Simplify this code.
[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(), Ty)));
826
827   // trunc(trunc(x)) --> trunc(x)
828   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op))
829     return getTruncateExpr(ST->getOperand(), Ty);
830
831   // trunc(sext(x)) --> sext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
832   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
833     return getTruncateOrSignExtend(SS->getOperand(), Ty);
834
835   // trunc(zext(x)) --> zext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
836   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
837     return getTruncateOrZeroExtend(SZ->getOperand(), Ty);
838
839   // If the input value is a chrec scev, truncate the chrec's operands.
840   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
841     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
842     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
843       Operands.push_back(getTruncateExpr(AddRec->getOperand(i), Ty));
844     return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop());
845   }
846
847   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
848   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
849   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
850   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVTruncateExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
851                                                  Op, Ty);
852   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
853   return S;
854 }
855
856 const SCEV *ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEV *Op,
857                                                const Type *Ty) {
858   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
859          "This is not an extending conversion!");
860   assert(isSCEVable(Ty) &&
861          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
862   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
863
864   // Fold if the operand is constant.
865   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op)) {
866     const Type *IntTy = getEffectiveSCEVType(Ty);
867     Constant *C = ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(), IntTy);
868     if (IntTy != Ty) C = ConstantExpr::getIntToPtr(C, Ty);
869     return getConstant(cast<ConstantInt>(C));
870   }
871
872   // zext(zext(x)) --> zext(x)
873   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
874     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
875
876   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
877   // computed a SCEV for this Op and Ty.
878   FoldingSetNodeID ID;
879   ID.AddInteger(scZeroExtend);
880   ID.AddPointer(Op);
881   ID.AddPointer(Ty);
882   void *IP = 0;
883   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
884
885   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
886   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
887   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
888   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
889   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
890     if (AR->isAffine()) {
891       const SCEV *Start = AR->getStart();
892       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
893       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
894       const Loop *L = AR->getLoop();
895
896       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
897       // we don't need to do any further analysis.
898       if (AR->hasNoUnsignedWrap())
899         return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
900                              getZeroExtendExpr(Step, Ty),
901                              L);
902
903       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
904       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
905       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
906       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
907       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
908       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
909       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
910       // that value once it has finished.
911       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
912       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
913         // Manually compute the final value for AR, checking for
914         // overflow.
915
916         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
917         // the addrec's type. The count is always unsigned.
918         const SCEV *CastedMaxBECount =
919           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
920         const SCEV *RecastedMaxBECount =
921           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
922         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
923           const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
924           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no unsigned overflow.
925           const SCEV *ZMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
926           const SCEV *Add = getAddExpr(Start, ZMul);
927           const SCEV *OperandExtendedAdd =
928             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
929                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
930                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
931           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
932             // Return the expression with the addrec on the outside.
933             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
934                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
935                                  L);
936
937           // Similar to above, only this time treat the step value as signed.
938           // This covers loops that count down.
939           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
940           Add = getAddExpr(Start, SMul);
941           OperandExtendedAdd =
942             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
943                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
944                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
945           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
946             // Return the expression with the addrec on the outside.
947             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
948                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
949                                  L);
950         }
951
952         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
953         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
954         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
955         // with the post-inc value, the addrec is safe.
956         if (isKnownPositive(Step)) {
957           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMinValue(BitWidth) -
958                                       getUnsignedRange(Step).getUnsignedMax());
959           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, AR, N) ||
960               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, Start, N) &&
961                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT,
962                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
963             // Return the expression with the addrec on the outside.
964             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
965                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
966                                  L);
967         } else if (isKnownNegative(Step)) {
968           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth) -
969                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
970           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, AR, N) ||
971               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, Start, N) &&
972                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT,
973                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
974             // Return the expression with the addrec on the outside.
975             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
976                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
977                                  L);
978         }
979       }
980     }
981
982   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
983   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
984   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
985   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVZeroExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
986                                                    Op, Ty);
987   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
988   return S;
989 }
990
991 const SCEV *ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEV *Op,
992                                                const Type *Ty) {
993   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
994          "This is not an extending conversion!");
995   assert(isSCEVable(Ty) &&
996          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
997   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
998
999   // Fold if the operand is constant.
1000   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op)) {
1001     const Type *IntTy = getEffectiveSCEVType(Ty);
1002     Constant *C = ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(), IntTy);
1003     if (IntTy != Ty) C = ConstantExpr::getIntToPtr(C, Ty);
1004     return getConstant(cast<ConstantInt>(C));
1005   }
1006
1007   // sext(sext(x)) --> sext(x)
1008   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
1009     return getSignExtendExpr(SS->getOperand(), Ty);
1010
1011   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
1012   // computed a SCEV for this Op and Ty.
1013   FoldingSetNodeID ID;
1014   ID.AddInteger(scSignExtend);
1015   ID.AddPointer(Op);
1016   ID.AddPointer(Ty);
1017   void *IP = 0;
1018   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1019
1020   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
1021   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
1022   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
1023   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
1024   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
1025     if (AR->isAffine()) {
1026       const SCEV *Start = AR->getStart();
1027       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
1028       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
1029       const Loop *L = AR->getLoop();
1030
1031       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
1032       // we don't need to do any further analysis.
1033       if (AR->hasNoSignedWrap())
1034         return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1035                              getSignExtendExpr(Step, Ty),
1036                              L);
1037
1038       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
1039       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
1040       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
1041       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
1042       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
1043       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
1044       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
1045       // that value once it has finished.
1046       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
1047       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
1048         // Manually compute the final value for AR, checking for
1049         // overflow.
1050
1051         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
1052         // the addrec's type. The count is always unsigned.
1053         const SCEV *CastedMaxBECount =
1054           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
1055         const SCEV *RecastedMaxBECount =
1056           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
1057         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
1058           const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
1059           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no signed overflow.
1060           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1061           const SCEV *Add = getAddExpr(Start, SMul);
1062           const SCEV *OperandExtendedAdd =
1063             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
1064                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1065                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
1066           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
1067             // Return the expression with the addrec on the outside.
1068             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1069                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1070                                  L);
1071
1072           // Similar to above, only this time treat the step value as unsigned.
1073           // This covers loops that count up with an unsigned step.
1074           const SCEV *UMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1075           Add = getAddExpr(Start, UMul);
1076           OperandExtendedAdd =
1077             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
1078                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1079                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
1080           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
1081             // Return the expression with the addrec on the outside.
1082             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1083                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
1084                                  L);
1085         }
1086
1087         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
1088         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
1089         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
1090         // with the post-inc value, the addrec is safe.
1091         if (isKnownPositive(Step)) {
1092           const SCEV *N = getConstant(APInt::getSignedMinValue(BitWidth) -
1093                                       getSignedRange(Step).getSignedMax());
1094           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT, AR, N) ||
1095               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT, Start, N) &&
1096                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT,
1097                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
1098             // Return the expression with the addrec on the outside.
1099             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1100                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1101                                  L);
1102         } else if (isKnownNegative(Step)) {
1103           const SCEV *N = getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth) -
1104                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
1105           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT, AR, N) ||
1106               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT, Start, N) &&
1107                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT,
1108                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
1109             // Return the expression with the addrec on the outside.
1110             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1111                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1112                                  L);
1113         }
1114       }
1115     }
1116
1117   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
1118   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
1119   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1120   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSignExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1121                                                    Op, Ty);
1122   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1123   return S;
1124 }
1125
1126 /// getAnyExtendExpr - Return a SCEV for the given operand extended with
1127 /// unspecified bits out to the given type.
1128 ///
1129 const SCEV *ScalarEvolution::getAnyExtendExpr(const SCEV *Op,
1130                                               const Type *Ty) {
1131   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1132          "This is not an extending conversion!");
1133   assert(isSCEVable(Ty) &&
1134          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1135   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1136
1137   // Sign-extend negative constants.
1138   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1139     if (SC->getValue()->getValue().isNegative())
1140       return getSignExtendExpr(Op, Ty);
1141
1142   // Peel off a truncate cast.
1143   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1144     const SCEV *NewOp = T->getOperand();
1145     if (getTypeSizeInBits(NewOp->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty))
1146       return getAnyExtendExpr(NewOp, Ty);
1147     return getTruncateOrNoop(NewOp, Ty);
1148   }
1149
1150   // Next try a zext cast. If the cast is folded, use it.
1151   const SCEV *ZExt = getZeroExtendExpr(Op, Ty);
1152   if (!isa<SCEVZeroExtendExpr>(ZExt))
1153     return ZExt;
1154
1155   // Next try a sext cast. If the cast is folded, use it.
1156   const SCEV *SExt = getSignExtendExpr(Op, Ty);
1157   if (!isa<SCEVSignExtendExpr>(SExt))
1158     return SExt;
1159
1160   // Force the cast to be folded into the operands of an addrec.
1161   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
1162     SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
1163     for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = AR->op_begin(), E = AR->op_end();
1164          I != E; ++I)
1165       Ops.push_back(getAnyExtendExpr(*I, Ty));
1166     return getAddRecExpr(Ops, AR->getLoop());
1167   }
1168
1169   // If the expression is obviously signed, use the sext cast value.
1170   if (isa<SCEVSMaxExpr>(Op))
1171     return SExt;
1172
1173   // Absent any other information, use the zext cast value.
1174   return ZExt;
1175 }
1176
1177 /// CollectAddOperandsWithScales - Process the given Ops list, which is
1178 /// a list of operands to be added under the given scale, update the given
1179 /// map. This is a helper function for getAddRecExpr. As an example of
1180 /// what it does, given a sequence of operands that would form an add
1181 /// expression like this:
1182 ///
1183 ///    m + n + 13 + (A * (o + p + (B * q + m + 29))) + r + (-1 * r)
1184 ///
1185 /// where A and B are constants, update the map with these values:
1186 ///
1187 ///    (m, 1+A*B), (n, 1), (o, A), (p, A), (q, A*B), (r, 0)
1188 ///
1189 /// and add 13 + A*B*29 to AccumulatedConstant.
1190 /// This will allow getAddRecExpr to produce this:
1191 ///
1192 ///    13+A*B*29 + n + (m * (1+A*B)) + ((o + p) * A) + (q * A*B)
1193 ///
1194 /// This form often exposes folding opportunities that are hidden in
1195 /// the original operand list.
1196 ///
1197 /// Return true iff it appears that any interesting folding opportunities
1198 /// may be exposed. This helps getAddRecExpr short-circuit extra work in
1199 /// the common case where no interesting opportunities are present, and
1200 /// is also used as a check to avoid infinite recursion.
1201 ///
1202 static bool
1203 CollectAddOperandsWithScales(DenseMap<const SCEV *, APInt> &M,
1204                              SmallVector<const SCEV *, 8> &NewOps,
1205                              APInt &AccumulatedConstant,
1206                              const SCEV *const *Ops, size_t NumOperands,
1207                              const APInt &Scale,
1208                              ScalarEvolution &SE) {
1209   bool Interesting = false;
1210
1211   // Iterate over the add operands.
1212   for (unsigned i = 0, e = NumOperands; i != e; ++i) {
1213     const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i]);
1214     if (Mul && isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
1215       APInt NewScale =
1216         Scale * cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))->getValue()->getValue();
1217       if (Mul->getNumOperands() == 2 && isa<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1))) {
1218         // A multiplication of a constant with another add; recurse.
1219         const SCEVAddExpr *Add = cast<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1));
1220         Interesting |=
1221           CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1222                                        Add->op_begin(), Add->getNumOperands(),
1223                                        NewScale, SE);
1224       } else {
1225         // A multiplication of a constant with some other value. Update
1226         // the map.
1227         SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
1228         const SCEV *Key = SE.getMulExpr(MulOps);
1229         std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1230           M.insert(std::make_pair(Key, NewScale));
1231         if (Pair.second) {
1232           NewOps.push_back(Pair.first->first);
1233         } else {
1234           Pair.first->second += NewScale;
1235           // The map already had an entry for this value, which may indicate
1236           // a folding opportunity.
1237           Interesting = true;
1238         }
1239       }
1240     } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1241       // Pull a buried constant out to the outside.
1242       if (Scale != 1 || AccumulatedConstant != 0 || C->getValue()->isZero())
1243         Interesting = true;
1244       AccumulatedConstant += Scale * C->getValue()->getValue();
1245     } else {
1246       // An ordinary operand. Update the map.
1247       std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1248         M.insert(std::make_pair(Ops[i], Scale));
1249       if (Pair.second) {
1250         NewOps.push_back(Pair.first->first);
1251       } else {
1252         Pair.first->second += Scale;
1253         // The map already had an entry for this value, which may indicate
1254         // a folding opportunity.
1255         Interesting = true;
1256       }
1257     }
1258   }
1259
1260   return Interesting;
1261 }
1262
1263 namespace {
1264   struct APIntCompare {
1265     bool operator()(const APInt &LHS, const APInt &RHS) const {
1266       return LHS.ult(RHS);
1267     }
1268   };
1269 }
1270
1271 /// getAddExpr - Get a canonical add expression, or something simpler if
1272 /// possible.
1273 const SCEV *ScalarEvolution::getAddExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1274                                         bool HasNUW, bool HasNSW) {
1275   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
1276   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1277 #ifndef NDEBUG
1278   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1279     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1280            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1281            "SCEVAddExpr operand types don't match!");
1282 #endif
1283
1284   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1285   if (!HasNUW && HasNSW) {
1286     bool All = true;
1287     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1288       if (!isKnownNonNegative(Ops[i])) {
1289         All = false;
1290         break;
1291       }
1292     if (All) HasNUW = true;
1293   }
1294
1295   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1296   GroupByComplexity(Ops, LI);
1297
1298   // If there are any constants, fold them together.
1299   unsigned Idx = 0;
1300   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1301     ++Idx;
1302     assert(Idx < Ops.size());
1303     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1304       // We found two constants, fold them together!
1305       Ops[0] = getConstant(LHSC->getValue()->getValue() +
1306                            RHSC->getValue()->getValue());
1307       if (Ops.size() == 2) return Ops[0];
1308       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1309       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1310     }
1311
1312     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
1313     if (LHSC->getValue()->isZero()) {
1314       Ops.erase(Ops.begin());
1315       --Idx;
1316     }
1317
1318     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1319   }
1320
1321   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1322   // so, merge them together into an multiply expression.  Since we sorted the
1323   // list, these values are required to be adjacent.
1324   const Type *Ty = Ops[0]->getType();
1325   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1326     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
1327       // Found a match, merge the two values into a multiply, and add any
1328       // remaining values to the result.
1329       const SCEV *Two = getConstant(Ty, 2);
1330       const SCEV *Mul = getMulExpr(Ops[i], Two);
1331       if (Ops.size() == 2)
1332         return Mul;
1333       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
1334       Ops.push_back(Mul);
1335       return getAddExpr(Ops, HasNUW, HasNSW);
1336     }
1337
1338   // Check for truncates. If all the operands are truncated from the same
1339   // type, see if factoring out the truncate would permit the result to be
1340   // folded. eg., trunc(x) + m*trunc(n) --> trunc(x + trunc(m)*n)
1341   // if the contents of the resulting outer trunc fold to something simple.
1342   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1343     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]);
1344     const Type *DstType = Trunc->getType();
1345     const Type *SrcType = Trunc->getOperand()->getType();
1346     SmallVector<const SCEV *, 8> LargeOps;
1347     bool Ok = true;
1348     // Check all the operands to see if they can be represented in the
1349     // source type of the truncate.
1350     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1351       if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[i])) {
1352         if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1353           Ok = false;
1354           break;
1355         }
1356         LargeOps.push_back(T->getOperand());
1357       } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1358         LargeOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
1359       } else if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i])) {
1360         SmallVector<const SCEV *, 8> LargeMulOps;
1361         for (unsigned j = 0, f = M->getNumOperands(); j != f && Ok; ++j) {
1362           if (const SCEVTruncateExpr *T =
1363                 dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(M->getOperand(j))) {
1364             if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1365               Ok = false;
1366               break;
1367             }
1368             LargeMulOps.push_back(T->getOperand());
1369           } else if (const SCEVConstant *C =
1370                        dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(j))) {
1371             LargeMulOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
1372           } else {
1373             Ok = false;
1374             break;
1375           }
1376         }
1377         if (Ok)
1378           LargeOps.push_back(getMulExpr(LargeMulOps));
1379       } else {
1380         Ok = false;
1381         break;
1382       }
1383     }
1384     if (Ok) {
1385       // Evaluate the expression in the larger type.
1386       const SCEV *Fold = getAddExpr(LargeOps, HasNUW, HasNSW);
1387       // If it folds to something simple, use it. Otherwise, don't.
1388       if (isa<SCEVConstant>(Fold) || isa<SCEVUnknown>(Fold))
1389         return getTruncateExpr(Fold, DstType);
1390     }
1391   }
1392
1393   // Skip past any other cast SCEVs.
1394   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
1395     ++Idx;
1396
1397   // If there are add operands they would be next.
1398   if (Idx < Ops.size()) {
1399     bool DeletedAdd = false;
1400     while (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
1401       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
1402       // list.
1403       Ops.insert(Ops.end(), Add->op_begin(), Add->op_end());
1404       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1405       DeletedAdd = true;
1406     }
1407
1408     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
1409     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1410     // any operands we just acquired.
1411     if (DeletedAdd)
1412       return getAddExpr(Ops);
1413   }
1414
1415   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1416   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1417     ++Idx;
1418
1419   // Check to see if there are any folding opportunities present with
1420   // operands multiplied by constant values.
1421   if (Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1422     uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(Ty);
1423     DenseMap<const SCEV *, APInt> M;
1424     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
1425     APInt AccumulatedConstant(BitWidth, 0);
1426     if (CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1427                                      Ops.data(), Ops.size(),
1428                                      APInt(BitWidth, 1), *this)) {
1429       // Some interesting folding opportunity is present, so its worthwhile to
1430       // re-generate the operands list. Group the operands by constant scale,
1431       // to avoid multiplying by the same constant scale multiple times.
1432       std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare> MulOpLists;
1433       for (SmallVector<const SCEV *, 8>::iterator I = NewOps.begin(),
1434            E = NewOps.end(); I != E; ++I)
1435         MulOpLists[M.find(*I)->second].push_back(*I);
1436       // Re-generate the operands list.
1437       Ops.clear();
1438       if (AccumulatedConstant != 0)
1439         Ops.push_back(getConstant(AccumulatedConstant));
1440       for (std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare>::iterator
1441            I = MulOpLists.begin(), E = MulOpLists.end(); I != E; ++I)
1442         if (I->first != 0)
1443           Ops.push_back(getMulExpr(getConstant(I->first),
1444                                    getAddExpr(I->second)));
1445       if (Ops.empty())
1446         return getConstant(Ty, 0);
1447       if (Ops.size() == 1)
1448         return Ops[0];
1449       return getAddExpr(Ops);
1450     }
1451   }
1452
1453   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
1454   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
1455   // the multiply.
1456   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1457     const SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
1458     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
1459       const SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
1460       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
1461         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp] && !isa<SCEVConstant>(Ops[AddOp])) {
1462           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
1463           const SCEV *InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1464           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1465             // If the multiply has more than two operands, we must get the
1466             // Y*Z term.
1467             SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1468             MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
1469             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
1470           }
1471           const SCEV *One = getConstant(Ty, 1);
1472           const SCEV *AddOne = getAddExpr(InnerMul, One);
1473           const SCEV *OuterMul = getMulExpr(AddOne, Ops[AddOp]);
1474           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1475           if (AddOp < Idx) {
1476             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
1477             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
1478           } else {
1479             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1480             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
1481           }
1482           Ops.push_back(OuterMul);
1483           return getAddExpr(Ops);
1484         }
1485
1486       // Check this multiply against other multiplies being added together.
1487       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
1488            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1489            ++OtherMulIdx) {
1490         const SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1491         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
1492         // together.
1493         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
1494              OMulOp != e; ++OMulOp)
1495           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
1496             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
1497             const SCEV *InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1498             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1499               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
1500                                                   Mul->op_end());
1501               MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
1502               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
1503             }
1504             const SCEV *InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
1505             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
1506               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(OtherMul->op_begin(),
1507                                                   OtherMul->op_end());
1508               MulOps.erase(MulOps.begin()+OMulOp);
1509               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
1510             }
1511             const SCEV *InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
1512             const SCEV *OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
1513             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1514             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1515             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
1516             Ops.push_back(OuterMul);
1517             return getAddExpr(Ops);
1518           }
1519       }
1520     }
1521   }
1522
1523   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1524   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1525   // recurrence.
1526   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1527     ++Idx;
1528
1529   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1530   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1531     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
1532     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1533     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
1534     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1535     const Loop *AddRecLoop = AddRec->getLoop();
1536     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1537       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRecLoop)) {
1538         LIOps.push_back(Ops[i]);
1539         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1540         --i; --e;
1541       }
1542
1543     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1544     if (!LIOps.empty()) {
1545       //  NLI + LI + {Start,+,Step}  -->  NLI + {LI+Start,+,Step}
1546       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
1547
1548       SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
1549                                              AddRec->op_end());
1550       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
1551
1552       // It's tempting to propagate NUW/NSW flags here, but nuw/nsw addition
1553       // is not associative so this isn't necessarily safe.
1554       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRecLoop);
1555
1556       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1557       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1558
1559       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-liv parts.
1560       for (unsigned i = 0;; ++i)
1561         if (Ops[i] == AddRec) {
1562           Ops[i] = NewRec;
1563           break;
1564         }
1565       return getAddExpr(Ops);
1566     }
1567
1568     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1569     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1570     // added together.  If so, we can fold them.
1571     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1572          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1573       if (OtherIdx != Idx) {
1574         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1575         if (AddRecLoop == OtherAddRec->getLoop()) {
1576           // Other + {A,+,B} + {C,+,D}  -->  Other + {A+C,+,B+D}
1577           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(AddRec->op_begin(),
1578                                               AddRec->op_end());
1579           for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1580             if (i >= NewOps.size()) {
1581               NewOps.insert(NewOps.end(), OtherAddRec->op_begin()+i,
1582                             OtherAddRec->op_end());
1583               break;
1584             }
1585             NewOps[i] = getAddExpr(NewOps[i], OtherAddRec->getOperand(i));
1586           }
1587           const SCEV *NewAddRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRecLoop);
1588
1589           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1590
1591           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1592           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1593           Ops.push_back(NewAddRec);
1594           return getAddExpr(Ops);
1595         }
1596       }
1597
1598     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1599     // next one.
1600   }
1601
1602   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
1603   // already have one, otherwise create a new one.
1604   FoldingSetNodeID ID;
1605   ID.AddInteger(scAddExpr);
1606   ID.AddInteger(Ops.size());
1607   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1608     ID.AddPointer(Ops[i]);
1609   void *IP = 0;
1610   SCEVAddExpr *S =
1611     static_cast<SCEVAddExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
1612   if (!S) {
1613     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
1614     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
1615     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1616                                         O, Ops.size());
1617     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1618   }
1619   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
1620   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
1621   return S;
1622 }
1623
1624 /// getMulExpr - Get a canonical multiply expression, or something simpler if
1625 /// possible.
1626 const SCEV *ScalarEvolution::getMulExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1627                                         bool HasNUW, bool HasNSW) {
1628   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
1629   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1630 #ifndef NDEBUG
1631   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1632     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1633            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1634            "SCEVMulExpr operand types don't match!");
1635 #endif
1636
1637   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1638   if (!HasNUW && HasNSW) {
1639     bool All = true;
1640     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1641       if (!isKnownNonNegative(Ops[i])) {
1642         All = false;
1643         break;
1644       }
1645     if (All) HasNUW = true;
1646   }
1647
1648   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1649   GroupByComplexity(Ops, LI);
1650
1651   // If there are any constants, fold them together.
1652   unsigned Idx = 0;
1653   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1654
1655     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
1656     if (Ops.size() == 2)
1657       if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
1658         if (Add->getNumOperands() == 2 &&
1659             isa<SCEVConstant>(Add->getOperand(0)))
1660           return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
1661                             getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
1662
1663     ++Idx;
1664     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1665       // We found two constants, fold them together!
1666       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
1667                                            LHSC->getValue()->getValue() *
1668                                            RHSC->getValue()->getValue());
1669       Ops[0] = getConstant(Fold);
1670       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1671       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1672       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1673     }
1674
1675     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
1676     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
1677       Ops.erase(Ops.begin());
1678       --Idx;
1679     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
1680       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
1681       return Ops[0];
1682     } else if (Ops[0]->isAllOnesValue()) {
1683       // If we have a mul by -1 of an add, try distributing the -1 among the
1684       // add operands.
1685       if (Ops.size() == 2)
1686         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1])) {
1687           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
1688           bool AnyFolded = false;
1689           for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
1690                I != E; ++I) {
1691             const SCEV *Mul = getMulExpr(Ops[0], *I);
1692             if (!isa<SCEVMulExpr>(Mul)) AnyFolded = true;
1693             NewOps.push_back(Mul);
1694           }
1695           if (AnyFolded)
1696             return getAddExpr(NewOps);
1697         }
1698     }
1699
1700     if (Ops.size() == 1)
1701       return Ops[0];
1702   }
1703
1704   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1705   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1706     ++Idx;
1707
1708   // If there are mul operands inline them all into this expression.
1709   if (Idx < Ops.size()) {
1710     bool DeletedMul = false;
1711     while (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1712       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
1713       // list.
1714       Ops.insert(Ops.end(), Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1715       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1716       DeletedMul = true;
1717     }
1718
1719     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
1720     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1721     // any operands we just acquired.
1722     if (DeletedMul)
1723       return getMulExpr(Ops);
1724   }
1725
1726   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1727   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1728   // recurrence.
1729   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1730     ++Idx;
1731
1732   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1733   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1734     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
1735     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1736     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
1737     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1738     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1739       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
1740         LIOps.push_back(Ops[i]);
1741         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1742         --i; --e;
1743       }
1744
1745     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1746     if (!LIOps.empty()) {
1747       //  NLI * LI * {Start,+,Step}  -->  NLI * {LI*Start,+,LI*Step}
1748       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
1749       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
1750       const SCEV *Scale = getMulExpr(LIOps);
1751       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
1752         NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
1753
1754       // It's tempting to propagate the NSW flag here, but nsw multiplication
1755       // is not associative so this isn't necessarily safe.
1756       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop(),
1757                                          HasNUW && AddRec->hasNoUnsignedWrap(),
1758                                          /*HasNSW=*/false);
1759
1760       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1761       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1762
1763       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-liv parts.
1764       for (unsigned i = 0;; ++i)
1765         if (Ops[i] == AddRec) {
1766           Ops[i] = NewRec;
1767           break;
1768         }
1769       return getMulExpr(Ops);
1770     }
1771
1772     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1773     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1774     // multiplied together.  If so, we can fold them.
1775     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1776          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1777       if (OtherIdx != Idx) {
1778         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1779         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
1780           // F * G  -->  {A,+,B} * {C,+,D}  -->  {A*C,+,F*D + G*B + B*D}
1781           const SCEVAddRecExpr *F = AddRec, *G = OtherAddRec;
1782           const SCEV *NewStart = getMulExpr(F->getStart(),
1783                                                  G->getStart());
1784           const SCEV *B = F->getStepRecurrence(*this);
1785           const SCEV *D = G->getStepRecurrence(*this);
1786           const SCEV *NewStep = getAddExpr(getMulExpr(F, D),
1787                                           getMulExpr(G, B),
1788                                           getMulExpr(B, D));
1789           const SCEV *NewAddRec = getAddRecExpr(NewStart, NewStep,
1790                                                F->getLoop());
1791           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1792
1793           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1794           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1795           Ops.push_back(NewAddRec);
1796           return getMulExpr(Ops);
1797         }
1798       }
1799
1800     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1801     // next one.
1802   }
1803
1804   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
1805   // already have one, otherwise create a new one.
1806   FoldingSetNodeID ID;
1807   ID.AddInteger(scMulExpr);
1808   ID.AddInteger(Ops.size());
1809   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1810     ID.AddPointer(Ops[i]);
1811   void *IP = 0;
1812   SCEVMulExpr *S =
1813     static_cast<SCEVMulExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
1814   if (!S) {
1815     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
1816     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
1817     S = new (SCEVAllocator) SCEVMulExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1818                                         O, Ops.size());
1819     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1820   }
1821   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
1822   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
1823   return S;
1824 }
1825
1826 /// getUDivExpr - Get a canonical unsigned division expression, or something
1827 /// simpler if possible.
1828 const SCEV *ScalarEvolution::getUDivExpr(const SCEV *LHS,
1829                                          const SCEV *RHS) {
1830   assert(getEffectiveSCEVType(LHS->getType()) ==
1831          getEffectiveSCEVType(RHS->getType()) &&
1832          "SCEVUDivExpr operand types don't match!");
1833
1834   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
1835     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
1836       return LHS;                               // X udiv 1 --> x
1837     // If the denominator is zero, the result of the udiv is undefined. Don't
1838     // try to analyze it, because the resolution chosen here may differ from
1839     // the resolution chosen in other parts of the compiler.
1840     if (!RHSC->getValue()->isZero()) {
1841       // Determine if the division can be folded into the operands of
1842       // its operands.
1843       // TODO: Generalize this to non-constants by using known-bits information.
1844       const Type *Ty = LHS->getType();
1845       unsigned LZ = RHSC->getValue()->getValue().countLeadingZeros();
1846       unsigned MaxShiftAmt = getTypeSizeInBits(Ty) - LZ;
1847       // For non-power-of-two values, effectively round the value up to the
1848       // nearest power of two.
1849       if (!RHSC->getValue()->getValue().isPowerOf2())
1850         ++MaxShiftAmt;
1851       const IntegerType *ExtTy =
1852         IntegerType::get(getContext(), getTypeSizeInBits(Ty) + MaxShiftAmt);
1853       // {X,+,N}/C --> {X/C,+,N/C} if safe and N/C can be folded.
1854       if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
1855         if (const SCEVConstant *Step =
1856               dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*this)))
1857           if (!Step->getValue()->getValue()
1858                 .urem(RHSC->getValue()->getValue()) &&
1859               getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
1860               getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
1861                             getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
1862                             AR->getLoop())) {
1863             SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1864             for (unsigned i = 0, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
1865               Operands.push_back(getUDivExpr(AR->getOperand(i), RHS));
1866             return getAddRecExpr(Operands, AR->getLoop());
1867           }
1868       // (A*B)/C --> A*(B/C) if safe and B/C can be folded.
1869       if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
1870         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1871         for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i)
1872           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(M->getOperand(i), ExtTy));
1873         if (getZeroExtendExpr(M, ExtTy) == getMulExpr(Operands))
1874           // Find an operand that's safely divisible.
1875           for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1876             const SCEV *Op = M->getOperand(i);
1877             const SCEV *Div = getUDivExpr(Op, RHSC);
1878             if (!isa<SCEVUDivExpr>(Div) && getMulExpr(Div, RHSC) == Op) {
1879               Operands = SmallVector<const SCEV *, 4>(M->op_begin(),
1880                                                       M->op_end());
1881               Operands[i] = Div;
1882               return getMulExpr(Operands);
1883             }
1884           }
1885       }
1886       // (A+B)/C --> (A/C + B/C) if safe and A/C and B/C can be folded.
1887       if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
1888         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1889         for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i)
1890           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(A->getOperand(i), ExtTy));
1891         if (getZeroExtendExpr(A, ExtTy) == getAddExpr(Operands)) {
1892           Operands.clear();
1893           for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1894             const SCEV *Op = getUDivExpr(A->getOperand(i), RHS);
1895             if (isa<SCEVUDivExpr>(Op) ||
1896                 getMulExpr(Op, RHS) != A->getOperand(i))
1897               break;
1898             Operands.push_back(Op);
1899           }
1900           if (Operands.size() == A->getNumOperands())
1901             return getAddExpr(Operands);
1902         }
1903       }
1904
1905       // Fold if both operands are constant.
1906       if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
1907         Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
1908         Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
1909         return getConstant(cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getUDiv(LHSCV,
1910                                                                    RHSCV)));
1911       }
1912     }
1913   }
1914
1915   FoldingSetNodeID ID;
1916   ID.AddInteger(scUDivExpr);
1917   ID.AddPointer(LHS);
1918   ID.AddPointer(RHS);
1919   void *IP = 0;
1920   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1921   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUDivExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1922                                              LHS, RHS);
1923   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1924   return S;
1925 }
1926
1927
1928 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
1929 /// Simplify the expression as much as possible.
1930 const SCEV *ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEV *Start,
1931                                            const SCEV *Step, const Loop *L,
1932                                            bool HasNUW, bool HasNSW) {
1933   SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1934   Operands.push_back(Start);
1935   if (const SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
1936     if (StepChrec->getLoop() == L) {
1937       Operands.insert(Operands.end(), StepChrec->op_begin(),
1938                       StepChrec->op_end());
1939       return getAddRecExpr(Operands, L);
1940     }
1941
1942   Operands.push_back(Step);
1943   return getAddRecExpr(Operands, L, HasNUW, HasNSW);
1944 }
1945
1946 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
1947 /// Simplify the expression as much as possible.
1948 const SCEV *
1949 ScalarEvolution::getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
1950                                const Loop *L,
1951                                bool HasNUW, bool HasNSW) {
1952   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
1953 #ifndef NDEBUG
1954   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
1955     assert(getEffectiveSCEVType(Operands[i]->getType()) ==
1956            getEffectiveSCEVType(Operands[0]->getType()) &&
1957            "SCEVAddRecExpr operand types don't match!");
1958 #endif
1959
1960   if (Operands.back()->isZero()) {
1961     Operands.pop_back();
1962     return getAddRecExpr(Operands, L, HasNUW, HasNSW); // {X,+,0}  -->  X
1963   }
1964
1965   // It's tempting to want to call getMaxBackedgeTakenCount count here and
1966   // use that information to infer NUW and NSW flags. However, computing a
1967   // BE count requires calling getAddRecExpr, so we may not yet have a
1968   // meaningful BE count at this point (and if we don't, we'd be stuck
1969   // with a SCEVCouldNotCompute as the cached BE count).
1970
1971   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1972   if (!HasNUW && HasNSW) {
1973     bool All = true;
1974     for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
1975       if (!isKnownNonNegative(Operands[i])) {
1976         All = false;
1977         break;
1978       }
1979     if (All) HasNUW = true;
1980   }
1981
1982   // Canonicalize nested AddRecs in by nesting them in order of loop depth.
1983   if (const SCEVAddRecExpr *NestedAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Operands[0])) {
1984     const Loop *NestedLoop = NestedAR->getLoop();
1985     if (L->contains(NestedLoop->getHeader()) ?
1986         (L->getLoopDepth() < NestedLoop->getLoopDepth()) :
1987         (!NestedLoop->contains(L->getHeader()) &&
1988          DT->dominates(L->getHeader(), NestedLoop->getHeader()))) {
1989       SmallVector<const SCEV *, 4> NestedOperands(NestedAR->op_begin(),
1990                                                   NestedAR->op_end());
1991       Operands[0] = NestedAR->getStart();
1992       // AddRecs require their operands be loop-invariant with respect to their
1993       // loops. Don't perform this transformation if it would break this
1994       // requirement.
1995       bool AllInvariant = true;
1996       for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
1997         if (!Operands[i]->isLoopInvariant(L)) {
1998           AllInvariant = false;
1999           break;
2000         }
2001       if (AllInvariant) {
2002         NestedOperands[0] = getAddRecExpr(Operands, L);
2003         AllInvariant = true;
2004         for (unsigned i = 0, e = NestedOperands.size(); i != e; ++i)
2005           if (!NestedOperands[i]->isLoopInvariant(NestedLoop)) {
2006             AllInvariant = false;
2007             break;
2008           }
2009         if (AllInvariant)
2010           // Ok, both add recurrences are valid after the transformation.
2011           return getAddRecExpr(NestedOperands, NestedLoop, HasNUW, HasNSW);
2012       }
2013       // Reset Operands to its original state.
2014       Operands[0] = NestedAR;
2015     }
2016   }
2017
2018   // Okay, it looks like we really DO need an addrec expr.  Check to see if we
2019   // already have one, otherwise create a new one.
2020   FoldingSetNodeID ID;
2021   ID.AddInteger(scAddRecExpr);
2022   ID.AddInteger(Operands.size());
2023   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2024     ID.AddPointer(Operands[i]);
2025   ID.AddPointer(L);
2026   void *IP = 0;
2027   SCEVAddRecExpr *S =
2028     static_cast<SCEVAddRecExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2029   if (!S) {
2030     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Operands.size());
2031     std::uninitialized_copy(Operands.begin(), Operands.end(), O);
2032     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddRecExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2033                                            O, Operands.size(), L);
2034     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2035   }
2036   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
2037   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
2038   return S;
2039 }
2040
2041 const SCEV *ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEV *LHS,
2042                                          const SCEV *RHS) {
2043   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2044   Ops.push_back(LHS);
2045   Ops.push_back(RHS);
2046   return getSMaxExpr(Ops);
2047 }
2048
2049 const SCEV *
2050 ScalarEvolution::getSMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2051   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
2052   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2053 #ifndef NDEBUG
2054   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2055     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
2056            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
2057            "SCEVSMaxExpr operand types don't match!");
2058 #endif
2059
2060   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2061   GroupByComplexity(Ops, LI);
2062
2063   // If there are any constants, fold them together.
2064   unsigned Idx = 0;
2065   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2066     ++Idx;
2067     assert(Idx < Ops.size());
2068     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2069       // We found two constants, fold them together!
2070       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2071                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
2072                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2073       Ops[0] = getConstant(Fold);
2074       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2075       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2076       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2077     }
2078
2079     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2080     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
2081       Ops.erase(Ops.begin());
2082       --Idx;
2083     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(true)) {
2084       // If we have an smax with a constant maximum-int, it will always be
2085       // maximum-int.
2086       return Ops[0];
2087     }
2088
2089     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2090   }
2091
2092   // Find the first SMax
2093   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
2094     ++Idx;
2095
2096   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
2097   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2098   if (Idx < Ops.size()) {
2099     bool DeletedSMax = false;
2100     while (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2101       Ops.insert(Ops.end(), SMax->op_begin(), SMax->op_end());
2102       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2103       DeletedSMax = true;
2104     }
2105
2106     if (DeletedSMax)
2107       return getSMaxExpr(Ops);
2108   }
2109
2110   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2111   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2112   // be adjacent.
2113   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2114     //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
2115     //  X smax Y         -->  X, if X is always greater than Y
2116     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
2117         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2118       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
2119       --i; --e;
2120     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SLE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2121       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2122       --i; --e;
2123     }
2124
2125   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2126
2127   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
2128
2129   // Okay, it looks like we really DO need an smax expr.  Check to see if we
2130   // already have one, otherwise create a new one.
2131   FoldingSetNodeID ID;
2132   ID.AddInteger(scSMaxExpr);
2133   ID.AddInteger(Ops.size());
2134   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2135     ID.AddPointer(Ops[i]);
2136   void *IP = 0;
2137   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2138   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2139   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2140   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2141                                              O, Ops.size());
2142   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2143   return S;
2144 }
2145
2146 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxExpr(const SCEV *LHS,
2147                                          const SCEV *RHS) {
2148   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2149   Ops.push_back(LHS);
2150   Ops.push_back(RHS);
2151   return getUMaxExpr(Ops);
2152 }
2153
2154 const SCEV *
2155 ScalarEvolution::getUMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2156   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty umax!");
2157   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2158 #ifndef NDEBUG
2159   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2160     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
2161            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
2162            "SCEVUMaxExpr operand types don't match!");
2163 #endif
2164
2165   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2166   GroupByComplexity(Ops, LI);
2167
2168   // If there are any constants, fold them together.
2169   unsigned Idx = 0;
2170   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2171     ++Idx;
2172     assert(Idx < Ops.size());
2173     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2174       // We found two constants, fold them together!
2175       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2176                               APIntOps::umax(LHSC->getValue()->getValue(),
2177                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2178       Ops[0] = getConstant(Fold);
2179       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2180       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2181       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2182     }
2183
2184     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2185     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(false)) {
2186       Ops.erase(Ops.begin());
2187       --Idx;
2188     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(false)) {
2189       // If we have an umax with a constant maximum-int, it will always be
2190       // maximum-int.
2191       return Ops[0];
2192     }
2193
2194     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2195   }
2196
2197   // Find the first UMax
2198   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scUMaxExpr)
2199     ++Idx;
2200
2201   // Check to see if one of the operands is a UMax. If so, expand its operands
2202   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2203   if (Idx < Ops.size()) {
2204     bool DeletedUMax = false;
2205     while (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2206       Ops.insert(Ops.end(), UMax->op_begin(), UMax->op_end());
2207       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2208       DeletedUMax = true;
2209     }
2210
2211     if (DeletedUMax)
2212       return getUMaxExpr(Ops);
2213   }
2214
2215   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2216   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2217   // be adjacent.
2218   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2219     //  X umax Y umax Y  -->  X umax Y
2220     //  X umax Y         -->  X, if X is always greater than Y
2221     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
2222         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_UGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2223       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
2224       --i; --e;
2225     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_ULE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2226       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2227       --i; --e;
2228     }
2229
2230   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2231
2232   assert(!Ops.empty() && "Reduced umax down to nothing!");
2233
2234   // Okay, it looks like we really DO need a umax expr.  Check to see if we
2235   // already have one, otherwise create a new one.
2236   FoldingSetNodeID ID;
2237   ID.AddInteger(scUMaxExpr);
2238   ID.AddInteger(Ops.size());
2239   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2240     ID.AddPointer(Ops[i]);
2241   void *IP = 0;
2242   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2243   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2244   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2245   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2246                                              O, Ops.size());
2247   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2248   return S;
2249 }
2250
2251 const SCEV *ScalarEvolution::getSMinExpr(const SCEV *LHS,
2252                                          const SCEV *RHS) {
2253   // ~smax(~x, ~y) == smin(x, y).
2254   return getNotSCEV(getSMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2255 }
2256
2257 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinExpr(const SCEV *LHS,
2258                                          const SCEV *RHS) {
2259   // ~umax(~x, ~y) == umin(x, y)
2260   return getNotSCEV(getUMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2261 }
2262
2263 const SCEV *ScalarEvolution::getSizeOfExpr(const Type *AllocTy) {
2264   // If we have TargetData, we can bypass creating a target-independent
2265   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
2266   // This is just a compile-time optimization.
2267   if (TD)
2268     return getConstant(TD->getIntPtrType(getContext()),
2269                        TD->getTypeAllocSize(AllocTy));
2270
2271   Constant *C = ConstantExpr::getSizeOf(AllocTy);
2272   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2273     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2274       C = Folded;
2275   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(AllocTy));
2276   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2277 }
2278
2279 const SCEV *ScalarEvolution::getAlignOfExpr(const Type *AllocTy) {
2280   Constant *C = ConstantExpr::getAlignOf(AllocTy);
2281   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2282     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2283       C = Folded;
2284   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(AllocTy));
2285   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2286 }
2287
2288 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(const StructType *STy,
2289                                              unsigned FieldNo) {
2290   // If we have TargetData, we can bypass creating a target-independent
2291   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
2292   // This is just a compile-time optimization.
2293   if (TD)
2294     return getConstant(TD->getIntPtrType(getContext()),
2295                        TD->getStructLayout(STy)->getElementOffset(FieldNo));
2296
2297   Constant *C = ConstantExpr::getOffsetOf(STy, FieldNo);
2298   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2299     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2300       C = Folded;
2301   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(STy));
2302   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2303 }
2304
2305 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(const Type *CTy,
2306                                              Constant *FieldNo) {
2307   Constant *C = ConstantExpr::getOffsetOf(CTy, FieldNo);
2308   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2309     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2310       C = Folded;
2311   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(CTy));
2312   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2313 }
2314
2315 const SCEV *ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
2316   // Don't attempt to do anything other than create a SCEVUnknown object
2317   // here.  createSCEV only calls getUnknown after checking for all other
2318   // interesting possibilities, and any other code that calls getUnknown
2319   // is doing so in order to hide a value from SCEV canonicalization.
2320
2321   FoldingSetNodeID ID;
2322   ID.AddInteger(scUnknown);
2323   ID.AddPointer(V);
2324   void *IP = 0;
2325   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2326   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUnknown(ID.Intern(SCEVAllocator), V);
2327   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2328   return S;
2329 }
2330
2331 //===----------------------------------------------------------------------===//
2332 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
2333 //
2334
2335 /// isSCEVable - Test if values of the given type are analyzable within
2336 /// the SCEV framework. This primarily includes integer types, and it
2337 /// can optionally include pointer types if the ScalarEvolution class
2338 /// has access to target-specific information.
2339 bool ScalarEvolution::isSCEVable(const Type *Ty) const {
2340   // Integers and pointers are always SCEVable.
2341   return Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy();
2342 }
2343
2344 /// getTypeSizeInBits - Return the size in bits of the specified type,
2345 /// for which isSCEVable must return true.
2346 uint64_t ScalarEvolution::getTypeSizeInBits(const Type *Ty) const {
2347   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
2348
2349   // If we have a TargetData, use it!
2350   if (TD)
2351     return TD->getTypeSizeInBits(Ty);
2352
2353   // Integer types have fixed sizes.
2354   if (Ty->isIntegerTy())
2355     return Ty->getPrimitiveSizeInBits();
2356
2357   // The only other support type is pointer. Without TargetData, conservatively
2358   // assume pointers are 64-bit.
2359   assert(Ty->isPointerTy() && "isSCEVable permitted a non-SCEVable type!");
2360   return 64;
2361 }
2362
2363 /// getEffectiveSCEVType - Return a type with the same bitwidth as
2364 /// the given type and which represents how SCEV will treat the given
2365 /// type, for which isSCEVable must return true. For pointer types,
2366 /// this is the pointer-sized integer type.
2367 const Type *ScalarEvolution::getEffectiveSCEVType(const Type *Ty) const {
2368   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
2369
2370   if (Ty->isIntegerTy())
2371     return Ty;
2372
2373   // The only other support type is pointer.
2374   assert(Ty->isPointerTy() && "Unexpected non-pointer non-integer type!");
2375   if (TD) return TD->getIntPtrType(getContext());
2376
2377   // Without TargetData, conservatively assume pointers are 64-bit.
2378   return Type::getInt64Ty(getContext());
2379 }
2380
2381 const SCEV *ScalarEvolution::getCouldNotCompute() {
2382   return &CouldNotCompute;
2383 }
2384
2385 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
2386 /// expression and create a new one.
2387 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) {
2388   assert(isSCEVable(V->getType()) && "Value is not SCEVable!");
2389
2390   std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator I = Scalars.find(V);
2391   if (I != Scalars.end()) return I->second;
2392   const SCEV *S = createSCEV(V);
2393   Scalars.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(V, this), S));
2394   return S;
2395 }
2396
2397 /// getIntegerSCEV - Given a SCEVable type, create a constant for the
2398 /// specified signed integer value and return a SCEV for the constant.
2399 const SCEV *ScalarEvolution::getIntegerSCEV(int64_t Val, const Type *Ty) {
2400   const IntegerType *ITy = cast<IntegerType>(getEffectiveSCEVType(Ty));
2401   return getConstant(ConstantInt::get(ITy, Val));
2402 }
2403
2404 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
2405 ///
2406 const SCEV *ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEV *V) {
2407   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2408     return getConstant(
2409                cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue())));
2410
2411   const Type *Ty = V->getType();
2412   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2413   return getMulExpr(V,
2414                   getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty))));
2415 }
2416
2417 /// getNotSCEV - Return a SCEV corresponding to ~V = -1-V
2418 const SCEV *ScalarEvolution::getNotSCEV(const SCEV *V) {
2419   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2420     return getConstant(
2421                 cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(VC->getValue())));
2422
2423   const Type *Ty = V->getType();
2424   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2425   const SCEV *AllOnes =
2426                    getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty)));
2427   return getMinusSCEV(AllOnes, V);
2428 }
2429
2430 /// getMinusSCEV - Return a SCEV corresponding to LHS - RHS.
2431 ///
2432 const SCEV *ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEV *LHS,
2433                                           const SCEV *RHS) {
2434   // X - Y --> X + -Y
2435   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS));
2436 }
2437
2438 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2439 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2440 /// extended.
2441 const SCEV *
2442 ScalarEvolution::getTruncateOrZeroExtend(const SCEV *V,
2443                                          const Type *Ty) {
2444   const Type *SrcTy = V->getType();
2445   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2446          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2447          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2448   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2449     return V;  // No conversion
2450   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2451     return getTruncateExpr(V, Ty);
2452   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2453 }
2454
2455 /// getTruncateOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2456 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2457 /// extended.
2458 const SCEV *
2459 ScalarEvolution::getTruncateOrSignExtend(const SCEV *V,
2460                                          const Type *Ty) {
2461   const Type *SrcTy = V->getType();
2462   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2463          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2464          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2465   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2466     return V;  // No conversion
2467   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2468     return getTruncateExpr(V, Ty);
2469   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2470 }
2471
2472 /// getNoopOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2473 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2474 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2475 const SCEV *
2476 ScalarEvolution::getNoopOrZeroExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2477   const Type *SrcTy = V->getType();
2478   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2479          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2480          "Cannot noop or zero extend with non-integer arguments!");
2481   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2482          "getNoopOrZeroExtend cannot truncate!");
2483   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2484     return V;  // No conversion
2485   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2486 }
2487
2488 /// getNoopOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2489 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2490 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2491 const SCEV *
2492 ScalarEvolution::getNoopOrSignExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2493   const Type *SrcTy = V->getType();
2494   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2495          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2496          "Cannot noop or sign extend with non-integer arguments!");
2497   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2498          "getNoopOrSignExtend cannot truncate!");
2499   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2500     return V;  // No conversion
2501   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2502 }
2503
2504 /// getNoopOrAnyExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
2505 /// the input value to the specified type. If the type must be extended,
2506 /// it is extended with unspecified bits. The conversion must not be
2507 /// narrowing.
2508 const SCEV *
2509 ScalarEvolution::getNoopOrAnyExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2510   const Type *SrcTy = V->getType();
2511   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2512          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2513          "Cannot noop or any extend with non-integer arguments!");
2514   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2515          "getNoopOrAnyExtend cannot truncate!");
2516   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2517     return V;  // No conversion
2518   return getAnyExtendExpr(V, Ty);
2519 }
2520
2521 /// getTruncateOrNoop - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2522 /// input value to the specified type.  The conversion must not be widening.
2523 const SCEV *
2524 ScalarEvolution::getTruncateOrNoop(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2525   const Type *SrcTy = V->getType();
2526   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2527          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2528          "Cannot truncate or noop with non-integer arguments!");
2529   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) >= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2530          "getTruncateOrNoop cannot extend!");
2531   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2532     return V;  // No conversion
2533   return getTruncateExpr(V, Ty);
2534 }
2535
2536 /// getUMaxFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2537 /// the types using zero-extension, and then perform a umax operation
2538 /// with them.
2539 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2540                                                         const SCEV *RHS) {
2541   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
2542   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
2543
2544   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2545     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2546   else
2547     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2548
2549   return getUMaxExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2550 }
2551
2552 /// getUMinFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2553 /// the types using zero-extension, and then perform a umin operation
2554 /// with them.
2555 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2556                                                         const SCEV *RHS) {
2557   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
2558   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
2559
2560   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2561     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2562   else
2563     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2564
2565   return getUMinExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2566 }
2567
2568 /// PushDefUseChildren - Push users of the given Instruction
2569 /// onto the given Worklist.
2570 static void
2571 PushDefUseChildren(Instruction *I,
2572                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
2573   // Push the def-use children onto the Worklist stack.
2574   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
2575        UI != UE; ++UI)
2576     Worklist.push_back(cast<Instruction>(UI));
2577 }
2578
2579 /// ForgetSymbolicValue - This looks up computed SCEV values for all
2580 /// instructions that depend on the given instruction and removes them from
2581 /// the Scalars map if they reference SymName. This is used during PHI
2582 /// resolution.
2583 void
2584 ScalarEvolution::ForgetSymbolicName(Instruction *PN, const SCEV *SymName) {
2585   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
2586   PushDefUseChildren(PN, Worklist);
2587
2588   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
2589   Visited.insert(PN);
2590   while (!Worklist.empty()) {
2591     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
2592     if (!Visited.insert(I)) continue;
2593
2594     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
2595       Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
2596     if (It != Scalars.end()) {
2597       // Short-circuit the def-use traversal if the symbolic name
2598       // ceases to appear in expressions.
2599       if (It->second != SymName && !It->second->hasOperand(SymName))
2600         continue;
2601
2602       // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
2603       // structure, it's a PHI that's in the progress of being computed
2604       // by createNodeForPHI, or it's a single-value PHI. In the first case,
2605       // additional loop trip count information isn't going to change anything.
2606       // In the second case, createNodeForPHI will perform the necessary
2607       // updates on its own when it gets to that point. In the third, we do
2608       // want to forget the SCEVUnknown.
2609       if (!isa<PHINode>(I) ||
2610           !isa<SCEVUnknown>(It->second) ||
2611           (I != PN && It->second == SymName)) {
2612         ValuesAtScopes.erase(It->second);
2613         Scalars.erase(It);
2614       }
2615     }
2616
2617     PushDefUseChildren(I, Worklist);
2618   }
2619 }
2620
2621 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
2622 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
2623 ///
2624 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
2625   if (const Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent()))
2626     if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
2627       // The loop may have multiple entrances or multiple exits; we can analyze
2628       // this phi as an addrec if it has a unique entry value and a unique
2629       // backedge value.
2630       Value *BEValueV = 0, *StartValueV = 0;
2631       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2632         Value *V = PN->getIncomingValue(i);
2633         if (L->contains(PN->getIncomingBlock(i))) {
2634           if (!BEValueV) {
2635             BEValueV = V;
2636           } else if (BEValueV != V) {
2637             BEValueV = 0;
2638             break;
2639           }
2640         } else if (!StartValueV) {
2641           StartValueV = V;
2642         } else if (StartValueV != V) {
2643           StartValueV = 0;
2644           break;
2645         }
2646       }
2647       if (BEValueV && StartValueV) {
2648         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
2649         const SCEV *SymbolicName = getUnknown(PN);
2650         assert(Scalars.find(PN) == Scalars.end() &&
2651                "PHI node already processed?");
2652         Scalars.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(PN, this), SymbolicName));
2653
2654         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
2655         // the back-edge.
2656         const SCEV *BEValue = getSCEV(BEValueV);
2657
2658         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
2659         // has a special value for the first iteration of the loop.
2660
2661         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
2662         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
2663         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
2664           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
2665           // with a recurrence.
2666           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
2667           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2668             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
2669               if (FoundIndex == e) {
2670                 FoundIndex = i;
2671                 break;
2672               }
2673
2674           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
2675             // Create an add with everything but the specified operand.
2676             SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
2677             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2678               if (i != FoundIndex)
2679                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
2680             const SCEV *Accum = getAddExpr(Ops);
2681
2682             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
2683             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
2684             if (Accum->isLoopInvariant(L) ||
2685                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
2686                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
2687               bool HasNUW = false;
2688               bool HasNSW = false;
2689
2690               // If the increment doesn't overflow, then neither the addrec nor
2691               // the post-increment will overflow.
2692               if (const AddOperator *OBO = dyn_cast<AddOperator>(BEValueV)) {
2693                 if (OBO->hasNoUnsignedWrap())
2694                   HasNUW = true;
2695                 if (OBO->hasNoSignedWrap())
2696                   HasNSW = true;
2697               }
2698
2699               const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
2700               const SCEV *PHISCEV =
2701                 getAddRecExpr(StartVal, Accum, L, HasNUW, HasNSW);
2702
2703               // Since the no-wrap flags are on the increment, they apply to the
2704               // post-incremented value as well.
2705               if (Accum->isLoopInvariant(L))
2706                 (void)getAddRecExpr(getAddExpr(StartVal, Accum),
2707                                     Accum, L, HasNUW, HasNSW);
2708
2709               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2710               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
2711               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
2712               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
2713               Scalars[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
2714               return PHISCEV;
2715             }
2716           }
2717         } else if (const SCEVAddRecExpr *AddRec =
2718                      dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
2719           // Otherwise, this could be a loop like this:
2720           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
2721           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
2722           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
2723           // i really is an addrec evolution.
2724           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
2725             const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
2726
2727             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
2728             // initial step of the addrec evolution.
2729             if (StartVal == getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
2730                                          AddRec->getOperand(1))) {
2731               const SCEV *PHISCEV =
2732                  getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1), L);
2733
2734               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2735               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
2736               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
2737               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
2738               Scalars[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
2739               return PHISCEV;
2740             }
2741           }
2742         }
2743       }
2744     }
2745
2746   // If the PHI has a single incoming value, follow that value, unless the
2747   // PHI's incoming blocks are in a different loop, in which case doing so
2748   // risks breaking LCSSA form. Instcombine would normally zap these, but
2749   // it doesn't have DominatorTree information, so it may miss cases.
2750   if (Value *V = PN->hasConstantValue(DT)) {
2751     bool AllSameLoop = true;
2752     Loop *PNLoop = LI->getLoopFor(PN->getParent());
2753     for (size_t i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
2754       if (LI->getLoopFor(PN->getIncomingBlock(i)) != PNLoop) {
2755         AllSameLoop = false;
2756         break;
2757       }
2758     if (AllSameLoop)
2759       return getSCEV(V);
2760   }
2761
2762   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
2763   return getUnknown(PN);
2764 }
2765
2766 /// createNodeForGEP - Expand GEP instructions into add and multiply
2767 /// operations. This allows them to be analyzed by regular SCEV code.
2768 ///
2769 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForGEP(GEPOperator *GEP) {
2770
2771   bool InBounds = GEP->isInBounds();
2772   const Type *IntPtrTy = getEffectiveSCEVType(GEP->getType());
2773   Value *Base = GEP->getOperand(0);
2774   // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
2775   if (!cast<PointerType>(Base->getType())->getElementType()->isSized())
2776     return getUnknown(GEP);
2777   const SCEV *TotalOffset = getConstant(IntPtrTy, 0);
2778   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
2779   for (GetElementPtrInst::op_iterator I = next(GEP->op_begin()),
2780                                       E = GEP->op_end();
2781        I != E; ++I) {
2782     Value *Index = *I;
2783     // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
2784     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
2785       // For a struct, add the member offset.
2786       unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
2787       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset,
2788                                getOffsetOfExpr(STy, FieldNo),
2789                                /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2790     } else {
2791       // For an array, add the element offset, explicitly scaled.
2792       const SCEV *LocalOffset = getSCEV(Index);
2793       // Getelementptr indices are signed.
2794       LocalOffset = getTruncateOrSignExtend(LocalOffset, IntPtrTy);
2795       // Lower "inbounds" GEPs to NSW arithmetic.
2796       LocalOffset = getMulExpr(LocalOffset, getSizeOfExpr(*GTI),
2797                                /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2798       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, LocalOffset,
2799                                /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2800     }
2801   }
2802   return getAddExpr(getSCEV(Base), TotalOffset,
2803                     /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2804 }
2805
2806 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
2807 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
2808 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
2809 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
2810 uint32_t
2811 ScalarEvolution::GetMinTrailingZeros(const SCEV *S) {
2812   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
2813     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
2814
2815   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
2816     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand()),
2817                     (uint32_t)getTypeSizeInBits(T->getType()));
2818
2819   if (const SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
2820     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
2821     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2822              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2823   }
2824
2825   if (const SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
2826     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
2827     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2828              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2829   }
2830
2831   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2832     // The result is the min of all operands results.
2833     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2834     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2835       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2836     return MinOpRes;
2837   }
2838
2839   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2840     // The result is the sum of all operands results.
2841     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2842     uint32_t BitWidth = getTypeSizeInBits(M->getType());
2843     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
2844          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
2845       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)),
2846                           BitWidth);
2847     return SumOpRes;
2848   }
2849
2850   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2851     // The result is the min of all operands results.
2852     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2853     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2854       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2855     return MinOpRes;
2856   }
2857
2858   if (const SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
2859     // The result is the min of all operands results.
2860     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2861     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2862       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2863     return MinOpRes;
2864   }
2865
2866   if (const SCEVUMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
2867     // The result is the min of all operands results.
2868     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2869     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2870       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2871     return MinOpRes;
2872   }
2873
2874   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
2875     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
2876     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
2877     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
2878     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
2879     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones);
2880     return Zeros.countTrailingOnes();
2881   }
2882
2883   // SCEVUDivExpr
2884   return 0;
2885 }
2886
2887 /// getUnsignedRange - Determine the unsigned range for a particular SCEV.
2888 ///
2889 ConstantRange
2890 ScalarEvolution::getUnsignedRange(const SCEV *S) {
2891
2892   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
2893     return ConstantRange(C->getValue()->getValue());
2894
2895   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
2896   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
2897
2898   // If the value has known zeros, the maximum unsigned value will have those
2899   // known zeros as well.
2900   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
2901   if (TZ != 0)
2902     ConservativeResult =
2903       ConstantRange(APInt::getMinValue(BitWidth),
2904                     APInt::getMaxValue(BitWidth).lshr(TZ).shl(TZ) + 1);
2905
2906   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2907     ConstantRange X = getUnsignedRange(Add->getOperand(0));
2908     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2909       X = X.add(getUnsignedRange(Add->getOperand(i)));
2910     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2911   }
2912
2913   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2914     ConstantRange X = getUnsignedRange(Mul->getOperand(0));
2915     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
2916       X = X.multiply(getUnsignedRange(Mul->getOperand(i)));
2917     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2918   }
2919
2920   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
2921     ConstantRange X = getUnsignedRange(SMax->getOperand(0));
2922     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
2923       X = X.smax(getUnsignedRange(SMax->getOperand(i)));
2924     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2925   }
2926
2927   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
2928     ConstantRange X = getUnsignedRange(UMax->getOperand(0));
2929     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
2930       X = X.umax(getUnsignedRange(UMax->getOperand(i)));
2931     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2932   }
2933
2934   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
2935     ConstantRange X = getUnsignedRange(UDiv->getLHS());
2936     ConstantRange Y = getUnsignedRange(UDiv->getRHS());
2937     return ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y));
2938   }
2939
2940   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
2941     ConstantRange X = getUnsignedRange(ZExt->getOperand());
2942     return ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth));
2943   }
2944
2945   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
2946     ConstantRange X = getUnsignedRange(SExt->getOperand());
2947     return ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth));
2948   }
2949
2950   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
2951     ConstantRange X = getUnsignedRange(Trunc->getOperand());
2952     return ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth));
2953   }
2954
2955   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2956     // If there's no unsigned wrap, the value will never be less than its
2957     // initial value.
2958     if (AddRec->hasNoUnsignedWrap())
2959       if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getStart()))
2960         if (!C->getValue()->isZero())
2961           ConservativeResult =
2962             ConstantRange(C->getValue()->getValue(), APInt(BitWidth, 0));
2963
2964     // TODO: non-affine addrec
2965     if (AddRec->isAffine()) {
2966       const Type *Ty = AddRec->getType();
2967       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
2968       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
2969           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
2970         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
2971
2972         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
2973         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
2974
2975         ConstantRange StartRange = getUnsignedRange(Start);
2976         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
2977         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
2978         ConstantRange EndRange =
2979           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
2980
2981         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
2982         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
2983         // checking code.
2984         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2985         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2986         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
2987           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2988         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2989         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
2990             ExtEndRange)
2991           return ConservativeResult;
2992
2993         APInt Min = APIntOps::umin(StartRange.getUnsignedMin(),
2994                                    EndRange.getUnsignedMin());
2995         APInt Max = APIntOps::umax(StartRange.getUnsignedMax(),
2996                                    EndRange.getUnsignedMax());
2997         if (Min.isMinValue() && Max.isMaxValue())
2998           return ConservativeResult;
2999         return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1));
3000       }
3001     }
3002
3003     return ConservativeResult;
3004   }
3005
3006   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3007     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3008     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
3009     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
3010     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones, TD);
3011     if (Ones == ~Zeros + 1)
3012       return ConservativeResult;
3013     return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Ones, ~Zeros + 1));
3014   }
3015
3016   return ConservativeResult;
3017 }
3018
3019 /// getSignedRange - Determine the signed range for a particular SCEV.
3020 ///
3021 ConstantRange
3022 ScalarEvolution::getSignedRange(const SCEV *S) {
3023
3024   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3025     return ConstantRange(C->getValue()->getValue());
3026
3027   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
3028   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
3029
3030   // If the value has known zeros, the maximum signed value will have those
3031   // known zeros as well.
3032   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
3033   if (TZ != 0)
3034     ConservativeResult =
3035       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3036                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(TZ).shl(TZ) + 1);
3037
3038   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3039     ConstantRange X = getSignedRange(Add->getOperand(0));
3040     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3041       X = X.add(getSignedRange(Add->getOperand(i)));
3042     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3043   }
3044
3045   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3046     ConstantRange X = getSignedRange(Mul->getOperand(0));
3047     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
3048       X = X.multiply(getSignedRange(Mul->getOperand(i)));
3049     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3050   }
3051
3052   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3053     ConstantRange X = getSignedRange(SMax->getOperand(0));
3054     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3055       X = X.smax(getSignedRange(SMax->getOperand(i)));
3056     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3057   }
3058
3059   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3060     ConstantRange X = getSignedRange(UMax->getOperand(0));
3061     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3062       X = X.umax(getSignedRange(UMax->getOperand(i)));
3063     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3064   }
3065
3066   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3067     ConstantRange X = getSignedRange(UDiv->getLHS());
3068     ConstantRange Y = getSignedRange(UDiv->getRHS());
3069     return ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y));
3070   }
3071
3072   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3073     ConstantRange X = getSignedRange(ZExt->getOperand());
3074     return ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth));
3075   }
3076
3077   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3078     ConstantRange X = getSignedRange(SExt->getOperand());
3079     return ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth));
3080   }
3081
3082   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
3083     ConstantRange X = getSignedRange(Trunc->getOperand());
3084     return ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth));
3085   }
3086
3087   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3088     // If there's no signed wrap, and all the operands have the same sign or
3089     // zero, the value won't ever change sign.
3090     if (AddRec->hasNoSignedWrap()) {
3091       bool AllNonNeg = true;
3092       bool AllNonPos = true;
3093       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3094         if (!isKnownNonNegative(AddRec->getOperand(i))) AllNonNeg = false;
3095         if (!isKnownNonPositive(AddRec->getOperand(i))) AllNonPos = false;
3096       }
3097       if (AllNonNeg)
3098         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3099           ConstantRange(APInt(BitWidth, 0),
3100                         APInt::getSignedMinValue(BitWidth)));
3101       else if (AllNonPos)
3102         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3103           ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3104                         APInt(BitWidth, 1)));
3105     }
3106
3107     // TODO: non-affine addrec
3108     if (AddRec->isAffine()) {
3109       const Type *Ty = AddRec->getType();
3110       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
3111       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
3112           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
3113         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
3114
3115         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
3116         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
3117
3118         ConstantRange StartRange = getSignedRange(Start);
3119         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
3120         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
3121         ConstantRange EndRange =
3122           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
3123
3124         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
3125         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
3126         // checking code.
3127         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3128         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3129         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
3130           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3131         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3132         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
3133             ExtEndRange)
3134           return ConservativeResult;
3135
3136         APInt Min = APIntOps::smin(StartRange.getSignedMin(),
3137                                    EndRange.getSignedMin());
3138         APInt Max = APIntOps::smax(StartRange.getSignedMax(),
3139                                    EndRange.getSignedMax());
3140         if (Min.isMinSignedValue() && Max.isMaxSignedValue())
3141           return ConservativeResult;
3142         return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1));
3143       }
3144     }
3145
3146     return ConservativeResult;
3147   }
3148
3149   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3150     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3151     if (!U->getValue()->getType()->isIntegerTy() && !TD)
3152       return ConservativeResult;
3153     unsigned NS = ComputeNumSignBits(U->getValue(), TD);
3154     if (NS == 1)
3155       return ConservativeResult;
3156     return ConservativeResult.intersectWith(
3157       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth).ashr(NS - 1),
3158                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(NS - 1)+1));
3159   }
3160
3161   return ConservativeResult;
3162 }
3163
3164 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
3165 /// Analyze the expression.
3166 ///
3167 const SCEV *ScalarEvolution::createSCEV(Value *V) {
3168   if (!isSCEVable(V->getType()))
3169     return getUnknown(V);
3170
3171   unsigned Opcode = Instruction::UserOp1;
3172   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
3173     Opcode = I->getOpcode();
3174
3175     // Don't attempt to analyze instructions in blocks that aren't
3176     // reachable. Such instructions don't matter, and they aren't required
3177     // to obey basic rules for definitions dominating uses which this
3178     // analysis depends on.
3179     if (!DT->isReachableFromEntry(I->getParent()))
3180       return getUnknown(V);
3181   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
3182     Opcode = CE->getOpcode();
3183   else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
3184     return getConstant(CI);
3185   else if (isa<ConstantPointerNull>(V))
3186     return getConstant(V->getType(), 0);
3187   else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V))
3188     return GA->mayBeOverridden() ? getUnknown(V) : getSCEV(GA->getAliasee());
3189   else
3190     return getUnknown(V);
3191
3192   Operator *U = cast<Operator>(V);
3193   switch (Opcode) {
3194   case Instruction::Add:
3195     // Don't transfer the NSW and NUW bits from the Add instruction to the
3196     // Add expression, because the Instruction may be guarded by control
3197     // flow and the no-overflow bits may not be valid for the expression in
3198     // any context.
3199     return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3200                       getSCEV(U->getOperand(1)));
3201   case Instruction::Mul:
3202     // Don't transfer the NSW and NUW bits from the Mul instruction to the
3203     // Mul expression, as with Add.
3204     return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3205                       getSCEV(U->getOperand(1)));
3206   case Instruction::UDiv:
3207     return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3208                        getSCEV(U->getOperand(1)));
3209   case Instruction::Sub:
3210     return getMinusSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)),
3211                         getSCEV(U->getOperand(1)));
3212   case Instruction::And:
3213     // For an expression like x&255 that merely masks off the high bits,
3214     // use zext(trunc(x)) as the SCEV expression.
3215     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3216       if (CI->isNullValue())
3217         return getSCEV(U->getOperand(1));
3218       if (CI->isAllOnesValue())
3219         return getSCEV(U->getOperand(0));
3220       const APInt &A = CI->getValue();
3221
3222       // Instcombine's ShrinkDemandedConstant may strip bits out of
3223       // constants, obscuring what would otherwise be a low-bits mask.
3224       // Use ComputeMaskedBits to compute what ShrinkDemandedConstant
3225       // knew about to reconstruct a low-bits mask value.
3226       unsigned LZ = A.countLeadingZeros();
3227       unsigned BitWidth = A.getBitWidth();
3228       APInt AllOnes = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
3229       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
3230       ComputeMaskedBits(U->getOperand(0), AllOnes, KnownZero, KnownOne, TD);
3231
3232       APInt EffectiveMask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, BitWidth - LZ);
3233
3234       if (LZ != 0 && !((~A & ~KnownZero) & EffectiveMask))
3235         return
3236           getZeroExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3237                                 IntegerType::get(getContext(), BitWidth - LZ)),
3238                             U->getType());
3239     }
3240     break;
3241
3242   case Instruction::Or:
3243     // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
3244     // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
3245     // optimizations will transparently handle this case.
3246     //
3247     // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
3248     // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
3249     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3250       const SCEV *LHS = getSCEV(U->getOperand(0));
3251       const APInt &CIVal = CI->getValue();
3252       if (GetMinTrailingZeros(LHS) >=
3253           (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros())) {
3254         // Build a plain add SCEV.
3255         const SCEV *S = getAddExpr(LHS, getSCEV(CI));
3256         // If the LHS of the add was an addrec and it has no-wrap flags,
3257         // transfer the no-wrap flags, since an or won't introduce a wrap.
3258         if (const SCEVAddRecExpr *NewAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3259           const SCEVAddRecExpr *OldAR = cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
3260           if (OldAR->hasNoUnsignedWrap())
3261             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setHasNoUnsignedWrap(true);
3262           if (OldAR->hasNoSignedWrap())
3263             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setHasNoSignedWrap(true);
3264         }
3265         return S;
3266       }
3267     }
3268     break;
3269   case Instruction::Xor:
3270     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3271       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
3272       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
3273       if (CI->getValue().isSignBit())
3274         return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3275                           getSCEV(U->getOperand(1)));
3276
3277       // If the RHS of xor is -1, then this is a not operation.
3278       if (CI->isAllOnesValue())
3279         return getNotSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)));
3280
3281       // Model xor(and(x, C), C) as and(~x, C), if C is a low-bits mask.
3282       // This is a variant of the check for xor with -1, and it handles
3283       // the case where instcombine has trimmed non-demanded bits out
3284       // of an xor with -1.
3285       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U->getOperand(0)))
3286         if (ConstantInt *LCI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
3287           if (BO->getOpcode() == Instruction::And &&
3288               LCI->getValue() == CI->getValue())
3289             if (const SCEVZeroExtendExpr *Z =
3290                   dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(getSCEV(U->getOperand(0)))) {
3291               const Type *UTy = U->getType();
3292               const SCEV *Z0 = Z->getOperand();
3293               const Type *Z0Ty = Z0->getType();
3294               unsigned Z0TySize = getTypeSizeInBits(Z0Ty);
3295
3296               // If C is a low-bits mask, the zero extend is serving to
3297               // mask off the high bits. Complement the operand and
3298               // re-apply the zext.
3299               if (APIntOps::isMask(Z0TySize, CI->getValue()))
3300                 return getZeroExtendExpr(getNotSCEV(Z0), UTy);
3301
3302               // If C is a single bit, it may be in the sign-bit position
3303               // before the zero-extend. In this case, represent the xor
3304               // using an add, which is equivalent, and re-apply the zext.
3305               APInt Trunc = APInt(CI->getValue()).trunc(Z0TySize);
3306               if (APInt(Trunc).zext(getTypeSizeInBits(UTy)) == CI->getValue() &&
3307                   Trunc.isSignBit())
3308                 return getZeroExtendExpr(getAddExpr(Z0, getConstant(Trunc)),
3309                                          UTy);
3310             }
3311     }
3312     break;
3313
3314   case Instruction::Shl:
3315     // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
3316     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3317       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
3318
3319       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
3320       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
3321       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
3322       // other parts of the compiler.
3323       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
3324         break;
3325
3326       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
3327         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getZExtValue()));
3328       return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
3329     }
3330     break;
3331
3332   case Instruction::LShr:
3333     // Turn logical shift right of a constant into a unsigned divide.
3334     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3335       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
3336
3337       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
3338       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
3339       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
3340       // other parts of the compiler.
3341       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
3342         break;
3343
3344       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
3345         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getZExtValue()));
3346       return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
3347     }
3348     break;
3349
3350   case Instruction::AShr:
3351     // For a two-shift sext-inreg, use sext(trunc(x)) as the SCEV expression.
3352     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
3353       if (Operator *L = dyn_cast<Operator>(U->getOperand(0)))
3354         if (L->getOpcode() == Instruction::Shl &&
3355             L->getOperand(1) == U->getOperand(1)) {
3356           uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
3357
3358           // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
3359           // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
3360           // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
3361           // other parts of the compiler.
3362           if (CI->getValue().uge(BitWidth))
3363             break;
3364
3365           uint64_t Amt = BitWidth - CI->getZExtValue();
3366           if (Amt == BitWidth)
3367             return getSCEV(L->getOperand(0));       // shift by zero --> noop
3368           return
3369             getSignExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(L->getOperand(0)),
3370                                               IntegerType::get(getContext(),
3371                                                                Amt)),
3372                               U->getType());
3373         }
3374     break;
3375
3376   case Instruction::Trunc:
3377     return getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3378
3379   case Instruction::ZExt:
3380     return getZeroExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3381
3382   case Instruction::SExt:
3383     return getSignExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3384
3385   case Instruction::BitCast:
3386     // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
3387     if (isSCEVable(U->getType()) && isSCEVable(U->getOperand(0)->getType()))
3388       return getSCEV(U->getOperand(0));
3389     break;
3390
3391   // It's tempting to handle inttoptr and ptrtoint as no-ops, however this can
3392   // lead to pointer expressions which cannot safely be expanded to GEPs,
3393   // because ScalarEvolution doesn't respect the GEP aliasing rules when
3394   // simplifying integer expressions.
3395
3396   case Instruction::GetElementPtr:
3397     return createNodeForGEP(cast<GEPOperator>(U));
3398
3399   case Instruction::PHI:
3400     return createNodeForPHI(cast<PHINode>(U));
3401
3402   case Instruction::Select:
3403     // This could be a smax or umax that was lowered earlier.
3404     // Try to recover it.
3405     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U->getOperand(0))) {
3406       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
3407       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
3408       switch (ICI->getPredicate()) {
3409       case ICmpInst::ICMP_SLT:
3410       case ICmpInst::ICMP_SLE:
3411         std::swap(LHS, RHS);
3412         // fall through
3413       case ICmpInst::ICMP_SGT:
3414       case ICmpInst::ICMP_SGE:
3415         // a >s b ? a+x : b+x  ->  smax(a, b)+x
3416         // a >s b ? b+x : a+x  ->  smin(a, b)+x
3417         if (LHS->getType() == U->getType()) {
3418           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3419           const SCEV *RS = getSCEV(RHS);
3420           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3421           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3422           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
3423           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
3424           if (LDiff == RDiff)
3425             return getAddExpr(getSMaxExpr(LS, RS), LDiff);
3426           LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
3427           RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
3428           if (LDiff == RDiff)
3429             return getAddExpr(getSMinExpr(LS, RS), LDiff);
3430         }
3431         break;
3432       case ICmpInst::ICMP_ULT:
3433       case ICmpInst::ICMP_ULE:
3434         std::swap(LHS, RHS);
3435         // fall through
3436       case ICmpInst::ICMP_UGT:
3437       case ICmpInst::ICMP_UGE:
3438         // a >u b ? a+x : b+x  ->  umax(a, b)+x
3439         // a >u b ? b+x : a+x  ->  umin(a, b)+x
3440         if (LHS->getType() == U->getType()) {
3441           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3442           const SCEV *RS = getSCEV(RHS);
3443           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3444           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3445           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
3446           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
3447           if (LDiff == RDiff)
3448             return getAddExpr(getUMaxExpr(LS, RS), LDiff);
3449           LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
3450           RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
3451           if (LDiff == RDiff)
3452             return getAddExpr(getUMinExpr(LS, RS), LDiff);
3453         }
3454         break;
3455       case ICmpInst::ICMP_NE:
3456         // n != 0 ? n+x : 1+x  ->  umax(n, 1)+x
3457         if (LHS->getType() == U->getType() &&
3458             isa<ConstantInt>(RHS) &&
3459             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
3460           const SCEV *One = getConstant(LHS->getType(), 1);
3461           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3462           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3463           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3464           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
3465           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, One);
3466           if (LDiff == RDiff)
3467             return getAddExpr(getUMaxExpr(LS, One), LDiff);
3468         }
3469         break;
3470       case ICmpInst::ICMP_EQ:
3471         // n == 0 ? 1+x : n+x  ->  umax(n, 1)+x
3472         if (LHS->getType() == U->getType() &&
3473             isa<ConstantInt>(RHS) &&
3474             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
3475           const SCEV *One = getConstant(LHS->getType(), 1);
3476           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3477           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3478           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3479           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, One);
3480           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
3481           if (LDiff == RDiff)
3482             return getAddExpr(getUMaxExpr(LS, One), LDiff);
3483         }
3484         break;
3485       default:
3486         break;
3487       }
3488     }
3489
3490   default: // We cannot analyze this expression.
3491     break;
3492   }
3493
3494   return getUnknown(V);
3495 }
3496
3497
3498
3499 //===----------------------------------------------------------------------===//
3500 //                   Iteration Count Computation Code
3501 //
3502
3503 /// getBackedgeTakenCount - If the specified loop has a predictable
3504 /// backedge-taken count, return it, otherwise return a SCEVCouldNotCompute
3505 /// object. The backedge-taken count is the number of times the loop header
3506 /// will be branched to from within the loop. This is one less than the
3507 /// trip count of the loop, since it doesn't count the first iteration,
3508 /// when the header is branched to from outside the loop.
3509 ///
3510 /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
3511 /// loop-invariant backedge-taken count (see
3512 /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
3513 ///
3514 const SCEV *ScalarEvolution::getBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3515   return getBackedgeTakenInfo(L).Exact;
3516 }
3517
3518 /// getMaxBackedgeTakenCount - Similar to getBackedgeTakenCount, except
3519 /// return the least SCEV value that is known never to be less than the
3520 /// actual backedge taken count.
3521 const SCEV *ScalarEvolution::getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3522   return getBackedgeTakenInfo(L).Max;
3523 }
3524
3525 /// PushLoopPHIs - Push PHI nodes in the header of the given loop
3526 /// onto the given Worklist.
3527 static void
3528 PushLoopPHIs(const Loop *L, SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
3529   BasicBlock *Header = L->getHeader();
3530
3531   // Push all Loop-header PHIs onto the Worklist stack.
3532   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
3533        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
3534     Worklist.push_back(PN);
3535 }
3536
3537 const ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo &
3538 ScalarEvolution::getBackedgeTakenInfo(const Loop *L) {
3539   // Initially insert a CouldNotCompute for this loop. If the insertion
3540   // succeeds, proceed to actually compute a backedge-taken count and
3541   // update the value. The temporary CouldNotCompute value tells SCEV
3542   // code elsewhere that it shouldn't attempt to request a new
3543   // backedge-taken count, which could result in infinite recursion.
3544   std::pair<std::map<const Loop *, BackedgeTakenInfo>::iterator, bool> Pair =
3545     BackedgeTakenCounts.insert(std::make_pair(L, getCouldNotCompute()));
3546   if (Pair.second) {
3547     BackedgeTakenInfo BECount = ComputeBackedgeTakenCount(L);
3548     if (BECount.Exact != getCouldNotCompute()) {
3549       assert(BECount.Exact->isLoopInvariant(L) &&
3550              BECount.Max->isLoopInvariant(L) &&
3551              "Computed backedge-taken count isn't loop invariant for loop!");
3552       ++NumTripCountsComputed;
3553
3554       // Update the value in the map.
3555       Pair.first->second = BECount;
3556     } else {
3557       if (BECount.Max != getCouldNotCompute())
3558         // Update the value in the map.
3559         Pair.first->second = BECount;
3560       if (isa<PHINode>(L->getHeader()->begin()))
3561         // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
3562         ++NumTripCountsNotComputed;
3563     }
3564
3565     // Now that we know more about the trip count for this loop, forget any
3566     // existing SCEV values for PHI nodes in this loop since they are only
3567     // conservative estimates made without the benefit of trip count
3568     // information. This is similar to the code in forgetLoop, except that
3569     // it handles SCEVUnknown PHI nodes specially.
3570     if (BECount.hasAnyInfo()) {
3571       SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3572       PushLoopPHIs(L, Worklist);
3573
3574       SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3575       while (!Worklist.empty()) {
3576         Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3577         if (!Visited.insert(I)) continue;
3578
3579         std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
3580           Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
3581         if (It != Scalars.end()) {
3582           // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
3583           // structure, or it's a PHI that's in the progress of being computed
3584           // by createNodeForPHI.  In the former case, additional loop trip
3585           // count information isn't going to change anything. In the later
3586           // case, createNodeForPHI will perform the necessary updates on its
3587           // own when it gets to that point.
3588           if (!isa<PHINode>(I) || !isa<SCEVUnknown>(It->second)) {
3589             ValuesAtScopes.erase(It->second);
3590             Scalars.erase(It);
3591           }
3592           if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3593             ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3594         }
3595
3596         PushDefUseChildren(I, Worklist);
3597       }
3598     }
3599   }
3600   return Pair.first->second;
3601 }
3602
3603 /// forgetLoop - This method should be called by the client when it has
3604 /// changed a loop in a way that may effect ScalarEvolution's ability to
3605 /// compute a trip count, or if the loop is deleted.
3606 void ScalarEvolution::forgetLoop(const Loop *L) {
3607   // Drop any stored trip count value.
3608   BackedgeTakenCounts.erase(L);
3609
3610   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
3611   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3612   PushLoopPHIs(L, Worklist);
3613
3614   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3615   while (!Worklist.empty()) {
3616     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3617     if (!Visited.insert(I)) continue;
3618
3619     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
3620       Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
3621     if (It != Scalars.end()) {
3622       ValuesAtScopes.erase(It->second);
3623       Scalars.erase(It);
3624       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3625         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3626     }
3627
3628     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3629   }
3630 }
3631
3632 /// forgetValue - This method should be called by the client when it has
3633 /// changed a value in a way that may effect its value, or which may
3634 /// disconnect it from a def-use chain linking it to a loop.
3635 void ScalarEvolution::forgetValue(Value *V) {
3636   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
3637   if (!I) return;
3638
3639   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
3640   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3641   Worklist.push_back(I);
3642
3643   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3644   while (!Worklist.empty()) {
3645     I = Worklist.pop_back_val();
3646     if (!Visited.insert(I)) continue;
3647
3648     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
3649       Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
3650     if (It != Scalars.end()) {
3651       ValuesAtScopes.erase(It->second);
3652       Scalars.erase(It);
3653       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3654         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3655     }
3656
3657     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3658   }
3659 }
3660
3661 /// ComputeBackedgeTakenCount - Compute the number of times the backedge
3662 /// of the specified loop will execute.
3663 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3664 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3665   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitingBlocks;
3666   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
3667
3668   // Examine all exits and pick the most conservative values.
3669   const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3670   const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3671   bool CouldNotComputeBECount = false;
3672   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
3673     BackedgeTakenInfo NewBTI =
3674       ComputeBackedgeTakenCountFromExit(L, ExitingBlocks[i]);
3675
3676     if (NewBTI.Exact == getCouldNotCompute()) {
3677       // We couldn't compute an exact value for this exit, so
3678       // we won't be able to compute an exact value for the loop.
3679       CouldNotComputeBECount = true;
3680       BECount = getCouldNotCompute();
3681     } else if (!CouldNotComputeBECount) {
3682       if (BECount == getCouldNotCompute())
3683         BECount = NewBTI.Exact;
3684       else
3685         BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BECount, NewBTI.Exact);
3686     }
3687     if (MaxBECount == getCouldNotCompute())
3688       MaxBECount = NewBTI.Max;
3689     else if (NewBTI.Max != getCouldNotCompute())
3690       MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(MaxBECount, NewBTI.Max);
3691   }
3692
3693   return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3694 }
3695
3696 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExit - Compute the number of times the backedge
3697 /// of the specified loop will execute if it exits via the specified block.
3698 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3699 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExit(const Loop *L,
3700                                                    BasicBlock *ExitingBlock) {
3701
3702   // Okay, we've chosen an exiting block.  See what condition causes us to
3703   // exit at this block.
3704   //
3705   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
3706   BranchInst *ExitBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
3707   if (ExitBr == 0) return getCouldNotCompute();
3708   assert(ExitBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
3709
3710   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
3711   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
3712   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
3713   // not be equal to the trip count of the loop.
3714   //
3715   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
3716   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
3717   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
3718   // loop header.  This is common for un-rotated loops.
3719   //
3720   // If both of those tests fail, walk up the unique predecessor chain to the
3721   // header, stopping if there is an edge that doesn't exit the loop. If the
3722   // header is reached, the execution count of the branch will be equal to the
3723   // trip count of the loop.
3724   //
3725   //  More extensive analysis could be done to handle more cases here.
3726   //
3727   if (ExitBr->getSuccessor(0) != L->getHeader() &&
3728       ExitBr->getSuccessor(1) != L->getHeader() &&
3729       ExitBr->getParent() != L->getHeader()) {
3730     // The simple checks failed, try climbing the unique predecessor chain
3731     // up to the header.
3732     bool Ok = false;
3733     for (BasicBlock *BB = ExitBr->getParent(); BB; ) {
3734       BasicBlock *Pred = BB->getUniquePredecessor();
3735       if (!Pred)
3736         return getCouldNotCompute();
3737       TerminatorInst *PredTerm = Pred->getTerminator();
3738       for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
3739         BasicBlock *PredSucc = PredTerm->getSuccessor(i);
3740         if (PredSucc == BB)
3741           continue;
3742         // If the predecessor has a successor that isn't BB and isn't
3743         // outside the loop, assume the worst.
3744         if (L->contains(PredSucc))
3745           return getCouldNotCompute();
3746       }
3747       if (Pred == L->getHeader()) {
3748         Ok = true;
3749         break;
3750       }
3751       BB = Pred;
3752     }
3753     if (!Ok)
3754       return getCouldNotCompute();
3755   }
3756
3757   // Proceed to the next level to examine the exit condition expression.
3758   return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, ExitBr->getCondition(),
3759                                                ExitBr->getSuccessor(0),
3760                                                ExitBr->getSuccessor(1));
3761 }
3762
3763 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond - Compute the number of times the
3764 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
3765 /// were a conditional branch of ExitCond, TBB, and FBB.
3766 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3767 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(const Loop *L,
3768                                                        Value *ExitCond,
3769                                                        BasicBlock *TBB,
3770                                                        BasicBlock *FBB) {
3771   // Check if the controlling expression for this loop is an And or Or.
3772   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(ExitCond)) {
3773     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
3774       // Recurse on the operands of the and.
3775       BackedgeTakenInfo BTI0 =
3776         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
3777       BackedgeTakenInfo BTI1 =
3778         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
3779       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3780       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3781       if (L->contains(TBB)) {
3782         // Both conditions must be true for the loop to continue executing.
3783         // Choose the less conservative count.
3784         if (BTI0.Exact == getCouldNotCompute() ||
3785             BTI1.Exact == getCouldNotCompute())
3786           BECount = getCouldNotCompute();
3787         else
3788           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3789         if (BTI0.Max == getCouldNotCompute())
3790           MaxBECount = BTI1.Max;
3791         else if (BTI1.Max == getCouldNotCompute())
3792           MaxBECount = BTI0.Max;
3793         else
3794           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3795       } else {
3796         // Both conditions must be true for the loop to exit.
3797         assert(L->contains(FBB) && "Loop block has no successor in loop!");
3798         if (BTI0.Exact != getCouldNotCompute() &&
3799             BTI1.Exact != getCouldNotCompute())
3800           BECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3801         if (BTI0.Max != getCouldNotCompute() &&
3802             BTI1.Max != getCouldNotCompute())
3803           MaxBECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3804       }
3805
3806       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3807     }
3808     if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
3809       // Recurse on the operands of the or.
3810       BackedgeTakenInfo BTI0 =
3811         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
3812       BackedgeTakenInfo BTI1 =
3813         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
3814       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3815       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3816       if (L->contains(FBB)) {
3817         // Both conditions must be false for the loop to continue executing.
3818         // Choose the less conservative count.
3819         if (BTI0.Exact == getCouldNotCompute() ||
3820             BTI1.Exact == getCouldNotCompute())
3821           BECount = getCouldNotCompute();
3822         else
3823           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3824         if (BTI0.Max == getCouldNotCompute())
3825           MaxBECount = BTI1.Max;
3826         else if (BTI1.Max == getCouldNotCompute())
3827           MaxBECount = BTI0.Max;
3828         else
3829           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3830       } else {
3831         // Both conditions must be false for the loop to exit.
3832         assert(L->contains(TBB) && "Loop block has no successor in loop!");
3833         if (BTI0.Exact != getCouldNotCompute() &&
3834             BTI1.Exact != getCouldNotCompute())
3835           BECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3836         if (BTI0.Max != getCouldNotCompute() &&
3837             BTI1.Max != getCouldNotCompute())
3838           MaxBECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3839       }
3840
3841       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3842     }
3843   }
3844
3845   // With an icmp, it may be feasible to compute an exact backedge-taken count.
3846   // Proceed to the next level to examine the icmp.
3847   if (ICmpInst *ExitCondICmp = dyn_cast<ICmpInst>(ExitCond))
3848     return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(L, ExitCondICmp, TBB, FBB);
3849
3850   // Check for a constant condition. These are normally stripped out by
3851   // SimplifyCFG, but ScalarEvolution may be used by a pass which wishes to
3852   // preserve the CFG and is temporarily leaving constant conditions
3853   // in place.
3854   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(ExitCond)) {
3855     if (L->contains(FBB) == !CI->getZExtValue())
3856       // The backedge is always taken.
3857       return getCouldNotCompute();
3858     else
3859       // The backedge is never taken.
3860       return getConstant(CI->getType(), 0);
3861   }
3862
3863   // If it's not an integer or pointer comparison then compute it the hard way.
3864   return ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
3865 }
3866
3867 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp - Compute the number of times the
3868 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
3869 /// were a conditional branch of the ICmpInst ExitCond, TBB, and FBB.
3870 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3871 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(const Loop *L,
3872                                                            ICmpInst *ExitCond,
3873                                                            BasicBlock *TBB,
3874                                                            BasicBlock *FBB) {
3875
3876   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
3877   ICmpInst::Predicate Cond;
3878   if (!L->contains(FBB))
3879     Cond = ExitCond->getPredicate();
3880   else
3881     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
3882
3883   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
3884   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
3885     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
3886       BackedgeTakenInfo ItCnt =
3887         ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(LI, RHS, L, Cond);
3888       if (ItCnt.hasAnyInfo())
3889         return ItCnt;
3890     }
3891
3892   const SCEV *LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
3893   const SCEV *RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
3894
3895   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
3896   LHS = getSCEVAtScope(LHS, L);
3897   RHS = getSCEVAtScope(RHS, L);
3898
3899   // At this point, we would like to compute how many iterations of the
3900   // loop the predicate will return true for these inputs.
3901   if (LHS->isLoopInvariant(L) && !RHS->isLoopInvariant(L)) {
3902     // If there is a loop-invariant, force it into the RHS.
3903     std::swap(LHS, RHS);
3904     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
3905   }
3906
3907   // Simplify the operands before analyzing them.
3908   (void)SimplifyICmpOperands(Cond, LHS, RHS);
3909
3910   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
3911   // ranges to answer this query.
3912   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
3913     if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
3914       if (AddRec->getLoop() == L) {
3915         // Form the constant range.
3916         ConstantRange CompRange(
3917             ICmpInst::makeConstantRange(Cond, RHSC->getValue()->getValue()));
3918
3919         const SCEV *Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, *this);
3920         if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
3921       }
3922
3923   switch (Cond) {
3924   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
3925     // Convert to: while (X-Y != 0)
3926     BackedgeTakenInfo BTI = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
3927     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3928     break;
3929   }
3930   case ICmpInst::ICMP_EQ: {                     // while (X == Y)
3931     // Convert to: while (X-Y == 0)
3932     BackedgeTakenInfo BTI = HowFarToNonZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
3933     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3934     break;
3935   }
3936   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
3937     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, true);
3938     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3939     break;
3940   }
3941   case ICmpInst::ICMP_SGT: {
3942     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
3943                                              getNotSCEV(RHS), L, true);
3944     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3945     break;
3946   }
3947   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
3948     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, false);
3949     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3950     break;
3951   }
3952   case ICmpInst::ICMP_UGT: {
3953     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
3954                                              getNotSCEV(RHS), L, false);
3955     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3956     break;
3957   }
3958   default:
3959 #if 0
3960     dbgs() << "ComputeBackedgeTakenCount ";
3961     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
3962       dbgs() << "[unsigned] ";
3963     dbgs() << *LHS << "   "
3964          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp)
3965          << "   " << *RHS << "\n";
3966 #endif
3967     break;
3968   }
3969   return
3970     ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
3971 }
3972
3973 static ConstantInt *
3974 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
3975                                 ScalarEvolution &SE) {
3976   const SCEV *InVal = SE.getConstant(C);
3977   const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
3978   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
3979          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
3980   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
3981 }
3982
3983 /// GetAddressedElementFromGlobal - Given a global variable with an initializer
3984 /// and a GEP expression (missing the pointer index) indexing into it, return
3985 /// the addressed element of the initializer or null if the index expression is
3986 /// invalid.
3987 static Constant *
3988 GetAddressedElementFromGlobal(GlobalVariable *GV,
3989                               const std::vector<ConstantInt*> &Indices) {
3990   Constant *Init = GV->getInitializer();
3991   for (unsigned i = 0, e = Indices.size(); i != e; ++i) {
3992     uint64_t Idx = Indices[i]->getZExtValue();
3993     if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Init)) {
3994       assert(Idx < CS->getNumOperands() && "Bad struct index!");
3995       Init = cast<Constant>(CS->getOperand(Idx));
3996     } else if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Init)) {
3997       if (Idx >= CA->getNumOperands()) return 0;  // Bogus program
3998       Init = cast<Constant>(CA->getOperand(Idx));
3999     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
4000       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
4001         assert(Idx < STy->getNumElements() && "Bad struct index!");
4002         Init = Constant::getNullValue(STy->getElementType(Idx));
4003       } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Init->getType())) {
4004         if (Idx >= ATy->getNumElements()) return 0;  // Bogus program
4005         Init = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
4006       } else {
4007         llvm_unreachable("Unknown constant aggregate type!");
4008       }
4009       return 0;
4010     } else {
4011       return 0; // Unknown initializer type
4012     }
4013   }
4014   return Init;
4015 }
4016
4017 /// ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount - Given an exit condition of
4018 /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the backedge
4019 /// execution count.
4020 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4021 ScalarEvolution::ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(
4022                                                 LoadInst *LI,
4023                                                 Constant *RHS,
4024                                                 const Loop *L,
4025                                                 ICmpInst::Predicate predicate) {
4026   if (LI->isVolatile()) return getCouldNotCompute();
4027
4028   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
4029   // TODO: Use SCEV instead of manually grubbing with GEPs.
4030   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
4031   if (!GEP) return getCouldNotCompute();
4032
4033   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
4034   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
4035   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
4036   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer() ||
4037       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
4038       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
4039     return getCouldNotCompute();
4040
4041   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
4042   Value *VarIdx = 0;
4043   std::vector<ConstantInt*> Indexes;
4044   unsigned VarIdxNum = 0;
4045   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
4046     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
4047       Indexes.push_back(CI);
4048     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
4049       if (VarIdx) return getCouldNotCompute();  // Multiple non-constant idx's.
4050       VarIdx = GEP->getOperand(i);
4051       VarIdxNum = i-2;
4052       Indexes.push_back(0);
4053     }
4054
4055   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
4056   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
4057   const SCEV *Idx = getSCEV(VarIdx);
4058   Idx = getSCEVAtScope(Idx, L);
4059
4060   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
4061   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
4062   const SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
4063   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || IdxExpr->isLoopInvariant(L) ||
4064       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
4065       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
4066     return getCouldNotCompute();
4067
4068   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
4069   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
4070     ConstantInt *ItCst = ConstantInt::get(
4071                            cast<IntegerType>(IdxExpr->getType()), IterationNum);
4072     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, *this);
4073
4074     // Form the GEP offset.
4075     Indexes[VarIdxNum] = Val;
4076
4077     Constant *Result = GetAddressedElementFromGlobal(GV, Indexes);
4078     if (Result == 0) break;  // Cannot compute!
4079
4080     // Evaluate the condition for this iteration.
4081     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
4082     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
4083     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
4084 #if 0
4085       dbgs() << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
4086              << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
4087              << "***\n";
4088 #endif
4089       ++NumArrayLenItCounts;
4090       return getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
4091     }
4092   }
4093   return getCouldNotCompute();
4094 }
4095
4096
4097 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
4098 /// specified type, assuming that all operands were constants.
4099 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
4100   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
4101       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I))
4102     return true;
4103
4104   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
4105     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
4106       return canConstantFoldCallTo(F);
4107   return false;
4108 }
4109
4110 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
4111 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
4112 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
4113 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
4114 /// constraints, return null.
4115 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
4116   // If this is not an instruction, or if this is an instruction outside of the
4117   // loop, it can't be derived from a loop PHI.
4118   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
4119   if (I == 0 || !L->contains(I)) return 0;
4120
4121   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
4122     if (L->getHeader() == I->getParent())
4123       return PN;
4124     else
4125       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
4126       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
4127       return 0;
4128   }
4129
4130   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
4131   // are constants, return early.
4132   if (!CanConstantFold(I)) return 0;
4133
4134   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
4135   // constant or derived from a PHI node themselves.
4136   PHINode *PHI = 0;
4137   for (unsigned Op = 0, e = I->getNumOperands(); Op != e; ++Op)
4138     if (!(isa<Constant>(I->getOperand(Op)) ||
4139           isa<GlobalValue>(I->getOperand(Op)))) {
4140       PHINode *P = getConstantEvolvingPHI(I->getOperand(Op), L);
4141       if (P == 0) return 0;  // Not evolving from PHI
4142       if (PHI == 0)
4143         PHI = P;
4144       else if (PHI != P)
4145         return 0;  // Evolving from multiple different PHIs.
4146     }
4147
4148   // This is a expression evolving from a constant PHI!
4149   return PHI;
4150 }
4151
4152 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
4153 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
4154 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
4155 /// reason, return null.
4156 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, Constant *PHIVal,
4157                                     const TargetData *TD) {
4158   if (isa<PHINode>(V)) return PHIVal;
4159   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
4160   if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V)) return GV;
4161   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
4162
4163   std::vector<Constant*> Operands;
4164   Operands.resize(I->getNumOperands());
4165
4166   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4167     Operands[i] = EvaluateExpression(I->getOperand(i), PHIVal, TD);
4168     if (Operands[i] == 0) return 0;
4169   }
4170
4171   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
4172     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(), Operands[0],
4173                                            Operands[1], TD);
4174   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
4175                                   &Operands[0], Operands.size(), TD);
4176 }
4177
4178 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
4179 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
4180 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
4181 /// involving constants, fold it.
4182 Constant *
4183 ScalarEvolution::getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN,
4184                                                    const APInt &BEs,
4185                                                    const Loop *L) {
4186   std::map<PHINode*, Constant*>::iterator I =
4187     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
4188   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
4189     return I->second;
4190
4191   if (BEs.ugt(MaxBruteForceIterations))
4192     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = 0;  // Not going to evaluate it.
4193
4194   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
4195
4196   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
4197   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
4198   // second must be derived from the same PHI.
4199   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
4200   Constant *StartCST =
4201     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
4202   if (StartCST == 0)
4203     return RetVal = 0;  // Must be a constant.
4204
4205   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
4206   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
4207   if (PN2 != PN)
4208     return RetVal = 0;  // Not derived from same PHI.
4209
4210   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
4211   if (BEs.getActiveBits() >= 32)
4212     return RetVal = 0; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
4213
4214   unsigned NumIterations = BEs.getZExtValue(); // must be in range
4215   unsigned IterationNum = 0;
4216   for (Constant *PHIVal = StartCST; ; ++IterationNum) {
4217     if (IterationNum == NumIterations)
4218       return RetVal = PHIVal;  // Got exit value!
4219
4220     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
4221     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal, TD);
4222     if (NextPHI == PHIVal)
4223       return RetVal = NextPHI;  // Stopped evolving!
4224     if (NextPHI == 0)
4225       return 0;        // Couldn't evaluate!
4226     PHIVal = NextPHI;
4227   }
4228 }
4229
4230 /// ComputeBackedgeTakenCountExhaustively - If the loop is known to execute a
4231 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
4232 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
4233 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
4234 /// evaluate the trip count of the loop, return getCouldNotCompute().
4235 const SCEV *
4236 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(const Loop *L,
4237                                                        Value *Cond,
4238                                                        bool ExitWhen) {
4239   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
4240   if (PN == 0) return getCouldNotCompute();
4241
4242   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
4243   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
4244   // second must be derived from the same PHI.
4245   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
4246   Constant *StartCST =
4247     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
4248   if (StartCST == 0) return getCouldNotCompute();  // Must be a constant.
4249
4250   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
4251   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
4252   if (PN2 != PN) 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 /// getLoopPredecessor - If the given loop's header has exactly one unique
4696 /// predecessor outside the loop, return it. Otherwise return null.
4697 /// This is less strict that the loop "preheader" concept, which requires
4698 /// the predecessor to have only one single successor.
4699 ///
4700 BasicBlock *ScalarEvolution::getLoopPredecessor(const Loop *L) {
4701   BasicBlock *Header = L->getHeader();
4702   BasicBlock *Pred = 0;
4703   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), E = pred_end(Header);
4704        PI != E; ++PI)
4705     if (!L->contains(*PI)) {
4706       if (Pred && Pred != *PI) return 0; // Multiple predecessors.
4707       Pred = *PI;
4708     }
4709   return Pred;
4710 }
4711
4712 /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
4713 /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
4714 /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
4715 /// found.
4716 ///
4717 std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
4718 ScalarEvolution::getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB) {
4719   // If the block has a unique predecessor, then there is no path from the
4720   // predecessor to the block that does not go through the direct edge
4721   // from the predecessor to the block.
4722   if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor())
4723     return std::make_pair(Pred, BB);
4724
4725   // A loop's header is defined to be a block that dominates the loop.
4726   // If the header has a unique predecessor outside the loop, it must be
4727   // a block that has exactly one successor that can reach the loop.
4728   if (Loop *L = LI->getLoopFor(BB))
4729     return std::make_pair(getLoopPredecessor(L), L->getHeader());
4730
4731   return std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>();
4732 }
4733
4734 /// HasSameValue - SCEV structural equivalence is usually sufficient for
4735 /// testing whether two expressions are equal, however for the purposes of
4736 /// looking for a condition guarding a loop, it can be useful to be a little
4737 /// more general, since a front-end may have replicated the controlling
4738 /// expression.
4739 ///
4740 static bool HasSameValue(const SCEV *A, const SCEV *B) {
4741   // Quick check to see if they are the same SCEV.
4742   if (A == B) return true;
4743
4744   // Otherwise, if they're both SCEVUnknown, it's possible that they hold
4745   // two different instructions with the same value. Check for this case.
4746   if (const SCEVUnknown *AU = dyn_cast<SCEVUnknown>(A))
4747     if (const SCEVUnknown *BU = dyn_cast<SCEVUnknown>(B))
4748       if (const Instruction *AI = dyn_cast<Instruction>(AU->getValue()))
4749         if (const Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(BU->getValue()))
4750           if (AI->isIdenticalTo(BI) && !AI->mayReadFromMemory())
4751             return true;
4752
4753   // Otherwise assume they may have a different value.
4754   return false;
4755 }
4756
4757 /// SimplifyICmpOperands - Simplify LHS and RHS in a comparison with
4758 /// predicate Pred. Return true iff any changes were made.
4759 ///
4760 bool ScalarEvolution::SimplifyICmpOperands(ICmpInst::Predicate &Pred,
4761                                            const SCEV *&LHS, const SCEV *&RHS) {
4762   bool Changed = false;
4763
4764   // Canonicalize a constant to the right side.
4765   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
4766     // Check for both operands constant.
4767     if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
4768       if (ConstantExpr::getICmp(Pred,
4769                                 LHSC->getValue(),
4770                                 RHSC->getValue())->isNullValue())
4771         goto trivially_false;
4772       else
4773         goto trivially_true;
4774     }
4775     // Otherwise swap the operands to put the constant on the right.
4776     std::swap(LHS, RHS);
4777     Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4778     Changed = true;
4779   }
4780
4781   // If we're comparing an addrec with a value which is loop-invariant in the
4782   // addrec's loop, put the addrec on the left. Also make a dominance check,
4783   // as both operands could be addrecs loop-invariant in each other's loop.
4784   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS)) {
4785     const Loop *L = AR->getLoop();
4786     if (LHS->isLoopInvariant(L) && LHS->properlyDominates(L->getHeader(), DT)) {
4787       std::swap(LHS, RHS);
4788       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4789       Changed = true;
4790     }
4791   }
4792
4793   // If there's a constant operand, canonicalize comparisons with boundary
4794   // cases, and canonicalize *-or-equal comparisons to regular comparisons.
4795   if (const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
4796     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
4797     switch (Pred) {
4798     default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
4799     case ICmpInst::ICMP_EQ:
4800     case ICmpInst::ICMP_NE:
4801       break;
4802     case ICmpInst::ICMP_UGE:
4803       if ((RA - 1).isMinValue()) {
4804         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4805         RHS = getConstant(RA - 1);
4806         Changed = true;
4807         break;
4808       }
4809       if (RA.isMaxValue()) {
4810         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4811         Changed = true;
4812         break;
4813       }
4814       if (RA.isMinValue()) goto trivially_true;
4815
4816       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
4817       RHS = getConstant(RA - 1);
4818       Changed = true;
4819       break;
4820     case ICmpInst::ICMP_ULE:
4821       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
4822         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4823         RHS = getConstant(RA + 1);
4824         Changed = true;
4825         break;
4826       }
4827       if (RA.isMinValue()) {
4828         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4829         Changed = true;
4830         break;
4831       }
4832       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_true;
4833
4834       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
4835       RHS = getConstant(RA + 1);
4836       Changed = true;
4837       break;
4838     case ICmpInst::ICMP_SGE:
4839       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
4840         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4841         RHS = getConstant(RA - 1);
4842         Changed = true;
4843         break;
4844       }
4845       if (RA.isMaxSignedValue()) {
4846         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4847         Changed = true;
4848         break;
4849       }
4850       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_true;
4851
4852       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
4853       RHS = getConstant(RA - 1);
4854       Changed = true;
4855       break;
4856     case ICmpInst::ICMP_SLE:
4857       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
4858         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4859         RHS = getConstant(RA + 1);
4860         Changed = true;
4861         break;
4862       }
4863       if (RA.isMinSignedValue()) {
4864         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4865         Changed = true;
4866         break;
4867       }
4868       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_true;
4869
4870       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
4871       RHS = getConstant(RA + 1);
4872       Changed = true;
4873       break;
4874     case ICmpInst::ICMP_UGT:
4875       if (RA.isMinValue()) {
4876         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4877         Changed = true;
4878         break;
4879       }
4880       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
4881         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4882         RHS = getConstant(RA + 1);
4883         Changed = true;
4884         break;
4885       }
4886       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_false;
4887       break;
4888     case ICmpInst::ICMP_ULT:
4889       if (RA.isMaxValue()) {
4890         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4891         Changed = true;
4892         break;
4893       }
4894       if ((RA - 1).isMinValue()) {
4895         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4896         RHS = getConstant(RA - 1);
4897         Changed = true;
4898         break;
4899       }
4900       if (RA.isMinValue()) goto trivially_false;
4901       break;
4902     case ICmpInst::ICMP_SGT:
4903       if (RA.isMinSignedValue()) {
4904         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4905         Changed = true;
4906         break;
4907       }
4908       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
4909         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4910         RHS = getConstant(RA + 1);
4911         Changed = true;
4912         break;
4913       }
4914       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_false;
4915       break;
4916     case ICmpInst::ICMP_SLT:
4917       if (RA.isMaxSignedValue()) {
4918         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4919         Changed = true;
4920         break;
4921       }
4922       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
4923        Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4924        RHS = getConstant(RA - 1);
4925         Changed = true;
4926        break;
4927       }
4928       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_false;
4929       break;
4930     }
4931   }
4932
4933   // Check for obvious equality.
4934   if (HasSameValue(LHS, RHS)) {
4935     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
4936       goto trivially_true;
4937     if (ICmpInst::isFalseWhenEqual(Pred))
4938       goto trivially_false;
4939   }
4940
4941   // If possible, canonicalize GE/LE comparisons to GT/LT comparisons, by
4942   // adding or subtracting 1 from one of the operands.
4943   switch (Pred) {
4944   case ICmpInst::ICMP_SLE:
4945     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
4946       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
4947                        /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/true);
4948       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
4949       Changed = true;
4950     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
4951       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
4952                        /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/true);
4953       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
4954       Changed = true;
4955     }
4956     break;
4957   case ICmpInst::ICMP_SGE:
4958     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
4959       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
4960                        /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/true);
4961       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
4962       Changed = true;
4963     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
4964       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
4965                        /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/true);
4966       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
4967       Changed = true;
4968     }
4969     break;
4970   case ICmpInst::ICMP_ULE:
4971     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
4972       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
4973                        /*HasNUW=*/true, /*HasNSW=*/false);
4974       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
4975       Changed = true;
4976     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
4977       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
4978                        /*HasNUW=*/true, /*HasNSW=*/false);
4979       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
4980       Changed = true;
4981     }
4982     break;
4983   case ICmpInst::ICMP_UGE:
4984     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
4985       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
4986                        /*HasNUW=*/true, /*HasNSW=*/false);
4987       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
4988       Changed = true;
4989     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
4990       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
4991                        /*HasNUW=*/true, /*HasNSW=*/false);
4992       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
4993       Changed = true;
4994     }
4995     break;
4996   default:
4997     break;
4998   }
4999
5000   // TODO: More simplifications are possible here.
5001
5002   return Changed;
5003
5004 trivially_true:
5005   // Return 0 == 0.
5006   LHS = RHS = getConstant(Type::getInt1Ty(getContext()), 0);
5007   Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5008   return true;
5009
5010 trivially_false:
5011   // Return 0 != 0.
5012   LHS = RHS = getConstant(Type::getInt1Ty(getContext()), 0);
5013   Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5014   return true;
5015 }
5016
5017 bool ScalarEvolution::isKnownNegative(const SCEV *S) {
5018   return getSignedRange(S).getSignedMax().isNegative();
5019 }
5020
5021 bool ScalarEvolution::isKnownPositive(const SCEV *S) {
5022   return getSignedRange(S).getSignedMin().isStrictlyPositive();
5023 }
5024
5025 bool ScalarEvolution::isKnownNonNegative(const SCEV *S) {
5026   return !getSignedRange(S).getSignedMin().isNegative();
5027 }
5028
5029 bool ScalarEvolution::isKnownNonPositive(const SCEV *S) {
5030   return !getSignedRange(S).getSignedMax().isStrictlyPositive();
5031 }
5032
5033 bool ScalarEvolution::isKnownNonZero(const SCEV *S) {
5034   return isKnownNegative(S) || isKnownPositive(S);
5035 }
5036
5037 bool ScalarEvolution::isKnownPredicate(ICmpInst::Predicate Pred,
5038                                        const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5039   // Canonicalize the inputs first.
5040   (void)SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS);
5041
5042   // If LHS or RHS is an addrec, check to see if the condition is true in
5043   // every iteration of the loop.
5044   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
5045     if (isLoopEntryGuardedByCond(
5046           AR->getLoop(), Pred, AR->getStart(), RHS) &&
5047         isLoopBackedgeGuardedByCond(
5048           AR->getLoop(), Pred, AR->getPostIncExpr(*this), RHS))
5049       return true;
5050   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS))
5051     if (isLoopEntryGuardedByCond(
5052           AR->getLoop(), Pred, LHS, AR->getStart()) &&
5053         isLoopBackedgeGuardedByCond(
5054           AR->getLoop(), Pred, LHS, AR->getPostIncExpr(*this)))
5055       return true;
5056
5057   // Otherwise see what can be done with known constant ranges.
5058   return isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS);
5059 }
5060
5061 bool
5062 ScalarEvolution::isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
5063                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5064   if (HasSameValue(LHS, RHS))
5065     return ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
5066
5067   // This code is split out from isKnownPredicate because it is called from
5068   // within isLoopEntryGuardedByCond.
5069   switch (Pred) {
5070   default:
5071     llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
5072     break;
5073   case ICmpInst::ICMP_SGT:
5074     Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
5075     std::swap(LHS, RHS);
5076   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
5077     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
5078     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
5079     if (LHSRange.getSignedMax().slt(RHSRange.getSignedMin()))
5080       return true;
5081     if (LHSRange.getSignedMin().sge(RHSRange.getSignedMax()))
5082       return false;
5083     break;
5084   }
5085   case ICmpInst::ICMP_SGE:
5086     Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
5087     std::swap(LHS, RHS);
5088   case ICmpInst::ICMP_SLE: {
5089     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
5090     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
5091     if (LHSRange.getSignedMax().sle(RHSRange.getSignedMin()))
5092       return true;
5093     if (LHSRange.getSignedMin().sgt(RHSRange.getSignedMax()))
5094       return false;
5095     break;
5096   }
5097   case ICmpInst::ICMP_UGT:
5098     Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
5099     std::swap(LHS, RHS);
5100   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
5101     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
5102     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
5103     if (LHSRange.getUnsignedMax().ult(RHSRange.getUnsignedMin()))
5104       return true;
5105     if (LHSRange.getUnsignedMin().uge(RHSRange.getUnsignedMax()))
5106       return false;
5107     break;
5108   }
5109   case ICmpInst::ICMP_UGE:
5110     Pred = ICmpInst::ICMP_ULE;
5111     std::swap(LHS, RHS);
5112   case ICmpInst::ICMP_ULE: {
5113     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
5114     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
5115     if (LHSRange.getUnsignedMax().ule(RHSRange.getUnsignedMin()))
5116       return true;
5117     if (LHSRange.getUnsignedMin().ugt(RHSRange.getUnsignedMax()))
5118       return false;
5119     break;
5120   }
5121   case ICmpInst::ICMP_NE: {
5122     if (getUnsignedRange(LHS).intersectWith(getUnsignedRange(RHS)).isEmptySet())
5123       return true;
5124     if (getSignedRange(LHS).intersectWith(getSignedRange(RHS)).isEmptySet())
5125       return true;
5126
5127     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(LHS, RHS);
5128     if (isKnownNonZero(Diff))
5129       return true;
5130     break;
5131   }
5132   case ICmpInst::ICMP_EQ:
5133     // The check at the top of the function catches the case where
5134     // the values are known to be equal.
5135     break;
5136   }
5137   return false;
5138 }
5139
5140 /// isLoopBackedgeGuardedByCond - Test whether the backedge of the loop is
5141 /// protected by a conditional between LHS and RHS.  This is used to
5142 /// to eliminate casts.
5143 bool
5144 ScalarEvolution::isLoopBackedgeGuardedByCond(const Loop *L,
5145                                              ICmpInst::Predicate Pred,
5146                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5147   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
5148   // (interprocedural conditions notwithstanding).
5149   if (!L) return true;
5150
5151   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
5152   if (!Latch)
5153     return false;
5154
5155   BranchInst *LoopContinuePredicate =
5156     dyn_cast<BranchInst>(Latch->getTerminator());
5157   if (!LoopContinuePredicate ||
5158       LoopContinuePredicate->isUnconditional())
5159     return false;
5160
5161   return isImpliedCond(LoopContinuePredicate->getCondition(), Pred, LHS, RHS,
5162                        LoopContinuePredicate->getSuccessor(0) != L->getHeader());
5163 }
5164
5165 /// isLoopEntryGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected
5166 /// by a conditional between LHS and RHS.  This is used to help avoid max
5167 /// expressions in loop trip counts, and to eliminate casts.
5168 bool
5169 ScalarEvolution::isLoopEntryGuardedByCond(const Loop *L,
5170                                           ICmpInst::Predicate Pred,
5171                                           const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5172   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
5173   // (interprocedural conditions notwithstanding).
5174   if (!L) return false;
5175
5176   // Starting at the loop predecessor, climb up the predecessor chain, as long
5177   // as there are predecessors that can be found that have unique successors
5178   // leading to the original header.
5179   for (std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
5180          Pair(getLoopPredecessor(L), L->getHeader());
5181        Pair.first;
5182        Pair = getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(Pair.first)) {
5183
5184     BranchInst *LoopEntryPredicate =
5185       dyn_cast<BranchInst>(Pair.first->getTerminator());
5186     if (!LoopEntryPredicate ||
5187         LoopEntryPredicate->isUnconditional())
5188       continue;
5189
5190     if (isImpliedCond(LoopEntryPredicate->getCondition(), Pred, LHS, RHS,
5191                       LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) != Pair.second))
5192       return true;
5193   }
5194
5195   return false;
5196 }
5197
5198 /// isImpliedCond - Test whether the condition described by Pred, LHS,
5199 /// and RHS is true whenever the given Cond value evaluates to true.
5200 bool ScalarEvolution::isImpliedCond(Value *CondValue,
5201                                     ICmpInst::Predicate Pred,
5202                                     const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5203                                     bool Inverse) {
5204   // Recursively handle And and Or conditions.
5205   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(CondValue)) {
5206     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
5207       if (!Inverse)
5208         return isImpliedCond(BO->getOperand(0), Pred, LHS, RHS, Inverse) ||
5209                isImpliedCond(BO->getOperand(1), Pred, LHS, RHS, Inverse);
5210     } else if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
5211       if (Inverse)
5212         return isImpliedCond(BO->getOperand(0), Pred, LHS, RHS, Inverse) ||
5213                isImpliedCond(BO->getOperand(1), Pred, LHS, RHS, Inverse);
5214     }
5215   }
5216
5217   ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(CondValue);
5218   if (!ICI) return false;
5219
5220   // Bail if the ICmp's operands' types are wider than the needed type
5221   // before attempting to call getSCEV on them. This avoids infinite
5222   // recursion, since the analysis of widening casts can require loop
5223   // exit condition information for overflow checking, which would
5224   // lead back here.
5225   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <
5226       getTypeSizeInBits(ICI->getOperand(0)->getType()))
5227     return false;
5228
5229   // Now that we found a conditional branch that dominates the loop, check to
5230   // see if it is the comparison we are looking for.
5231   ICmpInst::Predicate FoundPred;
5232   if (Inverse)
5233     FoundPred = ICI->getInversePredicate();
5234   else
5235     FoundPred = ICI->getPredicate();
5236
5237   const SCEV *FoundLHS = getSCEV(ICI->getOperand(0));
5238   const SCEV *FoundRHS = getSCEV(ICI->getOperand(1));
5239
5240   // Balance the types. The case where FoundLHS' type is wider than
5241   // LHS' type is checked for above.
5242   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) >
5243       getTypeSizeInBits(FoundLHS->getType())) {
5244     if (CmpInst::isSigned(Pred)) {
5245       FoundLHS = getSignExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
5246       FoundRHS = getSignExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
5247     } else {
5248       FoundLHS = getZeroExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
5249       FoundRHS = getZeroExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
5250     }
5251   }
5252
5253   // Canonicalize the query to match the way instcombine will have
5254   // canonicalized the comparison.
5255   if (SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS))
5256     if (LHS == RHS)
5257       return CmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
5258   if (SimplifyICmpOperands(FoundPred, FoundLHS, FoundRHS))
5259     if (FoundLHS == FoundRHS)
5260       return CmpInst::isFalseWhenEqual(Pred);
5261
5262   // Check to see if we can make the LHS or RHS match.
5263   if (LHS == FoundRHS || RHS == FoundLHS) {
5264     if (isa<SCEVConstant>(RHS)) {
5265       std::swap(FoundLHS, FoundRHS);
5266       FoundPred = ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred);
5267     } else {
5268       std::swap(LHS, RHS);
5269       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
5270     }
5271   }
5272
5273   // Check whether the found predicate is the same as the desired predicate.
5274   if (FoundPred == Pred)
5275     return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS);
5276
5277   // Check whether swapping the found predicate makes it the same as the
5278   // desired predicate.
5279   if (ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred) == Pred) {
5280     if (isa<SCEVConstant>(RHS))
5281       return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundRHS, FoundLHS);
5282     else
5283       return isImpliedCondOperands(ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred),
5284                                    RHS, LHS, FoundLHS, FoundRHS);
5285   }
5286
5287   // Check whether the actual condition is beyond sufficient.
5288   if (FoundPred == ICmpInst::ICMP_EQ)
5289     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
5290       if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
5291         return true;
5292   if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
5293     if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(FoundPred))
5294       if (isImpliedCondOperands(FoundPred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
5295         return true;
5296
5297   // Otherwise assume the worst.
5298   return false;
5299 }
5300
5301 /// isImpliedCondOperands - Test whether the condition described by Pred,
5302 /// LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred, FoundLHS,
5303 /// and FoundRHS is true.
5304 bool ScalarEvolution::isImpliedCondOperands(ICmpInst::Predicate Pred,
5305                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5306                                             const SCEV *FoundLHS,
5307                                             const SCEV *FoundRHS) {
5308   return isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
5309                                      FoundLHS, FoundRHS) ||
5310          // ~x < ~y --> x > y
5311          isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
5312                                      getNotSCEV(FoundRHS),
5313                                      getNotSCEV(FoundLHS));
5314 }
5315
5316 /// isImpliedCondOperandsHelper - Test whether the condition described by
5317 /// Pred, LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred,
5318 /// FoundLHS, and FoundRHS is true.
5319 bool
5320 ScalarEvolution::isImpliedCondOperandsHelper(ICmpInst::Predicate Pred,
5321                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5322                                              const SCEV *FoundLHS,
5323                                              const SCEV *FoundRHS) {
5324   switch (Pred) {
5325   default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
5326   case ICmpInst::ICMP_EQ:
5327   case ICmpInst::ICMP_NE:
5328     if (HasSameValue(LHS, FoundLHS) && HasSameValue(RHS, FoundRHS))
5329       return true;
5330     break;
5331   case ICmpInst::ICMP_SLT:
5332   case ICmpInst::ICMP_SLE:
5333     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SLE, LHS, FoundLHS) &&
5334         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SGE, RHS, FoundRHS))
5335       return true;
5336     break;
5337   case ICmpInst::ICMP_SGT:
5338   case ICmpInst::ICMP_SGE:
5339     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SGE, LHS, FoundLHS) &&
5340         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SLE, RHS, FoundRHS))
5341       return true;
5342     break;
5343   case ICmpInst::ICMP_ULT:
5344   case ICmpInst::ICMP_ULE:
5345     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_ULE, LHS, FoundLHS) &&
5346         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_UGE, RHS, FoundRHS))
5347       return true;
5348     break;
5349   case ICmpInst::ICMP_UGT:
5350   case ICmpInst::ICMP_UGE:
5351     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_UGE, LHS, FoundLHS) &&
5352         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_ULE, RHS, FoundRHS))
5353       return true;
5354     break;
5355   }
5356
5357   return false;
5358 }
5359
5360 /// getBECount - Subtract the end and start values and divide by the step,
5361 /// rounding up, to get the number of times the backedge is executed. Return
5362 /// CouldNotCompute if an intermediate computation overflows.
5363 const SCEV *ScalarEvolution::getBECount(const SCEV *Start,
5364                                         const SCEV *End,
5365                                         const SCEV *Step,
5366                                         bool NoWrap) {
5367   assert(!isKnownNegative(Step) &&
5368          "This code doesn't handle negative strides yet!");
5369
5370   const Type *Ty = Start->getType();
5371   const SCEV *NegOne = getConstant(Ty, (uint64_t)-1);
5372   const SCEV *Diff = getMinusSCEV(End, Start);
5373   const SCEV *RoundUp = getAddExpr(Step, NegOne);
5374
5375   // Add an adjustment to the difference between End and Start so that
5376   // the division will effectively round up.
5377   const SCEV *Add = getAddExpr(Diff, RoundUp);
5378
5379   if (!NoWrap) {
5380     // Check Add for unsigned overflow.
5381     // TODO: More sophisticated things could be done here.
5382     const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(),
5383                                           getTypeSizeInBits(Ty) + 1);
5384     const SCEV *EDiff = getZeroExtendExpr(Diff, WideTy);
5385     const SCEV *ERoundUp = getZeroExtendExpr(RoundUp, WideTy);
5386     const SCEV *OperandExtendedAdd = getAddExpr(EDiff, ERoundUp);
5387     if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) != OperandExtendedAdd)
5388       return getCouldNotCompute();
5389   }
5390
5391   return getUDivExpr(Add, Step);
5392 }
5393
5394 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
5395 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
5396 /// CouldNotCompute.
5397 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
5398 ScalarEvolution::HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5399                                   const Loop *L, bool isSigned) {
5400   // Only handle:  "ADDREC < LoopInvariant".
5401   if (!RHS->isLoopInvariant(L)) return getCouldNotCompute();
5402
5403   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
5404   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
5405     return getCouldNotCompute();
5406
5407   // Check to see if we have a flag which makes analysis easy.
5408   bool NoWrap = isSigned ? AddRec->hasNoSignedWrap() :
5409                            AddRec->hasNoUnsignedWrap();
5410
5411   if (AddRec->isAffine()) {
5412     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AddRec->getType());
5413     const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
5414
5415     if (Step->isZero())
5416       return getCouldNotCompute();
5417     if (Step->isOne()) {
5418       // With unit stride, the iteration never steps past the limit value.
5419     } else if (isKnownPositive(Step)) {
5420       // Test whether a positive iteration can step past the limit
5421       // value and past the maximum value for its type in a single step.
5422       // Note that it's not sufficient to check NoWrap here, because even
5423       // though the value after a wrap is undefined, it's not undefined
5424       // behavior, so if wrap does occur, the loop could either terminate or
5425       // loop infinitely, but in either case, the loop is guaranteed to
5426       // iterate at least until the iteration where the wrapping occurs.
5427       const SCEV *One = getConstant(Step->getType(), 1);
5428       if (isSigned) {
5429         APInt Max = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
5430         if ((Max - getSignedRange(getMinusSCEV(Step, One)).getSignedMax())
5431               .slt(getSignedRange(RHS).getSignedMax()))
5432           return getCouldNotCompute();
5433       } else {
5434         APInt Max = APInt::getMaxValue(BitWidth);
5435         if ((Max - getUnsignedRange(getMinusSCEV(Step, One)).getUnsignedMax())
5436               .ult(getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax()))
5437           return getCouldNotCompute();
5438       }
5439     } else
5440       // TODO: Handle negative strides here and below.
5441       return getCouldNotCompute();
5442
5443     // We know the LHS is of the form {n,+,s} and the RHS is some loop-invariant
5444     // m.  So, we count the number of iterations in which {n,+,s} < m is true.
5445     // Note that we cannot simply return max(m-n,0)/s because it's not safe to
5446     // treat m-n as signed nor unsigned due to overflow possibility.
5447
5448     // First, we get the value of the LHS in the first iteration: n
5449     const SCEV *Start = AddRec->getOperand(0);
5450
5451     // Determine the minimum constant start value.
5452     const SCEV *MinStart = getConstant(isSigned ?
5453       getSignedRange(Start).getSignedMin() :
5454       getUnsignedRange(Start).getUnsignedMin());
5455
5456     // If we know that the condition is true in order to enter the loop,
5457     // then we know that it will run exactly (m-n)/s times. Otherwise, we
5458     // only know that it will execute (max(m,n)-n)/s times. In both cases,
5459     // the division must round up.
5460     const SCEV *End = RHS;
5461     if (!isLoopEntryGuardedByCond(L,
5462                                   isSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT :
5463                                              ICmpInst::ICMP_ULT,
5464                                   getMinusSCEV(Start, Step), RHS))
5465       End = isSigned ? getSMaxExpr(RHS, Start)
5466                      : getUMaxExpr(RHS, Start);
5467
5468     // Determine the maximum constant end value.
5469     const SCEV *MaxEnd = getConstant(isSigned ?
5470       getSignedRange(End).getSignedMax() :
5471       getUnsignedRange(End).getUnsignedMax());
5472
5473     // If MaxEnd is within a step of the maximum integer value in its type,
5474     // adjust it down to the minimum value which would produce the same effect.
5475     // This allows the subsequent ceiling division of (N+(step-1))/step to
5476     // compute the correct value.
5477     const SCEV *StepMinusOne = getMinusSCEV(Step,
5478                                             getConstant(Step->getType(), 1));
5479     MaxEnd = isSigned ?
5480       getSMinExpr(MaxEnd,
5481                   getMinusSCEV(getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth)),
5482                                StepMinusOne)) :
5483       getUMinExpr(MaxEnd,
5484                   getMinusSCEV(getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth)),
5485                                StepMinusOne));
5486
5487     // Finally, we subtract these two values and divide, rounding up, to get
5488     // the number of times the backedge is executed.
5489     const SCEV *BECount = getBECount(Start, End, Step, NoWrap);
5490
5491     // The maximum backedge count is similar, except using the minimum start
5492     // value and the maximum end value.
5493     const SCEV *MaxBECount = getBECount(MinStart, MaxEnd, Step, NoWrap);
5494
5495     return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
5496   }
5497
5498   return getCouldNotCompute();
5499 }
5500
5501 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
5502 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
5503 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
5504 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
5505 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
5506 const SCEV *SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
5507                                                     ScalarEvolution &SE) const {
5508   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
5509     return SE.getCouldNotCompute();
5510
5511   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
5512   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
5513     if (!SC->getValue()->isZero()) {
5514       SmallVector<const SCEV *, 4> Operands(op_begin(), op_end());
5515       Operands[0] = SE.getConstant(SC->getType(), 0);
5516       const SCEV *Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop());
5517       if (const SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec =
5518             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
5519         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
5520                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
5521       // This is strange and shouldn't happen.
5522       return SE.getCouldNotCompute();
5523     }
5524
5525   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
5526   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
5527   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
5528     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
5529       return SE.getCouldNotCompute();
5530
5531
5532   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
5533   // that the start element is zero.
5534
5535   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
5536   // iteration exits.
5537   unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(getType());
5538   if (!Range.contains(APInt(BitWidth, 0)))
5539     return SE.getConstant(getType(), 0);
5540
5541   if (isAffine()) {
5542     // If this is an affine expression then we have this situation:
5543     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
5544
5545     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
5546     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
5547     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
5548     // value.  Also note that we already checked for a full range.
5549     APInt One(BitWidth,1);
5550     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
5551     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
5552
5553     // The exit value should be (End+A)/A.
5554     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
5555     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal);
5556
5557     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
5558     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
5559     // things must have happened.
5560     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
5561     if (Range.contains(Val->getValue()))
5562       return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5563
5564     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
5565     assert(Range.contains(
5566            EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
5567            ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
5568            "Linear scev computation is off in a bad way!");
5569     return SE.getConstant(ExitValue);
5570   } else if (isQuadratic()) {
5571     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
5572     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
5573     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
5574     // Range.getUpper() is crossed.
5575     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(op_begin(), op_end());
5576     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
5577     const SCEV *NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop());
5578
5579     // Next, solve the constructed addrec
5580     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots =
5581       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
5582     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
5583     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
5584     if (R1) {
5585       // Pick the smallest positive root value.
5586       if (ConstantInt *CB =
5587           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
5588                          R1->getValue(), R2->getValue()))) {
5589         if (CB->getZExtValue() == false)
5590           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
5591
5592         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
5593         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
5594         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
5595         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
5596                                                              R1->getValue(),
5597                                                              SE);
5598         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
5599           // The next iteration must be out of the range...
5600           ConstantInt *NextVal =
5601                 ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()+1);
5602
5603           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
5604           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
5605             return SE.getConstant(NextVal);
5606           return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5607         }
5608
5609         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
5610         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
5611         ConstantInt *NextVal =
5612                ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()-1);
5613         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
5614         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
5615           return R1;
5616         return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5617       }
5618     }
5619   }
5620
5621   return SE.getCouldNotCompute();
5622 }
5623
5624
5625
5626 //===----------------------------------------------------------------------===//
5627 //                   SCEVCallbackVH Class Implementation
5628 //===----------------------------------------------------------------------===//
5629
5630 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::deleted() {
5631   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
5632   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(getValPtr()))
5633     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5634   SE->Scalars.erase(getValPtr());
5635   // this now dangles!
5636 }
5637
5638 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::allUsesReplacedWith(Value *) {
5639   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
5640
5641   // Forget all the expressions associated with users of the old value,
5642   // so that future queries will recompute the expressions using the new
5643   // value.
5644   SmallVector<User *, 16> Worklist;
5645   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
5646   Value *Old = getValPtr();
5647   bool DeleteOld = false;
5648   for (Value::use_iterator UI = Old->use_begin(), UE = Old->use_end();
5649        UI != UE; ++UI)
5650     Worklist.push_back(*UI);
5651   while (!Worklist.empty()) {
5652     User *U = Worklist.pop_back_val();
5653     // Deleting the Old value will cause this to dangle. Postpone
5654     // that until everything else is done.
5655     if (U == Old) {
5656       DeleteOld = true;
5657       continue;
5658     }
5659     if (!Visited.insert(U))
5660       continue;
5661     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U))
5662       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5663     SE->Scalars.erase(U);
5664     for (Value::use_iterator UI = U->use_begin(), UE = U->use_end();
5665          UI != UE; ++UI)
5666       Worklist.push_back(*UI);
5667   }
5668   // Delete the Old value if it (indirectly) references itself.
5669   if (DeleteOld) {
5670     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Old))
5671       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5672     SE->Scalars.erase(Old);
5673     // this now dangles!
5674   }
5675   // this may dangle!
5676 }
5677
5678 ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *se)
5679   : CallbackVH(V), SE(se) {}
5680
5681 //===----------------------------------------------------------------------===//
5682 //                   ScalarEvolution Class Implementation
5683 //===----------------------------------------------------------------------===//
5684
5685 ScalarEvolution::ScalarEvolution()
5686   : FunctionPass(&ID) {
5687 }
5688
5689 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
5690   this->F = &F;
5691   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
5692   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
5693   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
5694   return false;
5695 }
5696
5697 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
5698   Scalars.clear();
5699   BackedgeTakenCounts.clear();
5700   ConstantEvolutionLoopExitValue.clear();
5701   ValuesAtScopes.clear();
5702   UniqueSCEVs.clear();
5703   SCEVAllocator.Reset();
5704 }
5705
5706 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
5707   AU.setPreservesAll();
5708   AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
5709   AU.addRequiredTransitive<DominatorTree>();
5710 }
5711
5712 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
5713   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getBackedgeTakenCount(L));
5714 }
5715
5716 static void PrintLoopInfo(raw_ostream &OS, ScalarEvolution *SE,
5717                           const Loop *L) {
5718   // Print all inner loops first
5719   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
5720     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
5721
5722   OS << "Loop ";
5723   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
5724   OS << ": ";
5725
5726   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
5727   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
5728   if (ExitBlocks.size() != 1)
5729     OS << "<multiple exits> ";
5730
5731   if (SE->hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(L)) {
5732     OS << "backedge-taken count is " << *SE->getBackedgeTakenCount(L);
5733   } else {
5734     OS << "Unpredictable backedge-taken count. ";
5735   }
5736
5737   OS << "\n"
5738         "Loop ";
5739   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
5740   OS << ": ";
5741
5742   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(SE->getMaxBackedgeTakenCount(L))) {
5743     OS << "max backedge-taken count is " << *SE->getMaxBackedgeTakenCount(L);
5744   } else {
5745     OS << "Unpredictable max backedge-taken count. ";
5746   }
5747
5748   OS << "\n";
5749 }
5750
5751 void ScalarEvolution::print(raw_ostream &OS, const Module *) const {
5752   // ScalarEvolution's implementation of the print method is to print
5753   // out SCEV values of all instructions that are interesting. Doing
5754   // this potentially causes it to create new SCEV objects though,
5755   // which technically conflicts with the const qualifier. This isn't
5756   // observable from outside the class though, so casting away the
5757   // const isn't dangerous.
5758   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
5759
5760   OS << "Classifying expressions for: ";
5761   WriteAsOperand(OS, F, /*PrintType=*/false);
5762   OS << "\n";
5763   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
5764     if (isSCEVable(I->getType()) && !isa<CmpInst>(*I)) {
5765       OS << *I << '\n';
5766       OS << "  -->  ";
5767       const SCEV *SV = SE.getSCEV(&*I);
5768       SV->print(OS);
5769
5770       const Loop *L = LI->getLoopFor((*I).getParent());
5771
5772       const SCEV *AtUse = SE.getSCEVAtScope(SV, L);
5773       if (AtUse != SV) {
5774         OS << "  -->  ";
5775         AtUse->print(OS);
5776       }
5777
5778       if (L) {
5779         OS << "\t\t" "Exits: ";
5780         const SCEV *ExitValue = SE.getSCEVAtScope(SV, L->getParentLoop());
5781         if (!ExitValue->isLoopInvariant(L)) {
5782           OS << "<<Unknown>>";
5783         } else {
5784           OS << *ExitValue;
5785         }
5786       }
5787
5788       OS << "\n";
5789     }
5790
5791   OS << "Determining loop execution counts for: ";
5792   WriteAsOperand(OS, F, /*PrintType=*/false);
5793   OS << "\n";
5794   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
5795     PrintLoopInfo(OS, &SE, *I);
5796 }
5797