't
5739   // observable from outside the class though, so casting away the
5740   // const isn't dangerous.
5741   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
5742
5743   OS << "Classifying expressions for: ";
5744   WriteAsOperand(OS, F, /*PrintType=*/false);
5745   OS << "\n";
5746   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
5747     if (isSCEVable(I->getType()) && !isa<CmpInst>(*I)) {
5748       OS << *I << '\n';
5749       OS << "  -->  ";
5750       const SCEV *SV = SE.getSCEV(&*I);
5751       SV->print(OS);
5752
5753       const Loop *L = LI->getLoopFor((*I).getParent());
5754
5755       const SCEV *AtUse = SE.getSCEVAtScope(SV, L);
5756       if (AtUse != SV) {
5757         OS << "  -->  ";
5758         AtUse->print(OS);
5759       }
5760
5761       if (L) {
5762         OS << "\t\t" "Exits: ";
5763         const SCEV *ExitValue = SE.getSCEVAtScope(SV, L->getParentLoop());
5764         if (!ExitValue->isLoopInvariant(L)) {
5765           OS << "<<Unknown>>";
5766         } else {
5767           OS << *ExitValue;
5768         }
5769       }
5770
5771       OS << "\n";
5772     }
5773
5774   OS << "Determining loop execution counts for: ";
5775   WriteAsOperand(OS, F, /*PrintType=*/false);
5776   OS << "\n";
5777   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
5778     PrintLoopInfo(OS, &SE, *I);
5779 }
5780