[SCEV] Teach SCEV some axioms about non-wrapping arithmetic
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolution.cpp
1 //===- ScalarEvolution.cpp - Scalar Evolution Analysis --------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains the implementation of the scalar evolution analysis
11 // engine, which is used primarily to analyze expressions involving induction
12 // variables in loops.
13 //
14 // There are several aspects to this library.  First is the representation of
15 // scalar expressions, which are represented as subclasses of the SCEV class.
16 // These classes are used to represent certain types of subexpressions that we
17 // can handle. We only create one SCEV of a particular shape, so
18 // pointer-comparisons for equality are legal.
19 //
20 // One important aspect of the SCEV objects is that they are never cyclic, even
21 // if there is a cycle in the dataflow for an expression (ie, a PHI node).  If
22 // the PHI node is one of the idioms that we can represent (e.g., a polynomial
23 // recurrence) then we represent it directly as a recurrence node, otherwise we
24 // represent it as a SCEVUnknown node.
25 //
26 // In addition to being able to represent expressions of various types, we also
27 // have folders that are used to build the *canonical* representation for a
28 // particular expression.  These folders are capable of using a variety of
29 // rewrite rules to simplify the expressions.
30 //
31 // Once the folders are defined, we can implement the more interesting
32 // higher-level code, such as the code that recognizes PHI nodes of various
33 // types, computes the execution count of a loop, etc.
34 //
35 // TODO: We should use these routines and value representations to implement
36 // dependence analysis!
37 //
38 //===----------------------------------------------------------------------===//
39 //
40 // There are several good references for the techniques used in this analysis.
41 //
42 //  Chains of recurrences -- a method to expedite the evaluation
43 //  of closed-form functions
44 //  Olaf Bachmann, Paul S. Wang, Eugene V. Zima
45 //
46 //  On computational properties of chains of recurrences
47 //  Eugene V. Zima
48 //
49 //  Symbolic Evaluation of Chains of Recurrences for Loop Optimization
50 //  Robert A. van Engelen
51 //
52 //  Efficient Symbolic Analysis for Optimizing Compilers
53 //  Robert A. van Engelen
54 //
55 //  Using the chains of recurrences algebra for data dependence testing and
56 //  induction variable substitution
57 //  MS Thesis, Johnie Birch
58 //
59 //===----------------------------------------------------------------------===//
60
61 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
62 #include "llvm/ADT/Optional.h"
63 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
64 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
65 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
66 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
67 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
68 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
69 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
70 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
71 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
72 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
73 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
74 #include "llvm/IR/Constants.h"
75 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
76 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
77 #include "llvm/IR/Dominators.h"
78 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
79 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
80 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
81 #include "llvm/IR/InstIterator.h"
82 #include "llvm/IR/Instructions.h"
83 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
84 #include "llvm/IR/Metadata.h"
85 #include "llvm/IR/Operator.h"
86 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
87 #include "llvm/Support/Debug.h"
88 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
89 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
90 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
91 #include "llvm/Support/SaveAndRestore.h"
92 #include <algorithm>
93 using namespace llvm;
94
95 #define DEBUG_TYPE "scalar-evolution"
96
97 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
98           "Number of trip counts computed with array length");
99 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
100           "Number of loops with predictable loop counts");
101 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
102           "Number of loops without predictable loop counts");
103 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
104           "Number of loops with trip counts computed by force");
105
106 static cl::opt<unsigned>
107 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
108                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
109                                  "symbolically execute a constant "
110                                  "derived loop"),
111                         cl::init(100));
112
113 // FIXME: Enable this with XDEBUG when the test suite is clean.
114 static cl::opt<bool>
115 VerifySCEV("verify-scev",
116            cl::desc("Verify ScalarEvolution's backedge taken counts (slow)"));
117
118 //===----------------------------------------------------------------------===//
119 //                           SCEV class definitions
120 //===----------------------------------------------------------------------===//
121
122 //===----------------------------------------------------------------------===//
123 // Implementation of the SCEV class.
124 //
125
126 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
127 void SCEV::dump() const {
128   print(dbgs());
129   dbgs() << '\n';
130 }
131 #endif
132
133 void SCEV::print(raw_ostream &OS) const {
134   switch (static_cast<SCEVTypes>(getSCEVType())) {
135   case scConstant:
136     cast<SCEVConstant>(this)->getValue()->printAsOperand(OS, false);
137     return;
138   case scTruncate: {
139     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(this);
140     const SCEV *Op = Trunc->getOperand();
141     OS << "(trunc " << *Op->getType() << " " << *Op << " to "
142        << *Trunc->getType() << ")";
143     return;
144   }
145   case scZeroExtend: {
146     const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = cast<SCEVZeroExtendExpr>(this);
147     const SCEV *Op = ZExt->getOperand();
148     OS << "(zext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to "
149        << *ZExt->getType() << ")";
150     return;
151   }
152   case scSignExtend: {
153     const SCEVSignExtendExpr *SExt = cast<SCEVSignExtendExpr>(this);
154     const SCEV *Op = SExt->getOperand();
155     OS << "(sext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to "
156        << *SExt->getType() << ")";
157     return;
158   }
159   case scAddRecExpr: {
160     const SCEVAddRecExpr *AR = cast<SCEVAddRecExpr>(this);
161     OS << "{" << *AR->getOperand(0);
162     for (unsigned i = 1, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
163       OS << ",+," << *AR->getOperand(i);
164     OS << "}<";
165     if (AR->getNoWrapFlags(FlagNUW))
166       OS << "nuw><";
167     if (AR->getNoWrapFlags(FlagNSW))
168       OS << "nsw><";
169     if (AR->getNoWrapFlags(FlagNW) &&
170         !AR->getNoWrapFlags((NoWrapFlags)(FlagNUW | FlagNSW)))
171       OS << "nw><";
172     AR->getLoop()->getHeader()->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
173     OS << ">";
174     return;
175   }
176   case scAddExpr:
177   case scMulExpr:
178   case scUMaxExpr:
179   case scSMaxExpr: {
180     const SCEVNAryExpr *NAry = cast<SCEVNAryExpr>(this);
181     const char *OpStr = nullptr;
182     switch (NAry->getSCEVType()) {
183     case scAddExpr: OpStr = " + "; break;
184     case scMulExpr: OpStr = " * "; break;
185     case scUMaxExpr: OpStr = " umax "; break;
186     case scSMaxExpr: OpStr = " smax "; break;
187     }
188     OS << "(";
189     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
190          I != E; ++I) {
191       OS << **I;
192       if (std::next(I) != E)
193         OS << OpStr;
194     }
195     OS << ")";
196     switch (NAry->getSCEVType()) {
197     case scAddExpr:
198     case scMulExpr:
199       if (NAry->getNoWrapFlags(FlagNUW))
200         OS << "<nuw>";
201       if (NAry->getNoWrapFlags(FlagNSW))
202         OS << "<nsw>";
203     }
204     return;
205   }
206   case scUDivExpr: {
207     const SCEVUDivExpr *UDiv = cast<SCEVUDivExpr>(this);
208     OS << "(" << *UDiv->getLHS() << " /u " << *UDiv->getRHS() << ")";
209     return;
210   }
211   case scUnknown: {
212     const SCEVUnknown *U = cast<SCEVUnknown>(this);
213     Type *AllocTy;
214     if (U->isSizeOf(AllocTy)) {
215       OS << "sizeof(" << *AllocTy << ")";
216       return;
217     }
218     if (U->isAlignOf(AllocTy)) {
219       OS << "alignof(" << *AllocTy << ")";
220       return;
221     }
222
223     Type *CTy;
224     Constant *FieldNo;
225     if (U->isOffsetOf(CTy, FieldNo)) {
226       OS << "offsetof(" << *CTy << ", ";
227       FieldNo->printAsOperand(OS, false);
228       OS << ")";
229       return;
230     }
231
232     // Otherwise just print it normally.
233     U->getValue()->printAsOperand(OS, false);
234     return;
235   }
236   case scCouldNotCompute:
237     OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
238     return;
239   }
240   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
241 }
242
243 Type *SCEV::getType() const {
244   switch (static_cast<SCEVTypes>(getSCEVType())) {
245   case scConstant:
246     return cast<SCEVConstant>(this)->getType();
247   case scTruncate:
248   case scZeroExtend:
249   case scSignExtend:
250     return cast<SCEVCastExpr>(this)->getType();
251   case scAddRecExpr:
252   case scMulExpr:
253   case scUMaxExpr:
254   case scSMaxExpr:
255     return cast<SCEVNAryExpr>(this)->getType();
256   case scAddExpr:
257     return cast<SCEVAddExpr>(this)->getType();
258   case scUDivExpr:
259     return cast<SCEVUDivExpr>(this)->getType();
260   case scUnknown:
261     return cast<SCEVUnknown>(this)->getType();
262   case scCouldNotCompute:
263     llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
264   }
265   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
266 }
267
268 bool SCEV::isZero() const {
269   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
270     return SC->getValue()->isZero();
271   return false;
272 }
273
274 bool SCEV::isOne() const {
275   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
276     return SC->getValue()->isOne();
277   return false;
278 }
279
280 bool SCEV::isAllOnesValue() const {
281   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
282     return SC->getValue()->isAllOnesValue();
283   return false;
284 }
285
286 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
287 /// not a constant.
288 bool SCEV::isNonConstantNegative() const {
289   const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(this);
290   if (!Mul) return false;
291
292   // If there is a constant factor, it will be first.
293   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
294   if (!SC) return false;
295
296   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
297   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
298 }
299
300 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() :
301   SCEV(FoldingSetNodeIDRef(), scCouldNotCompute) {}
302
303 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
304   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
305 }
306
307 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(ConstantInt *V) {
308   FoldingSetNodeID ID;
309   ID.AddInteger(scConstant);
310   ID.AddPointer(V);
311   void *IP = nullptr;
312   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
313   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVConstant(ID.Intern(SCEVAllocator), V);
314   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
315   return S;
316 }
317
318 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(const APInt &Val) {
319   return getConstant(ConstantInt::get(getContext(), Val));
320 }
321
322 const SCEV *
323 ScalarEvolution::getConstant(Type *Ty, uint64_t V, bool isSigned) {
324   IntegerType *ITy = cast<IntegerType>(getEffectiveSCEVType(Ty));
325   return getConstant(ConstantInt::get(ITy, V, isSigned));
326 }
327
328 SCEVCastExpr::SCEVCastExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
329                            unsigned SCEVTy, const SCEV *op, Type *ty)
330   : SCEV(ID, SCEVTy), Op(op), Ty(ty) {}
331
332 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
333                                    const SCEV *op, Type *ty)
334   : SCEVCastExpr(ID, scTruncate, op, ty) {
335   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
336          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
337          "Cannot truncate non-integer value!");
338 }
339
340 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
341                                        const SCEV *op, Type *ty)
342   : SCEVCastExpr(ID, scZeroExtend, op, ty) {
343   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
344          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
345          "Cannot zero extend non-integer value!");
346 }
347
348 SCEVSignExtendExpr::SCEVSignExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
349                                        const SCEV *op, Type *ty)
350   : SCEVCastExpr(ID, scSignExtend, op, ty) {
351   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
352          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
353          "Cannot sign extend non-integer value!");
354 }
355
356 void SCEVUnknown::deleted() {
357   // Clear this SCEVUnknown from various maps.
358   SE->forgetMemoizedResults(this);
359
360   // Remove this SCEVUnknown from the uniquing map.
361   SE->UniqueSCEVs.RemoveNode(this);
362
363   // Release the value.
364   setValPtr(nullptr);
365 }
366
367 void SCEVUnknown::allUsesReplacedWith(Value *New) {
368   // Clear this SCEVUnknown from various maps.
369   SE->forgetMemoizedResults(this);
370
371   // Remove this SCEVUnknown from the uniquing map.
372   SE->UniqueSCEVs.RemoveNode(this);
373
374   // Update this SCEVUnknown to point to the new value. This is needed
375   // because there may still be outstanding SCEVs which still point to
376   // this SCEVUnknown.
377   setValPtr(New);
378 }
379
380 bool SCEVUnknown::isSizeOf(Type *&AllocTy) const {
381   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(getValue()))
382     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
383       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
384         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
385             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
386             CE->getNumOperands() == 2)
387           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(1)))
388             if (CI->isOne()) {
389               AllocTy = cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())
390                                  ->getElementType();
391               return true;
392             }
393
394   return false;
395 }
396
397 bool SCEVUnknown::isAlignOf(Type *&AllocTy) const {
398   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(getValue()))
399     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
400       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
401         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
402             CE->getOperand(0)->isNullValue()) {
403           Type *Ty =
404             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
405           if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty))
406             if (!STy->isPacked() &&
407                 CE->getNumOperands() == 3 &&
408                 CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
409               if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(2)))
410                 if (CI->isOne() &&
411                     STy->getNumElements() == 2 &&
412                     STy->getElementType(0)->isIntegerTy(1)) {
413                   AllocTy = STy->getElementType(1);
414                   return true;
415                 }
416             }
417         }
418
419   return false;
420 }
421
422 bool SCEVUnknown::isOffsetOf(Type *&CTy, Constant *&FieldNo) const {
423   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(getValue()))
424     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
425       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
426         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
427             CE->getNumOperands() == 3 &&
428             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
429             CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
430           Type *Ty =
431             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
432           // Ignore vector types here so that ScalarEvolutionExpander doesn't
433           // emit getelementptrs that index into vectors.
434           if (Ty->isStructTy() || Ty->isArrayTy()) {
435             CTy = Ty;
436             FieldNo = CE->getOperand(2);
437             return true;
438           }
439         }
440
441   return false;
442 }
443
444 //===----------------------------------------------------------------------===//
445 //                               SCEV Utilities
446 //===----------------------------------------------------------------------===//
447
448 namespace {
449   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
450   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
451   /// expressions.
452   class SCEVComplexityCompare {
453     const LoopInfo *const LI;
454   public:
455     explicit SCEVComplexityCompare(const LoopInfo *li) : LI(li) {}
456
457     // Return true or false if LHS is less than, or at least RHS, respectively.
458     bool operator()(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
459       return compare(LHS, RHS) < 0;
460     }
461
462     // Return negative, zero, or positive, if LHS is less than, equal to, or
463     // greater than RHS, respectively. A three-way result allows recursive
464     // comparisons to be more efficient.
465     int compare(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
466       // Fast-path: SCEVs are uniqued so we can do a quick equality check.
467       if (LHS == RHS)
468         return 0;
469
470       // Primarily, sort the SCEVs by their getSCEVType().
471       unsigned LType = LHS->getSCEVType(), RType = RHS->getSCEVType();
472       if (LType != RType)
473         return (int)LType - (int)RType;
474
475       // Aside from the getSCEVType() ordering, the particular ordering
476       // isn't very important except that it's beneficial to be consistent,
477       // so that (a + b) and (b + a) don't end up as different expressions.
478       switch (static_cast<SCEVTypes>(LType)) {
479       case scUnknown: {
480         const SCEVUnknown *LU = cast<SCEVUnknown>(LHS);
481         const SCEVUnknown *RU = cast<SCEVUnknown>(RHS);
482
483         // Sort SCEVUnknown values with some loose heuristics. TODO: This is
484         // not as complete as it could be.
485         const Value *LV = LU->getValue(), *RV = RU->getValue();
486
487         // Order pointer values after integer values. This helps SCEVExpander
488         // form GEPs.
489         bool LIsPointer = LV->getType()->isPointerTy(),
490              RIsPointer = RV->getType()->isPointerTy();
491         if (LIsPointer != RIsPointer)
492           return (int)LIsPointer - (int)RIsPointer;
493
494         // Compare getValueID values.
495         unsigned LID = LV->getValueID(),
496                  RID = RV->getValueID();
497         if (LID != RID)
498           return (int)LID - (int)RID;
499
500         // Sort arguments by their position.
501         if (const Argument *LA = dyn_cast<Argument>(LV)) {
502           const Argument *RA = cast<Argument>(RV);
503           unsigned LArgNo = LA->getArgNo(), RArgNo = RA->getArgNo();
504           return (int)LArgNo - (int)RArgNo;
505         }
506
507         // For instructions, compare their loop depth, and their operand
508         // count.  This is pretty loose.
509         if (const Instruction *LInst = dyn_cast<Instruction>(LV)) {
510           const Instruction *RInst = cast<Instruction>(RV);
511
512           // Compare loop depths.
513           const BasicBlock *LParent = LInst->getParent(),
514                            *RParent = RInst->getParent();
515           if (LParent != RParent) {
516             unsigned LDepth = LI->getLoopDepth(LParent),
517                      RDepth = LI->getLoopDepth(RParent);
518             if (LDepth != RDepth)
519               return (int)LDepth - (int)RDepth;
520           }
521
522           // Compare the number of operands.
523           unsigned LNumOps = LInst->getNumOperands(),
524                    RNumOps = RInst->getNumOperands();
525           return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
526         }
527
528         return 0;
529       }
530
531       case scConstant: {
532         const SCEVConstant *LC = cast<SCEVConstant>(LHS);
533         const SCEVConstant *RC = cast<SCEVConstant>(RHS);
534
535         // Compare constant values.
536         const APInt &LA = LC->getValue()->getValue();
537         const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
538         unsigned LBitWidth = LA.getBitWidth(), RBitWidth = RA.getBitWidth();
539         if (LBitWidth != RBitWidth)
540           return (int)LBitWidth - (int)RBitWidth;
541         return LA.ult(RA) ? -1 : 1;
542       }
543
544       case scAddRecExpr: {
545         const SCEVAddRecExpr *LA = cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
546         const SCEVAddRecExpr *RA = cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
547
548         // Compare addrec loop depths.
549         const Loop *LLoop = LA->getLoop(), *RLoop = RA->getLoop();
550         if (LLoop != RLoop) {
551           unsigned LDepth = LLoop->getLoopDepth(),
552                    RDepth = RLoop->getLoopDepth();
553           if (LDepth != RDepth)
554             return (int)LDepth - (int)RDepth;
555         }
556
557         // Addrec complexity grows with operand count.
558         unsigned LNumOps = LA->getNumOperands(), RNumOps = RA->getNumOperands();
559         if (LNumOps != RNumOps)
560           return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
561
562         // Lexicographically compare.
563         for (unsigned i = 0; i != LNumOps; ++i) {
564           long X = compare(LA->getOperand(i), RA->getOperand(i));
565           if (X != 0)
566             return X;
567         }
568
569         return 0;
570       }
571
572       case scAddExpr:
573       case scMulExpr:
574       case scSMaxExpr:
575       case scUMaxExpr: {
576         const SCEVNAryExpr *LC = cast<SCEVNAryExpr>(LHS);
577         const SCEVNAryExpr *RC = cast<SCEVNAryExpr>(RHS);
578
579         // Lexicographically compare n-ary expressions.
580         unsigned LNumOps = LC->getNumOperands(), RNumOps = RC->getNumOperands();
581         if (LNumOps != RNumOps)
582           return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
583
584         for (unsigned i = 0; i != LNumOps; ++i) {
585           if (i >= RNumOps)
586             return 1;
587           long X = compare(LC->getOperand(i), RC->getOperand(i));
588           if (X != 0)
589             return X;
590         }
591         return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
592       }
593
594       case scUDivExpr: {
595         const SCEVUDivExpr *LC = cast<SCEVUDivExpr>(LHS);
596         const SCEVUDivExpr *RC = cast<SCEVUDivExpr>(RHS);
597
598         // Lexicographically compare udiv expressions.
599         long X = compare(LC->getLHS(), RC->getLHS());
600         if (X != 0)
601           return X;
602         return compare(LC->getRHS(), RC->getRHS());
603       }
604
605       case scTruncate:
606       case scZeroExtend:
607       case scSignExtend: {
608         const SCEVCastExpr *LC = cast<SCEVCastExpr>(LHS);
609         const SCEVCastExpr *RC = cast<SCEVCastExpr>(RHS);
610
611         // Compare cast expressions by operand.
612         return compare(LC->getOperand(), RC->getOperand());
613       }
614
615       case scCouldNotCompute:
616         llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
617       }
618       llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
619     }
620   };
621 }
622
623 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
624 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
625 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
626 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
627 ///
628 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get deterministic
629 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
630 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
631 /// land in memory.
632 ///
633 static void GroupByComplexity(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
634                               LoopInfo *LI) {
635   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
636   if (Ops.size() == 2) {
637     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
638     // Special case it.
639     const SCEV *&LHS = Ops[0], *&RHS = Ops[1];
640     if (SCEVComplexityCompare(LI)(RHS, LHS))
641       std::swap(LHS, RHS);
642     return;
643   }
644
645   // Do the rough sort by complexity.
646   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare(LI));
647
648   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
649   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
650   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
651   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
652   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
653     const SCEV *S = Ops[i];
654     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
655
656     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
657     // one, group them.
658     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
659       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
660         // Move it to immediately after i'th element.
661         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
662         ++i;   // no need to rescan it.
663         if (i == e-2) return;  // Done!
664       }
665     }
666   }
667 }
668
669 namespace {
670 struct FindSCEVSize {
671   int Size;
672   FindSCEVSize() : Size(0) {}
673
674   bool follow(const SCEV *S) {
675     ++Size;
676     // Keep looking at all operands of S.
677     return true;
678   }
679   bool isDone() const {
680     return false;
681   }
682 };
683 }
684
685 // Returns the size of the SCEV S.
686 static inline int sizeOfSCEV(const SCEV *S) {
687   FindSCEVSize F;
688   SCEVTraversal<FindSCEVSize> ST(F);
689   ST.visitAll(S);
690   return F.Size;
691 }
692
693 namespace {
694
695 struct SCEVDivision : public SCEVVisitor<SCEVDivision, void> {
696 public:
697   // Computes the Quotient and Remainder of the division of Numerator by
698   // Denominator.
699   static void divide(ScalarEvolution &SE, const SCEV *Numerator,
700                      const SCEV *Denominator, const SCEV **Quotient,
701                      const SCEV **Remainder) {
702     assert(Numerator && Denominator && "Uninitialized SCEV");
703
704     SCEVDivision D(SE, Numerator, Denominator);
705
706     // Check for the trivial case here to avoid having to check for it in the
707     // rest of the code.
708     if (Numerator == Denominator) {
709       *Quotient = D.One;
710       *Remainder = D.Zero;
711       return;
712     }
713
714     if (Numerator->isZero()) {
715       *Quotient = D.Zero;
716       *Remainder = D.Zero;
717       return;
718     }
719
720     // A simple case when N/1. The quotient is N.
721     if (Denominator->isOne()) {
722       *Quotient = Numerator;
723       *Remainder = D.Zero;
724       return;
725     }
726
727     // Split the Denominator when it is a product.
728     if (const SCEVMulExpr *T = dyn_cast<const SCEVMulExpr>(Denominator)) {
729       const SCEV *Q, *R;
730       *Quotient = Numerator;
731       for (const SCEV *Op : T->operands()) {
732         divide(SE, *Quotient, Op, &Q, &R);
733         *Quotient = Q;
734
735         // Bail out when the Numerator is not divisible by one of the terms of
736         // the Denominator.
737         if (!R->isZero()) {
738           *Quotient = D.Zero;
739           *Remainder = Numerator;
740           return;
741         }
742       }
743       *Remainder = D.Zero;
744       return;
745     }
746
747     D.visit(Numerator);
748     *Quotient = D.Quotient;
749     *Remainder = D.Remainder;
750   }
751
752   // Except in the trivial case described above, we do not know how to divide
753   // Expr by Denominator for the following functions with empty implementation.
754   void visitTruncateExpr(const SCEVTruncateExpr *Numerator) {}
755   void visitZeroExtendExpr(const SCEVZeroExtendExpr *Numerator) {}
756   void visitSignExtendExpr(const SCEVSignExtendExpr *Numerator) {}
757   void visitUDivExpr(const SCEVUDivExpr *Numerator) {}
758   void visitSMaxExpr(const SCEVSMaxExpr *Numerator) {}
759   void visitUMaxExpr(const SCEVUMaxExpr *Numerator) {}
760   void visitUnknown(const SCEVUnknown *Numerator) {}
761   void visitCouldNotCompute(const SCEVCouldNotCompute *Numerator) {}
762
763   void visitConstant(const SCEVConstant *Numerator) {
764     if (const SCEVConstant *D = dyn_cast<SCEVConstant>(Denominator)) {
765       APInt NumeratorVal = Numerator->getValue()->getValue();
766       APInt DenominatorVal = D->getValue()->getValue();
767       uint32_t NumeratorBW = NumeratorVal.getBitWidth();
768       uint32_t DenominatorBW = DenominatorVal.getBitWidth();
769
770       if (NumeratorBW > DenominatorBW)
771         DenominatorVal = DenominatorVal.sext(NumeratorBW);
772       else if (NumeratorBW < DenominatorBW)
773         NumeratorVal = NumeratorVal.sext(DenominatorBW);
774
775       APInt QuotientVal(NumeratorVal.getBitWidth(), 0);
776       APInt RemainderVal(NumeratorVal.getBitWidth(), 0);
777       APInt::sdivrem(NumeratorVal, DenominatorVal, QuotientVal, RemainderVal);
778       Quotient = SE.getConstant(QuotientVal);
779       Remainder = SE.getConstant(RemainderVal);
780       return;
781     }
782   }
783
784   void visitAddRecExpr(const SCEVAddRecExpr *Numerator) {
785     const SCEV *StartQ, *StartR, *StepQ, *StepR;
786     if (!Numerator->isAffine())
787       return cannotDivide(Numerator);
788     divide(SE, Numerator->getStart(), Denominator, &StartQ, &StartR);
789     divide(SE, Numerator->getStepRecurrence(SE), Denominator, &StepQ, &StepR);
790     // Bail out if the types do not match.
791     Type *Ty = Denominator->getType();
792     if (Ty != StartQ->getType() || Ty != StartR->getType() ||
793         Ty != StepQ->getType() || Ty != StepR->getType())
794       return cannotDivide(Numerator);
795     Quotient = SE.getAddRecExpr(StartQ, StepQ, Numerator->getLoop(),
796                                 Numerator->getNoWrapFlags());
797     Remainder = SE.getAddRecExpr(StartR, StepR, Numerator->getLoop(),
798                                  Numerator->getNoWrapFlags());
799   }
800
801   void visitAddExpr(const SCEVAddExpr *Numerator) {
802     SmallVector<const SCEV *, 2> Qs, Rs;
803     Type *Ty = Denominator->getType();
804
805     for (const SCEV *Op : Numerator->operands()) {
806       const SCEV *Q, *R;
807       divide(SE, Op, Denominator, &Q, &R);
808
809       // Bail out if types do not match.
810       if (Ty != Q->getType() || Ty != R->getType())
811         return cannotDivide(Numerator);
812
813       Qs.push_back(Q);
814       Rs.push_back(R);
815     }
816
817     if (Qs.size() == 1) {
818       Quotient = Qs[0];
819       Remainder = Rs[0];
820       return;
821     }
822
823     Quotient = SE.getAddExpr(Qs);
824     Remainder = SE.getAddExpr(Rs);
825   }
826
827   void visitMulExpr(const SCEVMulExpr *Numerator) {
828     SmallVector<const SCEV *, 2> Qs;
829     Type *Ty = Denominator->getType();
830
831     bool FoundDenominatorTerm = false;
832     for (const SCEV *Op : Numerator->operands()) {
833       // Bail out if types do not match.
834       if (Ty != Op->getType())
835         return cannotDivide(Numerator);
836
837       if (FoundDenominatorTerm) {
838         Qs.push_back(Op);
839         continue;
840       }
841
842       // Check whether Denominator divides one of the product operands.
843       const SCEV *Q, *R;
844       divide(SE, Op, Denominator, &Q, &R);
845       if (!R->isZero()) {
846         Qs.push_back(Op);
847         continue;
848       }
849
850       // Bail out if types do not match.
851       if (Ty != Q->getType())
852         return cannotDivide(Numerator);
853
854       FoundDenominatorTerm = true;
855       Qs.push_back(Q);
856     }
857
858     if (FoundDenominatorTerm) {
859       Remainder = Zero;
860       if (Qs.size() == 1)
861         Quotient = Qs[0];
862       else
863         Quotient = SE.getMulExpr(Qs);
864       return;
865     }
866
867     if (!isa<SCEVUnknown>(Denominator))
868       return cannotDivide(Numerator);
869
870     // The Remainder is obtained by replacing Denominator by 0 in Numerator.
871     ValueToValueMap RewriteMap;
872     RewriteMap[cast<SCEVUnknown>(Denominator)->getValue()] =
873         cast<SCEVConstant>(Zero)->getValue();
874     Remainder = SCEVParameterRewriter::rewrite(Numerator, SE, RewriteMap, true);
875
876     if (Remainder->isZero()) {
877       // The Quotient is obtained by replacing Denominator by 1 in Numerator.
878       RewriteMap[cast<SCEVUnknown>(Denominator)->getValue()] =
879           cast<SCEVConstant>(One)->getValue();
880       Quotient =
881           SCEVParameterRewriter::rewrite(Numerator, SE, RewriteMap, true);
882       return;
883     }
884
885     // Quotient is (Numerator - Remainder) divided by Denominator.
886     const SCEV *Q, *R;
887     const SCEV *Diff = SE.getMinusSCEV(Numerator, Remainder);
888     // This SCEV does not seem to simplify: fail the division here.
889     if (sizeOfSCEV(Diff) > sizeOfSCEV(Numerator))
890       return cannotDivide(Numerator);
891     divide(SE, Diff, Denominator, &Q, &R);
892     if (R != Zero)
893       return cannotDivide(Numerator);
894     Quotient = Q;
895   }
896
897 private:
898   SCEVDivision(ScalarEvolution &S, const SCEV *Numerator,
899                const SCEV *Denominator)
900       : SE(S), Denominator(Denominator) {
901     Zero = SE.getZero(Denominator->getType());
902     One = SE.getOne(Denominator->getType());
903
904     // We generally do not know how to divide Expr by Denominator. We
905     // initialize the division to a "cannot divide" state to simplify the rest
906     // of the code.
907     cannotDivide(Numerator);
908   }
909
910   // Convenience function for giving up on the division. We set the quotient to
911   // be equal to zero and the remainder to be equal to the numerator.
912   void cannotDivide(const SCEV *Numerator) {
913     Quotient = Zero;
914     Remainder = Numerator;
915   }
916
917   ScalarEvolution &SE;
918   const SCEV *Denominator, *Quotient, *Remainder, *Zero, *One;
919 };
920
921 }
922
923 //===----------------------------------------------------------------------===//
924 //                      Simple SCEV method implementations
925 //===----------------------------------------------------------------------===//
926
927 /// BinomialCoefficient - Compute BC(It, K).  The result has width W.
928 /// Assume, K > 0.
929 static const SCEV *BinomialCoefficient(const SCEV *It, unsigned K,
930                                        ScalarEvolution &SE,
931                                        Type *ResultTy) {
932   // Handle the simplest case efficiently.
933   if (K == 1)
934     return SE.getTruncateOrZeroExtend(It, ResultTy);
935
936   // We are using the following formula for BC(It, K):
937   //
938   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / K!
939   //
940   // Suppose, W is the bitwidth of the return value.  We must be prepared for
941   // overflow.  Hence, we must assure that the result of our computation is
942   // equal to the accurate one modulo 2^W.  Unfortunately, division isn't
943   // safe in modular arithmetic.
944   //
945   // However, this code doesn't use exactly that formula; the formula it uses
946   // is something like the following, where T is the number of factors of 2 in
947   // K! (i.e. trailing zeros in the binary representation of K!), and ^ is
948   // exponentiation:
949   //
950   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / 2^T / (K! / 2^T)
951   //
952   // This formula is trivially equivalent to the previous formula.  However,
953   // this formula can be implemented much more efficiently.  The trick is that
954   // K! / 2^T is odd, and exact division by an odd number *is* safe in modular
955   // arithmetic.  To do exact division in modular arithmetic, all we have
956   // to do is multiply by the inverse.  Therefore, this step can be done at
957   // width W.
958   //
959   // The next issue is how to safely do the division by 2^T.  The way this
960   // is done is by doing the multiplication step at a width of at least W + T
961   // bits.  This way, the bottom W+T bits of the product are accurate. Then,
962   // when we perform the division by 2^T (which is equivalent to a right shift
963   // by T), the bottom W bits are accurate.  Extra bits are okay; they'll get
964   // truncated out after the division by 2^T.
965   //
966   // In comparison to just directly using the first formula, this technique
967   // is much more efficient; using the first formula requires W * K bits,
968   // but this formula less than W + K bits. Also, the first formula requires
969   // a division step, whereas this formula only requires multiplies and shifts.
970   //
971   // It doesn't matter whether the subtraction step is done in the calculation
972   // width or the input iteration count's width; if the subtraction overflows,
973   // the result must be zero anyway.  We prefer here to do it in the width of
974   // the induction variable because it helps a lot for certain cases; CodeGen
975   // isn't smart enough to ignore the overflow, which leads to much less
976   // efficient code if the width of the subtraction is wider than the native
977   // register width.
978   //
979   // (It's possible to not widen at all by pulling out factors of 2 before
980   // the multiplication; for example, K=2 can be calculated as
981   // It/2*(It+(It*INT_MIN/INT_MIN)+-1). However, it requires
982   // extra arithmetic, so it's not an obvious win, and it gets
983   // much more complicated for K > 3.)
984
985   // Protection from insane SCEVs; this bound is conservative,
986   // but it probably doesn't matter.
987   if (K > 1000)
988     return SE.getCouldNotCompute();
989
990   unsigned W = SE.getTypeSizeInBits(ResultTy);
991
992   // Calculate K! / 2^T and T; we divide out the factors of two before
993   // multiplying for calculating K! / 2^T to avoid overflow.
994   // Other overflow doesn't matter because we only care about the bottom
995   // W bits of the result.
996   APInt OddFactorial(W, 1);
997   unsigned T = 1;
998   for (unsigned i = 3; i <= K; ++i) {
999     APInt Mult(W, i);
1000     unsigned TwoFactors = Mult.countTrailingZeros();
1001     T += TwoFactors;
1002     Mult = Mult.lshr(TwoFactors);
1003     OddFactorial *= Mult;
1004   }
1005
1006   // We need at least W + T bits for the multiplication step
1007   unsigned CalculationBits = W + T;
1008
1009   // Calculate 2^T, at width T+W.
1010   APInt DivFactor = APInt::getOneBitSet(CalculationBits, T);
1011
1012   // Calculate the multiplicative inverse of K! / 2^T;
1013   // this multiplication factor will perform the exact division by
1014   // K! / 2^T.
1015   APInt Mod = APInt::getSignedMinValue(W+1);
1016   APInt MultiplyFactor = OddFactorial.zext(W+1);
1017   MultiplyFactor = MultiplyFactor.multiplicativeInverse(Mod);
1018   MultiplyFactor = MultiplyFactor.trunc(W);
1019
1020   // Calculate the product, at width T+W
1021   IntegerType *CalculationTy = IntegerType::get(SE.getContext(),
1022                                                       CalculationBits);
1023   const SCEV *Dividend = SE.getTruncateOrZeroExtend(It, CalculationTy);
1024   for (unsigned i = 1; i != K; ++i) {
1025     const SCEV *S = SE.getMinusSCEV(It, SE.getConstant(It->getType(), i));
1026     Dividend = SE.getMulExpr(Dividend,
1027                              SE.getTruncateOrZeroExtend(S, CalculationTy));
1028   }
1029
1030   // Divide by 2^T
1031   const SCEV *DivResult = SE.getUDivExpr(Dividend, SE.getConstant(DivFactor));
1032
1033   // Truncate the result, and divide by K! / 2^T.
1034
1035   return SE.getMulExpr(SE.getConstant(MultiplyFactor),
1036                        SE.getTruncateOrZeroExtend(DivResult, ResultTy));
1037 }
1038
1039 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
1040 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
1041 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
1042 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
1043 ///
1044 ///   A*BC(It, 0) + B*BC(It, 1) + C*BC(It, 2) + D*BC(It, 3)
1045 ///
1046 /// where BC(It, k) stands for binomial coefficient.
1047 ///
1048 const SCEV *SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(const SCEV *It,
1049                                                 ScalarEvolution &SE) const {
1050   const SCEV *Result = getStart();
1051   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
1052     // The computation is correct in the face of overflow provided that the
1053     // multiplication is performed _after_ the evaluation of the binomial
1054     // coefficient.
1055     const SCEV *Coeff = BinomialCoefficient(It, i, SE, getType());
1056     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Coeff))
1057       return Coeff;
1058
1059     Result = SE.getAddExpr(Result, SE.getMulExpr(getOperand(i), Coeff));
1060   }
1061   return Result;
1062 }
1063
1064 //===----------------------------------------------------------------------===//
1065 //                    SCEV Expression folder implementations
1066 //===----------------------------------------------------------------------===//
1067
1068 const SCEV *ScalarEvolution::getTruncateExpr(const SCEV *Op,
1069                                              Type *Ty) {
1070   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) > getTypeSizeInBits(Ty) &&
1071          "This is not a truncating conversion!");
1072   assert(isSCEVable(Ty) &&
1073          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1074   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1075
1076   FoldingSetNodeID ID;
1077   ID.AddInteger(scTruncate);
1078   ID.AddPointer(Op);
1079   ID.AddPointer(Ty);
1080   void *IP = nullptr;
1081   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1082
1083   // Fold if the operand is constant.
1084   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1085     return getConstant(
1086       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(), Ty)));
1087
1088   // trunc(trunc(x)) --> trunc(x)
1089   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op))
1090     return getTruncateExpr(ST->getOperand(), Ty);
1091
1092   // trunc(sext(x)) --> sext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
1093   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
1094     return getTruncateOrSignExtend(SS->getOperand(), Ty);
1095
1096   // trunc(zext(x)) --> zext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
1097   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
1098     return getTruncateOrZeroExtend(SZ->getOperand(), Ty);
1099
1100   // trunc(x1+x2+...+xN) --> trunc(x1)+trunc(x2)+...+trunc(xN) if we can
1101   // eliminate all the truncates, or we replace other casts with truncates.
1102   if (const SCEVAddExpr *SA = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Op)) {
1103     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1104     bool hasTrunc = false;
1105     for (unsigned i = 0, e = SA->getNumOperands(); i != e && !hasTrunc; ++i) {
1106       const SCEV *S = getTruncateExpr(SA->getOperand(i), Ty);
1107       if (!isa<SCEVCastExpr>(SA->getOperand(i)))
1108         hasTrunc = isa<SCEVTruncateExpr>(S);
1109       Operands.push_back(S);
1110     }
1111     if (!hasTrunc)
1112       return getAddExpr(Operands);
1113     UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP);  // Mutates IP, returns NULL.
1114   }
1115
1116   // trunc(x1*x2*...*xN) --> trunc(x1)*trunc(x2)*...*trunc(xN) if we can
1117   // eliminate all the truncates, or we replace other casts with truncates.
1118   if (const SCEVMulExpr *SM = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Op)) {
1119     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1120     bool hasTrunc = false;
1121     for (unsigned i = 0, e = SM->getNumOperands(); i != e && !hasTrunc; ++i) {
1122       const SCEV *S = getTruncateExpr(SM->getOperand(i), Ty);
1123       if (!isa<SCEVCastExpr>(SM->getOperand(i)))
1124         hasTrunc = isa<SCEVTruncateExpr>(S);
1125       Operands.push_back(S);
1126     }
1127     if (!hasTrunc)
1128       return getMulExpr(Operands);
1129     UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP);  // Mutates IP, returns NULL.
1130   }
1131
1132   // If the input value is a chrec scev, truncate the chrec's operands.
1133   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
1134     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1135     for (const SCEV *Op : AddRec->operands())
1136       Operands.push_back(getTruncateExpr(Op, Ty));
1137     return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap);
1138   }
1139
1140   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node. We can reuse
1141   // the existing insert position since if we get here, we won't have
1142   // made any changes which would invalidate it.
1143   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVTruncateExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1144                                                  Op, Ty);
1145   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1146   return S;
1147 }
1148
1149 // Get the limit of a recurrence such that incrementing by Step cannot cause
1150 // signed overflow as long as the value of the recurrence within the
1151 // loop does not exceed this limit before incrementing.
1152 static const SCEV *getSignedOverflowLimitForStep(const SCEV *Step,
1153                                                  ICmpInst::Predicate *Pred,
1154                                                  ScalarEvolution *SE) {
1155   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits(Step->getType());
1156   if (SE->isKnownPositive(Step)) {
1157     *Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
1158     return SE->getConstant(APInt::getSignedMinValue(BitWidth) -
1159                            SE->getSignedRange(Step).getSignedMax());
1160   }
1161   if (SE->isKnownNegative(Step)) {
1162     *Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
1163     return SE->getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth) -
1164                            SE->getSignedRange(Step).getSignedMin());
1165   }
1166   return nullptr;
1167 }
1168
1169 // Get the limit of a recurrence such that incrementing by Step cannot cause
1170 // unsigned overflow as long as the value of the recurrence within the loop does
1171 // not exceed this limit before incrementing.
1172 static const SCEV *getUnsignedOverflowLimitForStep(const SCEV *Step,
1173                                                    ICmpInst::Predicate *Pred,
1174                                                    ScalarEvolution *SE) {
1175   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits(Step->getType());
1176   *Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
1177
1178   return SE->getConstant(APInt::getMinValue(BitWidth) -
1179                          SE->getUnsignedRange(Step).getUnsignedMax());
1180 }
1181
1182 namespace {
1183
1184 struct ExtendOpTraitsBase {
1185   typedef const SCEV *(ScalarEvolution::*GetExtendExprTy)(const SCEV *, Type *);
1186 };
1187
1188 // Used to make code generic over signed and unsigned overflow.
1189 template <typename ExtendOp> struct ExtendOpTraits {
1190   // Members present:
1191   //
1192   // static const SCEV::NoWrapFlags WrapType;
1193   //
1194   // static const ExtendOpTraitsBase::GetExtendExprTy GetExtendExpr;
1195   //
1196   // static const SCEV *getOverflowLimitForStep(const SCEV *Step,
1197   //                                           ICmpInst::Predicate *Pred,
1198   //                                           ScalarEvolution *SE);
1199 };
1200
1201 template <>
1202 struct ExtendOpTraits<SCEVSignExtendExpr> : public ExtendOpTraitsBase {
1203   static const SCEV::NoWrapFlags WrapType = SCEV::FlagNSW;
1204
1205   static const GetExtendExprTy GetExtendExpr;
1206
1207   static const SCEV *getOverflowLimitForStep(const SCEV *Step,
1208                                              ICmpInst::Predicate *Pred,
1209                                              ScalarEvolution *SE) {
1210     return getSignedOverflowLimitForStep(Step, Pred, SE);
1211   }
1212 };
1213
1214 const ExtendOpTraitsBase::GetExtendExprTy ExtendOpTraits<
1215     SCEVSignExtendExpr>::GetExtendExpr = &ScalarEvolution::getSignExtendExpr;
1216
1217 template <>
1218 struct ExtendOpTraits<SCEVZeroExtendExpr> : public ExtendOpTraitsBase {
1219   static const SCEV::NoWrapFlags WrapType = SCEV::FlagNUW;
1220
1221   static const GetExtendExprTy GetExtendExpr;
1222
1223   static const SCEV *getOverflowLimitForStep(const SCEV *Step,
1224                                              ICmpInst::Predicate *Pred,
1225                                              ScalarEvolution *SE) {
1226     return getUnsignedOverflowLimitForStep(Step, Pred, SE);
1227   }
1228 };
1229
1230 const ExtendOpTraitsBase::GetExtendExprTy ExtendOpTraits<
1231     SCEVZeroExtendExpr>::GetExtendExpr = &ScalarEvolution::getZeroExtendExpr;
1232 }
1233
1234 // The recurrence AR has been shown to have no signed/unsigned wrap or something
1235 // close to it. Typically, if we can prove NSW/NUW for AR, then we can just as
1236 // easily prove NSW/NUW for its preincrement or postincrement sibling. This
1237 // allows normalizing a sign/zero extended AddRec as such: {sext/zext(Step +
1238 // Start),+,Step} => {(Step + sext/zext(Start),+,Step} As a result, the
1239 // expression "Step + sext/zext(PreIncAR)" is congruent with
1240 // "sext/zext(PostIncAR)"
1241 template <typename ExtendOpTy>
1242 static const SCEV *getPreStartForExtend(const SCEVAddRecExpr *AR, Type *Ty,
1243                                         ScalarEvolution *SE) {
1244   auto WrapType = ExtendOpTraits<ExtendOpTy>::WrapType;
1245   auto GetExtendExpr = ExtendOpTraits<ExtendOpTy>::GetExtendExpr;
1246
1247   const Loop *L = AR->getLoop();
1248   const SCEV *Start = AR->getStart();
1249   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
1250
1251   // Check for a simple looking step prior to loop entry.
1252   const SCEVAddExpr *SA = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Start);
1253   if (!SA)
1254     return nullptr;
1255
1256   // Create an AddExpr for "PreStart" after subtracting Step. Full SCEV
1257   // subtraction is expensive. For this purpose, perform a quick and dirty
1258   // difference, by checking for Step in the operand list.
1259   SmallVector<const SCEV *, 4> DiffOps;
1260   for (const SCEV *Op : SA->operands())
1261     if (Op != Step)
1262       DiffOps.push_back(Op);
1263
1264   if (DiffOps.size() == SA->getNumOperands())
1265     return nullptr;
1266
1267   // Try to prove `WrapType` (SCEV::FlagNSW or SCEV::FlagNUW) on `PreStart` +
1268   // `Step`:
1269
1270   // 1. NSW/NUW flags on the step increment.
1271   const SCEV *PreStart = SE->getAddExpr(DiffOps, SA->getNoWrapFlags());
1272   const SCEVAddRecExpr *PreAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(
1273       SE->getAddRecExpr(PreStart, Step, L, SCEV::FlagAnyWrap));
1274
1275   // "{S,+,X} is <nsw>/<nuw>" and "the backedge is taken at least once" implies
1276   // "S+X does not sign/unsign-overflow".
1277   //
1278
1279   const SCEV *BECount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
1280   if (PreAR && PreAR->getNoWrapFlags(WrapType) &&
1281       !isa<SCEVCouldNotCompute>(BECount) && SE->isKnownPositive(BECount))
1282     return PreStart;
1283
1284   // 2. Direct overflow check on the step operation's expression.
1285   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits(AR->getType());
1286   Type *WideTy = IntegerType::get(SE->getContext(), BitWidth * 2);
1287   const SCEV *OperandExtendedStart =
1288       SE->getAddExpr((SE->*GetExtendExpr)(PreStart, WideTy),
1289                      (SE->*GetExtendExpr)(Step, WideTy));
1290   if ((SE->*GetExtendExpr)(Start, WideTy) == OperandExtendedStart) {
1291     if (PreAR && AR->getNoWrapFlags(WrapType)) {
1292       // If we know `AR` == {`PreStart`+`Step`,+,`Step`} is `WrapType` (FlagNSW
1293       // or FlagNUW) and that `PreStart` + `Step` is `WrapType` too, then
1294       // `PreAR` == {`PreStart`,+,`Step`} is also `WrapType`.  Cache this fact.
1295       const_cast<SCEVAddRecExpr *>(PreAR)->setNoWrapFlags(WrapType);
1296     }
1297     return PreStart;
1298   }
1299
1300   // 3. Loop precondition.
1301   ICmpInst::Predicate Pred;
1302   const SCEV *OverflowLimit =
1303       ExtendOpTraits<ExtendOpTy>::getOverflowLimitForStep(Step, &Pred, SE);
1304
1305   if (OverflowLimit &&
1306       SE->isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, PreStart, OverflowLimit))
1307     return PreStart;
1308
1309   return nullptr;
1310 }
1311
1312 // Get the normalized zero or sign extended expression for this AddRec's Start.
1313 template <typename ExtendOpTy>
1314 static const SCEV *getExtendAddRecStart(const SCEVAddRecExpr *AR, Type *Ty,
1315                                         ScalarEvolution *SE) {
1316   auto GetExtendExpr = ExtendOpTraits<ExtendOpTy>::GetExtendExpr;
1317
1318   const SCEV *PreStart = getPreStartForExtend<ExtendOpTy>(AR, Ty, SE);
1319   if (!PreStart)
1320     return (SE->*GetExtendExpr)(AR->getStart(), Ty);
1321
1322   return SE->getAddExpr((SE->*GetExtendExpr)(AR->getStepRecurrence(*SE), Ty),
1323                         (SE->*GetExtendExpr)(PreStart, Ty));
1324 }
1325
1326 // Try to prove away overflow by looking at "nearby" add recurrences.  A
1327 // motivating example for this rule: if we know `{0,+,4}` is `ult` `-1` and it
1328 // does not itself wrap then we can conclude that `{1,+,4}` is `nuw`.
1329 //
1330 // Formally:
1331 //
1332 //     {S,+,X} == {S-T,+,X} + T
1333 //  => Ext({S,+,X}) == Ext({S-T,+,X} + T)
1334 //
1335 // If ({S-T,+,X} + T) does not overflow  ... (1)
1336 //
1337 //  RHS == Ext({S-T,+,X} + T) == Ext({S-T,+,X}) + Ext(T)
1338 //
1339 // If {S-T,+,X} does not overflow  ... (2)
1340 //
1341 //  RHS == Ext({S-T,+,X}) + Ext(T) == {Ext(S-T),+,Ext(X)} + Ext(T)
1342 //      == {Ext(S-T)+Ext(T),+,Ext(X)}
1343 //
1344 // If (S-T)+T does not overflow  ... (3)
1345 //
1346 //  RHS == {Ext(S-T)+Ext(T),+,Ext(X)} == {Ext(S-T+T),+,Ext(X)}
1347 //      == {Ext(S),+,Ext(X)} == LHS
1348 //
1349 // Thus, if (1), (2) and (3) are true for some T, then
1350 //   Ext({S,+,X}) == {Ext(S),+,Ext(X)}
1351 //
1352 // (3) is implied by (1) -- "(S-T)+T does not overflow" is simply "({S-T,+,X}+T)
1353 // does not overflow" restricted to the 0th iteration.  Therefore we only need
1354 // to check for (1) and (2).
1355 //
1356 // In the current context, S is `Start`, X is `Step`, Ext is `ExtendOpTy` and T
1357 // is `Delta` (defined below).
1358 //
1359 template <typename ExtendOpTy>
1360 bool ScalarEvolution::proveNoWrapByVaryingStart(const SCEV *Start,
1361                                                 const SCEV *Step,
1362                                                 const Loop *L) {
1363   auto WrapType = ExtendOpTraits<ExtendOpTy>::WrapType;
1364
1365   // We restrict `Start` to a constant to prevent SCEV from spending too much
1366   // time here.  It is correct (but more expensive) to continue with a
1367   // non-constant `Start` and do a general SCEV subtraction to compute
1368   // `PreStart` below.
1369   //
1370   const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start);
1371   if (!StartC)
1372     return false;
1373
1374   APInt StartAI = StartC->getValue()->getValue();
1375
1376   for (unsigned Delta : {-2, -1, 1, 2}) {
1377     const SCEV *PreStart = getConstant(StartAI - Delta);
1378
1379     // Give up if we don't already have the add recurrence we need because
1380     // actually constructing an add recurrence is relatively expensive.
1381     const SCEVAddRecExpr *PreAR = [&]() {
1382       FoldingSetNodeID ID;
1383       ID.AddInteger(scAddRecExpr);
1384       ID.AddPointer(PreStart);
1385       ID.AddPointer(Step);
1386       ID.AddPointer(L);
1387       void *IP = nullptr;
1388       return static_cast<SCEVAddRecExpr *>(
1389           this->UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
1390     }();
1391
1392     if (PreAR && PreAR->getNoWrapFlags(WrapType)) {  // proves (2)
1393       const SCEV *DeltaS = getConstant(StartC->getType(), Delta);
1394       ICmpInst::Predicate Pred = ICmpInst::BAD_ICMP_PREDICATE;
1395       const SCEV *Limit = ExtendOpTraits<ExtendOpTy>::getOverflowLimitForStep(
1396           DeltaS, &Pred, this);
1397       if (Limit && isKnownPredicate(Pred, PreAR, Limit))  // proves (1)
1398         return true;
1399     }
1400   }
1401
1402   return false;
1403 }
1404
1405 const SCEV *ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEV *Op,
1406                                                Type *Ty) {
1407   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1408          "This is not an extending conversion!");
1409   assert(isSCEVable(Ty) &&
1410          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1411   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1412
1413   // Fold if the operand is constant.
1414   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1415     return getConstant(
1416       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(), Ty)));
1417
1418   // zext(zext(x)) --> zext(x)
1419   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
1420     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
1421
1422   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
1423   // computed a SCEV for this Op and Ty.
1424   FoldingSetNodeID ID;
1425   ID.AddInteger(scZeroExtend);
1426   ID.AddPointer(Op);
1427   ID.AddPointer(Ty);
1428   void *IP = nullptr;
1429   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1430
1431   // zext(trunc(x)) --> zext(x) or x or trunc(x)
1432   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1433     // It's possible the bits taken off by the truncate were all zero bits. If
1434     // so, we should be able to simplify this further.
1435     const SCEV *X = ST->getOperand();
1436     ConstantRange CR = getUnsignedRange(X);
1437     unsigned TruncBits = getTypeSizeInBits(ST->getType());
1438     unsigned NewBits = getTypeSizeInBits(Ty);
1439     if (CR.truncate(TruncBits).zeroExtend(NewBits).contains(
1440             CR.zextOrTrunc(NewBits)))
1441       return getTruncateOrZeroExtend(X, Ty);
1442   }
1443
1444   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
1445   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
1446   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
1447   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
1448   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
1449     if (AR->isAffine()) {
1450       const SCEV *Start = AR->getStart();
1451       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
1452       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
1453       const Loop *L = AR->getLoop();
1454
1455       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
1456       // we don't need to do any further analysis.
1457       if (AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW))
1458         return getAddRecExpr(
1459             getExtendAddRecStart<SCEVZeroExtendExpr>(AR, Ty, this),
1460             getZeroExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1461
1462       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
1463       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
1464       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
1465       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
1466       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
1467       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
1468       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
1469       // that value once it has finished.
1470       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
1471       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
1472         // Manually compute the final value for AR, checking for
1473         // overflow.
1474
1475         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
1476         // the addrec's type. The count is always unsigned.
1477         const SCEV *CastedMaxBECount =
1478           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
1479         const SCEV *RecastedMaxBECount =
1480           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
1481         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
1482           Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
1483           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no unsigned overflow.
1484           const SCEV *ZMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1485           const SCEV *ZAdd = getZeroExtendExpr(getAddExpr(Start, ZMul), WideTy);
1486           const SCEV *WideStart = getZeroExtendExpr(Start, WideTy);
1487           const SCEV *WideMaxBECount =
1488             getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy);
1489           const SCEV *OperandExtendedAdd =
1490             getAddExpr(WideStart,
1491                        getMulExpr(WideMaxBECount,
1492                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
1493           if (ZAdd == OperandExtendedAdd) {
1494             // Cache knowledge of AR NUW, which is propagated to this AddRec.
1495             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW);
1496             // Return the expression with the addrec on the outside.
1497             return getAddRecExpr(
1498                 getExtendAddRecStart<SCEVZeroExtendExpr>(AR, Ty, this),
1499                 getZeroExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1500           }
1501           // Similar to above, only this time treat the step value as signed.
1502           // This covers loops that count down.
1503           OperandExtendedAdd =
1504             getAddExpr(WideStart,
1505                        getMulExpr(WideMaxBECount,
1506                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
1507           if (ZAdd == OperandExtendedAdd) {
1508             // Cache knowledge of AR NW, which is propagated to this AddRec.
1509             // Negative step causes unsigned wrap, but it still can't self-wrap.
1510             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNW);
1511             // Return the expression with the addrec on the outside.
1512             return getAddRecExpr(
1513                 getExtendAddRecStart<SCEVZeroExtendExpr>(AR, Ty, this),
1514                 getSignExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1515           }
1516         }
1517
1518         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
1519         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
1520         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
1521         // with the post-inc value, the addrec is safe.
1522         if (isKnownPositive(Step)) {
1523           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMinValue(BitWidth) -
1524                                       getUnsignedRange(Step).getUnsignedMax());
1525           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, AR, N) ||
1526               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, Start, N) &&
1527                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT,
1528                                            AR->getPostIncExpr(*this), N))) {
1529             // Cache knowledge of AR NUW, which is propagated to this AddRec.
1530             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW);
1531             // Return the expression with the addrec on the outside.
1532             return getAddRecExpr(
1533                 getExtendAddRecStart<SCEVZeroExtendExpr>(AR, Ty, this),
1534                 getZeroExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1535           }
1536         } else if (isKnownNegative(Step)) {
1537           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth) -
1538                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
1539           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, AR, N) ||
1540               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, Start, N) &&
1541                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT,
1542                                            AR->getPostIncExpr(*this), N))) {
1543             // Cache knowledge of AR NW, which is propagated to this AddRec.
1544             // Negative step causes unsigned wrap, but it still can't self-wrap.
1545             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNW);
1546             // Return the expression with the addrec on the outside.
1547             return getAddRecExpr(
1548                 getExtendAddRecStart<SCEVZeroExtendExpr>(AR, Ty, this),
1549                 getSignExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1550           }
1551         }
1552       }
1553
1554       if (proveNoWrapByVaryingStart<SCEVZeroExtendExpr>(Start, Step, L)) {
1555         const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW);
1556         return getAddRecExpr(
1557             getExtendAddRecStart<SCEVZeroExtendExpr>(AR, Ty, this),
1558             getZeroExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1559       }
1560     }
1561
1562   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
1563   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
1564   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1565   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVZeroExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1566                                                    Op, Ty);
1567   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1568   return S;
1569 }
1570
1571 const SCEV *ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEV *Op,
1572                                                Type *Ty) {
1573   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1574          "This is not an extending conversion!");
1575   assert(isSCEVable(Ty) &&
1576          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1577   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1578
1579   // Fold if the operand is constant.
1580   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1581     return getConstant(
1582       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(), Ty)));
1583
1584   // sext(sext(x)) --> sext(x)
1585   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
1586     return getSignExtendExpr(SS->getOperand(), Ty);
1587
1588   // sext(zext(x)) --> zext(x)
1589   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
1590     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
1591
1592   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
1593   // computed a SCEV for this Op and Ty.
1594   FoldingSetNodeID ID;
1595   ID.AddInteger(scSignExtend);
1596   ID.AddPointer(Op);
1597   ID.AddPointer(Ty);
1598   void *IP = nullptr;
1599   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1600
1601   // If the input value is provably positive, build a zext instead.
1602   if (isKnownNonNegative(Op))
1603     return getZeroExtendExpr(Op, Ty);
1604
1605   // sext(trunc(x)) --> sext(x) or x or trunc(x)
1606   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1607     // It's possible the bits taken off by the truncate were all sign bits. If
1608     // so, we should be able to simplify this further.
1609     const SCEV *X = ST->getOperand();
1610     ConstantRange CR = getSignedRange(X);
1611     unsigned TruncBits = getTypeSizeInBits(ST->getType());
1612     unsigned NewBits = getTypeSizeInBits(Ty);
1613     if (CR.truncate(TruncBits).signExtend(NewBits).contains(
1614             CR.sextOrTrunc(NewBits)))
1615       return getTruncateOrSignExtend(X, Ty);
1616   }
1617
1618   // sext(C1 + (C2 * x)) --> C1 + sext(C2 * x) if C1 < C2
1619   if (auto *SA = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Op)) {
1620     if (SA->getNumOperands() == 2) {
1621       auto *SC1 = dyn_cast<SCEVConstant>(SA->getOperand(0));
1622       auto *SMul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SA->getOperand(1));
1623       if (SMul && SC1) {
1624         if (auto *SC2 = dyn_cast<SCEVConstant>(SMul->getOperand(0))) {
1625           const APInt &C1 = SC1->getValue()->getValue();
1626           const APInt &C2 = SC2->getValue()->getValue();
1627           if (C1.isStrictlyPositive() && C2.isStrictlyPositive() &&
1628               C2.ugt(C1) && C2.isPowerOf2())
1629             return getAddExpr(getSignExtendExpr(SC1, Ty),
1630                               getSignExtendExpr(SMul, Ty));
1631         }
1632       }
1633     }
1634
1635     // sext((A + B + ...)<nsw>) --> (sext(A) + sext(B) + ...)<nsw>
1636     if (SA->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW)) {
1637       // If the addition does not sign overflow then we can, by definition,
1638       // commute the sign extension with the addition operation.
1639       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
1640       for (const auto *Op : SA->operands())
1641         Ops.push_back(getSignExtendExpr(Op, Ty));
1642       return getAddExpr(Ops, SCEV::FlagNSW);
1643     }
1644   }
1645   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
1646   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
1647   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
1648   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
1649   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
1650     if (AR->isAffine()) {
1651       const SCEV *Start = AR->getStart();
1652       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
1653       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
1654       const Loop *L = AR->getLoop();
1655
1656       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
1657       // we don't need to do any further analysis.
1658       if (AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW))
1659         return getAddRecExpr(
1660             getExtendAddRecStart<SCEVSignExtendExpr>(AR, Ty, this),
1661             getSignExtendExpr(Step, Ty), L, SCEV::FlagNSW);
1662
1663       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
1664       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
1665       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
1666       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
1667       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
1668       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
1669       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
1670       // that value once it has finished.
1671       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
1672       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
1673         // Manually compute the final value for AR, checking for
1674         // overflow.
1675
1676         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
1677         // the addrec's type. The count is always unsigned.
1678         const SCEV *CastedMaxBECount =
1679           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
1680         const SCEV *RecastedMaxBECount =
1681           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
1682         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
1683           Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
1684           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no signed overflow.
1685           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1686           const SCEV *SAdd = getSignExtendExpr(getAddExpr(Start, SMul), WideTy);
1687           const SCEV *WideStart = getSignExtendExpr(Start, WideTy);
1688           const SCEV *WideMaxBECount =
1689             getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy);
1690           const SCEV *OperandExtendedAdd =
1691             getAddExpr(WideStart,
1692                        getMulExpr(WideMaxBECount,
1693                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
1694           if (SAdd == OperandExtendedAdd) {
1695             // Cache knowledge of AR NSW, which is propagated to this AddRec.
1696             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
1697             // Return the expression with the addrec on the outside.
1698             return getAddRecExpr(
1699                 getExtendAddRecStart<SCEVSignExtendExpr>(AR, Ty, this),
1700                 getSignExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1701           }
1702           // Similar to above, only this time treat the step value as unsigned.
1703           // This covers loops that count up with an unsigned step.
1704           OperandExtendedAdd =
1705             getAddExpr(WideStart,
1706                        getMulExpr(WideMaxBECount,
1707                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
1708           if (SAdd == OperandExtendedAdd) {
1709             // If AR wraps around then
1710             //
1711             //    abs(Step) * MaxBECount > unsigned-max(AR->getType())
1712             // => SAdd != OperandExtendedAdd
1713             //
1714             // Thus (AR is not NW => SAdd != OperandExtendedAdd) <=>
1715             // (SAdd == OperandExtendedAdd => AR is NW)
1716
1717             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNW);
1718
1719             // Return the expression with the addrec on the outside.
1720             return getAddRecExpr(
1721                 getExtendAddRecStart<SCEVSignExtendExpr>(AR, Ty, this),
1722                 getZeroExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1723           }
1724         }
1725
1726         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
1727         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
1728         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
1729         // with the post-inc value, the addrec is safe.
1730         ICmpInst::Predicate Pred;
1731         const SCEV *OverflowLimit =
1732             getSignedOverflowLimitForStep(Step, &Pred, this);
1733         if (OverflowLimit &&
1734             (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, AR, OverflowLimit) ||
1735              (isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, Start, OverflowLimit) &&
1736               isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, AR->getPostIncExpr(*this),
1737                                           OverflowLimit)))) {
1738           // Cache knowledge of AR NSW, then propagate NSW to the wide AddRec.
1739           const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
1740           return getAddRecExpr(
1741               getExtendAddRecStart<SCEVSignExtendExpr>(AR, Ty, this),
1742               getSignExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1743         }
1744       }
1745       // If Start and Step are constants, check if we can apply this
1746       // transformation:
1747       // sext{C1,+,C2} --> C1 + sext{0,+,C2} if C1 < C2
1748       auto *SC1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Start);
1749       auto *SC2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
1750       if (SC1 && SC2) {
1751         const APInt &C1 = SC1->getValue()->getValue();
1752         const APInt &C2 = SC2->getValue()->getValue();
1753         if (C1.isStrictlyPositive() && C2.isStrictlyPositive() && C2.ugt(C1) &&
1754             C2.isPowerOf2()) {
1755           Start = getSignExtendExpr(Start, Ty);
1756           const SCEV *NewAR = getAddRecExpr(getZero(AR->getType()), Step, L,
1757                                             AR->getNoWrapFlags());
1758           return getAddExpr(Start, getSignExtendExpr(NewAR, Ty));
1759         }
1760       }
1761
1762       if (proveNoWrapByVaryingStart<SCEVSignExtendExpr>(Start, Step, L)) {
1763         const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
1764         return getAddRecExpr(
1765             getExtendAddRecStart<SCEVSignExtendExpr>(AR, Ty, this),
1766             getSignExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1767       }
1768     }
1769
1770   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
1771   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
1772   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1773   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSignExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1774                                                    Op, Ty);
1775   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1776   return S;
1777 }
1778
1779 /// getAnyExtendExpr - Return a SCEV for the given operand extended with
1780 /// unspecified bits out to the given type.
1781 ///
1782 const SCEV *ScalarEvolution::getAnyExtendExpr(const SCEV *Op,
1783                                               Type *Ty) {
1784   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1785          "This is not an extending conversion!");
1786   assert(isSCEVable(Ty) &&
1787          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1788   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1789
1790   // Sign-extend negative constants.
1791   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1792     if (SC->getValue()->getValue().isNegative())
1793       return getSignExtendExpr(Op, Ty);
1794
1795   // Peel off a truncate cast.
1796   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1797     const SCEV *NewOp = T->getOperand();
1798     if (getTypeSizeInBits(NewOp->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty))
1799       return getAnyExtendExpr(NewOp, Ty);
1800     return getTruncateOrNoop(NewOp, Ty);
1801   }
1802
1803   // Next try a zext cast. If the cast is folded, use it.
1804   const SCEV *ZExt = getZeroExtendExpr(Op, Ty);
1805   if (!isa<SCEVZeroExtendExpr>(ZExt))
1806     return ZExt;
1807
1808   // Next try a sext cast. If the cast is folded, use it.
1809   const SCEV *SExt = getSignExtendExpr(Op, Ty);
1810   if (!isa<SCEVSignExtendExpr>(SExt))
1811     return SExt;
1812
1813   // Force the cast to be folded into the operands of an addrec.
1814   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
1815     SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
1816     for (const SCEV *Op : AR->operands())
1817       Ops.push_back(getAnyExtendExpr(Op, Ty));
1818     return getAddRecExpr(Ops, AR->getLoop(), SCEV::FlagNW);
1819   }
1820
1821   // If the expression is obviously signed, use the sext cast value.
1822   if (isa<SCEVSMaxExpr>(Op))
1823     return SExt;
1824
1825   // Absent any other information, use the zext cast value.
1826   return ZExt;
1827 }
1828
1829 /// CollectAddOperandsWithScales - Process the given Ops list, which is
1830 /// a list of operands to be added under the given scale, update the given
1831 /// map. This is a helper function for getAddRecExpr. As an example of
1832 /// what it does, given a sequence of operands that would form an add
1833 /// expression like this:
1834 ///
1835 ///    m + n + 13 + (A * (o + p + (B * (q + m + 29)))) + r + (-1 * r)
1836 ///
1837 /// where A and B are constants, update the map with these values:
1838 ///
1839 ///    (m, 1+A*B), (n, 1), (o, A), (p, A), (q, A*B), (r, 0)
1840 ///
1841 /// and add 13 + A*B*29 to AccumulatedConstant.
1842 /// This will allow getAddRecExpr to produce this:
1843 ///
1844 ///    13+A*B*29 + n + (m * (1+A*B)) + ((o + p) * A) + (q * A*B)
1845 ///
1846 /// This form often exposes folding opportunities that are hidden in
1847 /// the original operand list.
1848 ///
1849 /// Return true iff it appears that any interesting folding opportunities
1850 /// may be exposed. This helps getAddRecExpr short-circuit extra work in
1851 /// the common case where no interesting opportunities are present, and
1852 /// is also used as a check to avoid infinite recursion.
1853 ///
1854 static bool
1855 CollectAddOperandsWithScales(DenseMap<const SCEV *, APInt> &M,
1856                              SmallVectorImpl<const SCEV *> &NewOps,
1857                              APInt &AccumulatedConstant,
1858                              const SCEV *const *Ops, size_t NumOperands,
1859                              const APInt &Scale,
1860                              ScalarEvolution &SE) {
1861   bool Interesting = false;
1862
1863   // Iterate over the add operands. They are sorted, with constants first.
1864   unsigned i = 0;
1865   while (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1866     ++i;
1867     // Pull a buried constant out to the outside.
1868     if (Scale != 1 || AccumulatedConstant != 0 || C->getValue()->isZero())
1869       Interesting = true;
1870     AccumulatedConstant += Scale * C->getValue()->getValue();
1871   }
1872
1873   // Next comes everything else. We're especially interested in multiplies
1874   // here, but they're in the middle, so just visit the rest with one loop.
1875   for (; i != NumOperands; ++i) {
1876     const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i]);
1877     if (Mul && isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
1878       APInt NewScale =
1879         Scale * cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))->getValue()->getValue();
1880       if (Mul->getNumOperands() == 2 && isa<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1))) {
1881         // A multiplication of a constant with another add; recurse.
1882         const SCEVAddExpr *Add = cast<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1));
1883         Interesting |=
1884           CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1885                                        Add->op_begin(), Add->getNumOperands(),
1886                                        NewScale, SE);
1887       } else {
1888         // A multiplication of a constant with some other value. Update
1889         // the map.
1890         SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
1891         const SCEV *Key = SE.getMulExpr(MulOps);
1892         auto Pair = M.insert(std::make_pair(Key, NewScale));
1893         if (Pair.second) {
1894           NewOps.push_back(Pair.first->first);
1895         } else {
1896           Pair.first->second += NewScale;
1897           // The map already had an entry for this value, which may indicate
1898           // a folding opportunity.
1899           Interesting = true;
1900         }
1901       }
1902     } else {
1903       // An ordinary operand. Update the map.
1904       std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1905         M.insert(std::make_pair(Ops[i], Scale));
1906       if (Pair.second) {
1907         NewOps.push_back(Pair.first->first);
1908       } else {
1909         Pair.first->second += Scale;
1910         // The map already had an entry for this value, which may indicate
1911         // a folding opportunity.
1912         Interesting = true;
1913       }
1914     }
1915   }
1916
1917   return Interesting;
1918 }
1919
1920 namespace {
1921   struct APIntCompare {
1922     bool operator()(const APInt &LHS, const APInt &RHS) const {
1923       return LHS.ult(RHS);
1924     }
1925   };
1926 }
1927
1928 // We're trying to construct a SCEV of type `Type' with `Ops' as operands and
1929 // `OldFlags' as can't-wrap behavior.  Infer a more aggressive set of
1930 // can't-overflow flags for the operation if possible.
1931 static SCEV::NoWrapFlags
1932 StrengthenNoWrapFlags(ScalarEvolution *SE, SCEVTypes Type,
1933                       const SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1934                       SCEV::NoWrapFlags Flags) {
1935   using namespace std::placeholders;
1936   typedef OverflowingBinaryOperator OBO;
1937
1938   bool CanAnalyze =
1939       Type == scAddExpr || Type == scAddRecExpr || Type == scMulExpr;
1940   (void)CanAnalyze;
1941   assert(CanAnalyze && "don't call from other places!");
1942
1943   int SignOrUnsignMask = SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW;
1944   SCEV::NoWrapFlags SignOrUnsignWrap =
1945       ScalarEvolution::maskFlags(Flags, SignOrUnsignMask);
1946
1947   // If FlagNSW is true and all the operands are non-negative, infer FlagNUW.
1948   auto IsKnownNonNegative =
1949     std::bind(std::mem_fn(&ScalarEvolution::isKnownNonNegative), SE, _1);
1950
1951   if (SignOrUnsignWrap == SCEV::FlagNSW &&
1952       std::all_of(Ops.begin(), Ops.end(), IsKnownNonNegative))
1953     Flags =
1954         ScalarEvolution::setFlags(Flags, (SCEV::NoWrapFlags)SignOrUnsignMask);
1955
1956   SignOrUnsignWrap = ScalarEvolution::maskFlags(Flags, SignOrUnsignMask);
1957
1958   if (SignOrUnsignWrap != SignOrUnsignMask && Type == scAddExpr &&
1959       Ops.size() == 2 && isa<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1960
1961     // (A + C) --> (A + C)<nsw> if the addition does not sign overflow
1962     // (A + C) --> (A + C)<nuw> if the addition does not unsign overflow
1963
1964     const APInt &C = cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->getValue();
1965     if (!(SignOrUnsignWrap & SCEV::FlagNSW)) {
1966       auto NSWRegion =
1967         ConstantRange::makeNoWrapRegion(Instruction::Add, C, OBO::NoSignedWrap);
1968       if (NSWRegion.contains(SE->getSignedRange(Ops[1])))
1969         Flags = ScalarEvolution::setFlags(Flags, SCEV::FlagNSW);
1970     }
1971     if (!(SignOrUnsignWrap & SCEV::FlagNUW)) {
1972       auto NUWRegion =
1973         ConstantRange::makeNoWrapRegion(Instruction::Add, C,
1974                                         OBO::NoUnsignedWrap);
1975       if (NUWRegion.contains(SE->getUnsignedRange(Ops[1])))
1976         Flags = ScalarEvolution::setFlags(Flags, SCEV::FlagNUW);
1977     }
1978   }
1979
1980   return Flags;
1981 }
1982
1983 /// getAddExpr - Get a canonical add expression, or something simpler if
1984 /// possible.
1985 const SCEV *ScalarEvolution::getAddExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1986                                         SCEV::NoWrapFlags Flags) {
1987   assert(!(Flags & ~(SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW)) &&
1988          "only nuw or nsw allowed");
1989   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
1990   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1991 #ifndef NDEBUG
1992   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
1993   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1994     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
1995            "SCEVAddExpr operand types don't match!");
1996 #endif
1997
1998   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1999   GroupByComplexity(Ops, &LI);
2000
2001   Flags = StrengthenNoWrapFlags(this, scAddExpr, Ops, Flags);
2002
2003   // If there are any constants, fold them together.
2004   unsigned Idx = 0;
2005   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2006     ++Idx;
2007     assert(Idx < Ops.size());
2008     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2009       // We found two constants, fold them together!
2010       Ops[0] = getConstant(LHSC->getValue()->getValue() +
2011                            RHSC->getValue()->getValue());
2012       if (Ops.size() == 2) return Ops[0];
2013       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2014       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2015     }
2016
2017     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
2018     if (LHSC->getValue()->isZero()) {
2019       Ops.erase(Ops.begin());
2020       --Idx;
2021     }
2022
2023     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2024   }
2025
2026   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list more than
2027   // once.  If so, merge them together into an multiply expression.  Since we
2028   // sorted the list, these values are required to be adjacent.
2029   Type *Ty = Ops[0]->getType();
2030   bool FoundMatch = false;
2031   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-1; ++i)
2032     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
2033       // Scan ahead to count how many equal operands there are.
2034       unsigned Count = 2;
2035       while (i+Count != e && Ops[i+Count] == Ops[i])
2036         ++Count;
2037       // Merge the values into a multiply.
2038       const SCEV *Scale = getConstant(Ty, Count);
2039       const SCEV *Mul = getMulExpr(Scale, Ops[i]);
2040       if (Ops.size() == Count)
2041         return Mul;
2042       Ops[i] = Mul;
2043       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+Count);
2044       --i; e -= Count - 1;
2045       FoundMatch = true;
2046     }
2047   if (FoundMatch)
2048     return getAddExpr(Ops, Flags);
2049
2050   // Check for truncates. If all the operands are truncated from the same
2051   // type, see if factoring out the truncate would permit the result to be
2052   // folded. eg., trunc(x) + m*trunc(n) --> trunc(x + trunc(m)*n)
2053   // if the contents of the resulting outer trunc fold to something simple.
2054   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
2055     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]);
2056     Type *DstType = Trunc->getType();
2057     Type *SrcType = Trunc->getOperand()->getType();
2058     SmallVector<const SCEV *, 8> LargeOps;
2059     bool Ok = true;
2060     // Check all the operands to see if they can be represented in the
2061     // source type of the truncate.
2062     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
2063       if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[i])) {
2064         if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
2065           Ok = false;
2066           break;
2067         }
2068         LargeOps.push_back(T->getOperand());
2069       } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
2070         LargeOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
2071       } else if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i])) {
2072         SmallVector<const SCEV *, 8> LargeMulOps;
2073         for (unsigned j = 0, f = M->getNumOperands(); j != f && Ok; ++j) {
2074           if (const SCEVTruncateExpr *T =
2075                 dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(M->getOperand(j))) {
2076             if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
2077               Ok = false;
2078               break;
2079             }
2080             LargeMulOps.push_back(T->getOperand());
2081           } else if (const auto *C = dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(j))) {
2082             LargeMulOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
2083           } else {
2084             Ok = false;
2085             break;
2086           }
2087         }
2088         if (Ok)
2089           LargeOps.push_back(getMulExpr(LargeMulOps));
2090       } else {
2091         Ok = false;
2092         break;
2093       }
2094     }
2095     if (Ok) {
2096       // Evaluate the expression in the larger type.
2097       const SCEV *Fold = getAddExpr(LargeOps, Flags);
2098       // If it folds to something simple, use it. Otherwise, don't.
2099       if (isa<SCEVConstant>(Fold) || isa<SCEVUnknown>(Fold))
2100         return getTruncateExpr(Fold, DstType);
2101     }
2102   }
2103
2104   // Skip past any other cast SCEVs.
2105   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
2106     ++Idx;
2107
2108   // If there are add operands they would be next.
2109   if (Idx < Ops.size()) {
2110     bool DeletedAdd = false;
2111     while (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
2112       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
2113       // list.
2114       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2115       Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
2116       DeletedAdd = true;
2117     }
2118
2119     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
2120     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
2121     // any operands we just acquired.
2122     if (DeletedAdd)
2123       return getAddExpr(Ops);
2124   }
2125
2126   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
2127   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
2128     ++Idx;
2129
2130   // Check to see if there are any folding opportunities present with
2131   // operands multiplied by constant values.
2132   if (Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
2133     uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(Ty);
2134     DenseMap<const SCEV *, APInt> M;
2135     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
2136     APInt AccumulatedConstant(BitWidth, 0);
2137     if (CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
2138                                      Ops.data(), Ops.size(),
2139                                      APInt(BitWidth, 1), *this)) {
2140       // Some interesting folding opportunity is present, so its worthwhile to
2141       // re-generate the operands list. Group the operands by constant scale,
2142       // to avoid multiplying by the same constant scale multiple times.
2143       std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare> MulOpLists;
2144       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = NewOps.begin(),
2145            E = NewOps.end(); I != E; ++I)
2146         MulOpLists[M.find(*I)->second].push_back(*I);
2147       // Re-generate the operands list.
2148       Ops.clear();
2149       if (AccumulatedConstant != 0)
2150         Ops.push_back(getConstant(AccumulatedConstant));
2151       for (std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare>::iterator
2152            I = MulOpLists.begin(), E = MulOpLists.end(); I != E; ++I)
2153         if (I->first != 0)
2154           Ops.push_back(getMulExpr(getConstant(I->first),
2155                                    getAddExpr(I->second)));
2156       if (Ops.empty())
2157         return getZero(Ty);
2158       if (Ops.size() == 1)
2159         return Ops[0];
2160       return getAddExpr(Ops);
2161     }
2162   }
2163
2164   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
2165   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
2166   // the multiply.
2167   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
2168     const SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
2169     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
2170       const SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
2171       if (isa<SCEVConstant>(MulOpSCEV))
2172         continue;
2173       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
2174         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp]) {
2175           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
2176           const SCEV *InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
2177           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
2178             // If the multiply has more than two operands, we must get the
2179             // Y*Z term.
2180             SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
2181                                                 Mul->op_begin()+MulOp);
2182             MulOps.append(Mul->op_begin()+MulOp+1, Mul->op_end());
2183             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
2184           }
2185           const SCEV *One = getOne(Ty);
2186           const SCEV *AddOne = getAddExpr(One, InnerMul);
2187           const SCEV *OuterMul = getMulExpr(AddOne, MulOpSCEV);
2188           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
2189           if (AddOp < Idx) {
2190             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
2191             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
2192           } else {
2193             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2194             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
2195           }
2196           Ops.push_back(OuterMul);
2197           return getAddExpr(Ops);
2198         }
2199
2200       // Check this multiply against other multiplies being added together.
2201       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
2202            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
2203            ++OtherMulIdx) {
2204         const SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
2205         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
2206         // together.
2207         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
2208              OMulOp != e; ++OMulOp)
2209           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
2210             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
2211             const SCEV *InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
2212             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
2213               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
2214                                                   Mul->op_begin()+MulOp);
2215               MulOps.append(Mul->op_begin()+MulOp+1, Mul->op_end());
2216               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
2217             }
2218             const SCEV *InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
2219             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
2220               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(OtherMul->op_begin(),
2221                                                   OtherMul->op_begin()+OMulOp);
2222               MulOps.append(OtherMul->op_begin()+OMulOp+1, OtherMul->op_end());
2223               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
2224             }
2225             const SCEV *InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
2226             const SCEV *OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
2227             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
2228             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2229             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
2230             Ops.push_back(OuterMul);
2231             return getAddExpr(Ops);
2232           }
2233       }
2234     }
2235   }
2236
2237   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
2238   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
2239   // recurrence.
2240   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
2241     ++Idx;
2242
2243   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
2244   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
2245     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
2246     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
2247     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
2248     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
2249     const Loop *AddRecLoop = AddRec->getLoop();
2250     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2251       if (isLoopInvariant(Ops[i], AddRecLoop)) {
2252         LIOps.push_back(Ops[i]);
2253         Ops.erase(Ops.begin()+i);
2254         --i; --e;
2255       }
2256
2257     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
2258     if (!LIOps.empty()) {
2259       //  NLI + LI + {Start,+,Step}  -->  NLI + {LI+Start,+,Step}
2260       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
2261
2262       SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
2263                                              AddRec->op_end());
2264       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
2265
2266       // Build the new addrec. Propagate the NUW and NSW flags if both the
2267       // outer add and the inner addrec are guaranteed to have no overflow.
2268       // Always propagate NW.
2269       Flags = AddRec->getNoWrapFlags(setFlags(Flags, SCEV::FlagNW));
2270       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRecLoop, Flags);
2271
2272       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
2273       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
2274
2275       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-invariant parts.
2276       for (unsigned i = 0;; ++i)
2277         if (Ops[i] == AddRec) {
2278           Ops[i] = NewRec;
2279           break;
2280         }
2281       return getAddExpr(Ops);
2282     }
2283
2284     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
2285     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
2286     // added together.  If so, we can fold them.
2287     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
2288          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
2289          ++OtherIdx)
2290       if (AddRecLoop == cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx])->getLoop()) {
2291         // Other + {A,+,B}<L> + {C,+,D}<L>  -->  Other + {A+C,+,B+D}<L>
2292         SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
2293                                                AddRec->op_end());
2294         for (; OtherIdx != Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
2295              ++OtherIdx)
2296           if (const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec =
2297                 dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]))
2298             if (OtherAddRec->getLoop() == AddRecLoop) {
2299               for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands();
2300                    i != e; ++i) {
2301                 if (i >= AddRecOps.size()) {
2302                   AddRecOps.append(OtherAddRec->op_begin()+i,
2303                                    OtherAddRec->op_end());
2304                   break;
2305                 }
2306                 AddRecOps[i] = getAddExpr(AddRecOps[i],
2307                                           OtherAddRec->getOperand(i));
2308               }
2309               Ops.erase(Ops.begin() + OtherIdx); --OtherIdx;
2310             }
2311         // Step size has changed, so we cannot guarantee no self-wraparound.
2312         Ops[Idx] = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRecLoop, SCEV::FlagAnyWrap);
2313         return getAddExpr(Ops);
2314       }
2315
2316     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
2317     // next one.
2318   }
2319
2320   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
2321   // already have one, otherwise create a new one.
2322   FoldingSetNodeID ID;
2323   ID.AddInteger(scAddExpr);
2324   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2325     ID.AddPointer(Ops[i]);
2326   void *IP = nullptr;
2327   SCEVAddExpr *S =
2328     static_cast<SCEVAddExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2329   if (!S) {
2330     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2331     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2332     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2333                                         O, Ops.size());
2334     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2335   }
2336   S->setNoWrapFlags(Flags);
2337   return S;
2338 }
2339
2340 static uint64_t umul_ov(uint64_t i, uint64_t j, bool &Overflow) {
2341   uint64_t k = i*j;
2342   if (j > 1 && k / j != i) Overflow = true;
2343   return k;
2344 }
2345
2346 /// Compute the result of "n choose k", the binomial coefficient.  If an
2347 /// intermediate computation overflows, Overflow will be set and the return will
2348 /// be garbage. Overflow is not cleared on absence of overflow.
2349 static uint64_t Choose(uint64_t n, uint64_t k, bool &Overflow) {
2350   // We use the multiplicative formula:
2351   //     n(n-1)(n-2)...(n-(k-1)) / k(k-1)(k-2)...1 .
2352   // At each iteration, we take the n-th term of the numeral and divide by the
2353   // (k-n)th term of the denominator.  This division will always produce an
2354   // integral result, and helps reduce the chance of overflow in the
2355   // intermediate computations. However, we can still overflow even when the
2356   // final result would fit.
2357
2358   if (n == 0 || n == k) return 1;
2359   if (k > n) return 0;
2360
2361   if (k > n/2)
2362     k = n-k;
2363
2364   uint64_t r = 1;
2365   for (uint64_t i = 1; i <= k; ++i) {
2366     r = umul_ov(r, n-(i-1), Overflow);
2367     r /= i;
2368   }
2369   return r;
2370 }
2371
2372 /// Determine if any of the operands in this SCEV are a constant or if
2373 /// any of the add or multiply expressions in this SCEV contain a constant.
2374 static bool containsConstantSomewhere(const SCEV *StartExpr) {
2375   SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
2376   Ops.push_back(StartExpr);
2377   while (!Ops.empty()) {
2378     const SCEV *CurrentExpr = Ops.pop_back_val();
2379     if (isa<SCEVConstant>(*CurrentExpr))
2380       return true;
2381
2382     if (isa<SCEVAddExpr>(*CurrentExpr) || isa<SCEVMulExpr>(*CurrentExpr)) {
2383       const auto *CurrentNAry = cast<SCEVNAryExpr>(CurrentExpr);
2384       Ops.append(CurrentNAry->op_begin(), CurrentNAry->op_end());
2385     }
2386   }
2387   return false;
2388 }
2389
2390 /// getMulExpr - Get a canonical multiply expression, or something simpler if
2391 /// possible.
2392 const SCEV *ScalarEvolution::getMulExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
2393                                         SCEV::NoWrapFlags Flags) {
2394   assert(Flags == maskFlags(Flags, SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW) &&
2395          "only nuw or nsw allowed");
2396   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
2397   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2398 #ifndef NDEBUG
2399   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
2400   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2401     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
2402            "SCEVMulExpr operand types don't match!");
2403 #endif
2404
2405   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2406   GroupByComplexity(Ops, &LI);
2407
2408   Flags = StrengthenNoWrapFlags(this, scMulExpr, Ops, Flags);
2409
2410   // If there are any constants, fold them together.
2411   unsigned Idx = 0;
2412   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2413
2414     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
2415     if (Ops.size() == 2)
2416         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
2417           // If any of Add's ops are Adds or Muls with a constant,
2418           // apply this transformation as well.
2419           if (Add->getNumOperands() == 2)
2420             if (containsConstantSomewhere(Add))
2421               return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
2422                                 getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
2423
2424     ++Idx;
2425     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2426       // We found two constants, fold them together!
2427       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2428                                            LHSC->getValue()->getValue() *
2429                                            RHSC->getValue()->getValue());
2430       Ops[0] = getConstant(Fold);
2431       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2432       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2433       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2434     }
2435
2436     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
2437     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
2438       Ops.erase(Ops.begin());
2439       --Idx;
2440     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
2441       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
2442       return Ops[0];
2443     } else if (Ops[0]->isAllOnesValue()) {
2444       // If we have a mul by -1 of an add, try distributing the -1 among the
2445       // add operands.
2446       if (Ops.size() == 2) {
2447         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1])) {
2448           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
2449           bool AnyFolded = false;
2450           for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = Add->op_begin(),
2451                  E = Add->op_end(); I != E; ++I) {
2452             const SCEV *Mul = getMulExpr(Ops[0], *I);
2453             if (!isa<SCEVMulExpr>(Mul)) AnyFolded = true;
2454             NewOps.push_back(Mul);
2455           }
2456           if (AnyFolded)
2457             return getAddExpr(NewOps);
2458         } else if (const auto *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[1])) {
2459           // Negation preserves a recurrence's no self-wrap property.
2460           SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2461           for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = AddRec->op_begin(),
2462                  E = AddRec->op_end(); I != E; ++I) {
2463             Operands.push_back(getMulExpr(Ops[0], *I));
2464           }
2465           return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop(),
2466                                AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
2467         }
2468       }
2469     }
2470
2471     if (Ops.size() == 1)
2472       return Ops[0];
2473   }
2474
2475   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
2476   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
2477     ++Idx;
2478
2479   // If there are mul operands inline them all into this expression.
2480   if (Idx < Ops.size()) {
2481     bool DeletedMul = false;
2482     while (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
2483       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
2484       // list.
2485       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2486       Ops.append(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
2487       DeletedMul = true;
2488     }
2489
2490     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
2491     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
2492     // any operands we just acquired.
2493     if (DeletedMul)
2494       return getMulExpr(Ops);
2495   }
2496
2497   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
2498   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
2499   // recurrence.
2500   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
2501     ++Idx;
2502
2503   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
2504   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
2505     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
2506     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
2507     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
2508     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
2509     const Loop *AddRecLoop = AddRec->getLoop();
2510     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2511       if (isLoopInvariant(Ops[i], AddRecLoop)) {
2512         LIOps.push_back(Ops[i]);
2513         Ops.erase(Ops.begin()+i);
2514         --i; --e;
2515       }
2516
2517     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
2518     if (!LIOps.empty()) {
2519       //  NLI * LI * {Start,+,Step}  -->  NLI * {LI*Start,+,LI*Step}
2520       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
2521       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
2522       const SCEV *Scale = getMulExpr(LIOps);
2523       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
2524         NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
2525
2526       // Build the new addrec. Propagate the NUW and NSW flags if both the
2527       // outer mul and the inner addrec are guaranteed to have no overflow.
2528       //
2529       // No self-wrap cannot be guaranteed after changing the step size, but
2530       // will be inferred if either NUW or NSW is true.
2531       Flags = AddRec->getNoWrapFlags(clearFlags(Flags, SCEV::FlagNW));
2532       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRecLoop, Flags);
2533
2534       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
2535       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
2536
2537       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-invariant parts.
2538       for (unsigned i = 0;; ++i)
2539         if (Ops[i] == AddRec) {
2540           Ops[i] = NewRec;
2541           break;
2542         }
2543       return getMulExpr(Ops);
2544     }
2545
2546     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
2547     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
2548     // multiplied together.  If so, we can fold them.
2549
2550     // {A1,+,A2,+,...,+,An}<L> * {B1,+,B2,+,...,+,Bn}<L>
2551     // = {x=1 in [ sum y=x..2x [ sum z=max(y-x, y-n)..min(x,n) [
2552     //       choose(x, 2x)*choose(2x-y, x-z)*A_{y-z}*B_z
2553     //   ]]],+,...up to x=2n}.
2554     // Note that the arguments to choose() are always integers with values
2555     // known at compile time, never SCEV objects.
2556     //
2557     // The implementation avoids pointless extra computations when the two
2558     // addrec's are of different length (mathematically, it's equivalent to
2559     // an infinite stream of zeros on the right).
2560     bool OpsModified = false;
2561     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
2562          OtherIdx != Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
2563          ++OtherIdx) {
2564       const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec =
2565         dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
2566       if (!OtherAddRec || OtherAddRec->getLoop() != AddRecLoop)
2567         continue;
2568
2569       bool Overflow = false;
2570       Type *Ty = AddRec->getType();
2571       bool LargerThan64Bits = getTypeSizeInBits(Ty) > 64;
2572       SmallVector<const SCEV*, 7> AddRecOps;
2573       for (int x = 0, xe = AddRec->getNumOperands() +
2574              OtherAddRec->getNumOperands() - 1; x != xe && !Overflow; ++x) {
2575         const SCEV *Term = getZero(Ty);
2576         for (int y = x, ye = 2*x+1; y != ye && !Overflow; ++y) {
2577           uint64_t Coeff1 = Choose(x, 2*x - y, Overflow);
2578           for (int z = std::max(y-x, y-(int)AddRec->getNumOperands()+1),
2579                  ze = std::min(x+1, (int)OtherAddRec->getNumOperands());
2580                z < ze && !Overflow; ++z) {
2581             uint64_t Coeff2 = Choose(2*x - y, x-z, Overflow);
2582             uint64_t Coeff;
2583             if (LargerThan64Bits)
2584               Coeff = umul_ov(Coeff1, Coeff2, Overflow);
2585             else
2586               Coeff = Coeff1*Coeff2;
2587             const SCEV *CoeffTerm = getConstant(Ty, Coeff);
2588             const SCEV *Term1 = AddRec->getOperand(y-z);
2589             const SCEV *Term2 = OtherAddRec->getOperand(z);
2590             Term = getAddExpr(Term, getMulExpr(CoeffTerm, Term1,Term2));
2591           }
2592         }
2593         AddRecOps.push_back(Term);
2594       }
2595       if (!Overflow) {
2596         const SCEV *NewAddRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRec->getLoop(),
2597                                               SCEV::FlagAnyWrap);
2598         if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
2599         Ops[Idx] = NewAddRec;
2600         Ops.erase(Ops.begin() + OtherIdx); --OtherIdx;
2601         OpsModified = true;
2602         AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec);
2603         if (!AddRec)
2604           break;
2605       }
2606     }
2607     if (OpsModified)
2608       return getMulExpr(Ops);
2609
2610     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
2611     // next one.
2612   }
2613
2614   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
2615   // already have one, otherwise create a new one.
2616   FoldingSetNodeID ID;
2617   ID.AddInteger(scMulExpr);
2618   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2619     ID.AddPointer(Ops[i]);
2620   void *IP = nullptr;
2621   SCEVMulExpr *S =
2622     static_cast<SCEVMulExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2623   if (!S) {
2624     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2625     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2626     S = new (SCEVAllocator) SCEVMulExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2627                                         O, Ops.size());
2628     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2629   }
2630   S->setNoWrapFlags(Flags);
2631   return S;
2632 }
2633
2634 /// getUDivExpr - Get a canonical unsigned division expression, or something
2635 /// simpler if possible.
2636 const SCEV *ScalarEvolution::getUDivExpr(const SCEV *LHS,
2637                                          const SCEV *RHS) {
2638   assert(getEffectiveSCEVType(LHS->getType()) ==
2639          getEffectiveSCEVType(RHS->getType()) &&
2640          "SCEVUDivExpr operand types don't match!");
2641
2642   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
2643     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
2644       return LHS;                               // X udiv 1 --> x
2645     // If the denominator is zero, the result of the udiv is undefined. Don't
2646     // try to analyze it, because the resolution chosen here may differ from
2647     // the resolution chosen in other parts of the compiler.
2648     if (!RHSC->getValue()->isZero()) {
2649       // Determine if the division can be folded into the operands of
2650       // its operands.
2651       // TODO: Generalize this to non-constants by using known-bits information.
2652       Type *Ty = LHS->getType();
2653       unsigned LZ = RHSC->getValue()->getValue().countLeadingZeros();
2654       unsigned MaxShiftAmt = getTypeSizeInBits(Ty) - LZ - 1;
2655       // For non-power-of-two values, effectively round the value up to the
2656       // nearest power of two.
2657       if (!RHSC->getValue()->getValue().isPowerOf2())
2658         ++MaxShiftAmt;
2659       IntegerType *ExtTy =
2660         IntegerType::get(getContext(), getTypeSizeInBits(Ty) + MaxShiftAmt);
2661       if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
2662         if (const SCEVConstant *Step =
2663             dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*this))) {
2664           // {X,+,N}/C --> {X/C,+,N/C} if safe and N/C can be folded.
2665           const APInt &StepInt = Step->getValue()->getValue();
2666           const APInt &DivInt = RHSC->getValue()->getValue();
2667           if (!StepInt.urem(DivInt) &&
2668               getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
2669               getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
2670                             getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
2671                             AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap)) {
2672             SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2673             for (const SCEV *Op : AR->operands())
2674               Operands.push_back(getUDivExpr(Op, RHS));
2675             return getAddRecExpr(Operands, AR->getLoop(), SCEV::FlagNW);
2676           }
2677           /// Get a canonical UDivExpr for a recurrence.
2678           /// {X,+,N}/C => {Y,+,N}/C where Y=X-(X%N). Safe when C%N=0.
2679           // We can currently only fold X%N if X is constant.
2680           const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStart());
2681           if (StartC && !DivInt.urem(StepInt) &&
2682               getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
2683               getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
2684                             getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
2685                             AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap)) {
2686             const APInt &StartInt = StartC->getValue()->getValue();
2687             const APInt &StartRem = StartInt.urem(StepInt);
2688             if (StartRem != 0)
2689               LHS = getAddRecExpr(getConstant(StartInt - StartRem), Step,
2690                                   AR->getLoop(), SCEV::FlagNW);
2691           }
2692         }
2693       // (A*B)/C --> A*(B/C) if safe and B/C can be folded.
2694       if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
2695         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2696         for (const SCEV *Op : M->operands())
2697           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(Op, ExtTy));
2698         if (getZeroExtendExpr(M, ExtTy) == getMulExpr(Operands))
2699           // Find an operand that's safely divisible.
2700           for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2701             const SCEV *Op = M->getOperand(i);
2702             const SCEV *Div = getUDivExpr(Op, RHSC);
2703             if (!isa<SCEVUDivExpr>(Div) && getMulExpr(Div, RHSC) == Op) {
2704               Operands = SmallVector<const SCEV *, 4>(M->op_begin(),
2705                                                       M->op_end());
2706               Operands[i] = Div;
2707               return getMulExpr(Operands);
2708             }
2709           }
2710       }
2711       // (A+B)/C --> (A/C + B/C) if safe and A/C and B/C can be folded.
2712       if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS)) {
2713         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2714         for (const SCEV *Op : A->operands())
2715           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(Op, ExtTy));
2716         if (getZeroExtendExpr(A, ExtTy) == getAddExpr(Operands)) {
2717           Operands.clear();
2718           for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2719             const SCEV *Op = getUDivExpr(A->getOperand(i), RHS);
2720             if (isa<SCEVUDivExpr>(Op) ||
2721                 getMulExpr(Op, RHS) != A->getOperand(i))
2722               break;
2723             Operands.push_back(Op);
2724           }
2725           if (Operands.size() == A->getNumOperands())
2726             return getAddExpr(Operands);
2727         }
2728       }
2729
2730       // Fold if both operands are constant.
2731       if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
2732         Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
2733         Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
2734         return getConstant(cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getUDiv(LHSCV,
2735                                                                    RHSCV)));
2736       }
2737     }
2738   }
2739
2740   FoldingSetNodeID ID;
2741   ID.AddInteger(scUDivExpr);
2742   ID.AddPointer(LHS);
2743   ID.AddPointer(RHS);
2744   void *IP = nullptr;
2745   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2746   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUDivExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2747                                              LHS, RHS);
2748   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2749   return S;
2750 }
2751
2752 static const APInt gcd(const SCEVConstant *C1, const SCEVConstant *C2) {
2753   APInt A = C1->getValue()->getValue().abs();
2754   APInt B = C2->getValue()->getValue().abs();
2755   uint32_t ABW = A.getBitWidth();
2756   uint32_t BBW = B.getBitWidth();
2757
2758   if (ABW > BBW)
2759     B = B.zext(ABW);
2760   else if (ABW < BBW)
2761     A = A.zext(BBW);
2762
2763   return APIntOps::GreatestCommonDivisor(A, B);
2764 }
2765
2766 /// getUDivExactExpr - Get a canonical unsigned division expression, or
2767 /// something simpler if possible. There is no representation for an exact udiv
2768 /// in SCEV IR, but we can attempt to remove factors from the LHS and RHS.
2769 /// We can't do this when it's not exact because the udiv may be clearing bits.
2770 const SCEV *ScalarEvolution::getUDivExactExpr(const SCEV *LHS,
2771                                               const SCEV *RHS) {
2772   // TODO: we could try to find factors in all sorts of things, but for now we
2773   // just deal with u/exact (multiply, constant). See SCEVDivision towards the
2774   // end of this file for inspiration.
2775
2776   const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS);
2777   if (!Mul)
2778     return getUDivExpr(LHS, RHS);
2779
2780   if (const SCEVConstant *RHSCst = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
2781     // If the mulexpr multiplies by a constant, then that constant must be the
2782     // first element of the mulexpr.
2783     if (const auto *LHSCst = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
2784       if (LHSCst == RHSCst) {
2785         SmallVector<const SCEV *, 2> Operands;
2786         Operands.append(Mul->op_begin() + 1, Mul->op_end());
2787         return getMulExpr(Operands);
2788       }
2789
2790       // We can't just assume that LHSCst divides RHSCst cleanly, it could be
2791       // that there's a factor provided by one of the other terms. We need to
2792       // check.
2793       APInt Factor = gcd(LHSCst, RHSCst);
2794       if (!Factor.isIntN(1)) {
2795         LHSCst = cast<SCEVConstant>(
2796             getConstant(LHSCst->getValue()->getValue().udiv(Factor)));
2797         RHSCst = cast<SCEVConstant>(
2798             getConstant(RHSCst->getValue()->getValue().udiv(Factor)));
2799         SmallVector<const SCEV *, 2> Operands;
2800         Operands.push_back(LHSCst);
2801         Operands.append(Mul->op_begin() + 1, Mul->op_end());
2802         LHS = getMulExpr(Operands);
2803         RHS = RHSCst;
2804         Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS);
2805         if (!Mul)
2806           return getUDivExactExpr(LHS, RHS);
2807       }
2808     }
2809   }
2810
2811   for (int i = 0, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2812     if (Mul->getOperand(i) == RHS) {
2813       SmallVector<const SCEV *, 2> Operands;
2814       Operands.append(Mul->op_begin(), Mul->op_begin() + i);
2815       Operands.append(Mul->op_begin() + i + 1, Mul->op_end());
2816       return getMulExpr(Operands);
2817     }
2818   }
2819
2820   return getUDivExpr(LHS, RHS);
2821 }
2822
2823 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
2824 /// Simplify the expression as much as possible.
2825 const SCEV *ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEV *Start, const SCEV *Step,
2826                                            const Loop *L,
2827                                            SCEV::NoWrapFlags Flags) {
2828   SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2829   Operands.push_back(Start);
2830   if (const SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
2831     if (StepChrec->getLoop() == L) {
2832       Operands.append(StepChrec->op_begin(), StepChrec->op_end());
2833       return getAddRecExpr(Operands, L, maskFlags(Flags, SCEV::FlagNW));
2834     }
2835
2836   Operands.push_back(Step);
2837   return getAddRecExpr(Operands, L, Flags);
2838 }
2839
2840 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
2841 /// Simplify the expression as much as possible.
2842 const SCEV *
2843 ScalarEvolution::getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
2844                                const Loop *L, SCEV::NoWrapFlags Flags) {
2845   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
2846 #ifndef NDEBUG
2847   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Operands[0]->getType());
2848   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2849     assert(getEffectiveSCEVType(Operands[i]->getType()) == ETy &&
2850            "SCEVAddRecExpr operand types don't match!");
2851   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2852     assert(isLoopInvariant(Operands[i], L) &&
2853            "SCEVAddRecExpr operand is not loop-invariant!");
2854 #endif
2855
2856   if (Operands.back()->isZero()) {
2857     Operands.pop_back();
2858     return getAddRecExpr(Operands, L, SCEV::FlagAnyWrap); // {X,+,0}  -->  X
2859   }
2860
2861   // It's tempting to want to call getMaxBackedgeTakenCount count here and
2862   // use that information to infer NUW and NSW flags. However, computing a
2863   // BE count requires calling getAddRecExpr, so we may not yet have a
2864   // meaningful BE count at this point (and if we don't, we'd be stuck
2865   // with a SCEVCouldNotCompute as the cached BE count).
2866
2867   Flags = StrengthenNoWrapFlags(this, scAddRecExpr, Operands, Flags);
2868
2869   // Canonicalize nested AddRecs in by nesting them in order of loop depth.
2870   if (const SCEVAddRecExpr *NestedAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Operands[0])) {
2871     const Loop *NestedLoop = NestedAR->getLoop();
2872     if (L->contains(NestedLoop)
2873             ? (L->getLoopDepth() < NestedLoop->getLoopDepth())
2874             : (!NestedLoop->contains(L) &&
2875                DT.dominates(L->getHeader(), NestedLoop->getHeader()))) {
2876       SmallVector<const SCEV *, 4> NestedOperands(NestedAR->op_begin(),
2877                                                   NestedAR->op_end());
2878       Operands[0] = NestedAR->getStart();
2879       // AddRecs require their operands be loop-invariant with respect to their
2880       // loops. Don't perform this transformation if it would break this
2881       // requirement.
2882       bool AllInvariant =
2883           std::all_of(Operands.begin(), Operands.end(),
2884                       [&](const SCEV *Op) { return isLoopInvariant(Op, L); });
2885
2886       if (AllInvariant) {
2887         // Create a recurrence for the outer loop with the same step size.
2888         //
2889         // The outer recurrence keeps its NW flag but only keeps NUW/NSW if the
2890         // inner recurrence has the same property.
2891         SCEV::NoWrapFlags OuterFlags =
2892           maskFlags(Flags, SCEV::FlagNW | NestedAR->getNoWrapFlags());
2893
2894         NestedOperands[0] = getAddRecExpr(Operands, L, OuterFlags);
2895         AllInvariant = std::all_of(
2896             NestedOperands.begin(), NestedOperands.end(),
2897             [&](const SCEV *Op) { return isLoopInvariant(Op, NestedLoop); });
2898
2899         if (AllInvariant) {
2900           // Ok, both add recurrences are valid after the transformation.
2901           //
2902           // The inner recurrence keeps its NW flag but only keeps NUW/NSW if
2903           // the outer recurrence has the same property.
2904           SCEV::NoWrapFlags InnerFlags =
2905             maskFlags(NestedAR->getNoWrapFlags(), SCEV::FlagNW | Flags);
2906           return getAddRecExpr(NestedOperands, NestedLoop, InnerFlags);
2907         }
2908       }
2909       // Reset Operands to its original state.
2910       Operands[0] = NestedAR;
2911     }
2912   }
2913
2914   // Okay, it looks like we really DO need an addrec expr.  Check to see if we
2915   // already have one, otherwise create a new one.
2916   FoldingSetNodeID ID;
2917   ID.AddInteger(scAddRecExpr);
2918   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2919     ID.AddPointer(Operands[i]);
2920   ID.AddPointer(L);
2921   void *IP = nullptr;
2922   SCEVAddRecExpr *S =
2923     static_cast<SCEVAddRecExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2924   if (!S) {
2925     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Operands.size());
2926     std::uninitialized_copy(Operands.begin(), Operands.end(), O);
2927     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddRecExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2928                                            O, Operands.size(), L);
2929     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2930   }
2931   S->setNoWrapFlags(Flags);
2932   return S;
2933 }
2934
2935 const SCEV *
2936 ScalarEvolution::getGEPExpr(Type *PointeeType, const SCEV *BaseExpr,
2937                             const SmallVectorImpl<const SCEV *> &IndexExprs,
2938                             bool InBounds) {
2939   // getSCEV(Base)->getType() has the same address space as Base->getType()
2940   // because SCEV::getType() preserves the address space.
2941   Type *IntPtrTy = getEffectiveSCEVType(BaseExpr->getType());
2942   // FIXME(PR23527): Don't blindly transfer the inbounds flag from the GEP
2943   // instruction to its SCEV, because the Instruction may be guarded by control
2944   // flow and the no-overflow bits may not be valid for the expression in any
2945   // context. This can be fixed similarly to how these flags are handled for
2946   // adds.
2947   SCEV::NoWrapFlags Wrap = InBounds ? SCEV::FlagNSW : SCEV::FlagAnyWrap;
2948
2949   const SCEV *TotalOffset = getZero(IntPtrTy);
2950   // The address space is unimportant. The first thing we do on CurTy is getting
2951   // its element type.
2952   Type *CurTy = PointerType::getUnqual(PointeeType);
2953   for (const SCEV *IndexExpr : IndexExprs) {
2954     // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
2955     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(CurTy)) {
2956       // For a struct, add the member offset.
2957       ConstantInt *Index = cast<SCEVConstant>(IndexExpr)->getValue();
2958       unsigned FieldNo = Index->getZExtValue();
2959       const SCEV *FieldOffset = getOffsetOfExpr(IntPtrTy, STy, FieldNo);
2960
2961       // Add the field offset to the running total offset.
2962       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, FieldOffset);
2963
2964       // Update CurTy to the type of the field at Index.
2965       CurTy = STy->getTypeAtIndex(Index);
2966     } else {
2967       // Update CurTy to its element type.
2968       CurTy = cast<SequentialType>(CurTy)->getElementType();
2969       // For an array, add the element offset, explicitly scaled.
2970       const SCEV *ElementSize = getSizeOfExpr(IntPtrTy, CurTy);
2971       // Getelementptr indices are signed.
2972       IndexExpr = getTruncateOrSignExtend(IndexExpr, IntPtrTy);
2973
2974       // Multiply the index by the element size to compute the element offset.
2975       const SCEV *LocalOffset = getMulExpr(IndexExpr, ElementSize, Wrap);
2976
2977       // Add the element offset to the running total offset.
2978       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, LocalOffset);
2979     }
2980   }
2981
2982   // Add the total offset from all the GEP indices to the base.
2983   return getAddExpr(BaseExpr, TotalOffset, Wrap);
2984 }
2985
2986 const SCEV *ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEV *LHS,
2987                                          const SCEV *RHS) {
2988   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2989   Ops.push_back(LHS);
2990   Ops.push_back(RHS);
2991   return getSMaxExpr(Ops);
2992 }
2993
2994 const SCEV *
2995 ScalarEvolution::getSMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2996   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
2997   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2998 #ifndef NDEBUG
2999   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
3000   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
3001     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
3002            "SCEVSMaxExpr operand types don't match!");
3003 #endif
3004
3005   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
3006   GroupByComplexity(Ops, &LI);
3007
3008   // If there are any constants, fold them together.
3009   unsigned Idx = 0;
3010   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
3011     ++Idx;
3012     assert(Idx < Ops.size());
3013     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
3014       // We found two constants, fold them together!
3015       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
3016                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
3017                                              RHSC->getValue()->getValue()));
3018       Ops[0] = getConstant(Fold);
3019       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
3020       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3021       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
3022     }
3023
3024     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
3025     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
3026       Ops.erase(Ops.begin());
3027       --Idx;
3028     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(true)) {
3029       // If we have an smax with a constant maximum-int, it will always be
3030       // maximum-int.
3031       return Ops[0];
3032     }
3033
3034     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3035   }
3036
3037   // Find the first SMax
3038   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
3039     ++Idx;
3040
3041   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
3042   // onto our operand list, and recurse to simplify.
3043   if (Idx < Ops.size()) {
3044     bool DeletedSMax = false;
3045     while (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
3046       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
3047       Ops.append(SMax->op_begin(), SMax->op_end());
3048       DeletedSMax = true;
3049     }
3050
3051     if (DeletedSMax)
3052       return getSMaxExpr(Ops);
3053   }
3054
3055   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
3056   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
3057   // be adjacent.
3058   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
3059     //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
3060     //  X smax Y         -->  X, if X is always greater than Y
3061     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
3062         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
3063       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
3064       --i; --e;
3065     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SLE, Ops[i], Ops[i+1])) {
3066       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
3067       --i; --e;
3068     }
3069
3070   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3071
3072   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
3073
3074   // Okay, it looks like we really DO need an smax expr.  Check to see if we
3075   // already have one, otherwise create a new one.
3076   FoldingSetNodeID ID;
3077   ID.AddInteger(scSMaxExpr);
3078   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
3079     ID.AddPointer(Ops[i]);
3080   void *IP = nullptr;
3081   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
3082   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
3083   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
3084   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
3085                                              O, Ops.size());
3086   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
3087   return S;
3088 }
3089
3090 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxExpr(const SCEV *LHS,
3091                                          const SCEV *RHS) {
3092   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
3093   Ops.push_back(LHS);
3094   Ops.push_back(RHS);
3095   return getUMaxExpr(Ops);
3096 }
3097
3098 const SCEV *
3099 ScalarEvolution::getUMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
3100   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty umax!");
3101   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3102 #ifndef NDEBUG
3103   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
3104   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
3105     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
3106            "SCEVUMaxExpr operand types don't match!");
3107 #endif
3108
3109   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
3110   GroupByComplexity(Ops, &LI);
3111
3112   // If there are any constants, fold them together.
3113   unsigned Idx = 0;
3114   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
3115     ++Idx;
3116     assert(Idx < Ops.size());
3117     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
3118       // We found two constants, fold them together!
3119       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
3120                               APIntOps::umax(LHSC->getValue()->getValue(),
3121                                              RHSC->getValue()->getValue()));
3122       Ops[0] = getConstant(Fold);
3123       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
3124       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3125       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
3126     }
3127
3128     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
3129     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(false)) {
3130       Ops.erase(Ops.begin());
3131       --Idx;
3132     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(false)) {
3133       // If we have an umax with a constant maximum-int, it will always be
3134       // maximum-int.
3135       return Ops[0];
3136     }
3137
3138     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3139   }
3140
3141   // Find the first UMax
3142   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scUMaxExpr)
3143     ++Idx;
3144
3145   // Check to see if one of the operands is a UMax. If so, expand its operands
3146   // onto our operand list, and recurse to simplify.
3147   if (Idx < Ops.size()) {
3148     bool DeletedUMax = false;
3149     while (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(Ops[Idx])) {
3150       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
3151       Ops.append(UMax->op_begin(), UMax->op_end());
3152       DeletedUMax = true;
3153     }
3154
3155     if (DeletedUMax)
3156       return getUMaxExpr(Ops);
3157   }
3158
3159   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
3160   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
3161   // be adjacent.
3162   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
3163     //  X umax Y umax Y  -->  X umax Y
3164     //  X umax Y         -->  X, if X is always greater than Y
3165     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
3166         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_UGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
3167       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
3168       --i; --e;
3169     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_ULE, Ops[i], Ops[i+1])) {
3170       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
3171       --i; --e;
3172     }
3173
3174   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3175
3176   assert(!Ops.empty() && "Reduced umax down to nothing!");
3177
3178   // Okay, it looks like we really DO need a umax expr.  Check to see if we
3179   // already have one, otherwise create a new one.
3180   FoldingSetNodeID ID;
3181   ID.AddInteger(scUMaxExpr);
3182   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
3183     ID.AddPointer(Ops[i]);
3184   void *IP = nullptr;
3185   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
3186   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
3187   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
3188   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
3189                                              O, Ops.size());
3190   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
3191   return S;
3192 }
3193
3194 const SCEV *ScalarEvolution::getSMinExpr(const SCEV *LHS,
3195                                          const SCEV *RHS) {
3196   // ~smax(~x, ~y) == smin(x, y).
3197   return getNotSCEV(getSMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
3198 }
3199
3200 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinExpr(const SCEV *LHS,
3201                                          const SCEV *RHS) {
3202   // ~umax(~x, ~y) == umin(x, y)
3203   return getNotSCEV(getUMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
3204 }
3205
3206 const SCEV *ScalarEvolution::getSizeOfExpr(Type *IntTy, Type *AllocTy) {
3207   // We can bypass creating a target-independent
3208   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
3209   // This is just a compile-time optimization.
3210   return getConstant(IntTy,
3211                      F.getParent()->getDataLayout().getTypeAllocSize(AllocTy));
3212 }
3213
3214 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(Type *IntTy,
3215                                              StructType *STy,
3216                                              unsigned FieldNo) {
3217   // We can bypass creating a target-independent
3218   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
3219   // This is just a compile-time optimization.
3220   return getConstant(
3221       IntTy,
3222       F.getParent()->getDataLayout().getStructLayout(STy)->getElementOffset(
3223           FieldNo));
3224 }
3225
3226 const SCEV *ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
3227   // Don't attempt to do anything other than create a SCEVUnknown object
3228   // here.  createSCEV only calls getUnknown after checking for all other
3229   // interesting possibilities, and any other code that calls getUnknown
3230   // is doing so in order to hide a value from SCEV canonicalization.
3231
3232   FoldingSetNodeID ID;
3233   ID.AddInteger(scUnknown);
3234   ID.AddPointer(V);
3235   void *IP = nullptr;
3236   if (SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) {
3237     assert(cast<SCEVUnknown>(S)->getValue() == V &&
3238            "Stale SCEVUnknown in uniquing map!");
3239     return S;
3240   }
3241   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUnknown(ID.Intern(SCEVAllocator), V, this,
3242                                             FirstUnknown);
3243   FirstUnknown = cast<SCEVUnknown>(S);
3244   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
3245   return S;
3246 }
3247
3248 //===----------------------------------------------------------------------===//
3249 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
3250 //
3251
3252 /// isSCEVable - Test if values of the given type are analyzable within
3253 /// the SCEV framework. This primarily includes integer types, and it
3254 /// can optionally include pointer types if the ScalarEvolution class
3255 /// has access to target-specific information.
3256 bool ScalarEvolution::isSCEVable(Type *Ty) const {
3257   // Integers and pointers are always SCEVable.
3258   return Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy();
3259 }
3260
3261 /// getTypeSizeInBits - Return the size in bits of the specified type,
3262 /// for which isSCEVable must return true.
3263 uint64_t ScalarEvolution::getTypeSizeInBits(Type *Ty) const {
3264   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
3265   return F.getParent()->getDataLayout().getTypeSizeInBits(Ty);
3266 }
3267
3268 /// getEffectiveSCEVType - Return a type with the same bitwidth as
3269 /// the given type and which represents how SCEV will treat the given
3270 /// type, for which isSCEVable must return true. For pointer types,
3271 /// this is the pointer-sized integer type.
3272 Type *ScalarEvolution::getEffectiveSCEVType(Type *Ty) const {
3273   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
3274
3275   if (Ty->isIntegerTy())
3276     return Ty;
3277
3278   // The only other support type is pointer.
3279   assert(Ty->isPointerTy() && "Unexpected non-pointer non-integer type!");
3280   return F.getParent()->getDataLayout().getIntPtrType(Ty);
3281 }
3282
3283 const SCEV *ScalarEvolution::getCouldNotCompute() {
3284   return CouldNotCompute.get();
3285 }
3286
3287 namespace {
3288   // Helper class working with SCEVTraversal to figure out if a SCEV contains
3289   // a SCEVUnknown with null value-pointer. FindInvalidSCEVUnknown::FindOne
3290   // is set iff if find such SCEVUnknown.
3291   //
3292   struct FindInvalidSCEVUnknown {
3293     bool FindOne;
3294     FindInvalidSCEVUnknown() { FindOne = false; }
3295     bool follow(const SCEV *S) {
3296       switch (static_cast<SCEVTypes>(S->getSCEVType())) {
3297       case scConstant:
3298         return false;
3299       case scUnknown:
3300         if (!cast<SCEVUnknown>(S)->getValue())
3301           FindOne = true;
3302         return false;
3303       default:
3304         return true;
3305       }
3306     }
3307     bool isDone() const { return FindOne; }
3308   };
3309 }
3310
3311 bool ScalarEvolution::checkValidity(const SCEV *S) const {
3312   FindInvalidSCEVUnknown F;
3313   SCEVTraversal<FindInvalidSCEVUnknown> ST(F);
3314   ST.visitAll(S);
3315
3316   return !F.FindOne;
3317 }
3318
3319 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
3320 /// expression and create a new one.
3321 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) {
3322   assert(isSCEVable(V->getType()) && "Value is not SCEVable!");
3323
3324   const SCEV *S = getExistingSCEV(V);
3325   if (S == nullptr) {
3326     S = createSCEV(V);
3327     ValueExprMap.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(V, this), S));
3328   }
3329   return S;
3330 }
3331
3332 const SCEV *ScalarEvolution::getExistingSCEV(Value *V) {
3333   assert(isSCEVable(V->getType()) && "Value is not SCEVable!");
3334
3335   ValueExprMapType::iterator I = ValueExprMap.find_as(V);
3336   if (I != ValueExprMap.end()) {
3337     const SCEV *S = I->second;
3338     if (checkValidity(S))
3339       return S;
3340     ValueExprMap.erase(I);
3341   }
3342   return nullptr;
3343 }
3344
3345 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
3346 ///
3347 const SCEV *ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEV *V,
3348                                              SCEV::NoWrapFlags Flags) {
3349   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
3350     return getConstant(
3351                cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue())));
3352
3353   Type *Ty = V->getType();
3354   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
3355   return getMulExpr(
3356       V, getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty))), Flags);
3357 }
3358
3359 /// getNotSCEV - Return a SCEV corresponding to ~V = -1-V
3360 const SCEV *ScalarEvolution::getNotSCEV(const SCEV *V) {
3361   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
3362     return getConstant(
3363                 cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(VC->getValue())));
3364
3365   Type *Ty = V->getType();
3366   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
3367   const SCEV *AllOnes =
3368                    getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty)));
3369   return getMinusSCEV(AllOnes, V);
3370 }
3371
3372 /// getMinusSCEV - Return LHS-RHS.  Minus is represented in SCEV as A+B*-1.
3373 const SCEV *ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
3374                                           SCEV::NoWrapFlags Flags) {
3375   // Fast path: X - X --> 0.
3376   if (LHS == RHS)
3377     return getZero(LHS->getType());
3378
3379   // We represent LHS - RHS as LHS + (-1)*RHS. This transformation
3380   // makes it so that we cannot make much use of NUW.
3381   auto AddFlags = SCEV::FlagAnyWrap;
3382   const bool RHSIsNotMinSigned =
3383       !getSignedRange(RHS).getSignedMin().isMinSignedValue();
3384   if (maskFlags(Flags, SCEV::FlagNSW) == SCEV::FlagNSW) {
3385     // Let M be the minimum representable signed value. Then (-1)*RHS
3386     // signed-wraps if and only if RHS is M. That can happen even for
3387     // a NSW subtraction because e.g. (-1)*M signed-wraps even though
3388     // -1 - M does not. So to transfer NSW from LHS - RHS to LHS +
3389     // (-1)*RHS, we need to prove that RHS != M.
3390     //
3391     // If LHS is non-negative and we know that LHS - RHS does not
3392     // signed-wrap, then RHS cannot be M. So we can rule out signed-wrap
3393     // either by proving that RHS > M or that LHS >= 0.
3394     if (RHSIsNotMinSigned || isKnownNonNegative(LHS)) {
3395       AddFlags = SCEV::FlagNSW;
3396     }
3397   }
3398
3399   // FIXME: Find a correct way to transfer NSW to (-1)*M when LHS -
3400   // RHS is NSW and LHS >= 0.
3401   //
3402   // The difficulty here is that the NSW flag may have been proven
3403   // relative to a loop that is to be found in a recurrence in LHS and
3404   // not in RHS. Applying NSW to (-1)*M may then let the NSW have a
3405   // larger scope than intended.
3406   auto NegFlags = RHSIsNotMinSigned ? SCEV::FlagNSW : SCEV::FlagAnyWrap;
3407
3408   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS, NegFlags), AddFlags);
3409 }
3410
3411 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3412 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
3413 /// extended.
3414 const SCEV *
3415 ScalarEvolution::getTruncateOrZeroExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
3416   Type *SrcTy = V->getType();
3417   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3418          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3419          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
3420   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3421     return V;  // No conversion
3422   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
3423     return getTruncateExpr(V, Ty);
3424   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
3425 }
3426
3427 /// getTruncateOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3428 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
3429 /// extended.
3430 const SCEV *
3431 ScalarEvolution::getTruncateOrSignExtend(const SCEV *V,
3432                                          Type *Ty) {
3433   Type *SrcTy = V->getType();
3434   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3435          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3436          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
3437   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3438     return V;  // No conversion
3439   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
3440     return getTruncateExpr(V, Ty);
3441   return getSignExtendExpr(V, Ty);
3442 }
3443
3444 /// getNoopOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3445 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
3446 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
3447 const SCEV *
3448 ScalarEvolution::getNoopOrZeroExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
3449   Type *SrcTy = V->getType();
3450   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3451          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3452          "Cannot noop or zero extend with non-integer arguments!");
3453   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
3454          "getNoopOrZeroExtend cannot truncate!");
3455   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3456     return V;  // No conversion
3457   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
3458 }
3459
3460 /// getNoopOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3461 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
3462 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
3463 const SCEV *
3464 ScalarEvolution::getNoopOrSignExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
3465   Type *SrcTy = V->getType();
3466   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3467          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3468          "Cannot noop or sign extend with non-integer arguments!");
3469   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
3470          "getNoopOrSignExtend cannot truncate!");
3471   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3472     return V;  // No conversion
3473   return getSignExtendExpr(V, Ty);
3474 }
3475
3476 /// getNoopOrAnyExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
3477 /// the input value to the specified type. If the type must be extended,
3478 /// it is extended with unspecified bits. The conversion must not be
3479 /// narrowing.
3480 const SCEV *
3481 ScalarEvolution::getNoopOrAnyExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
3482   Type *SrcTy = V->getType();
3483   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3484          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3485          "Cannot noop or any extend with non-integer arguments!");
3486   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
3487          "getNoopOrAnyExtend cannot truncate!");
3488   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3489     return V;  // No conversion
3490   return getAnyExtendExpr(V, Ty);
3491 }
3492
3493 /// getTruncateOrNoop - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3494 /// input value to the specified type.  The conversion must not be widening.
3495 const SCEV *
3496 ScalarEvolution::getTruncateOrNoop(const SCEV *V, Type *Ty) {
3497   Type *SrcTy = V->getType();
3498   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3499          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3500          "Cannot truncate or noop with non-integer arguments!");
3501   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) >= getTypeSizeInBits(Ty) &&
3502          "getTruncateOrNoop cannot extend!");
3503   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3504     return V;  // No conversion
3505   return getTruncateExpr(V, Ty);
3506 }
3507
3508 /// getUMaxFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
3509 /// the types using zero-extension, and then perform a umax operation
3510 /// with them.
3511 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
3512                                                         const SCEV *RHS) {
3513   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
3514   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
3515
3516   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
3517     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
3518   else
3519     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
3520
3521   return getUMaxExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
3522 }
3523
3524 /// getUMinFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
3525 /// the types using zero-extension, and then perform a umin operation
3526 /// with them.
3527 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
3528                                                         const SCEV *RHS) {
3529   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
3530   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
3531
3532   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
3533     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
3534   else
3535     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
3536
3537   return getUMinExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
3538 }
3539
3540 /// getPointerBase - Transitively follow the chain of pointer-type operands
3541 /// until reaching a SCEV that does not have a single pointer operand. This
3542 /// returns a SCEVUnknown pointer for well-formed pointer-type expressions,
3543 /// but corner cases do exist.
3544 const SCEV *ScalarEvolution::getPointerBase(const SCEV *V) {
3545   // A pointer operand may evaluate to a nonpointer expression, such as null.
3546   if (!V->getType()->isPointerTy())
3547     return V;
3548
3549   if (const SCEVCastExpr *Cast = dyn_cast<SCEVCastExpr>(V)) {
3550     return getPointerBase(Cast->getOperand());
3551   } else if (const SCEVNAryExpr *NAry = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(V)) {
3552     const SCEV *PtrOp = nullptr;
3553     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
3554          I != E; ++I) {
3555       if ((*I)->getType()->isPointerTy()) {
3556         // Cannot find the base of an expression with multiple pointer operands.
3557         if (PtrOp)
3558           return V;
3559         PtrOp = *I;
3560       }
3561     }
3562     if (!PtrOp)
3563       return V;
3564     return getPointerBase(PtrOp);
3565   }
3566   return V;
3567 }
3568
3569 /// PushDefUseChildren - Push users of the given Instruction
3570 /// onto the given Worklist.
3571 static void
3572 PushDefUseChildren(Instruction *I,
3573                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
3574   // Push the def-use children onto the Worklist stack.
3575   for (User *U : I->users())
3576     Worklist.push_back(cast<Instruction>(U));
3577 }
3578
3579 /// ForgetSymbolicValue - This looks up computed SCEV values for all
3580 /// instructions that depend on the given instruction and removes them from
3581 /// the ValueExprMapType map if they reference SymName. This is used during PHI
3582 /// resolution.
3583 void
3584 ScalarEvolution::ForgetSymbolicName(Instruction *PN, const SCEV *SymName) {
3585   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3586   PushDefUseChildren(PN, Worklist);
3587
3588   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3589   Visited.insert(PN);
3590   while (!Worklist.empty()) {
3591     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3592     if (!Visited.insert(I).second)
3593       continue;
3594
3595     auto It = ValueExprMap.find_as(static_cast<Value *>(I));
3596     if (It != ValueExprMap.end()) {
3597       const SCEV *Old = It->second;
3598
3599       // Short-circuit the def-use traversal if the symbolic name
3600       // ceases to appear in expressions.
3601       if (Old != SymName && !hasOperand(Old, SymName))
3602         continue;
3603
3604       // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
3605       // structure, it's a PHI that's in the progress of being computed
3606       // by createNodeForPHI, or it's a single-value PHI. In the first case,
3607       // additional loop trip count information isn't going to change anything.
3608       // In the second case, createNodeForPHI will perform the necessary
3609       // updates on its own when it gets to that point. In the third, we do
3610       // want to forget the SCEVUnknown.
3611       if (!isa<PHINode>(I) ||
3612           !isa<SCEVUnknown>(Old) ||
3613           (I != PN && Old == SymName)) {
3614         forgetMemoizedResults(Old);
3615         ValueExprMap.erase(It);
3616       }
3617     }
3618
3619     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3620   }
3621 }
3622
3623 const SCEV *ScalarEvolution::createAddRecFromPHI(PHINode *PN) {
3624   const Loop *L = LI.getLoopFor(PN->getParent());
3625   if (!L || L->getHeader() != PN->getParent())
3626     return nullptr;
3627
3628   // The loop may have multiple entrances or multiple exits; we can analyze
3629   // this phi as an addrec if it has a unique entry value and a unique
3630   // backedge value.
3631   Value *BEValueV = nullptr, *StartValueV = nullptr;
3632   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
3633     Value *V = PN->getIncomingValue(i);
3634     if (L->contains(PN->getIncomingBlock(i))) {
3635       if (!BEValueV) {
3636         BEValueV = V;
3637       } else if (BEValueV != V) {
3638         BEValueV = nullptr;
3639         break;
3640       }
3641     } else if (!StartValueV) {
3642       StartValueV = V;
3643     } else if (StartValueV != V) {
3644       StartValueV = nullptr;
3645       break;
3646     }
3647   }
3648   if (BEValueV && StartValueV) {
3649     // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
3650     const SCEV *SymbolicName = getUnknown(PN);
3651     assert(ValueExprMap.find_as(PN) == ValueExprMap.end() &&
3652            "PHI node already processed?");
3653     ValueExprMap.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(PN, this), SymbolicName));
3654
3655     // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
3656     // the back-edge.
3657     const SCEV *BEValue = getSCEV(BEValueV);
3658
3659     // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
3660     // has a special value for the first iteration of the loop.
3661
3662     // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
3663     // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
3664     if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
3665       // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
3666       // with a recurrence.
3667       unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
3668       for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3669         if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
3670           if (FoundIndex == e) {
3671             FoundIndex = i;
3672             break;
3673           }
3674
3675       if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
3676         // Create an add with everything but the specified operand.
3677         SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
3678         for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3679           if (i != FoundIndex)
3680             Ops.push_back(Add->getOperand(i));
3681         const SCEV *Accum = getAddExpr(Ops);
3682
3683         // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
3684         // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
3685         if (isLoopInvariant(Accum, L) ||
3686             (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
3687              cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
3688           SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap;
3689
3690           // If the increment doesn't overflow, then neither the addrec nor
3691           // the post-increment will overflow.
3692           if (const AddOperator *OBO = dyn_cast<AddOperator>(BEValueV)) {
3693             if (OBO->getOperand(0) == PN) {
3694               if (OBO->hasNoUnsignedWrap())
3695                 Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNUW);
3696               if (OBO->hasNoSignedWrap())
3697                 Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNSW);
3698             }
3699           } else if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(BEValueV)) {
3700             // If the increment is an inbounds GEP, then we know the address
3701             // space cannot be wrapped around. We cannot make any guarantee
3702             // about signed or unsigned overflow because pointers are
3703             // unsigned but we may have a negative index from the base
3704             // pointer. We can guarantee that no unsigned wrap occurs if the
3705             // indices form a positive value.
3706             if (GEP->isInBounds() && GEP->getOperand(0) == PN) {
3707               Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNW);
3708
3709               const SCEV *Ptr = getSCEV(GEP->getPointerOperand());
3710               if (isKnownPositive(getMinusSCEV(getSCEV(GEP), Ptr)))
3711                 Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNUW);
3712             }
3713
3714             // We cannot transfer nuw and nsw flags from subtraction
3715             // operations -- sub nuw X, Y is not the same as add nuw X, -Y
3716             // for instance.
3717           }
3718
3719           const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
3720           const SCEV *PHISCEV = getAddRecExpr(StartVal, Accum, L, Flags);
3721
3722           // Since the no-wrap flags are on the increment, they apply to the
3723           // post-incremented value as well.
3724           if (isLoopInvariant(Accum, L))
3725             (void)getAddRecExpr(getAddExpr(StartVal, Accum), Accum, L, Flags);
3726
3727           // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
3728           // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
3729           // entries for the scalars that use the symbolic expression.
3730           ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
3731           ValueExprMap[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
3732           return PHISCEV;
3733         }
3734       }
3735     } else if (const auto *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
3736       // Otherwise, this could be a loop like this:
3737       //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
3738       // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
3739       // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
3740       // i really is an addrec evolution.
3741       if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
3742         const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
3743
3744         // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
3745         // initial step of the addrec evolution.
3746         if (StartVal ==
3747             getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0), AddRec->getOperand(1))) {
3748           // FIXME: For constant StartVal, we should be able to infer
3749           // no-wrap flags.
3750           const SCEV *PHISCEV = getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1),
3751                                               L, SCEV::FlagAnyWrap);
3752
3753           // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
3754           // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
3755           // entries for the scalars that use the symbolic expression.
3756           ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
3757           ValueExprMap[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
3758           return PHISCEV;
3759         }
3760       }
3761     }
3762   }
3763
3764   return nullptr;
3765 }
3766
3767 // Checks if the SCEV S is available at BB.  S is considered available at BB
3768 // if S can be materialized at BB without introducing a fault.
3769 static bool IsAvailableOnEntry(const Loop *L, DominatorTree &DT, const SCEV *S,
3770                                BasicBlock *BB) {
3771   struct CheckAvailable {
3772     bool TraversalDone = false;
3773     bool Available = true;
3774
3775     const Loop *L = nullptr;  // The loop BB is in (can be nullptr)
3776     BasicBlock *BB = nullptr;
3777     DominatorTree &DT;
3778
3779     CheckAvailable(const Loop *L, BasicBlock *BB, DominatorTree &DT)
3780       : L(L), BB(BB), DT(DT) {}
3781
3782     bool setUnavailable() {
3783       TraversalDone = true;
3784       Available = false;
3785       return false;
3786     }
3787
3788     bool follow(const SCEV *S) {
3789       switch (S->getSCEVType()) {
3790       case scConstant: case scTruncate: case scZeroExtend: case scSignExtend:
3791       case scAddExpr: case scMulExpr: case scUMaxExpr: case scSMaxExpr:
3792       // These expressions are available if their operand(s) is/are.
3793       return true;
3794
3795       case scAddRecExpr: {
3796         // We allow add recurrences that are on the loop BB is in, or some
3797         // outer loop.  This guarantees availability because the value of the
3798         // add recurrence at BB is simply the "current" value of the induction
3799         // variable.  We can relax this in the future; for instance an add
3800         // recurrence on a sibling dominating loop is also available at BB.
3801         const auto *ARLoop = cast<SCEVAddRecExpr>(S)->getLoop();
3802         if (L && (ARLoop == L || ARLoop->contains(L)))
3803           return true;
3804
3805         return setUnavailable();
3806       }
3807
3808       case scUnknown: {
3809         // For SCEVUnknown, we check for simple dominance.
3810         const auto *SU = cast<SCEVUnknown>(S);
3811         Value *V = SU->getValue();
3812
3813         if (isa<Argument>(V))
3814           return false;
3815
3816         if (isa<Instruction>(V) && DT.dominates(cast<Instruction>(V), BB))
3817           return false;
3818
3819         return setUnavailable();
3820       }
3821
3822       case scUDivExpr:
3823       case scCouldNotCompute:
3824         // We do not try to smart about these at all.
3825         return setUnavailable();
3826       }
3827       llvm_unreachable("switch should be fully covered!");
3828     }
3829
3830     bool isDone() { return TraversalDone; }
3831   };
3832
3833   CheckAvailable CA(L, BB, DT);
3834   SCEVTraversal<CheckAvailable> ST(CA);
3835
3836   ST.visitAll(S);
3837   return CA.Available;
3838 }
3839
3840 // Try to match a control flow sequence that branches out at BI and merges back
3841 // at Merge into a "C ? LHS : RHS" select pattern.  Return true on a successful
3842 // match.
3843 static bool BrPHIToSelect(DominatorTree &DT, BranchInst *BI, PHINode *Merge,
3844                           Value *&C, Value *&LHS, Value *&RHS) {
3845   C = BI->getCondition();
3846
3847   BasicBlockEdge LeftEdge(BI->getParent(), BI->getSuccessor(0));
3848   BasicBlockEdge RightEdge(BI->getParent(), BI->getSuccessor(1));
3849
3850   if (!LeftEdge.isSingleEdge())
3851     return false;
3852
3853   assert(RightEdge.isSingleEdge() && "Follows from LeftEdge.isSingleEdge()");
3854
3855   Use &LeftUse = Merge->getOperandUse(0);
3856   Use &RightUse = Merge->getOperandUse(1);
3857
3858   if (DT.dominates(LeftEdge, LeftUse) && DT.dominates(RightEdge, RightUse)) {
3859     LHS = LeftUse;
3860     RHS = RightUse;
3861     return true;
3862   }
3863
3864   if (DT.dominates(LeftEdge, RightUse) && DT.dominates(RightEdge, LeftUse)) {
3865     LHS = RightUse;
3866     RHS = LeftUse;
3867     return true;
3868   }
3869
3870   return false;
3871 }
3872
3873 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeFromSelectLikePHI(PHINode *PN) {
3874   if (PN->getNumIncomingValues() == 2) {
3875     const Loop *L = LI.getLoopFor(PN->getParent());
3876
3877     // Try to match
3878     //
3879     //  br %cond, label %left, label %right
3880     // left:
3881     //  br label %merge
3882     // right:
3883     //  br label %merge
3884     // merge:
3885     //  V = phi [ %x, %left ], [ %y, %right ]
3886     //
3887     // as "select %cond, %x, %y"
3888
3889     BasicBlock *IDom = DT[PN->getParent()]->getIDom()->getBlock();
3890     assert(IDom && "At least the entry block should dominate PN");
3891
3892     auto *BI = dyn_cast<BranchInst>(IDom->getTerminator());
3893     Value *Cond = nullptr, *LHS = nullptr, *RHS = nullptr;
3894
3895     if (BI && BI->isConditional() &&
3896         BrPHIToSelect(DT, BI, PN, Cond, LHS, RHS) &&
3897         IsAvailableOnEntry(L, DT, getSCEV(LHS), PN->getParent()) &&
3898         IsAvailableOnEntry(L, DT, getSCEV(RHS), PN->getParent()))
3899       return createNodeForSelectOrPHI(PN, Cond, LHS, RHS);
3900   }
3901
3902   return nullptr;
3903 }
3904
3905 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
3906   if (const SCEV *S = createAddRecFromPHI(PN))
3907     return S;
3908
3909   if (const SCEV *S = createNodeFromSelectLikePHI(PN))
3910     return S;
3911
3912   // If the PHI has a single incoming value, follow that value, unless the
3913   // PHI's incoming blocks are in a different loop, in which case doing so
3914   // risks breaking LCSSA form. Instcombine would normally zap these, but
3915   // it doesn't have DominatorTree information, so it may miss cases.
3916   if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, F.getParent()->getDataLayout(), &TLI,
3917                                      &DT, &AC))
3918     if (LI.replacementPreservesLCSSAForm(PN, V))
3919       return getSCEV(V);
3920
3921   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
3922   return getUnknown(PN);
3923 }
3924
3925 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForSelectOrPHI(Instruction *I,
3926                                                       Value *Cond,
3927                                                       Value *TrueVal,
3928                                                       Value *FalseVal) {
3929   // Handle "constant" branch or select. This can occur for instance when a
3930   // loop pass transforms an inner loop and moves on to process the outer loop.
3931   if (auto *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Cond))
3932     return getSCEV(CI->isOne() ? TrueVal : FalseVal);
3933
3934   // Try to match some simple smax or umax patterns.
3935   auto *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Cond);
3936   if (!ICI)
3937     return getUnknown(I);
3938
3939   Value *LHS = ICI->getOperand(0);
3940   Value *RHS = ICI->getOperand(1);
3941
3942   switch (ICI->getPredicate()) {
3943   case ICmpInst::ICMP_SLT:
3944   case ICmpInst::ICMP_SLE:
3945     std::swap(LHS, RHS);
3946   // fall through
3947   case ICmpInst::ICMP_SGT:
3948   case ICmpInst::ICMP_SGE:
3949     // a >s b ? a+x : b+x  ->  smax(a, b)+x
3950     // a >s b ? b+x : a+x  ->  smin(a, b)+x
3951     if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <= getTypeSizeInBits(I->getType())) {
3952       const SCEV *LS = getNoopOrSignExtend(getSCEV(LHS), I->getType());
3953       const SCEV *RS = getNoopOrSignExtend(getSCEV(RHS), I->getType());
3954       const SCEV *LA = getSCEV(TrueVal);
3955       const SCEV *RA = getSCEV(FalseVal);
3956       const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
3957       const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
3958       if (LDiff == RDiff)
3959         return getAddExpr(getSMaxExpr(LS, RS), LDiff);
3960       LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
3961       RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
3962       if (LDiff == RDiff)
3963         return getAddExpr(getSMinExpr(LS, RS), LDiff);
3964     }
3965     break;
3966   case ICmpInst::ICMP_ULT:
3967   case ICmpInst::ICMP_ULE:
3968     std::swap(LHS, RHS);
3969   // fall through
3970   case ICmpInst::ICMP_UGT:
3971   case ICmpInst::ICMP_UGE:
3972     // a >u b ? a+x : b+x  ->  umax(a, b)+x
3973     // a >u b ? b+x : a+x  ->  umin(a, b)+x
3974     if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <= getTypeSizeInBits(I->getType())) {
3975       const SCEV *LS = getNoopOrZeroExtend(getSCEV(LHS), I->getType());
3976       const SCEV *RS = getNoopOrZeroExtend(getSCEV(RHS), I->getType());
3977       const SCEV *LA = getSCEV(TrueVal);
3978       const SCEV *RA = getSCEV(FalseVal);
3979       const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
3980       const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
3981       if (LDiff == RDiff)
3982         return getAddExpr(getUMaxExpr(LS, RS), LDiff);
3983       LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
3984       RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
3985       if (LDiff == RDiff)
3986         return getAddExpr(getUMinExpr(LS, RS), LDiff);
3987     }
3988     break;
3989   case ICmpInst::ICMP_NE:
3990     // n != 0 ? n+x : 1+x  ->  umax(n, 1)+x
3991     if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <= getTypeSizeInBits(I->getType()) &&
3992         isa<ConstantInt>(RHS) && cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
3993       const SCEV *One = getOne(I->getType());
3994       const SCEV *LS = getNoopOrZeroExtend(getSCEV(LHS), I->getType());
3995       const SCEV *LA = getSCEV(TrueVal);
3996       const SCEV *RA = getSCEV(FalseVal);
3997       const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
3998       const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, One);
3999       if (LDiff == RDiff)
4000         return getAddExpr(getUMaxExpr(One, LS), LDiff);
4001     }
4002     break;
4003   case ICmpInst::ICMP_EQ:
4004     // n == 0 ? 1+x : n+x  ->  umax(n, 1)+x
4005     if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <= getTypeSizeInBits(I->getType()) &&
4006         isa<ConstantInt>(RHS) && cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
4007       const SCEV *One = getOne(I->getType());
4008       const SCEV *LS = getNoopOrZeroExtend(getSCEV(LHS), I->getType());
4009       const SCEV *LA = getSCEV(TrueVal);
4010       const SCEV *RA = getSCEV(FalseVal);
4011       const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, One);
4012       const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
4013       if (LDiff == RDiff)
4014         return getAddExpr(getUMaxExpr(One, LS), LDiff);
4015     }
4016     break;
4017   default:
4018     break;
4019   }
4020
4021   return getUnknown(I);
4022 }
4023
4024 /// createNodeForGEP - Expand GEP instructions into add and multiply
4025 /// operations. This allows them to be analyzed by regular SCEV code.
4026 ///
4027 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForGEP(GEPOperator *GEP) {
4028   Value *Base = GEP->getOperand(0);
4029   // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
4030   if (!Base->getType()->getPointerElementType()->isSized())
4031     return getUnknown(GEP);
4032
4033   SmallVector<const SCEV *, 4> IndexExprs;
4034   for (auto Index = GEP->idx_begin(); Index != GEP->idx_end(); ++Index)
4035     IndexExprs.push_back(getSCEV(*Index));
4036   return getGEPExpr(GEP->getSourceElementType(), getSCEV(Base), IndexExprs,
4037                     GEP->isInBounds());
4038 }
4039
4040 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
4041 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
4042 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
4043 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
4044 uint32_t
4045 ScalarEvolution::GetMinTrailingZeros(const SCEV *S) {
4046   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
4047     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
4048
4049   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
4050     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand()),
4051                     (uint32_t)getTypeSizeInBits(T->getType()));
4052
4053   if (const SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
4054     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
4055     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
4056              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
4057   }
4058
4059   if (const SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
4060     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
4061     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
4062              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
4063   }
4064
4065   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
4066     // The result is the min of all operands results.
4067     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
4068     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
4069       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
4070     return MinOpRes;
4071   }
4072
4073   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
4074     // The result is the sum of all operands results.
4075     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
4076     uint32_t BitWidth = getTypeSizeInBits(M->getType());
4077     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
4078          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
4079       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)),
4080                           BitWidth);
4081     return SumOpRes;
4082   }
4083
4084   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
4085     // The result is the min of all operands results.
4086     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
4087     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
4088       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
4089     return MinOpRes;
4090   }
4091
4092   if (const SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
4093     // The result is the min of all operands results.
4094     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
4095     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
4096       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
4097     return MinOpRes;
4098   }
4099
4100   if (const SCEVUMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
4101     // The result is the min of all operands results.
4102     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
4103     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
4104       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
4105     return MinOpRes;
4106   }
4107
4108   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
4109     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
4110     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
4111     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
4112     computeKnownBits(U->getValue(), Zeros, Ones, F.getParent()->getDataLayout(),
4113                      0, &AC, nullptr, &DT);
4114     return Zeros.countTrailingOnes();
4115   }
4116
4117   // SCEVUDivExpr
4118   return 0;
4119 }
4120
4121 /// GetRangeFromMetadata - Helper method to assign a range to V from
4122 /// metadata present in the IR.
4123 static Optional<ConstantRange> GetRangeFromMetadata(Value *V) {
4124   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
4125     if (MDNode *MD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_range)) {
4126       ConstantRange TotalRange(
4127           cast<IntegerType>(I->getType())->getBitWidth(), false);
4128
4129       unsigned NumRanges = MD->getNumOperands() / 2;
4130       assert(NumRanges >= 1);
4131
4132       for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
4133         ConstantInt *Lower =
4134             mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(2 * i + 0));
4135         ConstantInt *Upper =
4136             mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(2 * i + 1));
4137         ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
4138         TotalRange = TotalRange.unionWith(Range);
4139       }
4140
4141       return TotalRange;
4142     }
4143   }
4144
4145   return None;
4146 }
4147
4148 /// getRange - Determine the range for a particular SCEV.  If SignHint is
4149 /// HINT_RANGE_UNSIGNED (resp. HINT_RANGE_SIGNED) then getRange prefers ranges
4150 /// with a "cleaner" unsigned (resp. signed) representation.
4151 ///
4152 ConstantRange
4153 ScalarEvolution::getRange(const SCEV *S,
4154                           ScalarEvolution::RangeSignHint SignHint) {
4155   DenseMap<const SCEV *, ConstantRange> &Cache =
4156       SignHint == ScalarEvolution::HINT_RANGE_UNSIGNED ? UnsignedRanges
4157                                                        : SignedRanges;
4158
4159   // See if we've computed this range already.
4160   DenseMap<const SCEV *, ConstantRange>::iterator I = Cache.find(S);
4161   if (I != Cache.end())
4162     return I->second;
4163
4164   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
4165     return setRange(C, SignHint, ConstantRange(C->getValue()->getValue()));
4166
4167   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
4168   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
4169
4170   // If the value has known zeros, the maximum value will have those known zeros
4171   // as well.
4172   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
4173   if (TZ != 0) {
4174     if (SignHint == ScalarEvolution::HINT_RANGE_UNSIGNED)
4175       ConservativeResult =
4176           ConstantRange(APInt::getMinValue(BitWidth),
4177                         APInt::getMaxValue(BitWidth).lshr(TZ).shl(TZ) + 1);
4178     else
4179       ConservativeResult = ConstantRange(
4180           APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
4181           APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(TZ).shl(TZ) + 1);
4182   }
4183
4184   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
4185     ConstantRange X = getRange(Add->getOperand(0), SignHint);
4186     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
4187       X = X.add(getRange(Add->getOperand(i), SignHint));
4188     return setRange(Add, SignHint, ConservativeResult.intersectWith(X));
4189   }
4190
4191   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
4192     ConstantRange X = getRange(Mul->getOperand(0), SignHint);
4193     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
4194       X = X.multiply(getRange(Mul->getOperand(i), SignHint));
4195     return setRange(Mul, SignHint, ConservativeResult.intersectWith(X));
4196   }
4197
4198   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
4199     ConstantRange X = getRange(SMax->getOperand(0), SignHint);
4200     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
4201       X = X.smax(getRange(SMax->getOperand(i), SignHint));
4202     return setRange(SMax, SignHint, ConservativeResult.intersectWith(X));
4203   }
4204
4205   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
4206     ConstantRange X = getRange(UMax->getOperand(0), SignHint);
4207     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
4208       X = X.umax(getRange(UMax->getOperand(i), SignHint));
4209     return setRange(UMax, SignHint, ConservativeResult.intersectWith(X));
4210   }
4211
4212   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
4213     ConstantRange X = getRange(UDiv->getLHS(), SignHint);
4214     ConstantRange Y = getRange(UDiv->getRHS(), SignHint);
4215     return setRange(UDiv, SignHint,
4216                     ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y)));
4217   }
4218
4219   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
4220     ConstantRange X = getRange(ZExt->getOperand(), SignHint);
4221     return setRange(ZExt, SignHint,
4222                     ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth)));
4223   }
4224
4225   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
4226     ConstantRange X = getRange(SExt->getOperand(), SignHint);
4227     return setRange(SExt, SignHint,
4228                     ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth)));
4229   }
4230
4231   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
4232     ConstantRange X = getRange(Trunc->getOperand(), SignHint);
4233     return setRange(Trunc, SignHint,
4234                     ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth)));
4235   }
4236
4237   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
4238     // If there's no unsigned wrap, the value will never be less than its
4239     // initial value.
4240     if (AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW))
4241       if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getStart()))
4242         if (!C->getValue()->isZero())
4243           ConservativeResult =
4244             ConservativeResult.intersectWith(
4245               ConstantRange(C->getValue()->getValue(), APInt(BitWidth, 0)));
4246
4247     // If there's no signed wrap, and all the operands have the same sign or
4248     // zero, the value won't ever change sign.
4249     if (AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW)) {
4250       bool AllNonNeg = true;
4251       bool AllNonPos = true;
4252       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4253         if (!isKnownNonNegative(AddRec->getOperand(i))) AllNonNeg = false;
4254         if (!isKnownNonPositive(AddRec->getOperand(i))) AllNonPos = false;
4255       }
4256       if (AllNonNeg)
4257         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
4258           ConstantRange(APInt(BitWidth, 0),
4259                         APInt::getSignedMinValue(BitWidth)));
4260       else if (AllNonPos)
4261         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
4262           ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
4263                         APInt(BitWidth, 1)));
4264     }
4265
4266     // TODO: non-affine addrec
4267     if (AddRec->isAffine()) {
4268       Type *Ty = AddRec->getType();
4269       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
4270       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
4271           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
4272
4273         // Check for overflow.  This must be done with ConstantRange arithmetic
4274         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
4275         // checking code.
4276
4277         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
4278         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
4279         ConstantRange ZExtMaxBECountRange =
4280             MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth * 2 + 1);
4281
4282         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
4283         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
4284         ConstantRange StepSRange = getSignedRange(Step);
4285         ConstantRange SExtStepSRange = StepSRange.sextOrTrunc(BitWidth * 2 + 1);
4286
4287         ConstantRange StartURange = getUnsignedRange(Start);
4288         ConstantRange EndURange =
4289             StartURange.add(MaxBECountRange.multiply(StepSRange));
4290
4291         // Check for unsigned overflow.
4292         ConstantRange ZExtStartURange =
4293             StartURange.zextOrTrunc(BitWidth * 2 + 1);
4294         ConstantRange ZExtEndURange = EndURange.zextOrTrunc(BitWidth * 2 + 1);
4295         if (ZExtStartURange.add(ZExtMaxBECountRange.multiply(SExtStepSRange)) ==
4296             ZExtEndURange) {
4297           APInt Min = APIntOps::umin(StartURange.getUnsignedMin(),
4298                                      EndURange.getUnsignedMin());
4299           APInt Max = APIntOps::umax(StartURange.getUnsignedMax(),
4300                                      EndURange.getUnsignedMax());
4301           bool IsFullRange = Min.isMinValue() && Max.isMaxValue();
4302           if (!IsFullRange)
4303             ConservativeResult =
4304                 ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max + 1));
4305         }
4306
4307         ConstantRange StartSRange = getSignedRange(Start);
4308         ConstantRange EndSRange =
4309             StartSRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepSRange));
4310
4311         // Check for signed overflow. This must be done with ConstantRange
4312         // arithmetic because we could be called from within the ScalarEvolution
4313         // overflow checking code.
4314         ConstantRange SExtStartSRange =
4315             StartSRange.sextOrTrunc(BitWidth * 2 + 1);
4316         ConstantRange SExtEndSRange = EndSRange.sextOrTrunc(BitWidth * 2 + 1);
4317         if (SExtStartSRange.add(ZExtMaxBECountRange.multiply(SExtStepSRange)) ==
4318             SExtEndSRange) {
4319           APInt Min = APIntOps::smin(StartSRange.getSignedMin(),
4320                                      EndSRange.getSignedMin());
4321           APInt Max = APIntOps::smax(StartSRange.getSignedMax(),
4322                                      EndSRange.getSignedMax());
4323           bool IsFullRange = Min.isMinSignedValue() && Max.isMaxSignedValue();
4324           if (!IsFullRange)
4325             ConservativeResult =
4326                 ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max + 1));
4327         }
4328       }
4329     }
4330
4331     return setRange(AddRec, SignHint, ConservativeResult);
4332   }
4333
4334   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
4335     // Check if the IR explicitly contains !range metadata.
4336     Optional<ConstantRange> MDRange = GetRangeFromMetadata(U->getValue());
4337     if (MDRange.hasValue())
4338       ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(MDRange.getValue());
4339
4340     // Split here to avoid paying the compile-time cost of calling both
4341     // computeKnownBits and ComputeNumSignBits.  This restriction can be lifted
4342     // if needed.
4343     const DataLayout &DL = F.getParent()->getDataLayout();
4344     if (SignHint == ScalarEvolution::HINT_RANGE_UNSIGNED) {
4345       // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
4346       APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
4347       computeKnownBits(U->getValue(), Zeros, Ones, DL, 0, &AC, nullptr, &DT);
4348       if (Ones != ~Zeros + 1)
4349         ConservativeResult =
4350             ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Ones, ~Zeros + 1));
4351     } else {
4352       assert(SignHint == ScalarEvolution::HINT_RANGE_SIGNED &&
4353              "generalize as needed!");
4354       unsigned NS = ComputeNumSignBits(U->getValue(), DL, 0, &AC, nullptr, &DT);
4355       if (NS > 1)
4356         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
4357             ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth).ashr(NS - 1),
4358                           APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(NS - 1) + 1));
4359     }
4360
4361     return setRange(U, SignHint, ConservativeResult);
4362   }
4363
4364   return setRange(S, SignHint, ConservativeResult);
4365 }
4366
4367 SCEV::NoWrapFlags ScalarEvolution::getNoWrapFlagsFromUB(const Value *V) {
4368   if (isa<ConstantExpr>(V)) return SCEV::FlagAnyWrap;
4369   const BinaryOperator *BinOp = cast<BinaryOperator>(V);
4370
4371   // Return early if there are no flags to propagate to the SCEV.
4372   SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap;
4373   if (BinOp->hasNoUnsignedWrap())
4374     Flags = ScalarEvolution::setFlags(Flags, SCEV::FlagNUW);
4375   if (BinOp->hasNoSignedWrap())
4376     Flags = ScalarEvolution::setFlags(Flags, SCEV::FlagNSW);
4377   if (Flags == SCEV::FlagAnyWrap) {
4378     return SCEV::FlagAnyWrap;
4379   }
4380
4381   // Here we check that BinOp is in the header of the innermost loop
4382   // containing BinOp, since we only deal with instructions in the loop
4383   // header. The actual loop we need to check later will come from an add
4384   // recurrence, but getting that requires computing the SCEV of the operands,
4385   // which can be expensive. This check we can do cheaply to rule out some
4386   // cases early.
4387   Loop *innermostContainingLoop = LI.getLoopFor(BinOp->getParent());
4388   if (innermostContainingLoop == nullptr ||
4389       innermostContainingLoop->getHeader() != BinOp->getParent())
4390     return SCEV::FlagAnyWrap;
4391
4392   // Only proceed if we can prove that BinOp does not yield poison.
4393   if (!isKnownNotFullPoison(BinOp)) return SCEV::FlagAnyWrap;
4394
4395   // At this point we know that if V is executed, then it does not wrap
4396   // according to at least one of NSW or NUW. If V is not executed, then we do
4397   // not know if the calculation that V represents would wrap. Multiple
4398   // instructions can map to the same SCEV. If we apply NSW or NUW from V to
4399   // the SCEV, we must guarantee no wrapping for that SCEV also when it is
4400   // derived from other instructions that map to the same SCEV. We cannot make
4401   // that guarantee for cases where V is not executed. So we need to find the
4402   // loop that V is considered in relation to and prove that V is executed for
4403   // every iteration of that loop. That implies that the value that V
4404   // calculates does not wrap anywhere in the loop, so then we can apply the
4405   // flags to the SCEV.
4406   //
4407   // We check isLoopInvariant to disambiguate in case we are adding two
4408   // recurrences from different loops, so that we know which loop to prove
4409   // that V is executed in.
4410   for (int OpIndex = 0; OpIndex < 2; ++OpIndex) {
4411     const SCEV *Op = getSCEV(BinOp->getOperand(OpIndex));
4412     if (auto *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
4413       const int OtherOpIndex = 1 - OpIndex;
4414       const SCEV *OtherOp = getSCEV(BinOp->getOperand(OtherOpIndex));
4415       if (isLoopInvariant(OtherOp, AddRec->getLoop()) &&
4416           isGuaranteedToExecuteForEveryIteration(BinOp, AddRec->getLoop()))
4417         return Flags;
4418     }
4419   }
4420   return SCEV::FlagAnyWrap;
4421 }
4422
4423 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.  Analyze
4424 /// the expression.
4425 ///
4426 const SCEV *ScalarEvolution::createSCEV(Value *V) {
4427   if (!isSCEVable(V->getType()))
4428     return getUnknown(V);
4429
4430   unsigned Opcode = Instruction::UserOp1;
4431   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
4432     Opcode = I->getOpcode();
4433
4434     // Don't attempt to analyze instructions in blocks that aren't
4435     // reachable. Such instructions don't matter, and they aren't required
4436     // to obey basic rules for definitions dominating uses which this
4437     // analysis depends on.
4438     if (!DT.isReachableFromEntry(I->getParent()))
4439       return getUnknown(V);
4440   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
4441     Opcode = CE->getOpcode();
4442   else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
4443     return getConstant(CI);
4444   else if (isa<ConstantPointerNull>(V))
4445     return getZero(V->getType());
4446   else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V))
4447     return GA->mayBeOverridden() ? getUnknown(V) : getSCEV(GA->getAliasee());
4448   else
4449     return getUnknown(V);
4450
4451   Operator *U = cast<Operator>(V);
4452   switch (Opcode) {
4453   case Instruction::Add: {
4454     // The simple thing to do would be to just call getSCEV on both operands
4455     // and call getAddExpr with the result. However if we're looking at a
4456     // bunch of things all added together, this can be quite inefficient,
4457     // because it leads to N-1 getAddExpr calls for N ultimate operands.
4458     // Instead, gather up all the operands and make a single getAddExpr call.
4459     // LLVM IR canonical form means we need only traverse the left operands.
4460     SmallVector<const SCEV *, 4> AddOps;
4461     for (Value *Op = U;; Op = U->getOperand(0)) {
4462       U = dyn_cast<Operator>(Op);
4463       unsigned Opcode = U ? U->getOpcode() : 0;
4464       if (!U || (Opcode != Instruction::Add && Opcode != Instruction::Sub)) {
4465         assert(Op != V && "V should be an add");
4466         AddOps.push_back(getSCEV(Op));
4467         break;
4468       }
4469
4470       if (auto *OpSCEV = getExistingSCEV(U)) {
4471         AddOps.push_back(OpSCEV);
4472         break;
4473       }
4474
4475       // If a NUW or NSW flag can be applied to the SCEV for this
4476       // addition, then compute the SCEV for this addition by itself
4477       // with a separate call to getAddExpr. We need to do that
4478       // instead of pushing the operands of the addition onto AddOps,
4479       // since the flags are only known to apply to this particular
4480       // addition - they may not apply to other additions that can be
4481       // formed with operands from AddOps.
4482       const SCEV *RHS = getSCEV(U->getOperand(1));
4483       SCEV::NoWrapFlags Flags = getNoWrapFlagsFromUB(U);
4484       if (Flags != SCEV::FlagAnyWrap) {
4485         const SCEV *LHS = getSCEV(U->getOperand(0));
4486         if (Opcode == Instruction::Sub)
4487           AddOps.push_back(getMinusSCEV(LHS, RHS, Flags));
4488         else
4489           AddOps.push_back(getAddExpr(LHS, RHS, Flags));
4490         break;
4491       }
4492
4493       if (Opcode == Instruction::Sub)
4494         AddOps.push_back(getNegativeSCEV(RHS));
4495       else
4496         AddOps.push_back(RHS);
4497     }
4498     return getAddExpr(AddOps);
4499   }
4500
4501   case Instruction::Mul: {
4502     SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps;
4503     for (Value *Op = U;; Op = U->getOperand(0)) {
4504       U = dyn_cast<Operator>(Op);
4505       if (!U || U->getOpcode() != Instruction::Mul) {
4506         assert(Op != V && "V should be a mul");
4507         MulOps.push_back(getSCEV(Op));
4508         break;
4509       }
4510
4511       if (auto *OpSCEV = getExistingSCEV(U)) {
4512         MulOps.push_back(OpSCEV);
4513         break;
4514       }
4515
4516       SCEV::NoWrapFlags Flags = getNoWrapFlagsFromUB(U);
4517       if (Flags != SCEV::FlagAnyWrap) {
4518         MulOps.push_back(getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
4519                                     getSCEV(U->getOperand(1)), Flags));
4520         break;
4521       }
4522
4523       MulOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
4524     }
4525     return getMulExpr(MulOps);
4526   }
4527   case Instruction::UDiv:
4528     return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
4529                        getSCEV(U->getOperand(1)));
4530   case Instruction::Sub:
4531     return getMinusSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(U->getOperand(1)),
4532                         getNoWrapFlagsFromUB(U));
4533   case Instruction::And:
4534     // For an expression like x&255 that merely masks off the high bits,
4535     // use zext(trunc(x)) as the SCEV expression.
4536     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4537       if (CI->isNullValue())
4538         return getSCEV(U->getOperand(1));
4539       if (CI->isAllOnesValue())
4540         return getSCEV(U->getOperand(0));
4541       const APInt &A = CI->getValue();
4542
4543       // Instcombine's ShrinkDemandedConstant may strip bits out of
4544       // constants, obscuring what would otherwise be a low-bits mask.
4545       // Use computeKnownBits to compute what ShrinkDemandedConstant
4546       // knew about to reconstruct a low-bits mask value.
4547       unsigned LZ = A.countLeadingZeros();
4548       unsigned TZ = A.countTrailingZeros();
4549       unsigned BitWidth = A.getBitWidth();
4550       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
4551       computeKnownBits(U->getOperand(0), KnownZero, KnownOne,
4552                        F.getParent()->getDataLayout(), 0, &AC, nullptr, &DT);
4553
4554       APInt EffectiveMask =
4555           APInt::getLowBitsSet(BitWidth, BitWidth - LZ - TZ).shl(TZ);
4556       if ((LZ != 0 || TZ != 0) && !((~A & ~KnownZero) & EffectiveMask)) {
4557         const SCEV *MulCount = getConstant(
4558             ConstantInt::get(getContext(), APInt::getOneBitSet(BitWidth, TZ)));
4559         return getMulExpr(
4560             getZeroExtendExpr(
4561                 getTruncateExpr(
4562                     getUDivExactExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), MulCount),
4563                     IntegerType::get(getContext(), BitWidth - LZ - TZ)),
4564                 U->getType()),
4565             MulCount);
4566       }
4567     }
4568     break;
4569
4570   case Instruction::Or:
4571     // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
4572     // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
4573     // optimizations will transparently handle this case.
4574     //
4575     // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
4576     // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
4577     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4578       const SCEV *LHS = getSCEV(U->getOperand(0));
4579       const APInt &CIVal = CI->getValue();
4580       if (GetMinTrailingZeros(LHS) >=
4581           (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros())) {
4582         // Build a plain add SCEV.
4583         const SCEV *S = getAddExpr(LHS, getSCEV(CI));
4584         // If the LHS of the add was an addrec and it has no-wrap flags,
4585         // transfer the no-wrap flags, since an or won't introduce a wrap.
4586         if (const SCEVAddRecExpr *NewAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
4587           const SCEVAddRecExpr *OldAR = cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
4588           const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setNoWrapFlags(
4589             OldAR->getNoWrapFlags());
4590         }
4591         return S;
4592       }
4593     }
4594     break;
4595   case Instruction::Xor:
4596     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4597       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
4598       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
4599       if (CI->getValue().isSignBit())
4600         return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
4601                           getSCEV(U->getOperand(1)));
4602
4603       // If the RHS of xor is -1, then this is a not operation.
4604       if (CI->isAllOnesValue())
4605         return getNotSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)));
4606
4607       // Model xor(and(x, C), C) as and(~x, C), if C is a low-bits mask.
4608       // This is a variant of the check for xor with -1, and it handles
4609       // the case where instcombine has trimmed non-demanded bits out
4610       // of an xor with -1.
4611       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U->getOperand(0)))
4612         if (ConstantInt *LCI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
4613           if (BO->getOpcode() == Instruction::And &&
4614               LCI->getValue() == CI->getValue())
4615             if (const SCEVZeroExtendExpr *Z =
4616                   dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(getSCEV(U->getOperand(0)))) {
4617               Type *UTy = U->getType();
4618               const SCEV *Z0 = Z->getOperand();
4619               Type *Z0Ty = Z0->getType();
4620               unsigned Z0TySize = getTypeSizeInBits(Z0Ty);
4621
4622               // If C is a low-bits mask, the zero extend is serving to
4623               // mask off the high bits. Complement the operand and
4624               // re-apply the zext.
4625               if (APIntOps::isMask(Z0TySize, CI->getValue()))
4626                 return getZeroExtendExpr(getNotSCEV(Z0), UTy);
4627
4628               // If C is a single bit, it may be in the sign-bit position
4629               // before the zero-extend. In this case, represent the xor
4630               // using an add, which is equivalent, and re-apply the zext.
4631               APInt Trunc = CI->getValue().trunc(Z0TySize);
4632               if (Trunc.zext(getTypeSizeInBits(UTy)) == CI->getValue() &&
4633                   Trunc.isSignBit())
4634                 return getZeroExtendExpr(getAddExpr(Z0, getConstant(Trunc)),
4635                                          UTy);
4636             }
4637     }
4638     break;
4639
4640   case Instruction::Shl:
4641     // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
4642     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4643       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
4644
4645       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
4646       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
4647       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
4648       // other parts of the compiler.
4649       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
4650         break;
4651
4652       // It is currently not resolved how to interpret NSW for left
4653       // shift by BitWidth - 1, so we avoid applying flags in that
4654       // case. Remove this check (or this comment) once the situation
4655       // is resolved. See
4656       // http://lists.llvm.org/pipermail/llvm-dev/2015-April/084195.html
4657       // and http://reviews.llvm.org/D8890 .
4658       auto Flags = SCEV::FlagAnyWrap;
4659       if (SA->getValue().ult(BitWidth - 1)) Flags = getNoWrapFlagsFromUB(U);
4660
4661       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
4662         APInt::getOneBitSet(BitWidth, SA->getZExtValue()));
4663       return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X), Flags);
4664     }
4665     break;
4666
4667   case Instruction::LShr:
4668     // Turn logical shift right of a constant into a unsigned divide.
4669     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4670       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
4671
4672       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
4673       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
4674       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
4675       // other parts of the compiler.
4676       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
4677         break;
4678
4679       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
4680         APInt::getOneBitSet(BitWidth, SA->getZExtValue()));
4681       return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
4682     }
4683     break;
4684
4685   case Instruction::AShr:
4686     // For a two-shift sext-inreg, use sext(trunc(x)) as the SCEV expression.
4687     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
4688       if (Operator *L = dyn_cast<Operator>(U->getOperand(0)))
4689         if (L->getOpcode() == Instruction::Shl &&
4690             L->getOperand(1) == U->getOperand(1)) {
4691           uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
4692
4693           // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
4694           // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
4695           // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
4696           // other parts of the compiler.
4697           if (CI->getValue().uge(BitWidth))
4698             break;
4699
4700           uint64_t Amt = BitWidth - CI->getZExtValue();
4701           if (Amt == BitWidth)
4702             return getSCEV(L->getOperand(0));       // shift by zero --> noop
4703           return
4704             getSignExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(L->getOperand(0)),
4705                                               IntegerType::get(getContext(),
4706                                                                Amt)),
4707                               U->getType());
4708         }
4709     break;
4710
4711   case Instruction::Trunc:
4712     return getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
4713
4714   case Instruction::ZExt:
4715     return getZeroExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
4716
4717   case Instruction::SExt:
4718     return getSignExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
4719
4720   case Instruction::BitCast:
4721     // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
4722     if (isSCEVable(U->getType()) && isSCEVable(U->getOperand(0)->getType()))
4723       return getSCEV(U->getOperand(0));
4724     break;
4725
4726   // It's tempting to handle inttoptr and ptrtoint as no-ops, however this can
4727   // lead to pointer expressions which cannot safely be expanded to GEPs,
4728   // because ScalarEvolution doesn't respect the GEP aliasing rules when
4729   // simplifying integer expressions.
4730
4731   case Instruction::GetElementPtr:
4732     return createNodeForGEP(cast<GEPOperator>(U));
4733
4734   case Instruction::PHI:
4735     return createNodeForPHI(cast<PHINode>(U));
4736
4737   case Instruction::Select:
4738     // U can also be a select constant expr, which let fall through.  Since
4739     // createNodeForSelect only works for a condition that is an `ICmpInst`, and
4740     // constant expressions cannot have instructions as operands, we'd have
4741     // returned getUnknown for a select constant expressions anyway.
4742     if (isa<Instruction>(U))
4743       return createNodeForSelectOrPHI(cast<Instruction>(U), U->getOperand(0),
4744                                       U->getOperand(1), U->getOperand(2));
4745
4746   default: // We cannot analyze this expression.
4747     break;
4748   }
4749
4750   return getUnknown(V);
4751 }
4752
4753
4754
4755 //===----------------------------------------------------------------------===//
4756 //                   Iteration Count Computation Code
4757 //
4758
4759 unsigned ScalarEvolution::getSmallConstantTripCount(Loop *L) {
4760   if (BasicBlock *ExitingBB = L->getExitingBlock())
4761     return getSmallConstantTripCount(L, ExitingBB);
4762
4763   // No trip count information for multiple exits.
4764   return 0;
4765 }
4766
4767 /// getSmallConstantTripCount - Returns the maximum trip count of this loop as a
4768 /// normal unsigned value. Returns 0 if the trip count is unknown or not
4769 /// constant. Will also return 0 if the maximum trip count is very large (>=
4770 /// 2^32).
4771 ///
4772 /// This "trip count" assumes that control exits via ExitingBlock. More
4773 /// precisely, it is the number of times that control may reach ExitingBlock
4774 /// before taking the branch. For loops with multiple exits, it may not be the
4775 /// number times that the loop header executes because the loop may exit
4776 /// prematurely via another branch.
4777 unsigned ScalarEvolution::getSmallConstantTripCount(Loop *L,
4778                                                     BasicBlock *ExitingBlock) {
4779   assert(ExitingBlock && "Must pass a non-null exiting block!");
4780   assert(L->isLoopExiting(ExitingBlock) &&
4781          "Exiting block must actually branch out of the loop!");
4782   const SCEVConstant *ExitCount =
4783       dyn_cast<SCEVConstant>(getExitCount(L, ExitingBlock));
4784   if (!ExitCount)
4785     return 0;
4786
4787   ConstantInt *ExitConst = ExitCount->getValue();
4788
4789   // Guard against huge trip counts.
4790   if (ExitConst->getValue().getActiveBits() > 32)
4791     return 0;
4792
4793   // In case of integer overflow, this returns 0, which is correct.
4794   return ((unsigned)ExitConst->getZExtValue()) + 1;
4795 }
4796
4797 unsigned ScalarEvolution::getSmallConstantTripMultiple(Loop *L) {
4798   if (BasicBlock *ExitingBB = L->getExitingBlock())
4799     return getSmallConstantTripMultiple(L, ExitingBB);
4800
4801   // No trip multiple information for multiple exits.
4802   return 0;
4803 }
4804
4805 /// getSmallConstantTripMultiple - Returns the largest constant divisor of the
4806 /// trip count of this loop as a normal unsigned value, if possible. This
4807 /// means that the actual trip count is always a multiple of the returned
4808 /// value (don't forget the trip count could very well be zero as well!).
4809 ///
4810 /// Returns 1 if the trip count is unknown or not guaranteed to be the
4811 /// multiple of a constant (which is also the case if the trip count is simply
4812 /// constant, use getSmallConstantTripCount for that case), Will also return 1
4813 /// if the trip count is very large (>= 2^32).
4814 ///
4815 /// As explained in the comments for getSmallConstantTripCount, this assumes
4816 /// that control exits the loop via ExitingBlock.
4817 unsigned
4818 ScalarEvolution::getSmallConstantTripMultiple(Loop *L,
4819                                               BasicBlock *ExitingBlock) {
4820   assert(ExitingBlock && "Must pass a non-null exiting block!");
4821   assert(L->isLoopExiting(ExitingBlock) &&
4822          "Exiting block must actually branch out of the loop!");
4823   const SCEV *ExitCount = getExitCount(L, ExitingBlock);
4824   if (ExitCount == getCouldNotCompute())
4825     return 1;
4826
4827   // Get the trip count from the BE count by adding 1.
4828   const SCEV *TCMul = getAddExpr(ExitCount, getOne(ExitCount->getType()));
4829   // FIXME: SCEV distributes multiplication as V1*C1 + V2*C1. We could attempt
4830   // to factor simple cases.
4831   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(TCMul))
4832     TCMul = Mul->getOperand(0);
4833
4834   const SCEVConstant *MulC = dyn_cast<SCEVConstant>(TCMul);
4835   if (!MulC)
4836     return 1;
4837
4838   ConstantInt *Result = MulC->getValue();
4839
4840   // Guard against huge trip counts (this requires checking
4841   // for zero to handle the case where the trip count == -1 and the
4842   // addition wraps).
4843   if (!Result || Result->getValue().getActiveBits() > 32 ||
4844       Result->getValue().getActiveBits() == 0)
4845     return 1;
4846
4847   return (unsigned)Result->getZExtValue();
4848 }
4849
4850 // getExitCount - Get the expression for the number of loop iterations for which
4851 // this loop is guaranteed not to exit via ExitingBlock. Otherwise return
4852 // SCEVCouldNotCompute.
4853 const SCEV *ScalarEvolution::getExitCount(Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock) {
4854   return getBackedgeTakenInfo(L).getExact(ExitingBlock, this);
4855 }
4856
4857 /// getBackedgeTakenCount - If the specified loop has a predictable
4858 /// backedge-taken count, return it, otherwise return a SCEVCouldNotCompute
4859 /// object. The backedge-taken count is the number of times the loop header
4860 /// will be branched to from within the loop. This is one less than the
4861 /// trip count of the loop, since it doesn't count the first iteration,
4862 /// when the header is branched to from outside the loop.
4863 ///
4864 /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
4865 /// loop-invariant backedge-taken count (see
4866 /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
4867 ///
4868 const SCEV *ScalarEvolution::getBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
4869   return getBackedgeTakenInfo(L).getExact(this);
4870 }
4871
4872 /// getMaxBackedgeTakenCount - Similar to getBackedgeTakenCount, except
4873 /// return the least SCEV value that is known never to be less than the
4874 /// actual backedge taken count.
4875 const SCEV *ScalarEvolution::getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
4876   return getBackedgeTakenInfo(L).getMax(this);
4877 }
4878
4879 /// PushLoopPHIs - Push PHI nodes in the header of the given loop
4880 /// onto the given Worklist.
4881 static void
4882 PushLoopPHIs(const Loop *L, SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
4883   BasicBlock *Header = L->getHeader();
4884
4885   // Push all Loop-header PHIs onto the Worklist stack.
4886   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
4887        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
4888     Worklist.push_back(PN);
4889 }
4890
4891 const ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo &
4892 ScalarEvolution::getBackedgeTakenInfo(const Loop *L) {
4893   // Initially insert an invalid entry for this loop. If the insertion
4894   // succeeds, proceed to actually compute a backedge-taken count and
4895   // update the value. The temporary CouldNotCompute value tells SCEV
4896   // code elsewhere that it shouldn't attempt to request a new
4897   // backedge-taken count, which could result in infinite recursion.
4898   std::pair<DenseMap<const Loop *, BackedgeTakenInfo>::iterator, bool> Pair =
4899     BackedgeTakenCounts.insert(std::make_pair(L, BackedgeTakenInfo()));
4900   if (!Pair.second)
4901     return Pair.first->second;
4902
4903   // computeBackedgeTakenCount may allocate memory for its result. Inserting it
4904   // into the BackedgeTakenCounts map transfers ownership. Otherwise, the result
4905   // must be cleared in this scope.
4906   BackedgeTakenInfo Result = computeBackedgeTakenCount(L);
4907
4908   if (Result.getExact(this) != getCouldNotCompute()) {
4909     assert(isLoopInvariant(Result.getExact(this), L) &&
4910            isLoopInvariant(Result.getMax(this), L) &&
4911            "Computed backedge-taken count isn't loop invariant for loop!");
4912     ++NumTripCountsComputed;
4913   }
4914   else if (Result.getMax(this) == getCouldNotCompute() &&
4915            isa<PHINode>(L->getHeader()->begin())) {
4916     // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
4917     ++NumTripCountsNotComputed;
4918   }
4919
4920   // Now that we know more about the trip count for this loop, forget any
4921   // existing SCEV values for PHI nodes in this loop since they are only
4922   // conservative estimates made without the benefit of trip count
4923   // information. This is similar to the code in forgetLoop, except that
4924   // it handles SCEVUnknown PHI nodes specially.
4925   if (Result.hasAnyInfo()) {
4926     SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
4927     PushLoopPHIs(L, Worklist);
4928
4929     SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
4930     while (!Worklist.empty()) {
4931       Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
4932       if (!Visited.insert(I).second)
4933         continue;
4934
4935       ValueExprMapType::iterator It =
4936         ValueExprMap.find_as(static_cast<Value *>(I));
4937       if (It != ValueExprMap.end()) {
4938         const SCEV *Old = It->second;
4939
4940         // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
4941         // structure, or it's a PHI that's in the progress of being computed
4942         // by createNodeForPHI.  In the former case, additional loop trip
4943         // count information isn't going to change anything. In the later
4944         // case, createNodeForPHI will perform the necessary updates on its
4945         // own when it gets to that point.
4946         if (!isa<PHINode>(I) || !isa<SCEVUnknown>(Old)) {
4947           forgetMemoizedResults(Old);
4948           ValueExprMap.erase(It);
4949         }
4950         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4951           ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4952       }
4953
4954       PushDefUseChildren(I, Worklist);
4955     }
4956   }
4957
4958   // Re-lookup the insert position, since the call to
4959   // computeBackedgeTakenCount above could result in a
4960   // recusive call to getBackedgeTakenInfo (on a different
4961   // loop), which would invalidate the iterator computed
4962   // earlier.
4963   return BackedgeTakenCounts.find(L)->second = Result;
4964 }
4965
4966 /// forgetLoop - This method should be called by the client when it has
4967 /// changed a loop in a way that may effect ScalarEvolution's ability to
4968 /// compute a trip count, or if the loop is deleted.
4969 void ScalarEvolution::forgetLoop(const Loop *L) {
4970   // Drop any stored trip count value.
4971   DenseMap<const Loop*, BackedgeTakenInfo>::iterator BTCPos =
4972     BackedgeTakenCounts.find(L);
4973   if (BTCPos != BackedgeTakenCounts.end()) {
4974     BTCPos->second.clear();
4975     BackedgeTakenCounts.erase(BTCPos);
4976   }
4977
4978   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
4979   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
4980   PushLoopPHIs(L, Worklist);
4981
4982   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
4983   while (!Worklist.empty()) {
4984     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
4985     if (!Visited.insert(I).second)
4986       continue;
4987
4988     ValueExprMapType::iterator It =
4989       ValueExprMap.find_as(static_cast<Value *>(I));
4990     if (It != ValueExprMap.end()) {
4991       forgetMemoizedResults(It->second);
4992       ValueExprMap.erase(It);
4993       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4994         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4995     }
4996
4997     PushDefUseChildren(I, Worklist);
4998   }
4999
5000   // Forget all contained loops too, to avoid dangling entries in the
5001   // ValuesAtScopes map.
5002   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
5003     forgetLoop(*I);
5004 }
5005
5006 /// forgetValue - This method should be called by the client when it has
5007 /// changed a value in a way that may effect its value, or which may
5008 /// disconnect it from a def-use chain linking it to a loop.
5009 void ScalarEvolution::forgetValue(Value *V) {
5010   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
5011   if (!I) return;
5012
5013   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
5014   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
5015   Worklist.push_back(I);
5016
5017   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
5018   while (!Worklist.empty()) {
5019     I = Worklist.pop_back_val();
5020     if (!Visited.insert(I).second)
5021       continue;
5022
5023     ValueExprMapType::iterator It =
5024       ValueExprMap.find_as(static_cast<Value *>(I));
5025     if (It != ValueExprMap.end()) {
5026       forgetMemoizedResults(It->second);
5027       ValueExprMap.erase(It);
5028       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
5029         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5030     }
5031
5032     PushDefUseChildren(I, Worklist);
5033   }
5034 }
5035
5036 /// getExact - Get the exact loop backedge taken count considering all loop
5037 /// exits. A computable result can only be returned for loops with a single
5038 /// exit.  Returning the minimum taken count among all exits is incorrect
5039 /// because one of the loop's exit limit's may have been skipped. HowFarToZero
5040 /// assumes that the limit of each loop test is never skipped. This is a valid
5041 /// assumption as long as the loop exits via that test. For precise results, it
5042 /// is the caller's responsibility to specify the relevant loop exit using
5043 /// getExact(ExitingBlock, SE).
5044 const SCEV *
5045 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::getExact(ScalarEvolution *SE) const {
5046   // If any exits were not computable, the loop is not computable.
5047   if (!ExitNotTaken.isCompleteList()) return SE->getCouldNotCompute();
5048
5049   // We need exactly one computable exit.
5050   if (!ExitNotTaken.ExitingBlock) return SE->getCouldNotCompute();
5051   assert(ExitNotTaken.ExactNotTaken && "uninitialized not-taken info");
5052
5053   const SCEV *BECount = nullptr;
5054   for (const ExitNotTakenInfo *ENT = &ExitNotTaken;
5055        ENT != nullptr; ENT = ENT->getNextExit()) {
5056
5057     assert(ENT->ExactNotTaken != SE->getCouldNotCompute() && "bad exit SCEV");
5058
5059     if (!BECount)
5060       BECount = ENT->ExactNotTaken;
5061     else if (BECount != ENT->ExactNotTaken)
5062       return SE->getCouldNotCompute();
5063   }
5064   assert(BECount && "Invalid not taken count for loop exit");
5065   return BECount;
5066 }
5067
5068 /// getExact - Get the exact not taken count for this loop exit.
5069 const SCEV *
5070 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::getExact(BasicBlock *ExitingBlock,
5071                                              ScalarEvolution *SE) const {
5072   for (const ExitNotTakenInfo *ENT = &ExitNotTaken;
5073        ENT != nullptr; ENT = ENT->getNextExit()) {
5074
5075     if (ENT->ExitingBlock == ExitingBlock)
5076       return ENT->ExactNotTaken;
5077   }
5078   return SE->getCouldNotCompute();
5079 }
5080
5081 /// getMax - Get the max backedge taken count for the loop.
5082 const SCEV *
5083 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::getMax(ScalarEvolution *SE) const {
5084   return Max ? Max : SE->getCouldNotCompute();
5085 }
5086
5087 bool ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::hasOperand(const SCEV *S,
5088                                                     ScalarEvolution *SE) const {
5089   if (Max && Max != SE->getCouldNotCompute() && SE->hasOperand(Max, S))
5090     return true;
5091
5092   if (!ExitNotTaken.ExitingBlock)
5093     return false;
5094
5095   for (const ExitNotTakenInfo *ENT = &ExitNotTaken;
5096        ENT != nullptr; ENT = ENT->getNextExit()) {
5097
5098     if (ENT->ExactNotTaken != SE->getCouldNotCompute()
5099         && SE->hasOperand(ENT->ExactNotTaken, S)) {
5100       return true;
5101     }
5102   }
5103   return false;
5104 }
5105
5106 /// Allocate memory for BackedgeTakenInfo and copy the not-taken count of each
5107 /// computable exit into a persistent ExitNotTakenInfo array.
5108 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::BackedgeTakenInfo(
5109   SmallVectorImpl< std::pair<BasicBlock *, const SCEV *> > &ExitCounts,
5110   bool Complete, const SCEV *MaxCount) : Max(MaxCount) {
5111
5112   if (!Complete)
5113     ExitNotTaken.setIncomplete();
5114
5115   unsigned NumExits = ExitCounts.size();
5116   if (NumExits == 0) return;
5117
5118   ExitNotTaken.ExitingBlock = ExitCounts[0].first;
5119   ExitNotTaken.ExactNotTaken = ExitCounts[0].second;
5120   if (NumExits == 1) return;
5121
5122   // Handle the rare case of multiple computable exits.
5123   ExitNotTakenInfo *ENT = new ExitNotTakenInfo[NumExits-1];
5124
5125   ExitNotTakenInfo *PrevENT = &ExitNotTaken;
5126   for (unsigned i = 1; i < NumExits; ++i, PrevENT = ENT, ++ENT) {
5127     PrevENT->setNextExit(ENT);
5128     ENT->ExitingBlock = ExitCounts[i].first;
5129     ENT->ExactNotTaken = ExitCounts[i].second;
5130   }
5131 }
5132
5133 /// clear - Invalidate this result and free the ExitNotTakenInfo array.
5134 void ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::clear() {
5135   ExitNotTaken.ExitingBlock = nullptr;
5136   ExitNotTaken.ExactNotTaken = nullptr;
5137   delete[] ExitNotTaken.getNextExit();
5138 }
5139
5140 /// computeBackedgeTakenCount - Compute the number of times the backedge
5141 /// of the specified loop will execute.
5142 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
5143 ScalarEvolution::computeBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
5144   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitingBlocks;
5145   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
5146
5147   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, const SCEV *>, 4> ExitCounts;
5148   bool CouldComputeBECount = true;
5149   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch(); // may be NULL.
5150   const SCEV *MustExitMaxBECount = nullptr;
5151   const SCEV *MayExitMaxBECount = nullptr;
5152
5153   // Compute the ExitLimit for each loop exit. Use this to populate ExitCounts
5154   // and compute maxBECount.
5155   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
5156     BasicBlock *ExitBB = ExitingBlocks[i];
5157     ExitLimit EL = computeExitLimit(L, ExitBB);
5158
5159     // 1. For each exit that can be computed, add an entry to ExitCounts.
5160     // CouldComputeBECount is true only if all exits can be computed.
5161     if (EL.Exact == getCouldNotCompute())
5162       // We couldn't compute an exact value for this exit, so
5163       // we won't be able to compute an exact value for the loop.
5164       CouldComputeBECount = false;
5165     else
5166       ExitCounts.push_back(std::make_pair(ExitBB, EL.Exact));
5167
5168     // 2. Derive the loop's MaxBECount from each exit's max number of
5169     // non-exiting iterations. Partition the loop exits into two kinds:
5170     // LoopMustExits and LoopMayExits.
5171     //
5172     // If the exit dominates the loop latch, it is a LoopMustExit otherwise it
5173     // is a LoopMayExit.  If any computable LoopMustExit is found, then
5174     // MaxBECount is the minimum EL.Max of computable LoopMustExits. Otherwise,
5175     // MaxBECount is conservatively the maximum EL.Max, where CouldNotCompute is
5176     // considered greater than any computable EL.Max.
5177     if (EL.Max != getCouldNotCompute() && Latch &&
5178         DT.dominates(ExitBB, Latch)) {
5179       if (!MustExitMaxBECount)
5180         MustExitMaxBECount = EL.Max;
5181       else {
5182         MustExitMaxBECount =
5183           getUMinFromMismatchedTypes(MustExitMaxBECount, EL.Max);
5184       }
5185     } else if (MayExitMaxBECount != getCouldNotCompute()) {
5186       if (!MayExitMaxBECount || EL.Max == getCouldNotCompute())
5187         MayExitMaxBECount = EL.Max;
5188       else {
5189         MayExitMaxBECount =
5190           getUMaxFromMismatchedTypes(MayExitMaxBECount, EL.Max);
5191       }
5192     }
5193   }
5194   const SCEV *MaxBECount = MustExitMaxBECount ? MustExitMaxBECount :
5195     (MayExitMaxBECount ? MayExitMaxBECount : getCouldNotCompute());
5196   return BackedgeTakenInfo(ExitCounts, CouldComputeBECount, MaxBECount);
5197 }
5198
5199 ScalarEvolution::ExitLimit
5200 ScalarEvolution::computeExitLimit(const Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock) {
5201
5202   // Okay, we've chosen an exiting block.  See what condition causes us to exit
5203   // at this block and remember the exit block and whether all other targets
5204   // lead to the loop header.
5205   bool MustExecuteLoopHeader = true;
5206   BasicBlock *Exit = nullptr;
5207   for (succ_iterator SI = succ_begin(ExitingBlock), SE = succ_end(ExitingBlock);
5208        SI != SE; ++SI)
5209     if (!L->contains(*SI)) {
5210       if (Exit) // Multiple exit successors.
5211         return getCouldNotCompute();
5212       Exit = *SI;
5213     } else if (*SI != L->getHeader()) {
5214       MustExecuteLoopHeader = false;
5215     }
5216
5217   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
5218   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
5219   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
5220   // not be equal to the trip count of the loop.
5221   //
5222   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
5223   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
5224   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
5225   // loop header.  This is common for un-rotated loops.
5226   //
5227   // If both of those tests fail, walk up the unique predecessor chain to the
5228   // header, stopping if there is an edge that doesn't exit the loop. If the
5229   // header is reached, the execution count of the branch will be equal to the
5230   // trip count of the loop.
5231   //
5232   //  More extensive analysis could be done to handle more cases here.
5233   //
5234   if (!MustExecuteLoopHeader && ExitingBlock != L->getHeader()) {
5235     // The simple checks failed, try climbing the unique predecessor chain
5236     // up to the header.
5237     bool Ok = false;
5238     for (BasicBlock *BB = ExitingBlock; BB; ) {
5239       BasicBlock *Pred = BB->getUniquePredecessor();
5240       if (!Pred)
5241         return getCouldNotCompute();
5242       TerminatorInst *PredTerm = Pred->getTerminator();
5243       for (const BasicBlock *PredSucc : PredTerm->successors()) {
5244         if (PredSucc == BB)
5245           continue;
5246         // If the predecessor has a successor that isn't BB and isn't
5247         // outside the loop, assume the worst.
5248         if (L->contains(PredSucc))
5249           return getCouldNotCompute();
5250       }
5251       if (Pred == L->getHeader()) {
5252         Ok = true;
5253         break;
5254       }
5255       BB = Pred;
5256     }
5257     if (!Ok)
5258       return getCouldNotCompute();
5259   }
5260
5261   bool IsOnlyExit = (L->getExitingBlock() != nullptr);
5262   TerminatorInst *Term = ExitingBlock->getTerminator();
5263   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Term)) {
5264     assert(BI->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
5265     // Proceed to the next level to examine the exit condition expression.
5266     return computeExitLimitFromCond(L, BI->getCondition(), BI->getSuccessor(0),
5267                                     BI->getSuccessor(1),
5268                                     /*ControlsExit=*/IsOnlyExit);
5269   }
5270
5271   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(Term))
5272     return computeExitLimitFromSingleExitSwitch(L, SI, Exit,
5273                                                 /*ControlsExit=*/IsOnlyExit);
5274
5275   return getCouldNotCompute();
5276 }
5277
5278 /// computeExitLimitFromCond - Compute the number of times the
5279 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
5280 /// were a conditional branch of ExitCond, TBB, and FBB.
5281 ///
5282 /// @param ControlsExit is true if ExitCond directly controls the exit
5283 /// branch. In this case, we can assume that the loop exits only if the
5284 /// condition is true and can infer that failing to meet the condition prior to
5285 /// integer wraparound results in undefined behavior.
5286 ScalarEvolution::ExitLimit
5287 ScalarEvolution::computeExitLimitFromCond(const Loop *L,
5288                                           Value *ExitCond,
5289                                           BasicBlock *TBB,
5290                                           BasicBlock *FBB,
5291                                           bool ControlsExit) {
5292   // Check if the controlling expression for this loop is an And or Or.
5293   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(ExitCond)) {
5294     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
5295       // Recurse on the operands of the and.
5296       bool EitherMayExit = L->contains(TBB);
5297       ExitLimit EL0 = computeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB,
5298                                                ControlsExit && !EitherMayExit);
5299       ExitLimit EL1 = computeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB,
5300                                                ControlsExit && !EitherMayExit);
5301       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
5302       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
5303       if (EitherMayExit) {
5304         // Both conditions must be true for the loop to continue executing.
5305         // Choose the less conservative count.
5306         if (EL0.Exact == getCouldNotCompute() ||
5307             EL1.Exact == getCouldNotCompute())
5308           BECount = getCouldNotCompute();
5309         else
5310           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Exact, EL1.Exact);
5311         if (EL0.Max == getCouldNotCompute())
5312           MaxBECount = EL1.Max;
5313         else if (EL1.Max == getCouldNotCompute())
5314           MaxBECount = EL0.Max;
5315         else
5316           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Max, EL1.Max);
5317       } else {
5318         // Both conditions must be true at the same time for the loop to exit.
5319         // For now, be conservative.
5320         assert(L->contains(FBB) && "Loop block has no successor in loop!");
5321         if (EL0.Max == EL1.Max)
5322           MaxBECount = EL0.Max;
5323         if (EL0.Exact == EL1.Exact)
5324           BECount = EL0.Exact;
5325       }
5326
5327       return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
5328     }
5329     if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
5330       // Recurse on the operands of the or.
5331       bool EitherMayExit = L->contains(FBB);
5332       ExitLimit EL0 = computeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB,
5333                                                ControlsExit && !EitherMayExit);
5334       ExitLimit EL1 = computeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB,
5335                                                ControlsExit && !EitherMayExit);
5336       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
5337       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
5338       if (EitherMayExit) {
5339         // Both conditions must be false for the loop to continue executing.
5340         // Choose the less conservative count.
5341         if (EL0.Exact == getCouldNotCompute() ||
5342             EL1.Exact == getCouldNotCompute())
5343           BECount = getCouldNotCompute();
5344         else
5345           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Exact, EL1.Exact);
5346         if (EL0.Max == getCouldNotCompute())
5347           MaxBECount = EL1.Max;
5348         else if (EL1.Max == getCouldNotCompute())
5349           MaxBECount = EL0.Max;
5350         else
5351           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Max, EL1.Max);
5352       } else {
5353         // Both conditions must be false at the same time for the loop to exit.
5354         // For now, be conservative.
5355         assert(L->contains(TBB) && "Loop block has no successor in loop!");
5356         if (EL0.Max == EL1.Max)
5357           MaxBECount = EL0.Max;
5358         if (EL0.Exact == EL1.Exact)
5359           BECount = EL0.Exact;
5360       }
5361
5362       return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
5363     }
5364   }
5365
5366   // With an icmp, it may be feasible to compute an exact backedge-taken count.
5367   // Proceed to the next level to examine the icmp.
5368   if (ICmpInst *ExitCondICmp = dyn_cast<ICmpInst>(ExitCond))
5369     return computeExitLimitFromICmp(L, ExitCondICmp, TBB, FBB, ControlsExit);
5370
5371   // Check for a constant condition. These are normally stripped out by
5372   // SimplifyCFG, but ScalarEvolution may be used by a pass which wishes to
5373   // preserve the CFG and is temporarily leaving constant conditions
5374   // in place.
5375   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(ExitCond)) {
5376     if (L->contains(FBB) == !CI->getZExtValue())
5377       // The backedge is always taken.
5378       return getCouldNotCompute();
5379     else
5380       // The backedge is never taken.
5381       return getZero(CI->getType());
5382   }
5383
5384   // If it's not an integer or pointer comparison then compute it the hard way.
5385   return computeExitCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
5386 }
5387
5388 ScalarEvolution::ExitLimit
5389 ScalarEvolution::computeExitLimitFromICmp(const Loop *L,
5390                                           ICmpInst *ExitCond,
5391                                           BasicBlock *TBB,
5392                                           BasicBlock *FBB,
5393                                           bool ControlsExit) {
5394
5395   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
5396   ICmpInst::Predicate Cond;
5397   if (!L->contains(FBB))
5398     Cond = ExitCond->getPredicate();
5399   else
5400     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
5401
5402   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
5403   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
5404     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
5405       ExitLimit ItCnt =
5406         computeLoadConstantCompareExitLimit(LI, RHS, L, Cond);
5407       if (ItCnt.hasAnyInfo())
5408         return ItCnt;
5409     }
5410
5411   const SCEV *LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
5412   const SCEV *RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
5413
5414   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
5415   LHS = getSCEVAtScope(LHS, L);
5416   RHS = getSCEVAtScope(RHS, L);
5417
5418   // At this point, we would like to compute how many iterations of the
5419   // loop the predicate will return true for these inputs.
5420   if (isLoopInvariant(LHS, L) && !isLoopInvariant(RHS, L)) {
5421     // If there is a loop-invariant, force it into the RHS.
5422     std::swap(LHS, RHS);
5423     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
5424   }
5425
5426   // Simplify the operands before analyzing them.
5427   (void)SimplifyICmpOperands(Cond, LHS, RHS);
5428
5429   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
5430   // ranges to answer this query.
5431   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
5432     if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
5433       if (AddRec->getLoop() == L) {
5434         // Form the constant range.
5435         ConstantRange CompRange(
5436             ICmpInst::makeConstantRange(Cond, RHSC->getValue()->getValue()));
5437
5438         const SCEV *Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, *this);
5439         if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
5440       }
5441
5442   switch (Cond) {
5443   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
5444     // Convert to: while (X-Y != 0)
5445     ExitLimit EL = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L, ControlsExit);
5446     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
5447     break;
5448   }
5449   case ICmpInst::ICMP_EQ: {                     // while (X == Y)
5450     // Convert to: while (X-Y == 0)
5451     ExitLimit EL = HowFarToNonZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
5452     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
5453     break;
5454   }
5455   case ICmpInst::ICMP_SLT:
5456   case ICmpInst::ICMP_ULT: {                    // while (X < Y)
5457     bool IsSigned = Cond == ICmpInst::ICMP_SLT;
5458     ExitLimit EL = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, IsSigned, ControlsExit);
5459     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
5460     break;
5461   }
5462   case ICmpInst::ICMP_SGT:
5463   case ICmpInst::ICMP_UGT: {                    // while (X > Y)
5464     bool IsSigned = Cond == ICmpInst::ICMP_SGT;
5465     ExitLimit EL = HowManyGreaterThans(LHS, RHS, L, IsSigned, ControlsExit);
5466     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
5467     break;
5468   }
5469   default:
5470 #if 0
5471     dbgs() << "computeBackedgeTakenCount ";
5472     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
5473       dbgs() << "[unsigned] ";
5474     dbgs() << *LHS << "   "
5475          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp)
5476          << "   " << *RHS << "\n";
5477 #endif
5478     break;
5479   }
5480   return computeExitCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
5481 }
5482
5483 ScalarEvolution::ExitLimit
5484 ScalarEvolution::computeExitLimitFromSingleExitSwitch(const Loop *L,
5485                                                       SwitchInst *Switch,
5486                                                       BasicBlock *ExitingBlock,
5487                                                       bool ControlsExit) {
5488   assert(!L->contains(ExitingBlock) && "Not an exiting block!");
5489
5490   // Give up if the exit is the default dest of a switch.
5491   if (Switch->getDefaultDest() == ExitingBlock)
5492     return getCouldNotCompute();
5493
5494   assert(L->contains(Switch->getDefaultDest()) &&
5495          "Default case must not exit the loop!");
5496   const SCEV *LHS = getSCEVAtScope(Switch->getCondition(), L);
5497   const SCEV *RHS = getConstant(Switch->findCaseDest(ExitingBlock));
5498
5499   // while (X != Y) --> while (X-Y != 0)
5500   ExitLimit EL = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L, ControlsExit);
5501   if (EL.hasAnyInfo())
5502     return EL;
5503
5504   return getCouldNotCompute();
5505 }
5506
5507 static ConstantInt *
5508 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
5509                                 ScalarEvolution &SE) {
5510   const SCEV *InVal = SE.getConstant(C);
5511   const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
5512   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
5513          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
5514   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
5515 }
5516
5517 /// computeLoadConstantCompareExitLimit - Given an exit condition of
5518 /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the backedge
5519 /// execution count.
5520 ScalarEvolution::ExitLimit
5521 ScalarEvolution::computeLoadConstantCompareExitLimit(
5522   LoadInst *LI,
5523   Constant *RHS,
5524   const Loop *L,
5525   ICmpInst::Predicate predicate) {
5526
5527   if (LI->isVolatile()) return getCouldNotCompute();
5528
5529   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
5530   // TODO: Use SCEV instead of manually grubbing with GEPs.
5531   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
5532   if (!GEP) return getCouldNotCompute();
5533
5534   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
5535   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
5536   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
5537   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer() ||
5538       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
5539       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
5540     return getCouldNotCompute();
5541
5542   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
5543   Value *VarIdx = nullptr;
5544   std::vector<Constant*> Indexes;
5545   unsigned VarIdxNum = 0;
5546   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
5547     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
5548       Indexes.push_back(CI);
5549     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
5550       if (VarIdx) return getCouldNotCompute();  // Multiple non-constant idx's.
5551       VarIdx = GEP->getOperand(i);
5552       VarIdxNum = i-2;
5553       Indexes.push_back(nullptr);
5554     }
5555
5556   // Loop-invariant loads may be a byproduct of loop optimization. Skip them.
5557   if (!VarIdx)
5558     return getCouldNotCompute();
5559
5560   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
5561   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
5562   const SCEV *Idx = getSCEV(VarIdx);
5563   Idx = getSCEVAtScope(Idx, L);
5564
5565   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
5566   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
5567   const SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
5568   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || isLoopInvariant(IdxExpr, L) ||
5569       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
5570       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
5571     return getCouldNotCompute();
5572
5573   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
5574   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
5575     ConstantInt *ItCst = ConstantInt::get(
5576                            cast<IntegerType>(IdxExpr->getType()), IterationNum);
5577     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, *this);
5578
5579     // Form the GEP offset.
5580     Indexes[VarIdxNum] = Val;
5581
5582     Constant *Result = ConstantFoldLoadThroughGEPIndices(GV->getInitializer(),
5583                                                          Indexes);
5584     if (!Result) break;  // Cannot compute!
5585
5586     // Evaluate the condition for this iteration.
5587     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
5588     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
5589     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
5590 #if 0
5591       dbgs() << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
5592              << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
5593              << "***\n";
5594 #endif
5595       ++NumArrayLenItCounts;
5596       return getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
5597     }
5598   }
5599   return getCouldNotCompute();
5600 }
5601
5602
5603 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
5604 /// specified type, assuming that all operands were constants.
5605 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
5606   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
5607       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) ||
5608       isa<LoadInst>(I))
5609     return true;
5610
5611   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
5612     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
5613       return canConstantFoldCallTo(F);
5614   return false;
5615 }
5616
5617 /// Determine whether this instruction can constant evolve within this loop
5618 /// assuming its operands can all constant evolve.
5619 static bool canConstantEvolve(Instruction *I, const Loop *L) {
5620   // An instruction outside of the loop can't be derived from a loop PHI.
5621   if (!L->contains(I)) return false;
5622
5623   if (isa<PHINode>(I)) {
5624     // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
5625     // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
5626     return L->getHeader() == I->getParent();
5627   }
5628
5629   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
5630   // are constants, bail early.
5631   return CanConstantFold(I);
5632 }
5633
5634 /// getConstantEvolvingPHIOperands - Implement getConstantEvolvingPHI by
5635 /// recursing through each instruction operand until reaching a loop header phi.
5636 static PHINode *
5637 getConstantEvolvingPHIOperands(Instruction *UseInst, const Loop *L,
5638                                DenseMap<Instruction *, PHINode *> &PHIMap) {
5639
5640   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
5641   // constant or derived from a PHI node themselves.
5642   PHINode *PHI = nullptr;
5643   for (Instruction::op_iterator OpI = UseInst->op_begin(),
5644          OpE = UseInst->op_end(); OpI != OpE; ++OpI) {
5645
5646     if (isa<Constant>(*OpI)) continue;
5647
5648     Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(*OpI);
5649     if (!OpInst || !canConstantEvolve(OpInst, L)) return nullptr;
5650
5651     PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(OpInst);
5652     if (!P)
5653       // If this operand is already visited, reuse the prior result.
5654       // We may have P != PHI if this is the deepest point at which the
5655       // inconsistent paths meet.
5656       P = PHIMap.lookup(OpInst);
5657     if (!P) {
5658       // Recurse and memoize the results, whether a phi is found or not.
5659       // This recursive call invalidates pointers into PHIMap.
5660       P = getConstantEvolvingPHIOperands(OpInst, L, PHIMap);
5661       PHIMap[OpInst] = P;
5662     }
5663     if (!P)
5664       return nullptr;  // Not evolving from PHI
5665     if (PHI && PHI != P)
5666       return nullptr;  // Evolving from multiple different PHIs.
5667     PHI = P;
5668   }
5669   // This is a expression evolving from a constant PHI!
5670   return PHI;
5671 }
5672
5673 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
5674 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
5675 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
5676 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
5677 /// constraints, return null.
5678 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
5679   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
5680   if (!I || !canConstantEvolve(I, L)) return nullptr;
5681
5682   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
5683     return PN;
5684
5685   // Record non-constant instructions contained by the loop.
5686   DenseMap<Instruction *, PHINode *> PHIMap;
5687   return getConstantEvolvingPHIOperands(I, L, PHIMap);
5688 }
5689
5690 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
5691 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
5692 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
5693 /// reason, return null.
5694 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, const Loop *L,
5695                                     DenseMap<Instruction *, Constant *> &Vals,
5696                                     const DataLayout &DL,
5697                                     const TargetLibraryInfo *TLI) {
5698   // Convenient constant check, but redundant for recursive calls.
5699   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
5700   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
5701   if (!I) return nullptr;
5702
5703   if (Constant *C = Vals.lookup(I)) return C;
5704
5705   // An instruction inside the loop depends on a value outside the loop that we
5706   // weren't given a mapping for, or a value such as a call inside the loop.
5707   if (!canConstantEvolve(I, L)) return nullptr;
5708
5709   // An unmapped PHI can be due to a branch or another loop inside this loop,
5710   // or due to this not being the initial iteration through a loop where we
5711   // couldn't compute the evolution of this particular PHI last time.
5712   if (isa<PHINode>(I)) return nullptr;
5713
5714   std::vector<Constant*> Operands(I->getNumOperands());
5715
5716   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5717     Instruction *Operand = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i));
5718     if (!Operand) {
5719       Operands[i] = dyn_cast<Constant>(I->getOperand(i));
5720       if (!Operands[i]) return nullptr;
5721       continue;
5722     }
5723     Constant *C = EvaluateExpression(Operand, L, Vals, DL, TLI);
5724     Vals[Operand] = C;
5725     if (!C) return nullptr;
5726     Operands[i] = C;
5727   }
5728
5729   if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
5730     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(), Operands[0],
5731                                            Operands[1], DL, TLI);
5732   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
5733     if (!LI->isVolatile())
5734       return ConstantFoldLoadFromConstPtr(Operands[0], DL);
5735   }
5736   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(), Operands, DL,
5737                                   TLI);
5738 }
5739
5740 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
5741 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
5742 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
5743 /// involving constants, fold it.
5744 Constant *
5745 ScalarEvolution::getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN,
5746                                                    const APInt &BEs,
5747                                                    const Loop *L) {
5748   auto I = ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
5749   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
5750     return I->second;
5751
5752   if (BEs.ugt(MaxBruteForceIterations))
5753     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = nullptr;  // Not going to evaluate it.
5754
5755   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
5756
5757   DenseMap<Instruction *, Constant *> CurrentIterVals;
5758   BasicBlock *Header = L->getHeader();
5759   assert(PN->getParent() == Header && "Can't evaluate PHI not in loop header!");
5760
5761   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
5762   if (!Latch)
5763     return nullptr;
5764
5765   // Since the loop has one latch, the PHI node must have two entries.  One
5766   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
5767   // second must be derived from the same PHI.
5768
5769   BasicBlock *NonLatch = Latch == PN->getIncomingBlock(0)
5770                              ? PN->getIncomingBlock(1)
5771                              : PN->getIncomingBlock(0);
5772
5773   assert(PN->getNumIncomingValues() == 2 && "Follows from having one latch!");
5774
5775   // Note: not all PHI nodes in the same block have to have their incoming
5776   // values in the same order, so we use the basic block to look up the incoming
5777   // value, not an index.
5778
5779   for (auto &I : *Header) {
5780     PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(&I);
5781     if (!PHI) break;
5782     auto *StartCST =
5783         dyn_cast<Constant>(PHI->getIncomingValueForBlock(NonLatch));
5784     if (!StartCST) continue;
5785     CurrentIterVals[PHI] = StartCST;
5786   }
5787   if (!CurrentIterVals.count(PN))
5788     return RetVal = nullptr;
5789
5790   Value *BEValue = PN->getIncomingValueForBlock(Latch);
5791
5792   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
5793   if (BEs.getActiveBits() >= 32)
5794     return RetVal = nullptr; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
5795
5796   unsigned NumIterations = BEs.getZExtValue(); // must be in range
5797   unsigned IterationNum = 0;
5798   const DataLayout &DL = F.getParent()->getDataLayout();
5799   for (; ; ++IterationNum) {
5800     if (IterationNum == NumIterations)
5801       return RetVal = CurrentIterVals[PN];  // Got exit value!
5802
5803     // Compute the value of the PHIs for the next iteration.
5804     // EvaluateExpression adds non-phi values to the CurrentIterVals map.
5805     DenseMap<Instruction *, Constant *> NextIterVals;
5806     Constant *NextPHI =
5807         EvaluateExpression(BEValue, L, CurrentIterVals, DL, &TLI);
5808     if (!NextPHI)
5809       return nullptr;        // Couldn't evaluate!
5810     NextIterVals[PN] = NextPHI;
5811
5812     bool StoppedEvolving = NextPHI == CurrentIterVals[PN];
5813
5814     // Also evaluate the other PHI nodes.  However, we don't get to stop if we
5815     // cease to be able to evaluate one of them or if they stop evolving,
5816     // because that doesn't necessarily prevent us from computing PN.
5817     SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 8> PHIsToCompute;
5818     for (const auto &I : CurrentIterVals) {
5819       PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I.first);
5820       if (!PHI || PHI == PN || PHI->getParent() != Header) continue;
5821       PHIsToCompute.emplace_back(PHI, I.second);
5822     }
5823     // We use two distinct loops because EvaluateExpression may invalidate any
5824     // iterators into CurrentIterVals.
5825     for (const auto &I : PHIsToCompute) {
5826       PHINode *PHI = I.first;
5827       Constant *&NextPHI = NextIterVals[PHI];
5828       if (!NextPHI) {   // Not already computed.
5829         Value *BEValue = PHI->getIncomingValueForBlock(Latch);
5830         NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, L, CurrentIterVals, DL, &TLI);
5831       }
5832       if (NextPHI != I.second)
5833         StoppedEvolving = false;
5834     }
5835
5836     // If all entries in CurrentIterVals == NextIterVals then we can stop
5837     // iterating, the loop can't continue to change.
5838     if (StoppedEvolving)
5839       return RetVal = CurrentIterVals[PN];
5840
5841     CurrentIterVals.swap(NextIterVals);
5842   }
5843 }
5844
5845 const SCEV *ScalarEvolution::computeExitCountExhaustively(const Loop *L,
5846                                                           Value *Cond,
5847                                                           bool ExitWhen) {
5848   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
5849   if (!PN) return getCouldNotCompute();
5850
5851   // If the loop is canonicalized, the PHI will have exactly two entries.
5852   // That's the only form we support here.
5853   if (PN->getNumIncomingValues() != 2) return getCouldNotCompute();
5854
5855   DenseMap<Instruction *, Constant *> CurrentIterVals;
5856   BasicBlock *Header = L->getHeader();
5857   assert(PN->getParent() == Header && "Can't evaluate PHI not in loop header!");
5858
5859   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
5860   assert(Latch && "Should follow from NumIncomingValues == 2!");
5861
5862   // NonLatch is the preheader, or something equivalent.
5863   BasicBlock *NonLatch = Latch == PN->getIncomingBlock(0)
5864                              ? PN->getIncomingBlock(1)
5865                              : PN->getIncomingBlock(0);
5866
5867   // Note: not all PHI nodes in the same block have to have their incoming
5868   // values in the same order, so we use the basic block to look up the incoming
5869   // value, not an index.
5870
5871   for (auto &I : *Header) {
5872     PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(&I);
5873     if (!PHI)
5874       break;
5875     auto *StartCST =
5876       dyn_cast<Constant>(PHI->getIncomingValueForBlock(NonLatch));
5877     if (!StartCST) continue;
5878     CurrentIterVals[PHI] = StartCST;
5879   }
5880   if (!CurrentIterVals.count(PN))
5881     return getCouldNotCompute();
5882
5883   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
5884   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
5885   // "ExitWhen".
5886   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
5887   const DataLayout &DL = F.getParent()->getDataLayout();
5888   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxIterations;++IterationNum){
5889     auto *CondVal = dyn_cast_or_null<ConstantInt>(
5890         EvaluateExpression(Cond, L, CurrentIterVals, DL, &TLI));
5891
5892     // Couldn't symbolically evaluate.
5893     if (!CondVal) return getCouldNotCompute();
5894
5895     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
5896       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
5897       return getConstant(Type::getInt32Ty(getContext()), IterationNum);
5898     }
5899
5900     // Update all the PHI nodes for the next iteration.
5901     DenseMap<Instruction *, Constant *> NextIterVals;
5902
5903     // Create a list of which PHIs we need to compute. We want to do this before
5904     // calling EvaluateExpression on them because that may invalidate iterators
5905     // into CurrentIterVals.
5906     SmallVector<PHINode *, 8> PHIsToCompute;
5907     for (const auto &I : CurrentIterVals) {
5908       PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I.first);
5909       if (!PHI || PHI->getParent() != Header) continue;
5910       PHIsToCompute.push_back(PHI);
5911     }
5912     for (PHINode *PHI : PHIsToCompute) {
5913       Constant *&NextPHI = NextIterVals[PHI];
5914       if (NextPHI) continue;    // Already computed!
5915
5916       Value *BEValue = PHI->getIncomingValueForBlock(Latch);
5917       NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, L, CurrentIterVals, DL, &TLI);
5918     }
5919     CurrentIterVals.swap(NextIterVals);
5920   }
5921
5922   // Too many iterations were needed to evaluate.
5923   return getCouldNotCompute();
5924 }
5925
5926 /// getSCEVAtScope - Return a SCEV expression for the specified value
5927 /// at the specified scope in the program.  The L value specifies a loop
5928 /// nest to evaluate the expression at, where null is the top-level or a
5929 /// specified loop is immediately inside of the loop.
5930 ///
5931 /// This method can be used to compute the exit value for a variable defined
5932 /// in a loop by querying what the value will hold in the parent loop.
5933 ///
5934 /// In the case that a relevant loop exit value cannot be computed, the
5935 /// original value V is returned.
5936 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
5937   // Check to see if we've folded this expression at this loop before.
5938   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 2> &Values = ValuesAtScopes[V];
5939   for (unsigned u = 0; u < Values.size(); u++) {
5940     if (Values[u].first == L)
5941       return Values[u].second ? Values[u].second : V;
5942   }
5943   Values.push_back(std::make_pair(L, static_cast<const SCEV *>(nullptr)));
5944   // Otherwise compute it.
5945   const SCEV *C = computeSCEVAtScope(V, L);
5946   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 2> &Values2 = ValuesAtScopes[V];
5947   for (unsigned u = Values2.size(); u > 0; u--) {
5948     if (Values2[u - 1].first == L) {
5949       Values2[u - 1].second = C;
5950       break;
5951     }
5952   }
5953   return C;
5954 }
5955
5956 /// This builds up a Constant using the ConstantExpr interface.  That way, we
5957 /// will return Constants for objects which aren't represented by a
5958 /// SCEVConstant, because SCEVConstant is restricted to ConstantInt.
5959 /// Returns NULL if the SCEV isn't representable as a Constant.
5960 static Constant *BuildConstantFromSCEV(const SCEV *V) {
5961   switch (static_cast<SCEVTypes>(V->getSCEVType())) {
5962     case scCouldNotCompute:
5963     case scAddRecExpr:
5964       break;
5965     case scConstant:
5966       return cast<SCEVConstant>(V)->getValue();
5967     case scUnknown:
5968       return dyn_cast<Constant>(cast<SCEVUnknown>(V)->getValue());
5969     case scSignExtend: {
5970       const SCEVSignExtendExpr *SS = cast<SCEVSignExtendExpr>(V);
5971       if (Constant *CastOp = BuildConstantFromSCEV(SS->getOperand()))
5972         return ConstantExpr::getSExt(CastOp, SS->getType());
5973       break;
5974     }
5975     case scZeroExtend: {
5976       const SCEVZeroExtendExpr *SZ = cast<SCEVZeroExtendExpr>(V);
5977       if (Constant *CastOp = BuildConstantFromSCEV(SZ->getOperand()))
5978         return ConstantExpr::getZExt(CastOp, SZ->getType());
5979       break;
5980     }
5981     case scTruncate: {
5982       const SCEVTruncateExpr *ST = cast<SCEVTruncateExpr>(V);
5983       if (Constant *CastOp = BuildConstantFromSCEV(ST->getOperand()))
5984         return ConstantExpr::getTrunc(CastOp, ST->getType());
5985       break;
5986     }
5987     case scAddExpr: {
5988       const SCEVAddExpr *SA = cast<SCEVAddExpr>(V);
5989       if (Constant *C = BuildConstantFromSCEV(SA->getOperand(0))) {
5990         if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(C->getType())) {
5991           unsigned AS = PTy->getAddressSpace();
5992           Type *DestPtrTy = Type::getInt8PtrTy(C->getContext(), AS);
5993           C = ConstantExpr::getBitCast(C, DestPtrTy);
5994         }
5995         for (unsigned i = 1, e = SA->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5996           Constant *C2 = BuildConstantFromSCEV(SA->getOperand(i));
5997           if (!C2) return nullptr;
5998
5999           // First pointer!
6000           if (!C->getType()->isPointerTy() && C2->getType()->isPointerTy()) {
6001             unsigned AS = C2->getType()->getPointerAddressSpace();
6002             std::swap(C, C2);
6003             Type *DestPtrTy = Type::getInt8PtrTy(C->getContext(), AS);
6004             // The offsets have been converted to bytes.  We can add bytes to an
6005             // i8* by GEP with the byte count in the first index.
6006             C = ConstantExpr::getBitCast(C, DestPtrTy);
6007           }
6008
6009           // Don't bother trying to sum two pointers. We probably can't
6010           // statically compute a load that results from it anyway.
6011           if (C2->getType()->isPointerTy())
6012             return nullptr;
6013
6014           if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(C->getType())) {
6015             if (PTy->getElementType()->isStructTy())
6016               C2 = ConstantExpr::getIntegerCast(
6017                   C2, Type::getInt32Ty(C->getContext()), true);
6018             C = ConstantExpr::getGetElementPtr(PTy->getElementType(), C, C2);
6019           } else
6020             C = ConstantExpr::getAdd(C, C2);
6021         }
6022         return C;
6023       }
6024       break;
6025     }
6026     case scMulExpr: {
6027       const SCEVMulExpr *SM = cast<SCEVMulExpr>(V);
6028       if (Constant *C = BuildConstantFromSCEV(SM->getOperand(0))) {
6029         // Don't bother with pointers at all.
6030         if (C->getType()->isPointerTy()) return nullptr;
6031         for (unsigned i = 1, e = SM->getNumOperands(); i != e; ++i) {
6032           Constant *C2 = BuildConstantFromSCEV(SM->getOperand(i));
6033           if (!C2 || C2->getType()->isPointerTy()) return nullptr;
6034           C = ConstantExpr::getMul(C, C2);
6035         }
6036         return C;
6037       }
6038       break;
6039     }
6040     case scUDivExpr: {
6041       const SCEVUDivExpr *SU = cast<SCEVUDivExpr>(V);
6042       if (Constant *LHS = BuildConstantFromSCEV(SU->getLHS()))
6043         if (Constant *RHS = BuildConstantFromSCEV(SU->getRHS()))
6044           if (LHS->getType() == RHS->getType())
6045             return ConstantExpr::getUDiv(LHS, RHS);
6046       break;
6047     }
6048     case scSMaxExpr:
6049     case scUMaxExpr:
6050       break; // TODO: smax, umax.
6051   }
6052   return nullptr;
6053 }
6054
6055 const SCEV *ScalarEvolution::computeSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
6056   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
6057
6058   // If this instruction is evolved from a constant-evolving PHI, compute the
6059   // exit value from the loop without using SCEVs.
6060   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
6061     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
6062       const Loop *LI = this->LI[I->getParent()];
6063       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
6064         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
6065           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
6066             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
6067             // to see if the loop that contains it has a known backedge-taken
6068             // count.  If so, we may be able to force computation of the exit
6069             // value.
6070             const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(LI);
6071             if (const SCEVConstant *BTCC =
6072                   dyn_cast<SCEVConstant>(BackedgeTakenCount)) {
6073               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
6074               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
6075               // the specified iteration number.
6076               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
6077                                                    BTCC->getValue()->getValue(),
6078                                                                LI);
6079               if (RV) return getSCEV(RV);
6080             }
6081           }
6082
6083       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
6084       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
6085       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
6086       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
6087       if (CanConstantFold(I)) {
6088         SmallVector<Constant *, 4> Operands;
6089         bool MadeImprovement = false;
6090         for (Value *Op : I->operands()) {
6091           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
6092             Operands.push_back(C);
6093             continue;
6094           }
6095
6096           // If any of the operands is non-constant and if they are
6097           // non-integer and non-pointer, don't even try to analyze them
6098           // with scev techniques.
6099           if (!isSCEVable(Op->getType()))
6100             return V;
6101
6102           const SCEV *OrigV = getSCEV(Op);
6103           const SCEV *OpV = getSCEVAtScope(OrigV, L);
6104           MadeImprovement |= OrigV != OpV;
6105
6106           Constant *C = BuildConstantFromSCEV(OpV);
6107           if (!C) return V;
6108           if (C->getType() != Op->getType())
6109             C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
6110                                                               Op->getType(),
6111                                                               false),
6112                                       C, Op->getType());
6113           Operands.push_back(C);
6114         }
6115
6116         // Check to see if getSCEVAtScope actually made an improvement.
6117         if (MadeImprovement) {
6118           Constant *C = nullptr;
6119           const DataLayout &DL = F.getParent()->getDataLayout();
6120           if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
6121             C = ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(), Operands[0],
6122                                                 Operands[1], DL, &TLI);
6123           else if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
6124             if (!LI->isVolatile())
6125               C = ConstantFoldLoadFromConstPtr(Operands[0], DL);
6126           } else
6127             C = ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(), Operands,
6128                                          DL, &TLI);
6129           if (!C) return V;
6130           return getSCEV(C);
6131         }
6132       }
6133     }
6134
6135     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
6136     return V;
6137   }
6138
6139   if (const SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
6140     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
6141     // expression has no loop-variant portions.
6142     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
6143       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
6144       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
6145         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
6146         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
6147         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Comm->op_begin(),
6148                                             Comm->op_begin()+i);
6149         NewOps.push_back(OpAtScope);
6150
6151         for (++i; i != e; ++i) {
6152           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
6153           NewOps.push_back(OpAtScope);
6154         }
6155         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
6156           return getAddExpr(NewOps);
6157         if (isa<SCEVMulExpr>(Comm))
6158           return getMulExpr(NewOps);
6159         if (isa<SCEVSMaxExpr>(Comm))
6160           return getSMaxExpr(NewOps);
6161         if (isa<SCEVUMaxExpr>(Comm))
6162           return getUMaxExpr(NewOps);
6163         llvm_unreachable("Unknown commutative SCEV type!");
6164       }
6165     }
6166     // If we got here, all operands are loop invariant.
6167     return Comm;
6168   }
6169
6170   if (const SCEVUDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(V)) {
6171     const SCEV *LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
6172     const SCEV *RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
6173     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
6174       return Div;   // must be loop invariant
6175     return getUDivExpr(LHS, RHS);
6176   }
6177
6178   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
6179   // are dealing with the final value computed by the loop.
6180   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
6181     // First, attempt to evaluate each operand.
6182     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
6183     // expression has no loop-variant portions.
6184     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
6185       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(i), L);
6186       if (OpAtScope == AddRec->getOperand(i))
6187         continue;
6188
6189       // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
6190       // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
6191       SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AddRec->op_begin(),
6192                                           AddRec->op_begin()+i);
6193       NewOps.push_back(OpAtScope);
6194       for (++i; i != e; ++i)
6195         NewOps.push_back(getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(i), L));
6196
6197       const SCEV *FoldedRec =
6198         getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop(),
6199                       AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
6200       AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(FoldedRec);
6201       // The addrec may be folded to a nonrecurrence, for example, if the
6202       // induction variable is multiplied by zero after constant folding. Go
6203       // ahead and return the folded value.
6204       if (!AddRec)
6205         return FoldedRec;
6206       break;
6207     }
6208
6209     // If the scope is outside the addrec's loop, evaluate it by using the
6210     // loop exit value of the addrec.
6211     if (!AddRec->getLoop()->contains(L)) {
6212       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
6213       // loop iterates.  Compute this now.
6214       const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
6215       if (BackedgeTakenCount == getCouldNotCompute()) return AddRec;
6216
6217       // Then, evaluate the AddRec.
6218       return AddRec->evaluateAtIteration(BackedgeTakenCount, *this);
6219     }
6220
6221     return AddRec;
6222   }
6223
6224   if (const SCEVZeroExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(V)) {
6225     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
6226     if (Op == Cast->getOperand())
6227       return Cast;  // must be loop invariant
6228     return getZeroExtendExpr(Op, Cast->getType());
6229   }
6230
6231   if (const SCEVSignExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(V)) {
6232     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
6233     if (Op == Cast->getOperand())
6234       return Cast;  // must be loop invariant
6235     return getSignExtendExpr(Op, Cast->getType());
6236   }
6237
6238   if (const SCEVTruncateExpr *Cast = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(V)) {
6239     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
6240     if (Op == Cast->getOperand())
6241       return Cast;  // must be loop invariant
6242     return getTruncateExpr(Op, Cast->getType());
6243   }
6244
6245   llvm_unreachable("Unknown SCEV type!");
6246 }
6247
6248 /// getSCEVAtScope - This is a convenience function which does
6249 /// getSCEVAtScope(getSCEV(V), L).
6250 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) {
6251   return getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
6252 }
6253
6254 /// SolveLinEquationWithOverflow - Finds the minimum unsigned root of the
6255 /// following equation:
6256 ///
6257 ///     A * X = B (mod N)
6258 ///
6259 /// where N = 2^BW and BW is the common bit width of A and B. The signedness of
6260 /// A and B isn't important.
6261 ///
6262 /// If the equation does not have a solution, SCEVCouldNotCompute is returned.
6263 static const SCEV *SolveLinEquationWithOverflow(const APInt &A, const APInt &B,
6264                                                ScalarEvolution &SE) {
6265   uint32_t BW = A.getBitWidth();
6266   assert(BW == B.getBitWidth() && "Bit widths must be the same.");
6267   assert(A != 0 && "A must be non-zero.");
6268
6269   // 1. D = gcd(A, N)
6270   //
6271   // The gcd of A and N may have only one prime factor: 2. The number of
6272   // trailing zeros in A is its multiplicity
6273   uint32_t Mult2 = A.countTrailingZeros();
6274   // D = 2^Mult2
6275
6276   // 2. Check if B is divisible by D.
6277   //
6278   // B is divisible by D if and only if the multiplicity of prime factor 2 for B
6279   // is not less than multiplicity of this prime factor for D.
6280   if (B.countTrailingZeros() < Mult2)
6281     return SE.getCouldNotCompute();
6282
6283   // 3. Compute I: the multiplicative inverse of (A / D) in arithmetic
6284   // modulo (N / D).
6285   //
6286   // (N / D) may need BW+1 bits in its representation.  Hence, we'll use this
6287   // bit width during computations.
6288   APInt AD = A.lshr(Mult2).zext(BW + 1);  // AD = A / D
6289   APInt Mod(BW + 1, 0);
6290   Mod.setBit(BW - Mult2);  // Mod = N / D
6291   APInt I = AD.multiplicativeInverse(Mod);
6292
6293   // 4. Compute the minimum unsigned root of the equation:
6294   // I * (B / D) mod (N / D)
6295   APInt Result = (I * B.lshr(Mult2).zext(BW + 1)).urem(Mod);
6296
6297   // The result is guaranteed to be less than 2^BW so we may truncate it to BW
6298   // bits.
6299   return SE.getConstant(Result.trunc(BW));
6300 }
6301
6302 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
6303 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
6304 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
6305 ///
6306 static std::pair<const SCEV *,const SCEV *>
6307 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ScalarEvolution &SE) {
6308   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
6309   const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
6310   const SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
6311   const SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
6312
6313   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
6314   if (!LC || !MC || !NC) {
6315     const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
6316     return std::make_pair(CNC, CNC);
6317   }
6318
6319   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
6320   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
6321   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
6322   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
6323   APInt Two(BitWidth, 2);
6324   APInt Four(BitWidth, 4);
6325
6326   {
6327     using namespace APIntOps;
6328     const APInt& C = L;
6329     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
6330     // The B coefficient is M-N/2
6331     APInt B(M);
6332     B -= sdiv(N,Two);
6333
6334     // The A coefficient is N/2
6335     APInt A(N.sdiv(Two));
6336
6337     // Compute the B^2-4ac term.
6338     APInt SqrtTerm(B);
6339     SqrtTerm *= B;
6340     SqrtTerm -= Four * (A * C);
6341
6342     if (SqrtTerm.isNegative()) {
6343       // The loop is provably infinite.
6344       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
6345       return std::make_pair(CNC, CNC);
6346     }
6347
6348     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
6349     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
6350     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
6351
6352     // Compute the two solutions for the quadratic formula.
6353     // The divisions must be performed as signed divisions.
6354     APInt NegB(-B);
6355     APInt TwoA(A << 1);
6356     if (TwoA.isMinValue()) {
6357       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
6358       return std::make_pair(CNC, CNC);
6359     }
6360
6361     LLVMContext &Context = SE.getContext();
6362
6363     ConstantInt *Solution1 =
6364       ConstantInt::get(Context, (NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
6365     ConstantInt *Solution2 =
6366       ConstantInt::get(Context, (NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
6367
6368     return std::make_pair(SE.getConstant(Solution1),
6369                           SE.getConstant(Solution2));
6370   } // end APIntOps namespace
6371 }
6372
6373 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
6374 /// value to zero will execute.  If not computable, return CouldNotCompute.
6375 ///
6376 /// This is only used for loops with a "x != y" exit test. The exit condition is
6377 /// now expressed as a single expression, V = x-y. So the exit test is
6378 /// effectively V != 0.  We know and take advantage of the fact that this
6379 /// expression only being used in a comparison by zero context.
6380 ScalarEvolution::ExitLimit
6381 ScalarEvolution::HowFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L, bool ControlsExit) {
6382   // If the value is a constant
6383   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
6384     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
6385     if (C->getValue()->isZero()) return C;
6386     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
6387   }
6388
6389   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
6390   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
6391     return getCouldNotCompute();
6392
6393   // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
6394   // the quadratic equation to solve it.
6395   if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isIntegerTy()) {
6396     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots =
6397       SolveQuadraticEquation(AddRec, *this);
6398     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
6399     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
6400     if (R1 && R2) {
6401 #if 0
6402       dbgs() << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
6403              << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
6404 #endif
6405       // Pick the smallest positive root value.
6406       if (ConstantInt *CB =
6407           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(CmpInst::ICMP_ULT,
6408                                                       R1->getValue(),
6409                                                       R2->getValue()))) {
6410         if (!CB->getZExtValue())
6411           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
6412
6413         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
6414         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
6415         // should not accept a root of 2.
6416         const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1, *this);
6417         if (Val->isZero())
6418           return R1;  // We found a quadratic root!
6419       }
6420     }
6421     return getCouldNotCompute();
6422   }
6423
6424   // Otherwise we can only handle this if it is affine.
6425   if (!AddRec->isAffine())
6426     return getCouldNotCompute();
6427
6428   // If this is an affine expression, the execution count of this branch is
6429   // the minimum unsigned root of the following equation:
6430   //
6431   //     Start + Step*N = 0 (mod 2^BW)
6432   //
6433   // equivalent to:
6434   //
6435   //             Step*N = -Start (mod 2^BW)
6436   //
6437   // where BW is the common bit width of Start and Step.
6438
6439   // Get the initial value for the loop.
6440   const SCEV *Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(), L->getParentLoop());
6441   const SCEV *Step = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(1), L->getParentLoop());
6442
6443   // For now we handle only constant steps.
6444   //
6445   // TODO: Handle a nonconstant Step given AddRec<NUW>. If the
6446   // AddRec is NUW, then (in an unsigned sense) it cannot be counting up to wrap
6447   // to 0, it must be counting down to equal 0. Consequently, N = Start / -Step.
6448   // We have not yet seen any such cases.
6449   const SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
6450   if (!StepC || StepC->getValue()->equalsInt(0))
6451     return getCouldNotCompute();
6452
6453   // For positive steps (counting up until unsigned overflow):
6454   //   N = -Start/Step (as unsigned)
6455   // For negative steps (counting down to zero):
6456   //   N = Start/-Step
6457   // First compute the unsigned distance from zero in the direction of Step.
6458   bool CountDown = StepC->getValue()->getValue().isNegative();
6459   const SCEV *Distance = CountDown ? Start : getNegativeSCEV(Start);
6460
6461   // Handle unitary steps, which cannot wraparound.
6462   // 1*N = -Start; -1*N = Start (mod 2^BW), so:
6463   //   N = Distance (as unsigned)
6464   if (StepC->getValue()->equalsInt(1) || StepC->getValue()->isAllOnesValue()) {
6465     ConstantRange CR = getUnsignedRange(Start);
6466     const SCEV *MaxBECount;
6467     if (!CountDown && CR.getUnsignedMin().isMinValue())
6468       // When counting up, the worst starting value is 1, not 0.
6469       MaxBECount = CR.getUnsignedMax().isMinValue()
6470         ? getConstant(APInt::getMinValue(CR.getBitWidth()))
6471         : getConstant(APInt::getMaxValue(CR.getBitWidth()));
6472     else
6473       MaxBECount = getConstant(CountDown ? CR.getUnsignedMax()
6474                                          : -CR.getUnsignedMin());
6475     return ExitLimit(Distance, MaxBECount);
6476   }
6477
6478   // As a special case, handle the instance where Step is a positive power of
6479   // two. In this case, determining whether Step divides Distance evenly can be
6480   // done by counting and comparing the number of trailing zeros of Step and
6481   // Distance.
6482   if (!CountDown) {
6483     const APInt &StepV = StepC->getValue()->getValue();
6484     // StepV.isPowerOf2() returns true if StepV is an positive power of two.  It
6485     // also returns true if StepV is maximally negative (eg, INT_MIN), but that
6486     // case is not handled as this code is guarded by !CountDown.
6487     if (StepV.isPowerOf2() &&
6488         GetMinTrailingZeros(Distance) >= StepV.countTrailingZeros()) {
6489       // Here we've constrained the equation to be of the form
6490       //
6491       //   2^(N + k) * Distance' = (StepV == 2^N) * X (mod 2^W)  ... (0)
6492       //
6493       // where we're operating on a W bit wide integer domain and k is
6494       // non-negative.  The smallest unsigned solution for X is the trip count.
6495       //
6496       // (0) is equivalent to:
6497       //
6498       //      2^(N + k) * Distance' - 2^N * X = L * 2^W
6499       // <=>  2^N(2^k * Distance' - X) = L * 2^(W - N) * 2^N
6500       // <=>  2^k * Distance' - X = L * 2^(W - N)
6501       // <=>  2^k * Distance'     = L * 2^(W - N) + X    ... (1)
6502       //
6503       // The smallest X satisfying (1) is unsigned remainder of dividing the LHS
6504       // by 2^(W - N).
6505       //
6506       // <=>  X = 2^k * Distance' URem 2^(W - N)   ... (2)
6507       //
6508       // E.g. say we're solving
6509       //
6510       //   2 * Val = 2 * X  (in i8)   ... (3)
6511       //
6512       // then from (2), we get X = Val URem i8 128 (k = 0 in this case).
6513       //
6514       // Note: It is tempting to solve (3) by setting X = Val, but Val is not
6515       // necessarily the smallest unsigned value of X that satisfies (3).
6516       // E.g. if Val is i8 -127 then the smallest value of X that satisfies (3)
6517       // is i8 1, not i8 -127
6518
6519       const auto *ModuloResult = getUDivExactExpr(Distance, Step);
6520
6521       // Since SCEV does not have a URem node, we construct one using a truncate
6522       // and a zero extend.
6523
6524       unsigned NarrowWidth = StepV.getBitWidth() - StepV.countTrailingZeros();
6525       auto *NarrowTy = IntegerType::get(getContext(), NarrowWidth);
6526       auto *WideTy = Distance->getType();
6527
6528       return getZeroExtendExpr(getTruncateExpr(ModuloResult, NarrowTy), WideTy);
6529     }
6530   }
6531
6532   // If the condition controls loop exit (the loop exits only if the expression
6533   // is true) and the addition is no-wrap we can use unsigned divide to
6534   // compute the backedge count.  In this case, the step may not divide the
6535   // distance, but we don't care because if the condition is "missed" the loop
6536   // will have undefined behavior due to wrapping.
6537   if (ControlsExit && AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)) {
6538     const SCEV *Exact =
6539         getUDivExpr(Distance, CountDown ? getNegativeSCEV(Step) : Step);
6540     return ExitLimit(Exact, Exact);
6541   }
6542
6543   // Then, try to solve the above equation provided that Start is constant.
6544   if (const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start))
6545     return SolveLinEquationWithOverflow(StepC->getValue()->getValue(),
6546                                         -StartC->getValue()->getValue(),
6547                                         *this);
6548   return getCouldNotCompute();
6549 }
6550
6551 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
6552 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
6553 /// CouldNotCompute
6554 ScalarEvolution::ExitLimit
6555 ScalarEvolution::HowFarToNonZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
6556   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
6557   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
6558   // future as needed.
6559
6560   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
6561   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
6562   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
6563     if (!C->getValue()->isNullValue())
6564       return getZero(C->getType());
6565     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
6566   }
6567
6568   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
6569   // this, and if they did, they would already be constant folded.
6570   return getCouldNotCompute();
6571 }
6572
6573 /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
6574 /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
6575 /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
6576 /// found.
6577 ///
6578 std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
6579 ScalarEvolution::getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB) {
6580   // If the block has a unique predecessor, then there is no path from the
6581   // predecessor to the block that does not go through the direct edge
6582   // from the predecessor to the block.
6583   if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor())
6584     return std::make_pair(Pred, BB);
6585
6586   // A loop's header is defined to be a block that dominates the loop.
6587   // If the header has a unique predecessor outside the loop, it must be
6588   // a block that has exactly one successor that can reach the loop.
6589   if (Loop *L = LI.getLoopFor(BB))
6590     return std::make_pair(L->getLoopPredecessor(), L->getHeader());
6591
6592   return std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>();
6593 }
6594
6595 /// HasSameValue - SCEV structural equivalence is usually sufficient for
6596 /// testing whether two expressions are equal, however for the purposes of
6597 /// looking for a condition guarding a loop, it can be useful to be a little
6598 /// more general, since a front-end may have replicated the controlling
6599 /// expression.
6600 ///
6601 static bool HasSameValue(const SCEV *A, const SCEV *B) {
6602   // Quick check to see if they are the same SCEV.
6603   if (A == B) return true;
6604
6605   auto ComputesEqualValues = [](const Instruction *A, const Instruction *B) {
6606     // Not all instructions that are "identical" compute the same value.  For
6607     // instance, two distinct alloca instructions allocating the same type are
6608     // identical and do not read memory; but compute distinct values.
6609     return A->isIdenticalTo(B) && (isa<BinaryOperator>(A) || isa<GetElementPtrInst>(A));
6610   };
6611
6612   // Otherwise, if they're both SCEVUnknown, it's possible that they hold
6613   // two different instructions with the same value. Check for this case.
6614   if (const SCEVUnknown *AU = dyn_cast<SCEVUnknown>(A))
6615     if (const SCEVUnknown *BU = dyn_cast<SCEVUnknown>(B))
6616       if (const Instruction *AI = dyn_cast<Instruction>(AU->getValue()))
6617         if (const Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(BU->getValue()))
6618           if (ComputesEqualValues(AI, BI))
6619             return true;
6620
6621   // Otherwise assume they may have a different value.
6622   return false;
6623 }
6624
6625 /// SimplifyICmpOperands - Simplify LHS and RHS in a comparison with
6626 /// predicate Pred. Return true iff any changes were made.
6627 ///
6628 bool ScalarEvolution::SimplifyICmpOperands(ICmpInst::Predicate &Pred,
6629                                            const SCEV *&LHS, const SCEV *&RHS,
6630                                            unsigned Depth) {
6631   bool Changed = false;
6632
6633   // If we hit the max recursion limit bail out.
6634   if (Depth >= 3)
6635     return false;
6636
6637   // Canonicalize a constant to the right side.
6638   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
6639     // Check for both operands constant.
6640     if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
6641       if (ConstantExpr::getICmp(Pred,
6642                                 LHSC->getValue(),
6643                                 RHSC->getValue())->isNullValue())
6644         goto trivially_false;
6645       else
6646         goto trivially_true;
6647     }
6648     // Otherwise swap the operands to put the constant on the right.
6649     std::swap(LHS, RHS);
6650     Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
6651     Changed = true;
6652   }
6653
6654   // If we're comparing an addrec with a value which is loop-invariant in the
6655   // addrec's loop, put the addrec on the left. Also make a dominance check,
6656   // as both operands could be addrecs loop-invariant in each other's loop.
6657   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS)) {
6658     const Loop *L = AR->getLoop();
6659     if (isLoopInvariant(LHS, L) && properlyDominates(LHS, L->getHeader())) {
6660       std::swap(LHS, RHS);
6661       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
6662       Changed = true;
6663     }
6664   }
6665
6666   // If there's a constant operand, canonicalize comparisons with boundary
6667   // cases, and canonicalize *-or-equal comparisons to regular comparisons.
6668   if (const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
6669     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
6670     switch (Pred) {
6671     default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
6672     case ICmpInst::ICMP_EQ:
6673     case ICmpInst::ICMP_NE:
6674       // Fold ((-1) * %a) + %b == 0 (equivalent to %b-%a == 0) into %a == %b.
6675       if (!RA)
6676         if (const SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS))
6677           if (const SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(AE->getOperand(0)))
6678             if (AE->getNumOperands() == 2 && ME->getNumOperands() == 2 &&
6679                 ME->getOperand(0)->isAllOnesValue()) {
6680               RHS = AE->getOperand(1);
6681               LHS = ME->getOperand(1);
6682               Changed = true;
6683             }
6684       break;
6685     case ICmpInst::ICMP_UGE:
6686       if ((RA - 1).isMinValue()) {
6687         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6688         RHS = getConstant(RA - 1);
6689         Changed = true;
6690         break;
6691       }
6692       if (RA.isMaxValue()) {
6693         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6694         Changed = true;
6695         break;
6696       }
6697       if (RA.isMinValue()) goto trivially_true;
6698
6699       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
6700       RHS = getConstant(RA - 1);
6701       Changed = true;
6702       break;
6703     case ICmpInst::ICMP_ULE:
6704       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
6705         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6706         RHS = getConstant(RA + 1);
6707         Changed = true;
6708         break;
6709       }
6710       if (RA.isMinValue()) {
6711         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6712         Changed = true;
6713         break;
6714       }
6715       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_true;
6716
6717       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
6718       RHS = getConstant(RA + 1);
6719       Changed = true;
6720       break;
6721     case ICmpInst::ICMP_SGE:
6722       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
6723         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6724         RHS = getConstant(RA - 1);
6725         Changed = true;
6726         break;
6727       }
6728       if (RA.isMaxSignedValue()) {
6729         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6730         Changed = true;
6731         break;
6732       }
6733       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_true;
6734
6735       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
6736       RHS = getConstant(RA - 1);
6737       Changed = true;
6738       break;
6739     case ICmpInst::ICMP_SLE:
6740       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
6741         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6742         RHS = getConstant(RA + 1);
6743         Changed = true;
6744         break;
6745       }
6746       if (RA.isMinSignedValue()) {
6747         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6748         Changed = true;
6749         break;
6750       }
6751       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_true;
6752
6753       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
6754       RHS = getConstant(RA + 1);
6755       Changed = true;
6756       break;
6757     case ICmpInst::ICMP_UGT:
6758       if (RA.isMinValue()) {
6759         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6760         Changed = true;
6761         break;
6762       }
6763       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
6764         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6765         RHS = getConstant(RA + 1);
6766         Changed = true;
6767         break;
6768       }
6769       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_false;
6770       break;
6771     case ICmpInst::ICMP_ULT:
6772       if (RA.isMaxValue()) {
6773         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6774         Changed = true;
6775         break;
6776       }
6777       if ((RA - 1).isMinValue()) {
6778         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6779         RHS = getConstant(RA - 1);
6780         Changed = true;
6781         break;
6782       }
6783       if (RA.isMinValue()) goto trivially_false;
6784       break;
6785     case ICmpInst::ICMP_SGT:
6786       if (RA.isMinSignedValue()) {
6787         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6788         Changed = true;
6789         break;
6790       }
6791       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
6792         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6793         RHS = getConstant(RA + 1);
6794         Changed = true;
6795         break;
6796       }
6797       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_false;
6798       break;
6799     case ICmpInst::ICMP_SLT:
6800       if (RA.isMaxSignedValue()) {
6801         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6802         Changed = true;
6803         break;
6804       }
6805       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
6806        Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6807        RHS = getConstant(RA - 1);
6808         Changed = true;
6809        break;
6810       }
6811       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_false;
6812       break;
6813     }
6814   }
6815
6816   // Check for obvious equality.
6817   if (HasSameValue(LHS, RHS)) {
6818     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
6819       goto trivially_true;
6820     if (ICmpInst::isFalseWhenEqual(Pred))
6821       goto trivially_false;
6822   }
6823
6824   // If possible, canonicalize GE/LE comparisons to GT/LT comparisons, by
6825   // adding or subtracting 1 from one of the operands.
6826   switch (Pred) {
6827   case ICmpInst::ICMP_SLE:
6828     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
6829       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
6830                        SCEV::FlagNSW);
6831       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
6832       Changed = true;
6833     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
6834       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
6835                        SCEV::FlagNSW);
6836       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
6837       Changed = true;
6838     }
6839     break;
6840   case ICmpInst::ICMP_SGE:
6841     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
6842       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
6843                        SCEV::FlagNSW);
6844       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
6845       Changed = true;
6846     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
6847       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
6848                        SCEV::FlagNSW);
6849       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
6850       Changed = true;
6851     }
6852     break;
6853   case ICmpInst::ICMP_ULE:
6854     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
6855       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
6856                        SCEV::FlagNUW);
6857       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
6858       Changed = true;
6859     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
6860       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
6861                        SCEV::FlagNUW);
6862       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
6863       Changed = true;
6864     }
6865     break;
6866   case ICmpInst::ICMP_UGE:
6867     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
6868       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
6869                        SCEV::FlagNUW);
6870       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
6871       Changed = true;
6872     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
6873       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
6874                        SCEV::FlagNUW);
6875       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
6876       Changed = true;
6877     }
6878     break;
6879   default:
6880     break;
6881   }
6882
6883   // TODO: More simplifications are possible here.
6884
6885   // Recursively simplify until we either hit a recursion limit or nothing
6886   // changes.
6887   if (Changed)
6888     return SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS, Depth+1);
6889
6890   return Changed;
6891
6892 trivially_true:
6893   // Return 0 == 0.
6894   LHS = RHS = getConstant(ConstantInt::getFalse(getContext()));
6895   Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6896   return true;
6897
6898 trivially_false:
6899   // Return 0 != 0.
6900   LHS = RHS = getConstant(ConstantInt::getFalse(getContext()));
6901   Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6902   return true;
6903 }
6904
6905 bool ScalarEvolution::isKnownNegative(const SCEV *S) {
6906   return getSignedRange(S).getSignedMax().isNegative();
6907 }
6908
6909 bool ScalarEvolution::isKnownPositive(const SCEV *S) {
6910   return getSignedRange(S).getSignedMin().isStrictlyPositive();
6911 }
6912
6913 bool ScalarEvolution::isKnownNonNegative(const SCEV *S) {
6914   return !getSignedRange(S).getSignedMin().isNegative();
6915 }
6916
6917 bool ScalarEvolution::isKnownNonPositive(const SCEV *S) {
6918   return !getSignedRange(S).getSignedMax().isStrictlyPositive();
6919 }
6920
6921 bool ScalarEvolution::isKnownNonZero(const SCEV *S) {
6922   return isKnownNegative(S) || isKnownPositive(S);
6923 }
6924
6925 bool ScalarEvolution::isKnownPredicate(ICmpInst::Predicate Pred,
6926                                        const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
6927   // Canonicalize the inputs first.
6928   (void)SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS);
6929
6930   // If LHS or RHS is an addrec, check to see if the condition is true in
6931   // every iteration of the loop.
6932   // If LHS and RHS are both addrec, both conditions must be true in
6933   // every iteration of the loop.
6934   const SCEVAddRecExpr *LAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
6935   const SCEVAddRecExpr *RAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
6936   bool LeftGuarded = false;
6937   bool RightGuarded = false;
6938   if (LAR) {
6939     const Loop *L = LAR->getLoop();
6940     if (isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, LAR->getStart(), RHS) &&
6941         isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, LAR->getPostIncExpr(*this), RHS)) {
6942       if (!RAR) return true;
6943       LeftGuarded = true;
6944     }
6945   }
6946   if (RAR) {
6947     const Loop *L = RAR->getLoop();
6948     if (isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, LHS, RAR->getStart()) &&
6949         isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, LHS, RAR->getPostIncExpr(*this))) {
6950       if (!LAR) return true;
6951       RightGuarded = true;
6952     }
6953   }
6954   if (LeftGuarded && RightGuarded)
6955     return true;
6956
6957   if (isKnownPredicateViaSplitting(Pred, LHS, RHS))
6958     return true;
6959
6960   // Otherwise see what can be done with known constant ranges.
6961   return isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS);
6962 }
6963
6964 bool ScalarEvolution::isMonotonicPredicate(const SCEVAddRecExpr *LHS,
6965                                            ICmpInst::Predicate Pred,
6966                                            bool &Increasing) {
6967   bool Result = isMonotonicPredicateImpl(LHS, Pred, Increasing);
6968
6969 #ifndef NDEBUG
6970   // Verify an invariant: inverting the predicate should turn a monotonically
6971   // increasing change to a monotonically decreasing one, and vice versa.
6972   bool IncreasingSwapped;
6973   bool ResultSwapped = isMonotonicPredicateImpl(
6974       LHS, ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred), IncreasingSwapped);
6975
6976   assert(Result == ResultSwapped && "should be able to analyze both!");
6977   if (ResultSwapped)
6978     assert(Increasing == !IncreasingSwapped &&
6979            "monotonicity should flip as we flip the predicate");
6980 #endif
6981
6982   return Result;
6983 }
6984
6985 bool ScalarEvolution::isMonotonicPredicateImpl(const SCEVAddRecExpr *LHS,
6986                                                ICmpInst::Predicate Pred,
6987                                                bool &Increasing) {
6988
6989   // A zero step value for LHS means the induction variable is essentially a
6990   // loop invariant value. We don't really depend on the predicate actually
6991   // flipping from false to true (for increasing predicates, and the other way
6992   // around for decreasing predicates), all we care about is that *if* the
6993   // predicate changes then it only changes from false to true.
6994   //
6995   // A zero step value in itself is not very useful, but there may be places
6996   // where SCEV can prove X >= 0 but not prove X > 0, so it is helpful to be
6997   // as general as possible.
6998
6999   switch (Pred) {
7000   default:
7001     return false; // Conservative answer
7002
7003   case ICmpInst::ICMP_UGT:
7004   case ICmpInst::ICMP_UGE:
7005   case ICmpInst::ICMP_ULT:
7006   case ICmpInst::ICMP_ULE:
7007     if (!LHS->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW))
7008       return false;
7009
7010     Increasing = Pred == ICmpInst::ICMP_UGT || Pred == ICmpInst::ICMP_UGE;
7011     return true;
7012
7013   case ICmpInst::ICMP_SGT:
7014   case ICmpInst::ICMP_SGE:
7015   case ICmpInst::ICMP_SLT:
7016   case ICmpInst::ICMP_SLE: {
7017     if (!LHS->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW))
7018       return false;
7019
7020     const SCEV *Step = LHS->getStepRecurrence(*this);
7021
7022     if (isKnownNonNegative(Step)) {
7023       Increasing = Pred == ICmpInst::ICMP_SGT || Pred == ICmpInst::ICMP_SGE;
7024       return true;
7025     }
7026
7027     if (isKnownNonPositive(Step)) {
7028       Increasing = Pred == ICmpInst::ICMP_SLT || Pred == ICmpInst::ICMP_SLE;
7029       return true;
7030     }
7031
7032     return false;
7033   }
7034
7035   }
7036
7037   llvm_unreachable("switch has default clause!");
7038 }
7039
7040 bool ScalarEvolution::isLoopInvariantPredicate(
7041     ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS, const SCEV *RHS, const Loop *L,
7042     ICmpInst::Predicate &InvariantPred, const SCEV *&InvariantLHS,
7043     const SCEV *&InvariantRHS) {
7044
7045   // If there is a loop-invariant, force it into the RHS, otherwise bail out.
7046   if (!isLoopInvariant(RHS, L)) {
7047     if (!isLoopInvariant(LHS, L))
7048       return false;
7049
7050     std::swap(LHS, RHS);
7051     Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
7052   }
7053
7054   const SCEVAddRecExpr *ArLHS = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
7055   if (!ArLHS || ArLHS->getLoop() != L)
7056     return false;
7057
7058   bool Increasing;
7059   if (!isMonotonicPredicate(ArLHS, Pred, Increasing))
7060     return false;
7061
7062   // If the predicate "ArLHS `Pred` RHS" monotonically increases from false to
7063   // true as the loop iterates, and the backedge is control dependent on
7064   // "ArLHS `Pred` RHS" == true then we can reason as follows:
7065   //
7066   //   * if the predicate was false in the first iteration then the predicate
7067   //     is never evaluated again, since the loop exits without taking the
7068   //     backedge.
7069   //   * if the predicate was true in the first iteration then it will
7070   //     continue to be true for all future iterations since it is
7071   //     monotonically increasing.
7072   //
7073   // For both the above possibilities, we can replace the loop varying
7074   // predicate with its value on the first iteration of the loop (which is
7075   // loop invariant).
7076   //
7077   // A similar reasoning applies for a monotonically decreasing predicate, by
7078   // replacing true with false and false with true in the above two bullets.
7079
7080   auto P = Increasing ? Pred : ICmpInst::getInversePredicate(Pred);
7081
7082   if (!isLoopBackedgeGuardedByCond(L, P, LHS, RHS))
7083     return false;
7084
7085   InvariantPred = Pred;
7086   InvariantLHS = ArLHS->getStart();
7087   InvariantRHS = RHS;
7088   return true;
7089 }
7090
7091 bool
7092 ScalarEvolution::isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
7093                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
7094   if (HasSameValue(LHS, RHS))
7095     return ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
7096
7097   // This code is split out from isKnownPredicate because it is called from
7098   // within isLoopEntryGuardedByCond.
7099   switch (Pred) {
7100   default:
7101     llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
7102   case ICmpInst::ICMP_SGT:
7103     std::swap(LHS, RHS);
7104   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
7105     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
7106     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
7107     if (LHSRange.getSignedMax().slt(RHSRange.getSignedMin()))
7108       return true;
7109     if (LHSRange.getSignedMin().sge(RHSRange.getSignedMax()))
7110       return false;
7111     break;
7112   }
7113   case ICmpInst::ICMP_SGE:
7114     std::swap(LHS, RHS);
7115   case ICmpInst::ICMP_SLE: {
7116     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
7117     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
7118     if (LHSRange.getSignedMax().sle(RHSRange.getSignedMin()))
7119       return true;
7120     if (LHSRange.getSignedMin().sgt(RHSRange.getSignedMax()))
7121       return false;
7122     break;
7123   }
7124   case ICmpInst::ICMP_UGT:
7125     std::swap(LHS, RHS);
7126   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
7127     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
7128     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
7129     if (LHSRange.getUnsignedMax().ult(RHSRange.getUnsignedMin()))
7130       return true;
7131     if (LHSRange.getUnsignedMin().uge(RHSRange.getUnsignedMax()))
7132       return false;
7133     break;
7134   }
7135   case ICmpInst::ICMP_UGE:
7136     std::swap(LHS, RHS);
7137   case ICmpInst::ICMP_ULE: {
7138     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
7139     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
7140     if (LHSRange.getUnsignedMax().ule(RHSRange.getUnsignedMin()))
7141       return true;
7142     if (LHSRange.getUnsignedMin().ugt(RHSRange.getUnsignedMax()))
7143       return false;
7144     break;
7145   }
7146   case ICmpInst::ICMP_NE: {
7147     if (getUnsignedRange(LHS).intersectWith(getUnsignedRange(RHS)).isEmptySet())
7148       return true;
7149     if (getSignedRange(LHS).intersectWith(getSignedRange(RHS)).isEmptySet())
7150       return true;
7151
7152     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(LHS, RHS);
7153     if (isKnownNonZero(Diff))
7154       return true;
7155     break;
7156   }
7157   case ICmpInst::ICMP_EQ:
7158     // The check at the top of the function catches the case where
7159     // the values are known to be equal.
7160     break;
7161   }
7162   return false;
7163 }
7164
7165 bool ScalarEvolution::isKnownPredicateViaNoOverflow(ICmpInst::Predicate Pred,
7166                                                     const SCEV *LHS,
7167                                                     const SCEV *RHS) {
7168
7169   // Match Result to (X + Y)<ExpectedFlags> where Y is a constant integer.
7170   // Return Y via OutY.
7171   auto MatchBinaryAddToConst =
7172       [this](const SCEV *Result, const SCEV *X, APInt &OutY,
7173              SCEV::NoWrapFlags ExpectedFlags) {
7174     const SCEV *NonConstOp, *ConstOp;
7175     SCEV::NoWrapFlags FlagsPresent;
7176
7177     if (!splitBinaryAdd(Result, ConstOp, NonConstOp, FlagsPresent) ||
7178         !isa<SCEVConstant>(ConstOp) || NonConstOp != X)
7179       return false;
7180
7181     OutY = cast<SCEVConstant>(ConstOp)->getValue()->getValue();
7182     return (FlagsPresent & ExpectedFlags) != 0;
7183   };
7184
7185   APInt C;
7186
7187   switch (Pred) {
7188   default:
7189     break;
7190
7191   case ICmpInst::ICMP_SGE:
7192     std::swap(LHS, RHS);
7193   case ICmpInst::ICMP_SLE:
7194     // X s<= (X + C)<nsw> if C >= 0
7195     if (MatchBinaryAddToConst(RHS, LHS, C, SCEV::FlagNSW) && C.isNonNegative())
7196       return true;
7197
7198     // (X + C)<nsw> s<= X if C <= 0
7199     if (MatchBinaryAddToConst(LHS, RHS, C, SCEV::FlagNSW) &&
7200         !C.isStrictlyPositive())
7201       return true;
7202
7203   case ICmpInst::ICMP_SGT:
7204     std::swap(LHS, RHS);
7205   case ICmpInst::ICMP_SLT:
7206     // X s< (X + C)<nsw> if C > 0
7207     if (MatchBinaryAddToConst(RHS, LHS, C, SCEV::FlagNSW) &&
7208         C.isStrictlyPositive())
7209       return true;
7210
7211     // (X + C)<nsw> s< X if C < 0
7212     if (MatchBinaryAddToConst(LHS, RHS, C, SCEV::FlagNSW) && C.isNegative())
7213       return true;
7214   }
7215
7216   return false;
7217 }
7218
7219 bool ScalarEvolution::isKnownPredicateViaSplitting(ICmpInst::Predicate Pred,
7220                                                    const SCEV *LHS,
7221                                                    const SCEV *RHS) {
7222   if (Pred != ICmpInst::ICMP_ULT || ProvingSplitPredicate)
7223     return false;
7224
7225   // Allowing arbitrary number of activations of isKnownPredicateViaSplitting on
7226   // the stack can result in exponential time complexity.
7227   SaveAndRestore<bool> Restore(ProvingSplitPredicate, true);
7228
7229   // If L >= 0 then I `ult` L <=> I >= 0 && I `slt` L
7230   //
7231   // To prove L >= 0 we use isKnownNonNegative whereas to prove I >= 0 we use
7232   // isKnownPredicate.  isKnownPredicate is more powerful, but also more
7233   // expensive; and using isKnownNonNegative(RHS) is sufficient for most of the
7234   // interesting cases seen in practice.  We can consider "upgrading" L >= 0 to
7235   // use isKnownPredicate later if needed.
7236   if (isKnownNonNegative(RHS) &&
7237       isKnownPredicate(CmpInst::ICMP_SGE, LHS, getZero(LHS->getType())) &&
7238       isKnownPredicate(CmpInst::ICMP_SLT, LHS, RHS))
7239     return true;
7240
7241   return false;
7242 }
7243
7244 /// isLoopBackedgeGuardedByCond - Test whether the backedge of the loop is
7245 /// protected by a conditional between LHS and RHS.  This is used to
7246 /// to eliminate casts.
7247 bool
7248 ScalarEvolution::isLoopBackedgeGuardedByCond(const Loop *L,
7249                                              ICmpInst::Predicate Pred,
7250                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
7251   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
7252   // (interprocedural conditions notwithstanding).
7253   if (!L) return true;
7254
7255   if (isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS)) return true;
7256
7257   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
7258   if (!Latch)
7259     return false;
7260
7261   BranchInst *LoopContinuePredicate =
7262     dyn_cast<BranchInst>(Latch->getTerminator());
7263   if (LoopContinuePredicate && LoopContinuePredicate->isConditional() &&
7264       isImpliedCond(Pred, LHS, RHS,
7265                     LoopContinuePredicate->getCondition(),
7266                     LoopContinuePredicate->getSuccessor(0) != L->getHeader()))
7267     return true;
7268
7269   // We don't want more than one activation of the following loops on the stack
7270   // -- that can lead to O(n!) time complexity.
7271   if (WalkingBEDominatingConds)
7272     return false;
7273
7274   SaveAndRestore<bool> ClearOnExit(WalkingBEDominatingConds, true);
7275
7276   // See if we can exploit a trip count to prove the predicate.
7277   const auto &BETakenInfo = getBackedgeTakenInfo(L);
7278   const SCEV *LatchBECount = BETakenInfo.getExact(Latch, this);
7279   if (LatchBECount != getCouldNotCompute()) {
7280     // We know that Latch branches back to the loop header exactly
7281     // LatchBECount times.  This means the backdege condition at Latch is
7282     // equivalent to  "{0,+,1} u< LatchBECount".
7283     Type *Ty = LatchBECount->getType();
7284     auto NoWrapFlags = SCEV::NoWrapFlags(SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNW);
7285     const SCEV *LoopCounter =
7286       getAddRecExpr(getZero(Ty), getOne(Ty), L, NoWrapFlags);
7287     if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, ICmpInst::ICMP_ULT, LoopCounter,
7288                       LatchBECount))
7289       return true;
7290   }
7291
7292   // Check conditions due to any @llvm.assume intrinsics.
7293   for (auto &AssumeVH : AC.assumptions()) {
7294     if (!AssumeVH)
7295       continue;
7296     auto *CI = cast<CallInst>(AssumeVH);
7297     if (!DT.dominates(CI, Latch->getTerminator()))
7298       continue;
7299
7300     if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, CI->getArgOperand(0), false))
7301       return true;
7302   }
7303
7304   // If the loop is not reachable from the entry block, we risk running into an
7305   // infinite loop as we walk up into the dom tree.  These loops do not matter
7306   // anyway, so we just return a conservative answer when we see them.
7307   if (!DT.isReachableFromEntry(L->getHeader()))
7308     return false;
7309
7310   for (DomTreeNode *DTN = DT[Latch], *HeaderDTN = DT[L->getHeader()];
7311        DTN != HeaderDTN; DTN = DTN->getIDom()) {
7312
7313     assert(DTN && "should reach the loop header before reaching the root!");
7314
7315     BasicBlock *BB = DTN->getBlock();
7316     BasicBlock *PBB = BB->getSinglePredecessor();
7317     if (!PBB)
7318       continue;
7319
7320     BranchInst *ContinuePredicate = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
7321     if (!ContinuePredicate || !ContinuePredicate->isConditional())
7322       continue;
7323
7324     Value *Condition = ContinuePredicate->getCondition();
7325
7326     // If we have an edge `E` within the loop body that dominates the only
7327     // latch, the condition guarding `E` also guards the backedge.  This
7328     // reasoning works only for loops with a single latch.
7329
7330     BasicBlockEdge DominatingEdge(PBB, BB);
7331     if (DominatingEdge.isSingleEdge()) {
7332       // We're constructively (and conservatively) enumerating edges within the
7333       // loop body that dominate the latch.  The dominator tree better agree
7334       // with us on this:
7335       assert(DT.dominates(DominatingEdge, Latch) && "should be!");
7336
7337       if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, Condition,
7338                         BB != ContinuePredicate->getSuccessor(0)))
7339         return true;
7340     }
7341   }
7342
7343   return false;
7344 }
7345
7346 /// isLoopEntryGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected
7347 /// by a conditional between LHS and RHS.  This is used to help avoid max
7348 /// expressions in loop trip counts, and to eliminate casts.
7349 bool
7350 ScalarEvolution::isLoopEntryGuardedByCond(const Loop *L,
7351                                           ICmpInst::Predicate Pred,
7352                                           const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
7353   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
7354   // (interprocedural conditions notwithstanding).
7355   if (!L) return false;
7356
7357   if (isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS)) return true;
7358
7359   // Starting at the loop predecessor, climb up the predecessor chain, as long
7360   // as there are predecessors that can be found that have unique successors
7361   // leading to the original header.
7362   for (std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
7363          Pair(L->getLoopPredecessor(), L->getHeader());
7364        Pair.first;
7365        Pair = getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(Pair.first)) {
7366
7367     BranchInst *LoopEntryPredicate =
7368       dyn_cast<BranchInst>(Pair.first->getTerminator());
7369     if (!LoopEntryPredicate ||
7370         LoopEntryPredicate->isUnconditional())
7371       continue;
7372
7373     if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS,
7374                       LoopEntryPredicate->getCondition(),
7375                       LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) != Pair.second))
7376       return true;
7377   }
7378
7379   // Check conditions due to any @llvm.assume intrinsics.
7380   for (auto &AssumeVH : AC.assumptions()) {
7381     if (!AssumeVH)
7382       continue;
7383     auto *CI = cast<CallInst>(AssumeVH);
7384     if (!DT.dominates(CI, L->getHeader()))
7385       continue;
7386
7387     if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, CI->getArgOperand(0), false))
7388       return true;
7389   }
7390
7391   return false;
7392 }
7393
7394 /// RAII wrapper to prevent recursive application of isImpliedCond.
7395 /// ScalarEvolution's PendingLoopPredicates set must be empty unless we are
7396 /// currently evaluating isImpliedCond.
7397 struct MarkPendingLoopPredicate {
7398   Value *Cond;
7399   DenseSet<Value*> &LoopPreds;
7400   bool Pending;
7401
7402   MarkPendingLoopPredicate(Value *C, DenseSet<Value*> &LP)
7403     : Cond(C), LoopPreds(LP) {
7404     Pending = !LoopPreds.insert(Cond).second;
7405   }
7406   ~MarkPendingLoopPredicate() {
7407     if (!Pending)
7408       LoopPreds.erase(Cond);
7409   }
7410 };
7411
7412 /// isImpliedCond - Test whether the condition described by Pred, LHS,
7413 /// and RHS is true whenever the given Cond value evaluates to true.
7414 bool ScalarEvolution::isImpliedCond(ICmpInst::Predicate Pred,
7415                                     const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
7416                                     Value *FoundCondValue,
7417                                     bool Inverse) {
7418   MarkPendingLoopPredicate Mark(FoundCondValue, PendingLoopPredicates);
7419   if (Mark.Pending)
7420     return false;
7421
7422   // Recursively handle And and Or conditions.
7423   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(FoundCondValue)) {
7424     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
7425       if (!Inverse)
7426         return isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(0), Inverse) ||
7427                isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(1), Inverse);
7428     } else if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
7429       if (Inverse)
7430         return isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(0), Inverse) ||
7431                isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(1), Inverse);
7432     }
7433   }
7434
7435   ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(FoundCondValue);
7436   if (!ICI) return false;
7437
7438   // Now that we found a conditional branch that dominates the loop or controls
7439   // the loop latch. Check to see if it is the comparison we are looking for.
7440   ICmpInst::Predicate FoundPred;
7441   if (Inverse)
7442     FoundPred = ICI->getInversePredicate();
7443   else
7444     FoundPred = ICI->getPredicate();
7445
7446   const SCEV *FoundLHS = getSCEV(ICI->getOperand(0));
7447   const SCEV *FoundRHS = getSCEV(ICI->getOperand(1));
7448
7449   return isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, FoundPred, FoundLHS, FoundRHS);
7450 }
7451
7452 bool ScalarEvolution::isImpliedCond(ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS,
7453                                     const SCEV *RHS,
7454                                     ICmpInst::Predicate FoundPred,
7455                                     const SCEV *FoundLHS,
7456                                     const SCEV *FoundRHS) {
7457   // Balance the types.
7458   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <
7459       getTypeSizeInBits(FoundLHS->getType())) {
7460     if (CmpInst::isSigned(Pred)) {
7461       LHS = getSignExtendExpr(LHS, FoundLHS->getType());
7462       RHS = getSignExtendExpr(RHS, FoundLHS->getType());
7463     } else {
7464       LHS = getZeroExtendExpr(LHS, FoundLHS->getType());
7465       RHS = getZeroExtendExpr(RHS, FoundLHS->getType());
7466     }
7467   } else if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) >
7468       getTypeSizeInBits(FoundLHS->getType())) {
7469     if (CmpInst::isSigned(FoundPred)) {
7470       FoundLHS = getSignExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
7471       FoundRHS = getSignExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
7472     } else {
7473       FoundLHS = getZeroExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
7474       FoundRHS = getZeroExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
7475     }
7476   }
7477
7478   // Canonicalize the query to match the way instcombine will have
7479   // canonicalized the comparison.
7480   if (SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS))
7481     if (LHS == RHS)
7482       return CmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
7483   if (SimplifyICmpOperands(FoundPred, FoundLHS, FoundRHS))
7484     if (FoundLHS == FoundRHS)
7485       return CmpInst::isFalseWhenEqual(FoundPred);
7486
7487   // Check to see if we can make the LHS or RHS match.
7488   if (LHS == FoundRHS || RHS == FoundLHS) {
7489     if (isa<SCEVConstant>(RHS)) {
7490       std::swap(FoundLHS, FoundRHS);
7491       FoundPred = ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred);
7492     } else {
7493       std::swap(LHS, RHS);
7494       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
7495     }
7496   }
7497
7498   // Check whether the found predicate is the same as the desired predicate.
7499   if (FoundPred == Pred)
7500     return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS);
7501
7502   // Check whether swapping the found predicate makes it the same as the
7503   // desired predicate.
7504   if (ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred) == Pred) {
7505     if (isa<SCEVConstant>(RHS))
7506       return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundRHS, FoundLHS);
7507     else
7508       return isImpliedCondOperands(ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred),
7509                                    RHS, LHS, FoundLHS, FoundRHS);
7510   }
7511
7512   // Check if we can make progress by sharpening ranges.
7513   if (FoundPred == ICmpInst::ICMP_NE &&
7514       (isa<SCEVConstant>(FoundLHS) || isa<SCEVConstant>(FoundRHS))) {
7515
7516     const SCEVConstant *C = nullptr;
7517     const SCEV *V = nullptr;
7518
7519     if (isa<SCEVConstant>(FoundLHS)) {
7520       C = cast<SCEVConstant>(FoundLHS);
7521       V = FoundRHS;
7522     } else {
7523       C = cast<SCEVConstant>(FoundRHS);
7524       V = FoundLHS;
7525     }
7526
7527     // The guarding predicate tells us that C != V. If the known range
7528     // of V is [C, t), we can sharpen the range to [C + 1, t).  The
7529     // range we consider has to correspond to same signedness as the
7530     // predicate we're interested in folding.
7531
7532     APInt Min = ICmpInst::isSigned(Pred) ?
7533         getSignedRange(V).getSignedMin() : getUnsignedRange(V).getUnsignedMin();
7534
7535     if (Min == C->getValue()->getValue()) {
7536       // Given (V >= Min && V != Min) we conclude V >= (Min + 1).
7537       // This is true even if (Min + 1) wraps around -- in case of
7538       // wraparound, (Min + 1) < Min, so (V >= Min => V >= (Min + 1)).
7539
7540       APInt SharperMin = Min + 1;
7541
7542       switch (Pred) {
7543         case ICmpInst::ICMP_SGE:
7544         case ICmpInst::ICMP_UGE:
7545           // We know V `Pred` SharperMin.  If this implies LHS `Pred`
7546           // RHS, we're done.
7547           if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, V,
7548                                     getConstant(SharperMin)))
7549             return true;
7550
7551         case ICmpInst::ICMP_SGT:
7552         case ICmpInst::ICMP_UGT:
7553           // We know from the range information that (V `Pred` Min ||
7554           // V == Min).  We know from the guarding condition that !(V
7555           // == Min).  This gives us
7556           //
7557           //       V `Pred` Min || V == Min && !(V == Min)
7558           //   =>  V `Pred` Min
7559           //
7560           // If V `Pred` Min implies LHS `Pred` RHS, we're done.
7561
7562           if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, V, getConstant(Min)))
7563             return true;
7564
7565         default:
7566           // No change
7567           break;
7568       }
7569     }
7570   }
7571
7572   // Check whether the actual condition is beyond sufficient.
7573   if (FoundPred == ICmpInst::ICMP_EQ)
7574     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
7575       if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
7576         return true;
7577   if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
7578     if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(FoundPred))
7579       if (isImpliedCondOperands(FoundPred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
7580         return true;
7581
7582   // Otherwise assume the worst.
7583   return false;
7584 }
7585
7586 bool ScalarEvolution::splitBinaryAdd(const SCEV *Expr,
7587                                      const SCEV *&L, const SCEV *&R,
7588                                      SCEV::NoWrapFlags &Flags) {
7589   const auto *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr);
7590   if (!AE || AE->getNumOperands() != 2)
7591     return false;
7592
7593   L = AE->getOperand(0);
7594   R = AE->getOperand(1);
7595   Flags = AE->getNoWrapFlags();
7596   return true;
7597 }
7598
7599 bool ScalarEvolution::computeConstantDifference(const SCEV *Less,
7600                                                 const SCEV *More,
7601                                                 APInt &C) {
7602   // We avoid subtracting expressions here because this function is usually
7603   // fairly deep in the call stack (i.e. is called many times).
7604
7605   if (isa<SCEVAddRecExpr>(Less) && isa<SCEVAddRecExpr>(More)) {
7606     const auto *LAR = cast<SCEVAddRecExpr>(Less);
7607     const auto *MAR = cast<SCEVAddRecExpr>(More);
7608
7609     if (LAR->getLoop() != MAR->getLoop())
7610       return false;
7611
7612     // We look at affine expressions only; not for correctness but to keep
7613     // getStepRecurrence cheap.
7614     if (!LAR->isAffine() || !MAR->isAffine())
7615       return false;
7616
7617     if (LAR->getStepRecurrence(*this) != MAR->getStepRecurrence(*this))
7618       return false;
7619
7620     Less = LAR->getStart();
7621     More = MAR->getStart();
7622
7623     // fall through
7624   }
7625
7626   if (isa<SCEVConstant>(Less) && isa<SCEVConstant>(More)) {
7627     const auto &M = cast<SCEVConstant>(More)->getValue()->getValue();
7628     const auto &L = cast<SCEVConstant>(Less)->getValue()->getValue();
7629     C = M - L;
7630     return true;
7631   }
7632
7633   const SCEV *L, *R;
7634   SCEV::NoWrapFlags Flags;
7635   if (splitBinaryAdd(Less, L, R, Flags))
7636     if (const auto *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(L))
7637       if (R == More) {
7638         C = -(LC->getValue()->getValue());
7639         return true;
7640       }
7641
7642   if (splitBinaryAdd(More, L, R, Flags))
7643     if (const auto *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(L))
7644       if (R == Less) {
7645         C = LC->getValue()->getValue();
7646         return true;
7647       }
7648
7649   return false;
7650 }
7651
7652 bool ScalarEvolution::isImpliedCondOperandsViaNoOverflow(
7653     ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
7654     const SCEV *FoundLHS, const SCEV *FoundRHS) {
7655   if (Pred != CmpInst::ICMP_SLT && Pred != CmpInst::ICMP_ULT)
7656     return false;
7657
7658   const auto *AddRecLHS = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
7659   if (!AddRecLHS)
7660     return false;
7661
7662   const auto *AddRecFoundLHS = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(FoundLHS);
7663   if (!AddRecFoundLHS)
7664     return false;
7665
7666   // We'd like to let SCEV reason about control dependencies, so we constrain
7667   // both the inequalities to be about add recurrences on the same loop.  This
7668   // way we can use isLoopEntryGuardedByCond later.
7669
7670   const Loop *L = AddRecFoundLHS->getLoop();
7671   if (L != AddRecLHS->getLoop())
7672     return false;
7673
7674   //  FoundLHS u< FoundRHS u< -C =>  (FoundLHS + C) u< (FoundRHS + C) ... (1)
7675   //
7676   //  FoundLHS s< FoundRHS s< INT_MIN - C => (FoundLHS + C) s< (FoundRHS + C)
7677   //                                                                  ... (2)
7678   //
7679   // Informal proof for (2), assuming (1) [*]:
7680   //
7681   // We'll also assume (A s< B) <=> ((A + INT_MIN) u< (B + INT_MIN)) ... (3)[**]
7682   //
7683   // Then
7684   //
7685   //       FoundLHS s< FoundRHS s< INT_MIN - C
7686   // <=>  (FoundLHS + INT_MIN) u< (FoundRHS + INT_MIN) u< -C   [ using (3) ]
7687   // <=>  (FoundLHS + INT_MIN + C) u< (FoundRHS + INT_MIN + C) [ using (1) ]
7688   // <=>  (FoundLHS + INT_MIN + C + INT_MIN) s<
7689   //                        (FoundRHS + INT_MIN + C + INT_MIN) [ using (3) ]
7690   // <=>  FoundLHS + C s< FoundRHS + C
7691   //
7692   // [*]: (1) can be proved by ruling out overflow.
7693   //
7694   // [**]: This can be proved by analyzing all the four possibilities:
7695   //    (A s< 0, B s< 0), (A s< 0, B s>= 0), (A s>= 0, B s< 0) and
7696   //    (A s>= 0, B s>= 0).
7697   //
7698   // Note:
7699   // Despite (2), "FoundRHS s< INT_MIN - C" does not mean that "FoundRHS + C"
7700   // will not sign underflow.  For instance, say FoundLHS = (i8 -128), FoundRHS
7701   // = (i8 -127) and C = (i8 -100).  Then INT_MIN - C = (i8 -28), and FoundRHS
7702   // s< (INT_MIN - C).  Lack of sign overflow / underflow in "FoundRHS + C" is
7703   // neither necessary nor sufficient to prove "(FoundLHS + C) s< (FoundRHS +
7704   // C)".
7705
7706   APInt LDiff, RDiff;
7707   if (!computeConstantDifference(FoundLHS, LHS, LDiff) ||
7708       !computeConstantDifference(FoundRHS, RHS, RDiff) ||
7709       LDiff != RDiff)
7710     return false;
7711
7712   if (LDiff == 0)
7713     return true;
7714
7715   APInt FoundRHSLimit;
7716
7717   if (Pred == CmpInst::ICMP_ULT) {
7718     FoundRHSLimit = -RDiff;
7719   } else {
7720     assert(Pred == CmpInst::ICMP_SLT && "Checked above!");
7721     FoundRHSLimit = APInt::getSignedMinValue(getTypeSizeInBits(RHS->getType())) - RDiff;
7722   }
7723
7724   // Try to prove (1) or (2), as needed.
7725   return isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, FoundRHS,
7726                                   getConstant(FoundRHSLimit));
7727 }
7728
7729 /// isImpliedCondOperands - Test whether the condition described by Pred,
7730 /// LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred, FoundLHS,
7731 /// and FoundRHS is true.
7732 bool ScalarEvolution::isImpliedCondOperands(ICmpInst::Predicate Pred,
7733                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
7734                                             const SCEV *FoundLHS,
7735                                             const SCEV *FoundRHS) {
7736   if (isImpliedCondOperandsViaRanges(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
7737     return true;
7738
7739   if (isImpliedCondOperandsViaNoOverflow(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
7740     return true;
7741
7742   return isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
7743                                      FoundLHS, FoundRHS) ||
7744          // ~x < ~y --> x > y
7745          isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
7746                                      getNotSCEV(FoundRHS),
7747                                      getNotSCEV(FoundLHS));
7748 }
7749
7750
7751 /// If Expr computes ~A, return A else return nullptr
7752 static const SCEV *MatchNotExpr(const SCEV *Expr) {
7753   const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr);
7754   if (!Add || Add->getNumOperands() != 2 ||
7755       !Add->getOperand(0)->isAllOnesValue())
7756     return nullptr;
7757
7758   const SCEVMulExpr *AddRHS = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Add->getOperand(1));
7759   if (!AddRHS || AddRHS->getNumOperands() != 2 ||
7760       !AddRHS->getOperand(0)->isAllOnesValue())
7761     return nullptr;
7762
7763   return AddRHS->getOperand(1);
7764 }
7765
7766
7767 /// Is MaybeMaxExpr an SMax or UMax of Candidate and some other values?
7768 template<typename MaxExprType>
7769 static bool IsMaxConsistingOf(const SCEV *MaybeMaxExpr,
7770                               const SCEV *Candidate) {
7771   const MaxExprType *MaxExpr = dyn_cast<MaxExprType>(MaybeMaxExpr);
7772   if (!MaxExpr) return false;
7773
7774   auto It = std::find(MaxExpr->op_begin(), MaxExpr->op_end(), Candidate);
7775   return It != MaxExpr->op_end();
7776 }
7777
7778
7779 /// Is MaybeMinExpr an SMin or UMin of Candidate and some other values?
7780 template<typename MaxExprType>
7781 static bool IsMinConsistingOf(ScalarEvolution &SE,
7782                               const SCEV *MaybeMinExpr,
7783                               const SCEV *Candidate) {
7784   const SCEV *MaybeMaxExpr = MatchNotExpr(MaybeMinExpr);
7785   if (!MaybeMaxExpr)
7786     return false;
7787
7788   return IsMaxConsistingOf<MaxExprType>(MaybeMaxExpr, SE.getNotSCEV(Candidate));
7789 }
7790
7791 static bool IsKnownPredicateViaAddRecStart(ScalarEvolution &SE,
7792                                            ICmpInst::Predicate Pred,
7793                                            const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
7794
7795   // If both sides are affine addrecs for the same loop, with equal
7796   // steps, and we know the recurrences don't wrap, then we only
7797   // need to check the predicate on the starting values.
7798
7799   if (!ICmpInst::isRelational(Pred))
7800     return false;
7801
7802   const SCEVAddRecExpr *LAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
7803   if (!LAR)
7804     return false;
7805   const SCEVAddRecExpr *RAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
7806   if (!RAR)
7807     return false;
7808   if (LAR->getLoop() != RAR->getLoop())
7809     return false;
7810   if (!LAR->isAffine() || !RAR->isAffine())
7811     return false;
7812
7813   if (LAR->getStepRecurrence(SE) != RAR->getStepRecurrence(SE))
7814     return false;
7815
7816   SCEV::NoWrapFlags NW = ICmpInst::isSigned(Pred) ?
7817                          SCEV::FlagNSW : SCEV::FlagNUW;
7818   if (!LAR->getNoWrapFlags(NW) || !RAR->getNoWrapFlags(NW))
7819     return false;
7820
7821   return SE.isKnownPredicate(Pred, LAR->getStart(), RAR->getStart());
7822 }
7823
7824 /// Is LHS `Pred` RHS true on the virtue of LHS or RHS being a Min or Max
7825 /// expression?
7826 static bool IsKnownPredicateViaMinOrMax(ScalarEvolution &SE,
7827                                         ICmpInst::Predicate Pred,
7828                                         const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
7829   switch (Pred) {
7830   default:
7831     return false;
7832
7833   case ICmpInst::ICMP_SGE:
7834     std::swap(LHS, RHS);
7835     // fall through
7836   case ICmpInst::ICMP_SLE:
7837     return
7838       // min(A, ...) <= A
7839       IsMinConsistingOf<SCEVSMaxExpr>(SE, LHS, RHS) ||
7840       // A <= max(A, ...)
7841       IsMaxConsistingOf<SCEVSMaxExpr>(RHS, LHS);
7842
7843   case ICmpInst::ICMP_UGE:
7844     std::swap(LHS, RHS);
7845     // fall through
7846   case ICmpInst::ICMP_ULE:
7847     return
7848       // min(A, ...) <= A
7849       IsMinConsistingOf<SCEVUMaxExpr>(SE, LHS, RHS) ||
7850       // A <= max(A, ...)
7851       IsMaxConsistingOf<SCEVUMaxExpr>(RHS, LHS);
7852   }
7853
7854   llvm_unreachable("covered switch fell through?!");
7855 }
7856
7857 /// isImpliedCondOperandsHelper - Test whether the condition described by
7858 /// Pred, LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred,
7859 /// FoundLHS, and FoundRHS is true.
7860 bool
7861 ScalarEvolution::isImpliedCondOperandsHelper(ICmpInst::Predicate Pred,
7862                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
7863                                              const SCEV *FoundLHS,
7864                                              const SCEV *FoundRHS) {
7865   auto IsKnownPredicateFull =
7866       [this](ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
7867     return isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS) ||
7868            IsKnownPredicateViaMinOrMax(*this, Pred, LHS, RHS) ||
7869            IsKnownPredicateViaAddRecStart(*this, Pred, LHS, RHS) ||
7870            isKnownPredicateViaNoOverflow(Pred, LHS, RHS);
7871   };
7872
7873   switch (Pred) {
7874   default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
7875   case ICmpInst::ICMP_EQ:
7876   case ICmpInst::ICMP_NE:
7877     if (HasSameValue(LHS, FoundLHS) && HasSameValue(RHS, FoundRHS))
7878       return true;
7879     break;
7880   case ICmpInst::ICMP_SLT:
7881   case ICmpInst::ICMP_SLE:
7882     if (IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_SLE, LHS, FoundLHS) &&
7883         IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_SGE, RHS, FoundRHS))
7884       return true;
7885     break;
7886   case ICmpInst::ICMP_SGT:
7887   case ICmpInst::ICMP_SGE:
7888     if (IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_SGE, LHS, FoundLHS) &&
7889         IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_SLE, RHS, FoundRHS))
7890       return true;
7891     break;
7892   case ICmpInst::ICMP_ULT:
7893   case ICmpInst::ICMP_ULE:
7894     if (IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_ULE, LHS, FoundLHS) &&
7895         IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_UGE, RHS, FoundRHS))
7896       return true;
7897     break;
7898   case ICmpInst::ICMP_UGT:
7899   case ICmpInst::ICMP_UGE:
7900     if (IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_UGE, LHS, FoundLHS) &&
7901         IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_ULE, RHS, FoundRHS))
7902       return true;
7903     break;
7904   }
7905
7906   return false;
7907 }
7908
7909 /// isImpliedCondOperandsViaRanges - helper function for isImpliedCondOperands.
7910 /// Tries to get cases like "X `sgt` 0 => X - 1 `sgt` -1".
7911 bool ScalarEvolution::isImpliedCondOperandsViaRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
7912                                                      const SCEV *LHS,
7913                                                      const SCEV *RHS,
7914                                                      const SCEV *FoundLHS,
7915                                                      const SCEV *FoundRHS) {
7916   if (!isa<SCEVConstant>(RHS) || !isa<SCEVConstant>(FoundRHS))
7917     // The restriction on `FoundRHS` be lifted easily -- it exists only to
7918     // reduce the compile time impact of this optimization.
7919     return false;
7920
7921   const SCEVAddExpr *AddLHS = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS);
7922   if (!AddLHS || AddLHS->getOperand(1) != FoundLHS ||
7923       !isa<SCEVConstant>(AddLHS->getOperand(0)))
7924     return false;
7925
7926   APInt ConstFoundRHS = cast<SCEVConstant>(FoundRHS)->getValue()->getValue();
7927
7928   // `FoundLHSRange` is the range we know `FoundLHS` to be in by virtue of the
7929   // antecedent "`FoundLHS` `Pred` `FoundRHS`".
7930   ConstantRange FoundLHSRange =
7931       ConstantRange::makeAllowedICmpRegion(Pred, ConstFoundRHS);
7932
7933   // Since `LHS` is `FoundLHS` + `AddLHS->getOperand(0)`, we can compute a range
7934   // for `LHS`:
7935   APInt Addend =
7936       cast<SCEVConstant>(AddLHS->getOperand(0))->getValue()->getValue();
7937   ConstantRange LHSRange = FoundLHSRange.add(ConstantRange(Addend));
7938
7939   // We can also compute the range of values for `LHS` that satisfy the
7940   // consequent, "`LHS` `Pred` `RHS`":
7941   APInt ConstRHS = cast<SCEVConstant>(RHS)->getValue()->getValue();
7942   ConstantRange SatisfyingLHSRange =
7943       ConstantRange::makeSatisfyingICmpRegion(Pred, ConstRHS);
7944
7945   // The antecedent implies the consequent if every value of `LHS` that
7946   // satisfies the antecedent also satisfies the consequent.
7947   return SatisfyingLHSRange.contains(LHSRange);
7948 }
7949
7950 // Verify if an linear IV with positive stride can overflow when in a
7951 // less-than comparison, knowing the invariant term of the comparison, the
7952 // stride and the knowledge of NSW/NUW flags on the recurrence.
7953 bool ScalarEvolution::doesIVOverflowOnLT(const SCEV *RHS, const SCEV *Stride,
7954                                          bool IsSigned, bool NoWrap) {
7955   if (NoWrap) return false;
7956
7957   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(RHS->getType());
7958   const SCEV *One = getOne(Stride->getType());
7959
7960   if (IsSigned) {
7961     APInt MaxRHS = getSignedRange(RHS).getSignedMax();
7962     APInt MaxValue = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
7963     APInt MaxStrideMinusOne = getSignedRange(getMinusSCEV(Stride, One))
7964                                 .getSignedMax();
7965
7966     // SMaxRHS + SMaxStrideMinusOne > SMaxValue => overflow!
7967     return (MaxValue - MaxStrideMinusOne).slt(MaxRHS);
7968   }
7969
7970   APInt MaxRHS = getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax();
7971   APInt MaxValue = APInt::getMaxValue(BitWidth);
7972   APInt MaxStrideMinusOne = getUnsignedRange(getMinusSCEV(Stride, One))
7973                               .getUnsignedMax();
7974
7975   // UMaxRHS + UMaxStrideMinusOne > UMaxValue => overflow!
7976   return (MaxValue - MaxStrideMinusOne).ult(MaxRHS);
7977 }
7978
7979 // Verify if an linear IV with negative stride can overflow when in a
7980 // greater-than comparison, knowing the invariant term of the comparison,
7981 // the stride and the knowledge of NSW/NUW flags on the recurrence.
7982 bool ScalarEvolution::doesIVOverflowOnGT(const SCEV *RHS, const SCEV *Stride,
7983                                          bool IsSigned, bool NoWrap) {
7984   if (NoWrap) return false;
7985
7986   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(RHS->getType());
7987   const SCEV *One = getOne(Stride->getType());
7988
7989   if (IsSigned) {
7990     APInt MinRHS = getSignedRange(RHS).getSignedMin();
7991     APInt MinValue = APInt::getSignedMinValue(BitWidth);
7992     APInt MaxStrideMinusOne = getSignedRange(getMinusSCEV(Stride, One))
7993                                .getSignedMax();
7994
7995     // SMinRHS - SMaxStrideMinusOne < SMinValue => overflow!
7996     return (MinValue + MaxStrideMinusOne).sgt(MinRHS);
7997   }
7998
7999   APInt MinRHS = getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMin();
8000   APInt MinValue = APInt::getMinValue(BitWidth);
8001   APInt MaxStrideMinusOne = getUnsignedRange(getMinusSCEV(Stride, One))
8002                             .getUnsignedMax();
8003
8004   // UMinRHS - UMaxStrideMinusOne < UMinValue => overflow!
8005   return (MinValue + MaxStrideMinusOne).ugt(MinRHS);
8006 }
8007
8008 // Compute the backedge taken count knowing the interval difference, the
8009 // stride and presence of the equality in the comparison.
8010 const SCEV *ScalarEvolution::computeBECount(const SCEV *Delta, const SCEV *Step,
8011                                             bool Equality) {
8012   const SCEV *One = getOne(Step->getType());
8013   Delta = Equality ? getAddExpr(Delta, Step)
8014                    : getAddExpr(Delta, getMinusSCEV(Step, One));
8015   return getUDivExpr(Delta, Step);
8016 }
8017
8018 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
8019 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
8020 /// CouldNotCompute.
8021 ///
8022 /// @param ControlsExit is true when the LHS < RHS condition directly controls
8023 /// the branch (loops exits only if condition is true). In this case, we can use
8024 /// NoWrapFlags to skip overflow checks.
8025 ScalarEvolution::ExitLimit
8026 ScalarEvolution::HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
8027                                   const Loop *L, bool IsSigned,
8028                                   bool ControlsExit) {
8029   // We handle only IV < Invariant
8030   if (!isLoopInvariant(RHS, L))
8031     return getCouldNotCompute();
8032
8033   const SCEVAddRecExpr *IV = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
8034
8035   // Avoid weird loops
8036   if (!IV || IV->getLoop() != L || !IV->isAffine())
8037     return getCouldNotCompute();
8038
8039   bool NoWrap = ControlsExit &&
8040                 IV->getNoWrapFlags(IsSigned ? SCEV::FlagNSW : SCEV::FlagNUW);
8041
8042   const SCEV *Stride = IV->getStepRecurrence(*this);
8043
8044   // Avoid negative or zero stride values
8045   if (!isKnownPositive(Stride))
8046     return getCouldNotCompute();
8047
8048   // Avoid proven overflow cases: this will ensure that the backedge taken count
8049   // will not generate any unsigned overflow. Relaxed no-overflow conditions
8050   // exploit NoWrapFlags, allowing to optimize in presence of undefined
8051   // behaviors like the case of C language.
8052   if (!Stride->isOne() && doesIVOverflowOnLT(RHS, Stride, IsSigned, NoWrap))
8053     return getCouldNotCompute();
8054
8055   ICmpInst::Predicate Cond = IsSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT
8056                                       : ICmpInst::ICMP_ULT;
8057   const SCEV *Start = IV->getStart();
8058   const SCEV *End = RHS;
8059   if (!isLoopEntryGuardedByCond(L, Cond, getMinusSCEV(Start, Stride), RHS)) {
8060     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(RHS, Start);
8061     // If we have NoWrap set, then we can assume that the increment won't
8062     // overflow, in which case if RHS - Start is a constant, we don't need to
8063     // do a max operation since we can just figure it out statically
8064     if (NoWrap && isa<SCEVConstant>(Diff)) {
8065       APInt D = dyn_cast<const SCEVConstant>(Diff)->getValue()->getValue();
8066       if (D.isNegative())
8067         End = Start;
8068     } else
8069       End = IsSigned ? getSMaxExpr(RHS, Start)
8070                      : getUMaxExpr(RHS, Start);
8071   }
8072
8073   const SCEV *BECount = computeBECount(getMinusSCEV(End, Start), Stride, false);
8074
8075   APInt MinStart = IsSigned ? getSignedRange(Start).getSignedMin()
8076                             : getUnsignedRange(Start).getUnsignedMin();
8077
8078   APInt MinStride = IsSigned ? getSignedRange(Stride).getSignedMin()
8079                              : getUnsignedRange(Stride).getUnsignedMin();
8080
8081   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(LHS->getType());
8082   APInt Limit = IsSigned ? APInt::getSignedMaxValue(BitWidth) - (MinStride - 1)
8083                          : APInt::getMaxValue(BitWidth) - (MinStride - 1);
8084
8085   // Although End can be a MAX expression we estimate MaxEnd considering only
8086   // the case End = RHS. This is safe because in the other case (End - Start)
8087   // is zero, leading to a zero maximum backedge taken count.
8088   APInt MaxEnd =
8089     IsSigned ? APIntOps::smin(getSignedRange(RHS).getSignedMax(), Limit)
8090              : APIntOps::umin(getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax(), Limit);
8091
8092   const SCEV *MaxBECount;
8093   if (isa<SCEVConstant>(BECount))
8094     MaxBECount = BECount;
8095   else
8096     MaxBECount = computeBECount(getConstant(MaxEnd - MinStart),
8097                                 getConstant(MinStride), false);
8098
8099   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount))
8100     MaxBECount = BECount;
8101
8102   return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
8103 }
8104
8105 ScalarEvolution::ExitLimit
8106 ScalarEvolution::HowManyGreaterThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
8107                                      const Loop *L, bool IsSigned,
8108                                      bool ControlsExit) {
8109   // We handle only IV > Invariant
8110   if (!isLoopInvariant(RHS, L))
8111     return getCouldNotCompute();
8112
8113   const SCEVAddRecExpr *IV = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
8114
8115   // Avoid weird loops
8116   if (!IV || IV->getLoop() != L || !IV->isAffine())
8117     return getCouldNotCompute();
8118
8119   bool NoWrap = ControlsExit &&
8120                 IV->getNoWrapFlags(IsSigned ? SCEV::FlagNSW : SCEV::FlagNUW);
8121
8122   const SCEV *Stride = getNegativeSCEV(IV->getStepRecurrence(*this));
8123
8124   // Avoid negative or zero stride values
8125   if (!isKnownPositive(Stride))
8126     return getCouldNotCompute();
8127
8128   // Avoid proven overflow cases: this will ensure that the backedge taken count
8129   // will not generate any unsigned overflow. Relaxed no-overflow conditions
8130   // exploit NoWrapFlags, allowing to optimize in presence of undefined
8131   // behaviors like the case of C language.
8132   if (!Stride->isOne() && doesIVOverflowOnGT(RHS, Stride, IsSigned, NoWrap))
8133     return getCouldNotCompute();
8134
8135   ICmpInst::Predicate Cond = IsSigned ? ICmpInst::ICMP_SGT
8136                                       : ICmpInst::ICMP_UGT;
8137
8138   const SCEV *Start = IV->getStart();
8139   const SCEV *End = RHS;
8140   if (!isLoopEntryGuardedByCond(L, Cond, getAddExpr(Start, Stride), RHS)) {
8141     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(RHS, Start);
8142     // If we have NoWrap set, then we can assume that the increment won't
8143     // overflow, in which case if RHS - Start is a constant, we don't need to
8144     // do a max operation since we can just figure it out statically
8145     if (NoWrap && isa<SCEVConstant>(Diff)) {
8146       APInt D = dyn_cast<const SCEVConstant>(Diff)->getValue()->getValue();
8147       if (!D.isNegative())
8148         End = Start;
8149     } else
8150       End = IsSigned ? getSMinExpr(RHS, Start)
8151                      : getUMinExpr(RHS, Start);
8152   }
8153
8154   const SCEV *BECount = computeBECount(getMinusSCEV(Start, End), Stride, false);
8155
8156   APInt MaxStart = IsSigned ? getSignedRange(Start).getSignedMax()
8157                             : getUnsignedRange(Start).getUnsignedMax();
8158
8159   APInt MinStride = IsSigned ? getSignedRange(Stride).getSignedMin()
8160                              : getUnsignedRange(Stride).getUnsignedMin();
8161
8162   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(LHS->getType());
8163   APInt Limit = IsSigned ? APInt::getSignedMinValue(BitWidth) + (MinStride - 1)
8164                          : APInt::getMinValue(BitWidth) + (MinStride - 1);
8165
8166   // Although End can be a MIN expression we estimate MinEnd considering only
8167   // the case End = RHS. This is safe because in the other case (Start - End)
8168   // is zero, leading to a zero maximum backedge taken count.
8169   APInt MinEnd =
8170     IsSigned ? APIntOps::smax(getSignedRange(RHS).getSignedMin(), Limit)
8171              : APIntOps::umax(getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMin(), Limit);
8172
8173
8174   const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
8175   if (isa<SCEVConstant>(BECount))
8176     MaxBECount = BECount;
8177   else
8178     MaxBECount = computeBECount(getConstant(MaxStart - MinEnd),
8179                                 getConstant(MinStride), false);
8180
8181   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount))
8182     MaxBECount = BECount;
8183
8184   return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
8185 }
8186
8187 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
8188 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
8189 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
8190 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
8191 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
8192 const SCEV *SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
8193                                                     ScalarEvolution &SE) const {
8194   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
8195     return SE.getCouldNotCompute();
8196
8197   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
8198   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
8199     if (!SC->getValue()->isZero()) {
8200       SmallVector<const SCEV *, 4> Operands(op_begin(), op_end());
8201       Operands[0] = SE.getZero(SC->getType());
8202       const SCEV *Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop(),
8203                                              getNoWrapFlags(FlagNW));
8204       if (const auto *ShiftedAddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
8205         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
8206                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
8207       // This is strange and shouldn't happen.
8208       return SE.getCouldNotCompute();
8209     }
8210
8211   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
8212   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
8213   if (std::any_of(op_begin(), op_end(),
8214                   [](const SCEV *Op) { return !isa<SCEVConstant>(Op);}))
8215     return SE.getCouldNotCompute();
8216
8217   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
8218   // that the start element is zero.
8219
8220   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
8221   // iteration exits.
8222   unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(getType());
8223   if (!Range.contains(APInt(BitWidth, 0)))
8224     return SE.getZero(getType());
8225
8226   if (isAffine()) {
8227     // If this is an affine expression then we have this situation:
8228     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
8229
8230     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
8231     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
8232     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
8233     // value.  Also note that we already checked for a full range.
8234     APInt One(BitWidth,1);
8235     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
8236     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
8237
8238     // The exit value should be (End+A)/A.
8239     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
8240     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal);
8241
8242     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
8243     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
8244     // things must have happened.
8245     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
8246     if (Range.contains(Val->getValue()))
8247       return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
8248
8249     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
8250     assert(Range.contains(
8251            EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
8252            ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
8253            "Linear scev computation is off in a bad way!");
8254     return SE.getConstant(ExitValue);
8255   } else if (isQuadratic()) {
8256     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
8257     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
8258     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
8259     // Range.getUpper() is crossed.
8260     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(op_begin(), op_end());
8261     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
8262     const SCEV *NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop(),
8263                                              // getNoWrapFlags(FlagNW)
8264                                              FlagAnyWrap);
8265
8266     // Next, solve the constructed addrec
8267     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots =
8268       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
8269     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
8270     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
8271     if (R1) {
8272       // Pick the smallest positive root value.
8273       if (ConstantInt *CB =
8274           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
8275                          R1->getValue(), R2->getValue()))) {
8276         if (!CB->getZExtValue())
8277           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
8278
8279         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
8280         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
8281         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
8282         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
8283                                                              R1->getValue(),
8284                                                              SE);
8285         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
8286           // The next iteration must be out of the range...
8287           ConstantInt *NextVal =
8288                 ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()+1);
8289
8290           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
8291           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
8292             return SE.getConstant(NextVal);
8293           return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
8294         }
8295
8296         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
8297         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
8298         ConstantInt *NextVal =
8299                ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()-1);
8300         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
8301         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
8302           return R1;
8303         return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
8304       }
8305     }
8306   }
8307
8308   return SE.getCouldNotCompute();
8309 }
8310
8311 namespace {
8312 struct FindUndefs {
8313   bool Found;
8314   FindUndefs() : Found(false) {}
8315
8316   bool follow(const SCEV *S) {
8317     if (const SCEVUnknown *C = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
8318       if (isa<UndefValue>(C->getValue()))
8319         Found = true;
8320     } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
8321       if (isa<UndefValue>(C->getValue()))
8322         Found = true;
8323     }
8324
8325     // Keep looking if we haven't found it yet.
8326     return !Found;
8327   }
8328   bool isDone() const {
8329     // Stop recursion if we have found an undef.
8330     return Found;
8331   }
8332 };
8333 }
8334
8335 // Return true when S contains at least an undef value.
8336 static inline bool
8337 containsUndefs(const SCEV *S) {
8338   FindUndefs F;
8339   SCEVTraversal<FindUndefs> ST(F);
8340   ST.visitAll(S);
8341
8342   return F.Found;
8343 }
8344
8345 namespace {
8346 // Collect all steps of SCEV expressions.
8347 struct SCEVCollectStrides {
8348   ScalarEvolution &SE;
8349   SmallVectorImpl<const SCEV *> &Strides;
8350
8351   SCEVCollectStrides(ScalarEvolution &SE, SmallVectorImpl<const SCEV *> &S)
8352       : SE(SE), Strides(S) {}
8353
8354   bool follow(const SCEV *S) {
8355     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
8356       Strides.push_back(AR->getStepRecurrence(SE));
8357     return true;
8358   }
8359   bool isDone() const { return false; }
8360 };
8361
8362 // Collect all SCEVUnknown and SCEVMulExpr expressions.
8363 struct SCEVCollectTerms {
8364   SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms;
8365
8366   SCEVCollectTerms(SmallVectorImpl<const SCEV *> &T)
8367       : Terms(T) {}
8368
8369   bool follow(const SCEV *S) {
8370     if (isa<SCEVUnknown>(S) || isa<SCEVMulExpr>(S)) {
8371       if (!containsUndefs(S))
8372         Terms.push_back(S);
8373
8374       // Stop recursion: once we collected a term, do not walk its operands.
8375       return false;
8376     }
8377
8378     // Keep looking.
8379     return true;
8380   }
8381   bool isDone() const { return false; }
8382 };
8383
8384 // Check if a SCEV contains an AddRecExpr.
8385 struct SCEVHasAddRec {
8386   bool &ContainsAddRec;
8387
8388   SCEVHasAddRec(bool &ContainsAddRec) : ContainsAddRec(ContainsAddRec) {
8389    ContainsAddRec = false;
8390   }
8391
8392   bool follow(const SCEV *S) {
8393     if (isa<SCEVAddRecExpr>(S)) {
8394       ContainsAddRec = true;
8395
8396       // Stop recursion: once we collected a term, do not walk its operands.
8397       return false;
8398     }
8399
8400     // Keep looking.
8401     return true;
8402   }
8403   bool isDone() const { return false; }
8404 };
8405
8406 // Find factors that are multiplied with an expression that (possibly as a
8407 // subexpression) contains an AddRecExpr. In the expression:
8408 //
8409 //  8 * (100 +  %p * %q * (%a + {0, +, 1}_loop))
8410 //
8411 // "%p * %q" are factors multiplied by the expression "(%a + {0, +, 1}_loop)"
8412 // that contains the AddRec {0, +, 1}_loop. %p * %q are likely to be array size
8413 // parameters as they form a product with an induction variable.
8414 //
8415 // This collector expects all array size parameters to be in the same MulExpr.
8416 // It might be necessary to later add support for collecting parameters that are
8417 // spread over different nested MulExpr.
8418 struct SCEVCollectAddRecMultiplies {
8419   SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms;
8420   ScalarEvolution &SE;
8421
8422   SCEVCollectAddRecMultiplies(SmallVectorImpl<const SCEV *> &T, ScalarEvolution &SE)
8423       : Terms(T), SE(SE) {}
8424
8425   bool follow(const SCEV *S) {
8426     if (auto *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
8427       bool HasAddRec = false;
8428       SmallVector<const SCEV *, 0> Operands;
8429       for (auto Op : Mul->operands()) {
8430         if (isa<SCEVUnknown>(Op)) {
8431           Operands.push_back(Op);
8432         } else {
8433           bool ContainsAddRec;
8434           SCEVHasAddRec ContiansAddRec(ContainsAddRec);
8435           visitAll(Op, ContiansAddRec);
8436           HasAddRec |= ContainsAddRec;
8437         }
8438       }
8439       if (Operands.size() == 0)
8440         return true;
8441
8442       if (!HasAddRec)
8443         return false;
8444
8445       Terms.push_back(SE.getMulExpr(Operands));
8446       // Stop recursion: once we collected a term, do not walk its operands.
8447       return false;
8448     }
8449
8450     // Keep looking.
8451     return true;
8452   }
8453   bool isDone() const { return false; }
8454 };
8455 }
8456
8457 /// Find parametric terms in this SCEVAddRecExpr. We first for parameters in
8458 /// two places:
8459 ///   1) The strides of AddRec expressions.
8460 ///   2) Unknowns that are multiplied with AddRec expressions.
8461 void ScalarEvolution::collectParametricTerms(const SCEV *Expr,
8462     SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms) {
8463   SmallVector<const SCEV *, 4> Strides;
8464   SCEVCollectStrides StrideCollector(*this, Strides);
8465   visitAll(Expr, StrideCollector);
8466
8467   DEBUG({
8468       dbgs() << "Strides:\n";
8469       for (const SCEV *S : Strides)
8470         dbgs() << *S << "\n";
8471     });
8472
8473   for (const SCEV *S : Strides) {
8474     SCEVCollectTerms TermCollector(Terms);
8475     visitAll(S, TermCollector);
8476   }
8477
8478   DEBUG({
8479       dbgs() << "Terms:\n";
8480       for (const SCEV *T : Terms)
8481         dbgs() << *T << "\n";
8482     });
8483
8484   SCEVCollectAddRecMultiplies MulCollector(Terms, *this);
8485   visitAll(Expr, MulCollector);
8486 }
8487
8488 static bool findArrayDimensionsRec(ScalarEvolution &SE,
8489                                    SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms,
8490                                    SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes) {
8491   int Last = Terms.size() - 1;
8492   const SCEV *Step = Terms[Last];
8493
8494   // End of recursion.
8495   if (Last == 0) {
8496     if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Step)) {
8497       SmallVector<const SCEV *, 2> Qs;
8498       for (const SCEV *Op : M->operands())
8499         if (!isa<SCEVConstant>(Op))
8500           Qs.push_back(Op);
8501
8502       Step = SE.getMulExpr(Qs);
8503     }
8504
8505     Sizes.push_back(Step);
8506     return true;
8507   }
8508
8509   for (const SCEV *&Term : Terms) {
8510     // Normalize the terms before the next call to findArrayDimensionsRec.
8511     const SCEV *Q, *R;
8512     SCEVDivision::divide(SE, Term, Step, &Q, &R);
8513
8514     // Bail out when GCD does not evenly divide one of the terms.
8515     if (!R->isZero())
8516       return false;
8517
8518     Term = Q;
8519   }
8520
8521   // Remove all SCEVConstants.
8522   Terms.erase(std::remove_if(Terms.begin(), Terms.end(), [](const SCEV *E) {
8523                 return isa<SCEVConstant>(E);
8524               }),
8525               Terms.end());
8526
8527   if (Terms.size() > 0)
8528     if (!findArrayDimensionsRec(SE, Terms, Sizes))
8529       return false;
8530
8531   Sizes.push_back(Step);
8532   return true;
8533 }
8534
8535 namespace {
8536 struct FindParameter {
8537   bool FoundParameter;
8538   FindParameter() : FoundParameter(false) {}
8539
8540   bool follow(const SCEV *S) {
8541     if (isa<SCEVUnknown>(S)) {
8542       FoundParameter = true;
8543       // Stop recursion: we found a parameter.
8544       return false;
8545     }
8546     // Keep looking.
8547     return true;
8548   }
8549   bool isDone() const {
8550     // Stop recursion if we have found a parameter.
8551     return FoundParameter;
8552   }
8553 };
8554 }
8555
8556 // Returns true when S contains at least a SCEVUnknown parameter.
8557 static inline bool
8558 containsParameters(const SCEV *S) {
8559   FindParameter F;
8560   SCEVTraversal<FindParameter> ST(F);
8561   ST.visitAll(S);
8562
8563   return F.FoundParameter;
8564 }
8565
8566 // Returns true when one of the SCEVs of Terms contains a SCEVUnknown parameter.
8567 static inline bool
8568 containsParameters(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms) {
8569   for (const SCEV *T : Terms)
8570     if (containsParameters(T))
8571       return true;
8572   return false;
8573 }
8574
8575 // Return the number of product terms in S.
8576 static inline int numberOfTerms(const SCEV *S) {
8577   if (const SCEVMulExpr *Expr = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S))
8578     return Expr->getNumOperands();
8579   return 1;
8580 }
8581
8582 static const SCEV *removeConstantFactors(ScalarEvolution &SE, const SCEV *T) {
8583   if (isa<SCEVConstant>(T))
8584     return nullptr;
8585
8586   if (isa<SCEVUnknown>(T))
8587     return T;
8588
8589   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(T)) {
8590     SmallVector<const SCEV *, 2> Factors;
8591     for (const SCEV *Op : M->operands())
8592       if (!isa<SCEVConstant>(Op))
8593         Factors.push_back(Op);
8594
8595     return SE.getMulExpr(Factors);
8596   }
8597
8598   return T;
8599 }
8600
8601 /// Return the size of an element read or written by Inst.
8602 const SCEV *ScalarEvolution::getElementSize(Instruction *Inst) {
8603   Type *Ty;
8604   if (StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
8605     Ty = Store->getValueOperand()->getType();
8606   else if (LoadInst *Load = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
8607     Ty = Load->getType();
8608   else
8609     return nullptr;
8610
8611   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(Ty));
8612   return getSizeOfExpr(ETy, Ty);
8613 }
8614
8615 /// Second step of delinearization: compute the array dimensions Sizes from the
8616 /// set of Terms extracted from the memory access function of this SCEVAddRec.
8617 void ScalarEvolution::findArrayDimensions(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms,
8618                                           SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes,
8619                                           const SCEV *ElementSize) const {
8620
8621   if (Terms.size() < 1 || !ElementSize)
8622     return;
8623
8624   // Early return when Terms do not contain parameters: we do not delinearize
8625   // non parametric SCEVs.
8626   if (!containsParameters(Terms))
8627     return;
8628
8629   DEBUG({
8630       dbgs() << "Terms:\n";
8631       for (const SCEV *T : Terms)
8632         dbgs() << *T << "\n";
8633     });
8634
8635   // Remove duplicates.
8636   std::sort(Terms.begin(), Terms.end());
8637   Terms.erase(std::unique(Terms.begin(), Terms.end()), Terms.end());
8638
8639   // Put larger terms first.
8640   std::sort(Terms.begin(), Terms.end(), [](const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
8641     return numberOfTerms(LHS) > numberOfTerms(RHS);
8642   });
8643
8644   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
8645
8646   // Try to divide all terms by the element size. If term is not divisible by
8647   // element size, proceed with the original term.
8648   for (const SCEV *&Term : Terms) {
8649     const SCEV *Q, *R;
8650     SCEVDivision::divide(SE, Term, ElementSize, &Q, &R);
8651     if (!Q->isZero())
8652       Term = Q;
8653   }
8654
8655   SmallVector<const SCEV *, 4> NewTerms;
8656
8657   // Remove constant factors.
8658   for (const SCEV *T : Terms)
8659     if (const SCEV *NewT = removeConstantFactors(SE, T))
8660       NewTerms.push_back(NewT);
8661
8662   DEBUG({
8663       dbgs() << "Terms after sorting:\n";
8664       for (const SCEV *T : NewTerms)
8665         dbgs() << *T << "\n";
8666     });
8667
8668   if (NewTerms.empty() ||
8669       !findArrayDimensionsRec(SE, NewTerms, Sizes)) {
8670     Sizes.clear();
8671     return;
8672   }
8673
8674   // The last element to be pushed into Sizes is the size of an element.
8675   Sizes.push_back(ElementSize);
8676
8677   DEBUG({
8678       dbgs() << "Sizes:\n";
8679       for (const SCEV *S : Sizes)
8680         dbgs() << *S << "\n";
8681     });
8682 }
8683
8684 /// Third step of delinearization: compute the access functions for the
8685 /// Subscripts based on the dimensions in Sizes.
8686 void ScalarEvolution::computeAccessFunctions(
8687     const SCEV *Expr, SmallVectorImpl<const SCEV *> &Subscripts,
8688     SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes) {
8689
8690   // Early exit in case this SCEV is not an affine multivariate function.
8691   if (Sizes.empty())
8692     return;
8693
8694   if (auto *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr))
8695     if (!AR->isAffine())
8696       return;
8697
8698   const SCEV *Res = Expr;
8699   int Last = Sizes.size() - 1;
8700   for (int i = Last; i >= 0; i--) {
8701     const SCEV *Q, *R;
8702     SCEVDivision::divide(*this, Res, Sizes[i], &Q, &R);
8703
8704     DEBUG({
8705         dbgs() << "Res: " << *Res << "\n";
8706         dbgs() << "Sizes[i]: " << *Sizes[i] << "\n";
8707         dbgs() << "Res divided by Sizes[i]:\n";
8708         dbgs() << "Quotient: " << *Q << "\n";
8709         dbgs() << "Remainder: " << *R << "\n";
8710       });
8711
8712     Res = Q;
8713
8714     // Do not record the last subscript corresponding to the size of elements in
8715     // the array.
8716     if (i == Last) {
8717
8718       // Bail out if the remainder is too complex.
8719       if (isa<SCEVAddRecExpr>(R)) {
8720         Subscripts.clear();
8721         Sizes.clear();
8722         return;
8723       }
8724
8725       continue;
8726     }
8727
8728     // Record the access function for the current subscript.
8729     Subscripts.push_back(R);
8730   }
8731
8732   // Also push in last position the remainder of the last division: it will be
8733   // the access function of the innermost dimension.
8734   Subscripts.push_back(Res);
8735
8736   std::reverse(Subscripts.begin(), Subscripts.end());
8737
8738   DEBUG({
8739       dbgs() << "Subscripts:\n";
8740       for (const SCEV *S : Subscripts)
8741         dbgs() << *S << "\n";
8742     });
8743 }
8744
8745 /// Splits the SCEV into two vectors of SCEVs representing the subscripts and
8746 /// sizes of an array access. Returns the remainder of the delinearization that
8747 /// is the offset start of the array.  The SCEV->delinearize algorithm computes
8748 /// the multiples of SCEV coefficients: that is a pattern matching of sub
8749 /// expressions in the stride and base of a SCEV corresponding to the
8750 /// computation of a GCD (greatest common divisor) of base and stride.  When
8751 /// SCEV->delinearize fails, it returns the SCEV unchanged.
8752 ///
8753 /// For example: when analyzing the memory access A[i][j][k] in this loop nest
8754 ///
8755 ///  void foo(long n, long m, long o, double A[n][m][o]) {
8756 ///
8757 ///    for (long i = 0; i < n; i++)
8758 ///      for (long j = 0; j < m; j++)
8759 ///        for (long k = 0; k < o; k++)
8760 ///          A[i][j][k] = 1.0;
8761 ///  }
8762 ///
8763 /// the delinearization input is the following AddRec SCEV:
8764 ///
8765 ///  AddRec: {{{%A,+,(8 * %m * %o)}<%for.i>,+,(8 * %o)}<%for.j>,+,8}<%for.k>
8766 ///
8767 /// From this SCEV, we are able to say that the base offset of the access is %A
8768 /// because it appears as an offset that does not divide any of the strides in
8769 /// the loops:
8770 ///
8771 ///  CHECK: Base offset: %A
8772 ///
8773 /// and then SCEV->delinearize determines the size of some of the dimensions of
8774 /// the array as these are the multiples by which the strides are happening:
8775 ///
8776 ///  CHECK: ArrayDecl[UnknownSize][%m][%o] with elements of sizeof(double) bytes.
8777 ///
8778 /// Note that the outermost dimension remains of UnknownSize because there are
8779 /// no strides that would help identifying the size of the last dimension: when
8780 /// the array has been statically allocated, one could compute the size of that
8781 /// dimension by dividing the overall size of the array by the size of the known
8782 /// dimensions: %m * %o * 8.
8783 ///
8784 /// Finally delinearize provides the access functions for the array reference
8785 /// that does correspond to A[i][j][k] of the above C testcase:
8786 ///
8787 ///  CHECK: ArrayRef[{0,+,1}<%for.i>][{0,+,1}<%for.j>][{0,+,1}<%for.k>]
8788 ///
8789 /// The testcases are checking the output of a function pass:
8790 /// DelinearizationPass that walks through all loads and stores of a function
8791 /// asking for the SCEV of the memory access with respect to all enclosing
8792 /// loops, calling SCEV->delinearize on that and printing the results.
8793
8794 void ScalarEvolution::delinearize(const SCEV *Expr,
8795                                  SmallVectorImpl<const SCEV *> &Subscripts,
8796                                  SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes,
8797                                  const SCEV *ElementSize) {
8798   // First step: collect parametric terms.
8799   SmallVector<const SCEV *, 4> Terms;
8800   collectParametricTerms(Expr, Terms);
8801
8802   if (Terms.empty())
8803     return;
8804
8805   // Second step: find subscript sizes.
8806   findArrayDimensions(Terms, Sizes, ElementSize);
8807
8808   if (Sizes.empty())
8809     return;
8810
8811   // Third step: compute the access functions for each subscript.
8812   computeAccessFunctions(Expr, Subscripts, Sizes);
8813
8814   if (Subscripts.empty())
8815     return;
8816
8817   DEBUG({
8818       dbgs() << "succeeded to delinearize " << *Expr << "\n";
8819       dbgs() << "ArrayDecl[UnknownSize]";
8820       for (const SCEV *S : Sizes)
8821         dbgs() << "[" << *S << "]";
8822
8823       dbgs() << "\nArrayRef";
8824       for (const SCEV *S : Subscripts)
8825         dbgs() << "[" << *S << "]";
8826       dbgs() << "\n";
8827     });
8828 }
8829
8830 //===----------------------------------------------------------------------===//
8831 //                   SCEVCallbackVH Class Implementation
8832 //===----------------------------------------------------------------------===//
8833
8834 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::deleted() {
8835   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
8836   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(getValPtr()))
8837     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
8838   SE->ValueExprMap.erase(getValPtr());
8839   // this now dangles!
8840 }
8841
8842 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::allUsesReplacedWith(Value *V) {
8843   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
8844
8845   // Forget all the expressions associated with users of the old value,
8846   // so that future queries will recompute the expressions using the new
8847   // value.
8848   Value *Old = getValPtr();
8849   SmallVector<User *, 16> Worklist(Old->user_begin(), Old->user_end());
8850   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
8851   while (!Worklist.empty()) {
8852     User *U = Worklist.pop_back_val();
8853     // Deleting the Old value will cause this to dangle. Postpone
8854     // that until everything else is done.
8855     if (U == Old)
8856       continue;
8857     if (!Visited.insert(U).second)
8858       continue;
8859     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U))
8860       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
8861     SE->ValueExprMap.erase(U);
8862     Worklist.insert(Worklist.end(), U->user_begin(), U->user_end());
8863   }
8864   // Delete the Old value.
8865   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Old))
8866     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
8867   SE->ValueExprMap.erase(Old);
8868   // this now dangles!
8869 }
8870
8871 ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *se)
8872   : CallbackVH(V), SE(se) {}
8873
8874 //===----------------------------------------------------------------------===//
8875 //                   ScalarEvolution Class Implementation
8876 //===----------------------------------------------------------------------===//
8877
8878 ScalarEvolution::ScalarEvolution(Function &F, TargetLibraryInfo &TLI,
8879                                  AssumptionCache &AC, DominatorTree &DT,
8880                                  LoopInfo &LI)
8881     : F(F), TLI(TLI), AC(AC), DT(DT), LI(LI),
8882       CouldNotCompute(new SCEVCouldNotCompute()),
8883       WalkingBEDominatingConds(false), ProvingSplitPredicate(false),
8884       ValuesAtScopes(64), LoopDispositions(64), BlockDispositions(64),
8885       FirstUnknown(nullptr) {}
8886
8887 ScalarEvolution::ScalarEvolution(ScalarEvolution &&Arg)
8888     : F(Arg.F), TLI(Arg.TLI), AC(Arg.AC), DT(Arg.DT), LI(Arg.LI),
8889       CouldNotCompute(std::move(Arg.CouldNotCompute)),
8890       ValueExprMap(std::move(Arg.ValueExprMap)),
8891       WalkingBEDominatingConds(false), ProvingSplitPredicate(false),
8892       BackedgeTakenCounts(std::move(Arg.BackedgeTakenCounts)),
8893       ConstantEvolutionLoopExitValue(
8894           std::move(Arg.ConstantEvolutionLoopExitValue)),
8895       ValuesAtScopes(std::move(Arg.ValuesAtScopes)),
8896       LoopDispositions(std::move(Arg.LoopDispositions)),
8897       BlockDispositions(std::move(Arg.BlockDispositions)),
8898       UnsignedRanges(std::move(Arg.UnsignedRanges)),
8899       SignedRanges(std::move(Arg.SignedRanges)),
8900       UniqueSCEVs(std::move(Arg.UniqueSCEVs)),
8901       SCEVAllocator(std::move(Arg.SCEVAllocator)),
8902       FirstUnknown(Arg.FirstUnknown) {
8903   Arg.FirstUnknown = nullptr;
8904 }
8905
8906 ScalarEvolution::~ScalarEvolution() {
8907   // Iterate through all the SCEVUnknown instances and call their
8908   // destructors, so that they release their references to their values.
8909   for (SCEVUnknown *U = FirstUnknown; U;) {
8910     SCEVUnknown *Tmp = U;
8911     U = U->Next;
8912     Tmp->~SCEVUnknown();
8913   }
8914   FirstUnknown = nullptr;
8915
8916   ValueExprMap.clear();
8917
8918   // Free any extra memory created for ExitNotTakenInfo in the unlikely event
8919   // that a loop had multiple computable exits.
8920   for (auto &BTCI : BackedgeTakenCounts)
8921     BTCI.second.clear();
8922
8923   assert(PendingLoopPredicates.empty() && "isImpliedCond garbage");
8924   assert(!WalkingBEDominatingConds && "isLoopBackedgeGuardedByCond garbage!");
8925   assert(!ProvingSplitPredicate && "ProvingSplitPredicate garbage!");
8926 }
8927
8928 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
8929   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getBackedgeTakenCount(L));
8930 }
8931
8932 static void PrintLoopInfo(raw_ostream &OS, ScalarEvolution *SE,
8933                           const Loop *L) {
8934   // Print all inner loops first
8935   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
8936     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
8937
8938   OS << "Loop ";
8939   L->getHeader()->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
8940   OS << ": ";
8941
8942   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
8943   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
8944   if (ExitBlocks.size() != 1)
8945     OS << "<multiple exits> ";
8946
8947   if (SE->hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(L)) {
8948     OS << "backedge-taken count is " << *SE->getBackedgeTakenCount(L);
8949   } else {
8950     OS << "Unpredictable backedge-taken count. ";
8951   }
8952
8953   OS << "\n"
8954         "Loop ";
8955   L->getHeader()->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
8956   OS << ": ";
8957
8958   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(SE->getMaxBackedgeTakenCount(L))) {
8959     OS << "max backedge-taken count is " << *SE->getMaxBackedgeTakenCount(L);
8960   } else {
8961     OS << "Unpredictable max backedge-taken count. ";
8962   }
8963
8964   OS << "\n";
8965 }
8966
8967 void ScalarEvolution::print(raw_ostream &OS) const {
8968   // ScalarEvolution's implementation of the print method is to print
8969   // out SCEV values of all instructions that are interesting. Doing
8970   // this potentially causes it to create new SCEV objects though,
8971   // which technically conflicts with the const qualifier. This isn't
8972   // observable from outside the class though, so casting away the
8973   // const isn't dangerous.
8974   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
8975
8976   OS << "Classifying expressions for: ";
8977   F.printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
8978   OS << "\n";
8979   for (Instruction &I : instructions(F))
8980     if (isSCEVable(I.getType()) && !isa<CmpInst>(I)) {
8981       OS << I << '\n';
8982       OS << "  -->  ";
8983       const SCEV *SV = SE.getSCEV(&I);
8984       SV->print(OS);
8985       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(SV)) {
8986         OS << " U: ";
8987         SE.getUnsignedRange(SV).print(OS);
8988         OS << " S: ";
8989         SE.getSignedRange(SV).print(OS);
8990       }
8991
8992       const Loop *L = LI.getLoopFor(I.getParent());
8993
8994       const SCEV *AtUse = SE.getSCEVAtScope(SV, L);
8995       if (AtUse != SV) {
8996         OS << "  -->  ";
8997         AtUse->print(OS);
8998         if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(AtUse)) {
8999           OS << " U: ";
9000           SE.getUnsignedRange(AtUse).print(OS);
9001           OS << " S: ";
9002           SE.getSignedRange(AtUse).print(OS);
9003         }
9004       }
9005
9006       if (L) {
9007         OS << "\t\t" "Exits: ";
9008         const SCEV *ExitValue = SE.getSCEVAtScope(SV, L->getParentLoop());
9009         if (!SE.isLoopInvariant(ExitValue, L)) {
9010           OS << "<<Unknown>>";
9011         } else {
9012           OS << *ExitValue;
9013         }
9014       }
9015
9016       OS << "\n";
9017     }
9018
9019   OS << "Determining loop execution counts for: ";
9020   F.printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
9021   OS << "\n";
9022   for (LoopInfo::iterator I = LI.begin(), E = LI.end(); I != E; ++I)
9023     PrintLoopInfo(OS, &SE, *I);
9024 }
9025
9026 ScalarEvolution::LoopDisposition
9027 ScalarEvolution::getLoopDisposition(const SCEV *S, const Loop *L) {
9028   auto &Values = LoopDispositions[S];
9029   for (auto &V : Values) {
9030     if (V.getPointer() == L)
9031       return V.getInt();
9032   }
9033   Values.emplace_back(L, LoopVariant);
9034   LoopDisposition D = computeLoopDisposition(S, L);
9035   auto &Values2 = LoopDispositions[S];
9036   for (auto &V : make_range(Values2.rbegin(), Values2.rend())) {
9037     if (V.getPointer() == L) {
9038       V.setInt(D);
9039       break;
9040     }
9041   }
9042   return D;
9043 }
9044
9045 ScalarEvolution::LoopDisposition
9046 ScalarEvolution::computeLoopDisposition(const SCEV *S, const Loop *L) {
9047   switch (static_cast<SCEVTypes>(S->getSCEVType())) {
9048   case scConstant:
9049     return LoopInvariant;
9050   case scTruncate:
9051   case scZeroExtend:
9052   case scSignExtend:
9053     return getLoopDisposition(cast<SCEVCastExpr>(S)->getOperand(), L);
9054   case scAddRecExpr: {
9055     const SCEVAddRecExpr *AR = cast<SCEVAddRecExpr>(S);
9056
9057     // If L is the addrec's loop, it's computable.
9058     if (AR->getLoop() == L)
9059       return LoopComputable;
9060
9061     // Add recurrences are never invariant in the function-body (null loop).
9062     if (!L)
9063       return LoopVariant;
9064
9065     // This recurrence is variant w.r.t. L if L contains AR's loop.
9066     if (L->contains(AR->getLoop()))
9067       return LoopVariant;
9068
9069     // This recurrence is invariant w.r.t. L if AR's loop contains L.
9070     if (AR->getLoop()->contains(L))
9071       return LoopInvariant;
9072
9073     // This recurrence is variant w.r.t. L if any of its operands
9074     // are variant.
9075     for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = AR->op_begin(), E = AR->op_end();
9076          I != E; ++I)
9077       if (!isLoopInvariant(*I, L))
9078         return LoopVariant;
9079
9080     // Otherwise it's loop-invariant.
9081     return LoopInvariant;
9082   }
9083   case scAddExpr:
9084   case scMulExpr:
9085   case scUMaxExpr:
9086   case scSMaxExpr: {
9087     const SCEVNAryExpr *NAry = cast<SCEVNAryExpr>(S);
9088     bool HasVarying = false;
9089     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
9090          I != E; ++I) {
9091       LoopDisposition D = getLoopDisposition(*I, L);
9092       if (D == LoopVariant)
9093         return LoopVariant;
9094       if (D == LoopComputable)
9095         HasVarying = true;
9096     }
9097     return HasVarying ? LoopComputable : LoopInvariant;
9098   }
9099   case scUDivExpr: {
9100     const SCEVUDivExpr *UDiv = cast<SCEVUDivExpr>(S);
9101     LoopDisposition LD = getLoopDisposition(UDiv->getLHS(), L);
9102     if (LD == LoopVariant)
9103       return LoopVariant;
9104     LoopDisposition RD = getLoopDisposition(UDiv->getRHS(), L);
9105     if (RD == LoopVariant)
9106       return LoopVariant;
9107     return (LD == LoopInvariant && RD == LoopInvariant) ?
9108            LoopInvariant : LoopComputable;
9109   }
9110   case scUnknown:
9111     // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
9112     // invariant if they are not contained in the specified loop.
9113     // Instructions are never considered invariant in the function body
9114     // (null loop) because they are defined within the "loop".
9115     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(cast<SCEVUnknown>(S)->getValue()))
9116       return (L && !L->contains(I)) ? LoopInvariant : LoopVariant;
9117     return LoopInvariant;
9118   case scCouldNotCompute:
9119     llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
9120   }
9121   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
9122 }
9123
9124 bool ScalarEvolution::isLoopInvariant(const SCEV *S, const Loop *L) {
9125   return getLoopDisposition(S, L) == LoopInvariant;
9126 }
9127
9128 bool ScalarEvolution::hasComputableLoopEvolution(const SCEV *S, const Loop *L) {
9129   return getLoopDisposition(S, L) == LoopComputable;
9130 }
9131
9132 ScalarEvolution::BlockDisposition
9133 ScalarEvolution::getBlockDisposition(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
9134   auto &Values = BlockDispositions[S];
9135   for (auto &V : Values) {
9136     if (V.getPointer() == BB)
9137       return V.getInt();
9138   }
9139   Values.emplace_back(BB, DoesNotDominateBlock);
9140   BlockDisposition D = computeBlockDisposition(S, BB);
9141   auto &Values2 = BlockDispositions[S];
9142   for (auto &V : make_range(Values2.rbegin(), Values2.rend())) {
9143     if (V.getPointer() == BB) {
9144       V.setInt(D);
9145       break;
9146     }
9147   }
9148   return D;
9149 }
9150
9151 ScalarEvolution::BlockDisposition
9152 ScalarEvolution::computeBlockDisposition(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
9153   switch (static_cast<SCEVTypes>(S->getSCEVType())) {
9154   case scConstant:
9155     return ProperlyDominatesBlock;
9156   case scTruncate:
9157   case scZeroExtend:
9158   case scSignExtend:
9159     return getBlockDisposition(cast<SCEVCastExpr>(S)->getOperand(), BB);
9160   case scAddRecExpr: {
9161     // This uses a "dominates" query instead of "properly dominates" query
9162     // to test for proper dominance too, because the instruction which
9163     // produces the addrec's value is a PHI, and a PHI effectively properly
9164     // dominates its entire containing block.
9165     const SCEVAddRecExpr *AR = cast<SCEVAddRecExpr>(S);
9166     if (!DT.dominates(AR->getLoop()->getHeader(), BB))
9167       return DoesNotDominateBlock;
9168   }
9169   // FALL THROUGH into SCEVNAryExpr handling.
9170   case scAddExpr:
9171   case scMulExpr:
9172   case scUMaxExpr:
9173   case scSMaxExpr: {
9174     const SCEVNAryExpr *NAry = cast<SCEVNAryExpr>(S);
9175     bool Proper = true;
9176     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
9177          I != E; ++I) {
9178       BlockDisposition D = getBlockDisposition(*I, BB);
9179       if (D == DoesNotDominateBlock)
9180         return DoesNotDominateBlock;
9181       if (D == DominatesBlock)
9182         Proper = false;
9183     }
9184     return Proper ? ProperlyDominatesBlock : DominatesBlock;
9185   }
9186   case scUDivExpr: {
9187     const SCEVUDivExpr *UDiv = cast<SCEVUDivExpr>(S);
9188     const SCEV *LHS = UDiv->getLHS(), *RHS = UDiv->getRHS();
9189     BlockDisposition LD = getBlockDisposition(LHS, BB);
9190     if (LD == DoesNotDominateBlock)
9191       return DoesNotDominateBlock;
9192     BlockDisposition RD = getBlockDisposition(RHS, BB);
9193     if (RD == DoesNotDominateBlock)
9194       return DoesNotDominateBlock;
9195     return (LD == ProperlyDominatesBlock && RD == ProperlyDominatesBlock) ?
9196       ProperlyDominatesBlock : DominatesBlock;
9197   }
9198   case scUnknown:
9199     if (Instruction *I =
9200           dyn_cast<Instruction>(cast<SCEVUnknown>(S)->getValue())) {
9201       if (I->getParent() == BB)
9202         return DominatesBlock;
9203       if (DT.properlyDominates(I->getParent(), BB))
9204         return ProperlyDominatesBlock;
9205       return DoesNotDominateBlock;
9206     }
9207     return ProperlyDominatesBlock;
9208   case scCouldNotCompute:
9209     llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
9210   }
9211   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
9212 }
9213
9214 bool ScalarEvolution::dominates(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
9215   return getBlockDisposition(S, BB) >= DominatesBlock;
9216 }
9217
9218 bool ScalarEvolution::properlyDominates(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
9219   return getBlockDisposition(S, BB) == ProperlyDominatesBlock;
9220 }
9221
9222 namespace {
9223 // Search for a SCEV expression node within an expression tree.
9224 // Implements SCEVTraversal::Visitor.
9225 struct SCEVSearch {
9226   const SCEV *Node;
9227   bool IsFound;
9228
9229   SCEVSearch(const SCEV *N): Node(N), IsFound(false) {}
9230
9231   bool follow(const SCEV *S) {
9232     IsFound |= (S == Node);
9233     return !IsFound;
9234   }
9235   bool isDone() const { return IsFound; }
9236 };
9237 }
9238
9239 bool ScalarEvolution::hasOperand(const SCEV *S, const SCEV *Op) const {
9240   SCEVSearch Search(Op);
9241   visitAll(S, Search);
9242   return Search.IsFound;
9243 }
9244
9245 void ScalarEvolution::forgetMemoizedResults(const SCEV *S) {
9246   ValuesAtScopes.erase(S);
9247   LoopDispositions.erase(S);
9248   BlockDispositions.erase(S);
9249   UnsignedRanges.erase(S);
9250   SignedRanges.erase(S);
9251
9252   for (DenseMap<const Loop*, BackedgeTakenInfo>::iterator I =
9253          BackedgeTakenCounts.begin(), E = BackedgeTakenCounts.end(); I != E; ) {
9254     BackedgeTakenInfo &BEInfo = I->second;
9255     if (BEInfo.hasOperand(S, this)) {
9256       BEInfo.clear();
9257       BackedgeTakenCounts.erase(I++);
9258     }
9259     else
9260       ++I;
9261   }
9262 }
9263
9264 typedef DenseMap<const Loop *, std::string> VerifyMap;
9265
9266 /// replaceSubString - Replaces all occurrences of From in Str with To.
9267 static void replaceSubString(std::string &Str, StringRef From, StringRef To) {
9268   size_t Pos = 0;
9269   while ((Pos = Str.find(From, Pos)) != std::string::npos) {
9270     Str.replace(Pos, From.size(), To.data(), To.size());
9271     Pos += To.size();
9272   }
9273 }
9274
9275 /// getLoopBackedgeTakenCounts - Helper method for verifyAnalysis.
9276 static void
9277 getLoopBackedgeTakenCounts(Loop *L, VerifyMap &Map, ScalarEvolution &SE) {
9278   for (Loop::reverse_iterator I = L->rbegin(), E = L->rend(); I != E; ++I) {
9279     getLoopBackedgeTakenCounts(*I, Map, SE); // recurse.
9280
9281     std::string &S = Map[L];
9282     if (S.empty()) {
9283       raw_string_ostream OS(S);
9284       SE.getBackedgeTakenCount(L)->print(OS);
9285
9286       // false and 0 are semantically equivalent. This can happen in dead loops.
9287       replaceSubString(OS.str(), "false", "0");
9288       // Remove wrap flags, their use in SCEV is highly fragile.
9289       // FIXME: Remove this when SCEV gets smarter about them.
9290       replaceSubString(OS.str(), "<nw>", "");
9291       replaceSubString(OS.str(), "<nsw>", "");
9292       replaceSubString(OS.str(), "<nuw>", "");
9293     }
9294   }
9295 }
9296
9297 void ScalarEvolution::verify() const {
9298   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
9299
9300   // Gather stringified backedge taken counts for all loops using SCEV's caches.
9301   // FIXME: It would be much better to store actual values instead of strings,
9302   //        but SCEV pointers will change if we drop the caches.
9303   VerifyMap BackedgeDumpsOld, BackedgeDumpsNew;
9304   for (LoopInfo::reverse_iterator I = LI.rbegin(), E = LI.rend(); I != E; ++I)
9305     getLoopBackedgeTakenCounts(*I, BackedgeDumpsOld, SE);
9306
9307   // Gather stringified backedge taken counts for all loops using a fresh
9308   // ScalarEvolution object.
9309   ScalarEvolution SE2(F, TLI, AC, DT, LI);
9310   for (LoopInfo::reverse_iterator I = LI.rbegin(), E = LI.rend(); I != E; ++I)
9311     getLoopBackedgeTakenCounts(*I, BackedgeDumpsNew, SE2);
9312
9313   // Now compare whether they're the same with and without caches. This allows
9314   // verifying that no pass changed the cache.
9315   assert(BackedgeDumpsOld.size() == BackedgeDumpsNew.size() &&
9316          "New loops suddenly appeared!");
9317
9318   for (VerifyMap::iterator OldI = BackedgeDumpsOld.begin(),
9319                            OldE = BackedgeDumpsOld.end(),
9320                            NewI = BackedgeDumpsNew.begin();
9321        OldI != OldE; ++OldI, ++NewI) {
9322     assert(OldI->first == NewI->first && "Loop order changed!");
9323
9324     // Compare the stringified SCEVs. We don't care if undef backedgetaken count
9325     // changes.
9326     // FIXME: We currently ignore SCEV changes from/to CouldNotCompute. This
9327     // means that a pass is buggy or SCEV has to learn a new pattern but is
9328     // usually not harmful.
9329     if (OldI->second != NewI->second &&
9330         OldI->second.find("undef") == std::string::npos &&
9331         NewI->second.find("undef") == std::string::npos &&
9332         OldI->second != "***COULDNOTCOMPUTE***" &&
9333         NewI->second != "***COULDNOTCOMPUTE***") {
9334       dbgs() << "SCEVValidator: SCEV for loop '"
9335              << OldI->first->getHeader()->getName()
9336              << "' changed from '" << OldI->second
9337              << "' to '" << NewI->second << "'!\n";
9338       std::abort();
9339     }
9340   }
9341
9342   // TODO: Verify more things.
9343 }
9344
9345 char ScalarEvolutionAnalysis::PassID;
9346
9347 ScalarEvolution ScalarEvolutionAnalysis::run(Function &F,
9348                                              AnalysisManager<Function> *AM) {
9349   return ScalarEvolution(F, AM->getResult<TargetLibraryAnalysis>(F),
9350                          AM->getResult<AssumptionAnalysis>(F),
9351                          AM->getResult<DominatorTreeAnalysis>(F),
9352                          AM->getResult<LoopAnalysis>(F));
9353 }
9354
9355 PreservedAnalyses
9356 ScalarEvolutionPrinterPass::run(Function &F, AnalysisManager<Function> *AM) {
9357   AM->getResult<ScalarEvolutionAnalysis>(F).print(OS);
9358   return PreservedAnalyses::all();
9359 }
9360
9361 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ScalarEvolutionWrapperPass, "scalar-evolution",
9362                       "Scalar Evolution Analysis", false, true)
9363 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
9364 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
9365 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
9366 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
9367 INITIALIZE_PASS_END(ScalarEvolutionWrapperPass, "scalar-evolution",
9368                     "Scalar Evolution Analysis", false, true)
9369 char ScalarEvolutionWrapperPass::ID = 0;
9370
9371 ScalarEvolutionWrapperPass::ScalarEvolutionWrapperPass() : FunctionPass(ID) {
9372   initializeScalarEvolutionWrapperPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
9373 }
9374
9375 bool ScalarEvolutionWrapperPass::runOnFunction(Function &F) {
9376   SE.reset(new ScalarEvolution(
9377       F, getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI(),
9378       getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F),
9379       getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree(),
9380       getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo()));
9381   return false;
9382 }
9383
9384 void ScalarEvolutionWrapperPass::releaseMemory() { SE.reset(); }
9385
9386 void ScalarEvolutionWrapperPass::print(raw_ostream &OS, const Module *) const {
9387   SE->print(OS);
9388 }
9389
9390 void ScalarEvolutionWrapperPass::verifyAnalysis() const {
9391   if (!VerifySCEV)
9392     return;
9393
9394   SE->verify();
9395 }
9396
9397 void ScalarEvolutionWrapperPass::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
9398   AU.setPreservesAll();
9399   AU.addRequiredTransitive<AssumptionCacheTracker>();
9400   AU.addRequiredTransitive<LoopInfoWrapperPass>();
9401   AU.addRequiredTransitive<DominatorTreeWrapperPass>();
9402   AU.addRequiredTransitive<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
9403 }