Add fast paths to ScalarEvolution::getSizeOf and getOffsetOf, as
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolution.cpp
1 //===- ScalarEvolution.cpp - Scalar Evolution Analysis ----------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains the implementation of the scalar evolution analysis
11 // engine, which is used primarily to analyze expressions involving induction
12 // variables in loops.
13 //
14 // There are several aspects to this library.  First is the representation of
15 // scalar expressions, which are represented as subclasses of the SCEV class.
16 // These classes are used to represent certain types of subexpressions that we
17 // can handle. We only create one SCEV of a particular shape, so
18 // pointer-comparisons for equality are legal.
19 //
20 // One important aspect of the SCEV objects is that they are never cyclic, even
21 // if there is a cycle in the dataflow for an expression (ie, a PHI node).  If
22 // the PHI node is one of the idioms that we can represent (e.g., a polynomial
23 // recurrence) then we represent it directly as a recurrence node, otherwise we
24 // represent it as a SCEVUnknown node.
25 //
26 // In addition to being able to represent expressions of various types, we also
27 // have folders that are used to build the *canonical* representation for a
28 // particular expression.  These folders are capable of using a variety of
29 // rewrite rules to simplify the expressions.
30 //
31 // Once the folders are defined, we can implement the more interesting
32 // higher-level code, such as the code that recognizes PHI nodes of various
33 // types, computes the execution count of a loop, etc.
34 //
35 // TODO: We should use these routines and value representations to implement
36 // dependence analysis!
37 //
38 //===----------------------------------------------------------------------===//
39 //
40 // There are several good references for the techniques used in this analysis.
41 //
42 //  Chains of recurrences -- a method to expedite the evaluation
43 //  of closed-form functions
44 //  Olaf Bachmann, Paul S. Wang, Eugene V. Zima
45 //
46 //  On computational properties of chains of recurrences
47 //  Eugene V. Zima
48 //
49 //  Symbolic Evaluation of Chains of Recurrences for Loop Optimization
50 //  Robert A. van Engelen
51 //
52 //  Efficient Symbolic Analysis for Optimizing Compilers
53 //  Robert A. van Engelen
54 //
55 //  Using the chains of recurrences algebra for data dependence testing and
56 //  induction variable substitution
57 //  MS Thesis, Johnie Birch
58 //
59 //===----------------------------------------------------------------------===//
60
61 #define DEBUG_TYPE "scalar-evolution"
62 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
63 #include "llvm/Constants.h"
64 #include "llvm/DerivedTypes.h"
65 #include "llvm/GlobalVariable.h"
66 #include "llvm/GlobalAlias.h"
67 #include "llvm/Instructions.h"
68 #include "llvm/LLVMContext.h"
69 #include "llvm/Operator.h"
70 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
71 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
72 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
73 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
74 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
75 #include "llvm/Target/TargetData.h"
76 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
77 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
78 #include "llvm/Support/Debug.h"
79 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
80 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
81 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
82 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
83 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
84 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
85 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
86 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
87 #include <algorithm>
88 using namespace llvm;
89
90 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
91           "Number of trip counts computed with array length");
92 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
93           "Number of loops with predictable loop counts");
94 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
95           "Number of loops without predictable loop counts");
96 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
97           "Number of loops with trip counts computed by force");
98
99 static cl::opt<unsigned>
100 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
101                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
102                                  "symbolically execute a constant "
103                                  "derived loop"),
104                         cl::init(100));
105
106 static RegisterPass<ScalarEvolution>
107 R("scalar-evolution", "Scalar Evolution Analysis", false, true);
108 char ScalarEvolution::ID = 0;
109
110 //===----------------------------------------------------------------------===//
111 //                           SCEV class definitions
112 //===----------------------------------------------------------------------===//
113
114 //===----------------------------------------------------------------------===//
115 // Implementation of the SCEV class.
116 //
117
118 SCEV::~SCEV() {}
119
120 void SCEV::dump() const {
121   print(dbgs());
122   dbgs() << '\n';
123 }
124
125 bool SCEV::isZero() const {
126   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
127     return SC->getValue()->isZero();
128   return false;
129 }
130
131 bool SCEV::isOne() const {
132   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
133     return SC->getValue()->isOne();
134   return false;
135 }
136
137 bool SCEV::isAllOnesValue() const {
138   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
139     return SC->getValue()->isAllOnesValue();
140   return false;
141 }
142
143 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() :
144   SCEV(FoldingSetNodeIDRef(), scCouldNotCompute) {}
145
146 bool SCEVCouldNotCompute::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
147   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
148   return false;
149 }
150
151 const Type *SCEVCouldNotCompute::getType() const {
152   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
153   return 0;
154 }
155
156 bool SCEVCouldNotCompute::hasComputableLoopEvolution(const Loop *L) const {
157   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
158   return false;
159 }
160
161 bool SCEVCouldNotCompute::hasOperand(const SCEV *) const {
162   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
163   return false;
164 }
165
166 void SCEVCouldNotCompute::print(raw_ostream &OS) const {
167   OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
168 }
169
170 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
171   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
172 }
173
174 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(ConstantInt *V) {
175   FoldingSetNodeID ID;
176   ID.AddInteger(scConstant);
177   ID.AddPointer(V);
178   void *IP = 0;
179   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
180   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVConstant(ID.Intern(SCEVAllocator), V);
181   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
182   return S;
183 }
184
185 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(const APInt& Val) {
186   return getConstant(ConstantInt::get(getContext(), Val));
187 }
188
189 const SCEV *
190 ScalarEvolution::getConstant(const Type *Ty, uint64_t V, bool isSigned) {
191   return getConstant(
192     ConstantInt::get(cast<IntegerType>(Ty), V, isSigned));
193 }
194
195 const Type *SCEVConstant::getType() const { return V->getType(); }
196
197 void SCEVConstant::print(raw_ostream &OS) const {
198   WriteAsOperand(OS, V, false);
199 }
200
201 SCEVCastExpr::SCEVCastExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
202                            unsigned SCEVTy, const SCEV *op, const Type *ty)
203   : SCEV(ID, SCEVTy), Op(op), Ty(ty) {}
204
205 bool SCEVCastExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
206   return Op->dominates(BB, DT);
207 }
208
209 bool SCEVCastExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
210   return Op->properlyDominates(BB, DT);
211 }
212
213 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
214                                    const SCEV *op, const Type *ty)
215   : SCEVCastExpr(ID, scTruncate, op, ty) {
216   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
217          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
218          "Cannot truncate non-integer value!");
219 }
220
221 void SCEVTruncateExpr::print(raw_ostream &OS) const {
222   OS << "(trunc " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
223 }
224
225 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
226                                        const SCEV *op, const Type *ty)
227   : SCEVCastExpr(ID, scZeroExtend, op, ty) {
228   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
229          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
230          "Cannot zero extend non-integer value!");
231 }
232
233 void SCEVZeroExtendExpr::print(raw_ostream &OS) const {
234   OS << "(zext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
235 }
236
237 SCEVSignExtendExpr::SCEVSignExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
238                                        const SCEV *op, const Type *ty)
239   : SCEVCastExpr(ID, scSignExtend, op, ty) {
240   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
241          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
242          "Cannot sign extend non-integer value!");
243 }
244
245 void SCEVSignExtendExpr::print(raw_ostream &OS) const {
246   OS << "(sext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
247 }
248
249 void SCEVCommutativeExpr::print(raw_ostream &OS) const {
250   assert(NumOperands > 1 && "This plus expr shouldn't exist!");
251   const char *OpStr = getOperationStr();
252   OS << "(" << *Operands[0];
253   for (unsigned i = 1, e = NumOperands; i != e; ++i)
254     OS << OpStr << *Operands[i];
255   OS << ")";
256 }
257
258 bool SCEVNAryExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
259   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
260     if (!getOperand(i)->dominates(BB, DT))
261       return false;
262   }
263   return true;
264 }
265
266 bool SCEVNAryExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
267   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
268     if (!getOperand(i)->properlyDominates(BB, DT))
269       return false;
270   }
271   return true;
272 }
273
274 bool SCEVUDivExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
275   return LHS->dominates(BB, DT) && RHS->dominates(BB, DT);
276 }
277
278 bool SCEVUDivExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
279   return LHS->properlyDominates(BB, DT) && RHS->properlyDominates(BB, DT);
280 }
281
282 void SCEVUDivExpr::print(raw_ostream &OS) const {
283   OS << "(" << *LHS << " /u " << *RHS << ")";
284 }
285
286 const Type *SCEVUDivExpr::getType() const {
287   // In most cases the types of LHS and RHS will be the same, but in some
288   // crazy cases one or the other may be a pointer. ScalarEvolution doesn't
289   // depend on the type for correctness, but handling types carefully can
290   // avoid extra casts in the SCEVExpander. The LHS is more likely to be
291   // a pointer type than the RHS, so use the RHS' type here.
292   return RHS->getType();
293 }
294
295 bool SCEVAddRecExpr::isLoopInvariant(const Loop *QueryLoop) const {
296   // Add recurrences are never invariant in the function-body (null loop).
297   if (!QueryLoop)
298     return false;
299
300   // This recurrence is variant w.r.t. QueryLoop if QueryLoop contains L.
301   if (QueryLoop->contains(L))
302     return false;
303
304   // This recurrence is variant w.r.t. QueryLoop if any of its operands
305   // are variant.
306   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
307     if (!getOperand(i)->isLoopInvariant(QueryLoop))
308       return false;
309
310   // Otherwise it's loop-invariant.
311   return true;
312 }
313
314 bool
315 SCEVAddRecExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
316   return DT->dominates(L->getHeader(), BB) &&
317          SCEVNAryExpr::dominates(BB, DT);
318 }
319
320 bool
321 SCEVAddRecExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
322   // This uses a "dominates" query instead of "properly dominates" query because
323   // the instruction which produces the addrec's value is a PHI, and a PHI
324   // effectively properly dominates its entire containing block.
325   return DT->dominates(L->getHeader(), BB) &&
326          SCEVNAryExpr::properlyDominates(BB, DT);
327 }
328
329 void SCEVAddRecExpr::print(raw_ostream &OS) const {
330   OS << "{" << *Operands[0];
331   for (unsigned i = 1, e = NumOperands; i != e; ++i)
332     OS << ",+," << *Operands[i];
333   OS << "}<";
334   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
335   OS << ">";
336 }
337
338 bool SCEVUnknown::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
339   // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
340   // invariant if they are not contained in the specified loop.
341   // Instructions are never considered invariant in the function body
342   // (null loop) because they are defined within the "loop".
343   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
344     return L && !L->contains(I);
345   return true;
346 }
347
348 bool SCEVUnknown::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
349   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValue()))
350     return DT->dominates(I->getParent(), BB);
351   return true;
352 }
353
354 bool SCEVUnknown::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
355   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValue()))
356     return DT->properlyDominates(I->getParent(), BB);
357   return true;
358 }
359
360 const Type *SCEVUnknown::getType() const {
361   return V->getType();
362 }
363
364 bool SCEVUnknown::isSizeOf(const Type *&AllocTy) const {
365   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
366     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
367       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
368         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
369             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
370             CE->getNumOperands() == 2)
371           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(1)))
372             if (CI->isOne()) {
373               AllocTy = cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())
374                                  ->getElementType();
375               return true;
376             }
377
378   return false;
379 }
380
381 bool SCEVUnknown::isAlignOf(const Type *&AllocTy) const {
382   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
383     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
384       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
385         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
386             CE->getOperand(0)->isNullValue()) {
387           const Type *Ty =
388             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
389           if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty))
390             if (!STy->isPacked() &&
391                 CE->getNumOperands() == 3 &&
392                 CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
393               if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(2)))
394                 if (CI->isOne() &&
395                     STy->getNumElements() == 2 &&
396                     STy->getElementType(0)->isIntegerTy(1)) {
397                   AllocTy = STy->getElementType(1);
398                   return true;
399                 }
400             }
401         }
402
403   return false;
404 }
405
406 bool SCEVUnknown::isOffsetOf(const Type *&CTy, Constant *&FieldNo) const {
407   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
408     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
409       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
410         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
411             CE->getNumOperands() == 3 &&
412             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
413             CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
414           const Type *Ty =
415             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
416           // Ignore vector types here so that ScalarEvolutionExpander doesn't
417           // emit getelementptrs that index into vectors.
418           if (Ty->isStructTy() || Ty->isArrayTy()) {
419             CTy = Ty;
420             FieldNo = CE->getOperand(2);
421             return true;
422           }
423         }
424
425   return false;
426 }
427
428 void SCEVUnknown::print(raw_ostream &OS) const {
429   const Type *AllocTy;
430   if (isSizeOf(AllocTy)) {
431     OS << "sizeof(" << *AllocTy << ")";
432     return;
433   }
434   if (isAlignOf(AllocTy)) {
435     OS << "alignof(" << *AllocTy << ")";
436     return;
437   }
438
439   const Type *CTy;
440   Constant *FieldNo;
441   if (isOffsetOf(CTy, FieldNo)) {
442     OS << "offsetof(" << *CTy << ", ";
443     WriteAsOperand(OS, FieldNo, false);
444     OS << ")";
445     return;
446   }
447
448   // Otherwise just print it normally.
449   WriteAsOperand(OS, V, false);
450 }
451
452 //===----------------------------------------------------------------------===//
453 //                               SCEV Utilities
454 //===----------------------------------------------------------------------===//
455
456 static bool CompareTypes(const Type *A, const Type *B) {
457   if (A->getTypeID() != B->getTypeID())
458     return A->getTypeID() < B->getTypeID();
459   if (const IntegerType *AI = dyn_cast<IntegerType>(A)) {
460     const IntegerType *BI = cast<IntegerType>(B);
461     return AI->getBitWidth() < BI->getBitWidth();
462   }
463   if (const PointerType *AI = dyn_cast<PointerType>(A)) {
464     const PointerType *BI = cast<PointerType>(B);
465     return CompareTypes(AI->getElementType(), BI->getElementType());
466   }
467   if (const ArrayType *AI = dyn_cast<ArrayType>(A)) {
468     const ArrayType *BI = cast<ArrayType>(B);
469     if (AI->getNumElements() != BI->getNumElements())
470       return AI->getNumElements() < BI->getNumElements();
471     return CompareTypes(AI->getElementType(), BI->getElementType());
472   }
473   if (const VectorType *AI = dyn_cast<VectorType>(A)) {
474     const VectorType *BI = cast<VectorType>(B);
475     if (AI->getNumElements() != BI->getNumElements())
476       return AI->getNumElements() < BI->getNumElements();
477     return CompareTypes(AI->getElementType(), BI->getElementType());
478   }
479   if (const StructType *AI = dyn_cast<StructType>(A)) {
480     const StructType *BI = cast<StructType>(B);
481     if (AI->getNumElements() != BI->getNumElements())
482       return AI->getNumElements() < BI->getNumElements();
483     for (unsigned i = 0, e = AI->getNumElements(); i != e; ++i)
484       if (CompareTypes(AI->getElementType(i), BI->getElementType(i)) ||
485           CompareTypes(BI->getElementType(i), AI->getElementType(i)))
486         return CompareTypes(AI->getElementType(i), BI->getElementType(i));
487   }
488   return false;
489 }
490
491 namespace {
492   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
493   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
494   /// expressions.
495   class SCEVComplexityCompare {
496     LoopInfo *LI;
497   public:
498     explicit SCEVComplexityCompare(LoopInfo *li) : LI(li) {}
499
500     bool operator()(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
501       // Fast-path: SCEVs are uniqued so we can do a quick equality check.
502       if (LHS == RHS)
503         return false;
504
505       // Primarily, sort the SCEVs by their getSCEVType().
506       if (LHS->getSCEVType() != RHS->getSCEVType())
507         return LHS->getSCEVType() < RHS->getSCEVType();
508
509       // Aside from the getSCEVType() ordering, the particular ordering
510       // isn't very important except that it's beneficial to be consistent,
511       // so that (a + b) and (b + a) don't end up as different expressions.
512
513       // Sort SCEVUnknown values with some loose heuristics. TODO: This is
514       // not as complete as it could be.
515       if (const SCEVUnknown *LU = dyn_cast<SCEVUnknown>(LHS)) {
516         const SCEVUnknown *RU = cast<SCEVUnknown>(RHS);
517
518         // Order pointer values after integer values. This helps SCEVExpander
519         // form GEPs.
520         if (LU->getType()->isPointerTy() && !RU->getType()->isPointerTy())
521           return false;
522         if (RU->getType()->isPointerTy() && !LU->getType()->isPointerTy())
523           return true;
524
525         // Compare getValueID values.
526         if (LU->getValue()->getValueID() != RU->getValue()->getValueID())
527           return LU->getValue()->getValueID() < RU->getValue()->getValueID();
528
529         // Sort arguments by their position.
530         if (const Argument *LA = dyn_cast<Argument>(LU->getValue())) {
531           const Argument *RA = cast<Argument>(RU->getValue());
532           return LA->getArgNo() < RA->getArgNo();
533         }
534
535         // For instructions, compare their loop depth, and their opcode.
536         // This is pretty loose.
537         if (Instruction *LV = dyn_cast<Instruction>(LU->getValue())) {
538           Instruction *RV = cast<Instruction>(RU->getValue());
539
540           // Compare loop depths.
541           if (LI->getLoopDepth(LV->getParent()) !=
542               LI->getLoopDepth(RV->getParent()))
543             return LI->getLoopDepth(LV->getParent()) <
544                    LI->getLoopDepth(RV->getParent());
545
546           // Compare opcodes.
547           if (LV->getOpcode() != RV->getOpcode())
548             return LV->getOpcode() < RV->getOpcode();
549
550           // Compare the number of operands.
551           if (LV->getNumOperands() != RV->getNumOperands())
552             return LV->getNumOperands() < RV->getNumOperands();
553         }
554
555         return false;
556       }
557
558       // Compare constant values.
559       if (const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
560         const SCEVConstant *RC = cast<SCEVConstant>(RHS);
561         if (LC->getValue()->getBitWidth() != RC->getValue()->getBitWidth())
562           return LC->getValue()->getBitWidth() < RC->getValue()->getBitWidth();
563         return LC->getValue()->getValue().ult(RC->getValue()->getValue());
564       }
565
566       // Compare addrec loop depths.
567       if (const SCEVAddRecExpr *LA = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
568         const SCEVAddRecExpr *RA = cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
569         if (LA->getLoop()->getLoopDepth() != RA->getLoop()->getLoopDepth())
570           return LA->getLoop()->getLoopDepth() < RA->getLoop()->getLoopDepth();
571       }
572
573       // Lexicographically compare n-ary expressions.
574       if (const SCEVNAryExpr *LC = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(LHS)) {
575         const SCEVNAryExpr *RC = cast<SCEVNAryExpr>(RHS);
576         for (unsigned i = 0, e = LC->getNumOperands(); i != e; ++i) {
577           if (i >= RC->getNumOperands())
578             return false;
579           if (operator()(LC->getOperand(i), RC->getOperand(i)))
580             return true;
581           if (operator()(RC->getOperand(i), LC->getOperand(i)))
582             return false;
583         }
584         return LC->getNumOperands() < RC->getNumOperands();
585       }
586
587       // Lexicographically compare udiv expressions.
588       if (const SCEVUDivExpr *LC = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(LHS)) {
589         const SCEVUDivExpr *RC = cast<SCEVUDivExpr>(RHS);
590         if (operator()(LC->getLHS(), RC->getLHS()))
591           return true;
592         if (operator()(RC->getLHS(), LC->getLHS()))
593           return false;
594         if (operator()(LC->getRHS(), RC->getRHS()))
595           return true;
596         if (operator()(RC->getRHS(), LC->getRHS()))
597           return false;
598         return false;
599       }
600
601       // Compare cast expressions by operand.
602       if (const SCEVCastExpr *LC = dyn_cast<SCEVCastExpr>(LHS)) {
603         const SCEVCastExpr *RC = cast<SCEVCastExpr>(RHS);
604         return operator()(LC->getOperand(), RC->getOperand());
605       }
606
607       llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
608       return false;
609     }
610   };
611 }
612
613 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
614 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
615 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
616 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
617 ///
618 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get deterministic
619 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
620 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
621 /// land in memory.
622 ///
623 static void GroupByComplexity(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
624                               LoopInfo *LI) {
625   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
626   if (Ops.size() == 2) {
627     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
628     // Special case it.
629     if (SCEVComplexityCompare(LI)(Ops[1], Ops[0]))
630       std::swap(Ops[0], Ops[1]);
631     return;
632   }
633
634   // Do the rough sort by complexity.
635   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare(LI));
636
637   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
638   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
639   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
640   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
641   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
642     const SCEV *S = Ops[i];
643     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
644
645     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
646     // one, group them.
647     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
648       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
649         // Move it to immediately after i'th element.
650         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
651         ++i;   // no need to rescan it.
652         if (i == e-2) return;  // Done!
653       }
654     }
655   }
656 }
657
658
659
660 //===----------------------------------------------------------------------===//
661 //                      Simple SCEV method implementations
662 //===----------------------------------------------------------------------===//
663
664 /// BinomialCoefficient - Compute BC(It, K).  The result has width W.
665 /// Assume, K > 0.
666 static const SCEV *BinomialCoefficient(const SCEV *It, unsigned K,
667                                        ScalarEvolution &SE,
668                                        const Type* ResultTy) {
669   // Handle the simplest case efficiently.
670   if (K == 1)
671     return SE.getTruncateOrZeroExtend(It, ResultTy);
672
673   // We are using the following formula for BC(It, K):
674   //
675   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / K!
676   //
677   // Suppose, W is the bitwidth of the return value.  We must be prepared for
678   // overflow.  Hence, we must assure that the result of our computation is
679   // equal to the accurate one modulo 2^W.  Unfortunately, division isn't
680   // safe in modular arithmetic.
681   //
682   // However, this code doesn't use exactly that formula; the formula it uses
683   // is something like the following, where T is the number of factors of 2 in
684   // K! (i.e. trailing zeros in the binary representation of K!), and ^ is
685   // exponentiation:
686   //
687   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / 2^T / (K! / 2^T)
688   //
689   // This formula is trivially equivalent to the previous formula.  However,
690   // this formula can be implemented much more efficiently.  The trick is that
691   // K! / 2^T is odd, and exact division by an odd number *is* safe in modular
692   // arithmetic.  To do exact division in modular arithmetic, all we have
693   // to do is multiply by the inverse.  Therefore, this step can be done at
694   // width W.
695   //
696   // The next issue is how to safely do the division by 2^T.  The way this
697   // is done is by doing the multiplication step at a width of at least W + T
698   // bits.  This way, the bottom W+T bits of the product are accurate. Then,
699   // when we perform the division by 2^T (which is equivalent to a right shift
700   // by T), the bottom W bits are accurate.  Extra bits are okay; they'll get
701   // truncated out after the division by 2^T.
702   //
703   // In comparison to just directly using the first formula, this technique
704   // is much more efficient; using the first formula requires W * K bits,
705   // but this formula less than W + K bits. Also, the first formula requires
706   // a division step, whereas this formula only requires multiplies and shifts.
707   //
708   // It doesn't matter whether the subtraction step is done in the calculation
709   // width or the input iteration count's width; if the subtraction overflows,
710   // the result must be zero anyway.  We prefer here to do it in the width of
711   // the induction variable because it helps a lot for certain cases; CodeGen
712   // isn't smart enough to ignore the overflow, which leads to much less
713   // efficient code if the width of the subtraction is wider than the native
714   // register width.
715   //
716   // (It's possible to not widen at all by pulling out factors of 2 before
717   // the multiplication; for example, K=2 can be calculated as
718   // It/2*(It+(It*INT_MIN/INT_MIN)+-1). However, it requires
719   // extra arithmetic, so it's not an obvious win, and it gets
720   // much more complicated for K > 3.)
721
722   // Protection from insane SCEVs; this bound is conservative,
723   // but it probably doesn't matter.
724   if (K > 1000)
725     return SE.getCouldNotCompute();
726
727   unsigned W = SE.getTypeSizeInBits(ResultTy);
728
729   // Calculate K! / 2^T and T; we divide out the factors of two before
730   // multiplying for calculating K! / 2^T to avoid overflow.
731   // Other overflow doesn't matter because we only care about the bottom
732   // W bits of the result.
733   APInt OddFactorial(W, 1);
734   unsigned T = 1;
735   for (unsigned i = 3; i <= K; ++i) {
736     APInt Mult(W, i);
737     unsigned TwoFactors = Mult.countTrailingZeros();
738     T += TwoFactors;
739     Mult = Mult.lshr(TwoFactors);
740     OddFactorial *= Mult;
741   }
742
743   // We need at least W + T bits for the multiplication step
744   unsigned CalculationBits = W + T;
745
746   // Calculate 2^T, at width T+W.
747   APInt DivFactor = APInt(CalculationBits, 1).shl(T);
748
749   // Calculate the multiplicative inverse of K! / 2^T;
750   // this multiplication factor will perform the exact division by
751   // K! / 2^T.
752   APInt Mod = APInt::getSignedMinValue(W+1);
753   APInt MultiplyFactor = OddFactorial.zext(W+1);
754   MultiplyFactor = MultiplyFactor.multiplicativeInverse(Mod);
755   MultiplyFactor = MultiplyFactor.trunc(W);
756
757   // Calculate the product, at width T+W
758   const IntegerType *CalculationTy = IntegerType::get(SE.getContext(),
759                                                       CalculationBits);
760   const SCEV *Dividend = SE.getTruncateOrZeroExtend(It, CalculationTy);
761   for (unsigned i = 1; i != K; ++i) {
762     const SCEV *S = SE.getMinusSCEV(It, SE.getIntegerSCEV(i, It->getType()));
763     Dividend = SE.getMulExpr(Dividend,
764                              SE.getTruncateOrZeroExtend(S, CalculationTy));
765   }
766
767   // Divide by 2^T
768   const SCEV *DivResult = SE.getUDivExpr(Dividend, SE.getConstant(DivFactor));
769
770   // Truncate the result, and divide by K! / 2^T.
771
772   return SE.getMulExpr(SE.getConstant(MultiplyFactor),
773                        SE.getTruncateOrZeroExtend(DivResult, ResultTy));
774 }
775
776 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
777 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
778 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
779 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
780 ///
781 ///   A*BC(It, 0) + B*BC(It, 1) + C*BC(It, 2) + D*BC(It, 3)
782 ///
783 /// where BC(It, k) stands for binomial coefficient.
784 ///
785 const SCEV *SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(const SCEV *It,
786                                                 ScalarEvolution &SE) const {
787   const SCEV *Result = getStart();
788   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
789     // The computation is correct in the face of overflow provided that the
790     // multiplication is performed _after_ the evaluation of the binomial
791     // coefficient.
792     const SCEV *Coeff = BinomialCoefficient(It, i, SE, getType());
793     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Coeff))
794       return Coeff;
795
796     Result = SE.getAddExpr(Result, SE.getMulExpr(getOperand(i), Coeff));
797   }
798   return Result;
799 }
800
801 //===----------------------------------------------------------------------===//
802 //                    SCEV Expression folder implementations
803 //===----------------------------------------------------------------------===//
804
805 const SCEV *ScalarEvolution::getTruncateExpr(const SCEV *Op,
806                                              const Type *Ty) {
807   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) > getTypeSizeInBits(Ty) &&
808          "This is not a truncating conversion!");
809   assert(isSCEVable(Ty) &&
810          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
811   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
812
813   FoldingSetNodeID ID;
814   ID.AddInteger(scTruncate);
815   ID.AddPointer(Op);
816   ID.AddPointer(Ty);
817   void *IP = 0;
818   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
819
820   // Fold if the operand is constant.
821   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
822     return getConstant(
823       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(), Ty)));
824
825   // trunc(trunc(x)) --> trunc(x)
826   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op))
827     return getTruncateExpr(ST->getOperand(), Ty);
828
829   // trunc(sext(x)) --> sext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
830   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
831     return getTruncateOrSignExtend(SS->getOperand(), Ty);
832
833   // trunc(zext(x)) --> zext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
834   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
835     return getTruncateOrZeroExtend(SZ->getOperand(), Ty);
836
837   // If the input value is a chrec scev, truncate the chrec's operands.
838   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
839     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
840     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
841       Operands.push_back(getTruncateExpr(AddRec->getOperand(i), Ty));
842     return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop());
843   }
844
845   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
846   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
847   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
848   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVTruncateExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
849                                                  Op, Ty);
850   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
851   return S;
852 }
853
854 const SCEV *ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEV *Op,
855                                                const Type *Ty) {
856   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
857          "This is not an extending conversion!");
858   assert(isSCEVable(Ty) &&
859          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
860   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
861
862   // Fold if the operand is constant.
863   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op)) {
864     const Type *IntTy = getEffectiveSCEVType(Ty);
865     Constant *C = ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(), IntTy);
866     if (IntTy != Ty) C = ConstantExpr::getIntToPtr(C, Ty);
867     return getConstant(cast<ConstantInt>(C));
868   }
869
870   // zext(zext(x)) --> zext(x)
871   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
872     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
873
874   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
875   // computed a SCEV for this Op and Ty.
876   FoldingSetNodeID ID;
877   ID.AddInteger(scZeroExtend);
878   ID.AddPointer(Op);
879   ID.AddPointer(Ty);
880   void *IP = 0;
881   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
882
883   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
884   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
885   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
886   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
887   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
888     if (AR->isAffine()) {
889       const SCEV *Start = AR->getStart();
890       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
891       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
892       const Loop *L = AR->getLoop();
893
894       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
895       // we don't need to do any further analysis.
896       if (AR->hasNoUnsignedWrap())
897         return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
898                              getZeroExtendExpr(Step, Ty),
899                              L);
900
901       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
902       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
903       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
904       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
905       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
906       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
907       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
908       // that value once it has finished.
909       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
910       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
911         // Manually compute the final value for AR, checking for
912         // overflow.
913
914         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
915         // the addrec's type. The count is always unsigned.
916         const SCEV *CastedMaxBECount =
917           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
918         const SCEV *RecastedMaxBECount =
919           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
920         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
921           const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
922           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no unsigned overflow.
923           const SCEV *ZMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
924           const SCEV *Add = getAddExpr(Start, ZMul);
925           const SCEV *OperandExtendedAdd =
926             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
927                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
928                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
929           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
930             // Return the expression with the addrec on the outside.
931             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
932                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
933                                  L);
934
935           // Similar to above, only this time treat the step value as signed.
936           // This covers loops that count down.
937           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
938           Add = getAddExpr(Start, SMul);
939           OperandExtendedAdd =
940             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
941                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
942                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
943           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
944             // Return the expression with the addrec on the outside.
945             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
946                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
947                                  L);
948         }
949
950         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
951         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
952         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
953         // with the post-inc value, the addrec is safe.
954         if (isKnownPositive(Step)) {
955           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMinValue(BitWidth) -
956                                       getUnsignedRange(Step).getUnsignedMax());
957           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, AR, N) ||
958               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, Start, N) &&
959                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT,
960                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
961             // Return the expression with the addrec on the outside.
962             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
963                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
964                                  L);
965         } else if (isKnownNegative(Step)) {
966           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth) -
967                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
968           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, AR, N) &&
969               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, Start, N) ||
970                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT,
971                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
972             // Return the expression with the addrec on the outside.
973             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
974                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
975                                  L);
976         }
977       }
978     }
979
980   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
981   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
982   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
983   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVZeroExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
984                                                    Op, Ty);
985   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
986   return S;
987 }
988
989 const SCEV *ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEV *Op,
990                                                const Type *Ty) {
991   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
992          "This is not an extending conversion!");
993   assert(isSCEVable(Ty) &&
994          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
995   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
996
997   // Fold if the operand is constant.
998   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op)) {
999     const Type *IntTy = getEffectiveSCEVType(Ty);
1000     Constant *C = ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(), IntTy);
1001     if (IntTy != Ty) C = ConstantExpr::getIntToPtr(C, Ty);
1002     return getConstant(cast<ConstantInt>(C));
1003   }
1004
1005   // sext(sext(x)) --> sext(x)
1006   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
1007     return getSignExtendExpr(SS->getOperand(), Ty);
1008
1009   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
1010   // computed a SCEV for this Op and Ty.
1011   FoldingSetNodeID ID;
1012   ID.AddInteger(scSignExtend);
1013   ID.AddPointer(Op);
1014   ID.AddPointer(Ty);
1015   void *IP = 0;
1016   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1017
1018   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
1019   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
1020   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
1021   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
1022   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
1023     if (AR->isAffine()) {
1024       const SCEV *Start = AR->getStart();
1025       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
1026       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
1027       const Loop *L = AR->getLoop();
1028
1029       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
1030       // we don't need to do any further analysis.
1031       if (AR->hasNoSignedWrap())
1032         return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1033                              getSignExtendExpr(Step, Ty),
1034                              L);
1035
1036       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
1037       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
1038       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
1039       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
1040       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
1041       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
1042       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
1043       // that value once it has finished.
1044       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
1045       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
1046         // Manually compute the final value for AR, checking for
1047         // overflow.
1048
1049         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
1050         // the addrec's type. The count is always unsigned.
1051         const SCEV *CastedMaxBECount =
1052           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
1053         const SCEV *RecastedMaxBECount =
1054           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
1055         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
1056           const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
1057           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no signed overflow.
1058           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1059           const SCEV *Add = getAddExpr(Start, SMul);
1060           const SCEV *OperandExtendedAdd =
1061             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
1062                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1063                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
1064           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
1065             // Return the expression with the addrec on the outside.
1066             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1067                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1068                                  L);
1069
1070           // Similar to above, only this time treat the step value as unsigned.
1071           // This covers loops that count up with an unsigned step.
1072           const SCEV *UMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1073           Add = getAddExpr(Start, UMul);
1074           OperandExtendedAdd =
1075             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
1076                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1077                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
1078           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
1079             // Return the expression with the addrec on the outside.
1080             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1081                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
1082                                  L);
1083         }
1084
1085         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
1086         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
1087         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
1088         // with the post-inc value, the addrec is safe.
1089         if (isKnownPositive(Step)) {
1090           const SCEV *N = getConstant(APInt::getSignedMinValue(BitWidth) -
1091                                       getSignedRange(Step).getSignedMax());
1092           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT, AR, N) ||
1093               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT, Start, N) &&
1094                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT,
1095                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
1096             // Return the expression with the addrec on the outside.
1097             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1098                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1099                                  L);
1100         } else if (isKnownNegative(Step)) {
1101           const SCEV *N = getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth) -
1102                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
1103           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT, AR, N) ||
1104               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT, Start, N) &&
1105                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT,
1106                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
1107             // Return the expression with the addrec on the outside.
1108             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1109                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1110                                  L);
1111         }
1112       }
1113     }
1114
1115   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
1116   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
1117   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1118   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSignExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1119                                                    Op, Ty);
1120   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1121   return S;
1122 }
1123
1124 /// getAnyExtendExpr - Return a SCEV for the given operand extended with
1125 /// unspecified bits out to the given type.
1126 ///
1127 const SCEV *ScalarEvolution::getAnyExtendExpr(const SCEV *Op,
1128                                               const Type *Ty) {
1129   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1130          "This is not an extending conversion!");
1131   assert(isSCEVable(Ty) &&
1132          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1133   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1134
1135   // Sign-extend negative constants.
1136   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1137     if (SC->getValue()->getValue().isNegative())
1138       return getSignExtendExpr(Op, Ty);
1139
1140   // Peel off a truncate cast.
1141   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1142     const SCEV *NewOp = T->getOperand();
1143     if (getTypeSizeInBits(NewOp->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty))
1144       return getAnyExtendExpr(NewOp, Ty);
1145     return getTruncateOrNoop(NewOp, Ty);
1146   }
1147
1148   // Next try a zext cast. If the cast is folded, use it.
1149   const SCEV *ZExt = getZeroExtendExpr(Op, Ty);
1150   if (!isa<SCEVZeroExtendExpr>(ZExt))
1151     return ZExt;
1152
1153   // Next try a sext cast. If the cast is folded, use it.
1154   const SCEV *SExt = getSignExtendExpr(Op, Ty);
1155   if (!isa<SCEVSignExtendExpr>(SExt))
1156     return SExt;
1157
1158   // Force the cast to be folded into the operands of an addrec.
1159   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
1160     SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
1161     for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = AR->op_begin(), E = AR->op_end();
1162          I != E; ++I)
1163       Ops.push_back(getAnyExtendExpr(*I, Ty));
1164     return getAddRecExpr(Ops, AR->getLoop());
1165   }
1166
1167   // If the expression is obviously signed, use the sext cast value.
1168   if (isa<SCEVSMaxExpr>(Op))
1169     return SExt;
1170
1171   // Absent any other information, use the zext cast value.
1172   return ZExt;
1173 }
1174
1175 /// CollectAddOperandsWithScales - Process the given Ops list, which is
1176 /// a list of operands to be added under the given scale, update the given
1177 /// map. This is a helper function for getAddRecExpr. As an example of
1178 /// what it does, given a sequence of operands that would form an add
1179 /// expression like this:
1180 ///
1181 ///    m + n + 13 + (A * (o + p + (B * q + m + 29))) + r + (-1 * r)
1182 ///
1183 /// where A and B are constants, update the map with these values:
1184 ///
1185 ///    (m, 1+A*B), (n, 1), (o, A), (p, A), (q, A*B), (r, 0)
1186 ///
1187 /// and add 13 + A*B*29 to AccumulatedConstant.
1188 /// This will allow getAddRecExpr to produce this:
1189 ///
1190 ///    13+A*B*29 + n + (m * (1+A*B)) + ((o + p) * A) + (q * A*B)
1191 ///
1192 /// This form often exposes folding opportunities that are hidden in
1193 /// the original operand list.
1194 ///
1195 /// Return true iff it appears that any interesting folding opportunities
1196 /// may be exposed. This helps getAddRecExpr short-circuit extra work in
1197 /// the common case where no interesting opportunities are present, and
1198 /// is also used as a check to avoid infinite recursion.
1199 ///
1200 static bool
1201 CollectAddOperandsWithScales(DenseMap<const SCEV *, APInt> &M,
1202                              SmallVector<const SCEV *, 8> &NewOps,
1203                              APInt &AccumulatedConstant,
1204                              const SCEV *const *Ops, size_t NumOperands,
1205                              const APInt &Scale,
1206                              ScalarEvolution &SE) {
1207   bool Interesting = false;
1208
1209   // Iterate over the add operands.
1210   for (unsigned i = 0, e = NumOperands; i != e; ++i) {
1211     const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i]);
1212     if (Mul && isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
1213       APInt NewScale =
1214         Scale * cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))->getValue()->getValue();
1215       if (Mul->getNumOperands() == 2 && isa<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1))) {
1216         // A multiplication of a constant with another add; recurse.
1217         const SCEVAddExpr *Add = cast<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1));
1218         Interesting |=
1219           CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1220                                        Add->op_begin(), Add->getNumOperands(),
1221                                        NewScale, SE);
1222       } else {
1223         // A multiplication of a constant with some other value. Update
1224         // the map.
1225         SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
1226         const SCEV *Key = SE.getMulExpr(MulOps);
1227         std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1228           M.insert(std::make_pair(Key, NewScale));
1229         if (Pair.second) {
1230           NewOps.push_back(Pair.first->first);
1231         } else {
1232           Pair.first->second += NewScale;
1233           // The map already had an entry for this value, which may indicate
1234           // a folding opportunity.
1235           Interesting = true;
1236         }
1237       }
1238     } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1239       // Pull a buried constant out to the outside.
1240       if (Scale != 1 || AccumulatedConstant != 0 || C->isZero())
1241         Interesting = true;
1242       AccumulatedConstant += Scale * C->getValue()->getValue();
1243     } else {
1244       // An ordinary operand. Update the map.
1245       std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1246         M.insert(std::make_pair(Ops[i], Scale));
1247       if (Pair.second) {
1248         NewOps.push_back(Pair.first->first);
1249       } else {
1250         Pair.first->second += Scale;
1251         // The map already had an entry for this value, which may indicate
1252         // a folding opportunity.
1253         Interesting = true;
1254       }
1255     }
1256   }
1257
1258   return Interesting;
1259 }
1260
1261 namespace {
1262   struct APIntCompare {
1263     bool operator()(const APInt &LHS, const APInt &RHS) const {
1264       return LHS.ult(RHS);
1265     }
1266   };
1267 }
1268
1269 /// getAddExpr - Get a canonical add expression, or something simpler if
1270 /// possible.
1271 const SCEV *ScalarEvolution::getAddExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1272                                         bool HasNUW, bool HasNSW) {
1273   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
1274   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1275 #ifndef NDEBUG
1276   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1277     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1278            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1279            "SCEVAddExpr operand types don't match!");
1280 #endif
1281
1282   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1283   if (!HasNUW && HasNSW) {
1284     bool All = true;
1285     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1286       if (!isKnownNonNegative(Ops[i])) {
1287         All = false;
1288         break;
1289       }
1290     if (All) HasNUW = true;
1291   }
1292
1293   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1294   GroupByComplexity(Ops, LI);
1295
1296   // If there are any constants, fold them together.
1297   unsigned Idx = 0;
1298   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1299     ++Idx;
1300     assert(Idx < Ops.size());
1301     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1302       // We found two constants, fold them together!
1303       Ops[0] = getConstant(LHSC->getValue()->getValue() +
1304                            RHSC->getValue()->getValue());
1305       if (Ops.size() == 2) return Ops[0];
1306       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1307       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1308     }
1309
1310     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
1311     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
1312       Ops.erase(Ops.begin());
1313       --Idx;
1314     }
1315   }
1316
1317   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1318
1319   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1320   // so, merge them together into an multiply expression.  Since we sorted the
1321   // list, these values are required to be adjacent.
1322   const Type *Ty = Ops[0]->getType();
1323   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1324     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
1325       // Found a match, merge the two values into a multiply, and add any
1326       // remaining values to the result.
1327       const SCEV *Two = getIntegerSCEV(2, Ty);
1328       const SCEV *Mul = getMulExpr(Ops[i], Two);
1329       if (Ops.size() == 2)
1330         return Mul;
1331       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
1332       Ops.push_back(Mul);
1333       return getAddExpr(Ops, HasNUW, HasNSW);
1334     }
1335
1336   // Check for truncates. If all the operands are truncated from the same
1337   // type, see if factoring out the truncate would permit the result to be
1338   // folded. eg., trunc(x) + m*trunc(n) --> trunc(x + trunc(m)*n)
1339   // if the contents of the resulting outer trunc fold to something simple.
1340   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1341     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]);
1342     const Type *DstType = Trunc->getType();
1343     const Type *SrcType = Trunc->getOperand()->getType();
1344     SmallVector<const SCEV *, 8> LargeOps;
1345     bool Ok = true;
1346     // Check all the operands to see if they can be represented in the
1347     // source type of the truncate.
1348     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1349       if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[i])) {
1350         if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1351           Ok = false;
1352           break;
1353         }
1354         LargeOps.push_back(T->getOperand());
1355       } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1356         // This could be either sign or zero extension, but sign extension
1357         // is much more likely to be foldable here.
1358         LargeOps.push_back(getSignExtendExpr(C, SrcType));
1359       } else if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i])) {
1360         SmallVector<const SCEV *, 8> LargeMulOps;
1361         for (unsigned j = 0, f = M->getNumOperands(); j != f && Ok; ++j) {
1362           if (const SCEVTruncateExpr *T =
1363                 dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(M->getOperand(j))) {
1364             if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1365               Ok = false;
1366               break;
1367             }
1368             LargeMulOps.push_back(T->getOperand());
1369           } else if (const SCEVConstant *C =
1370                        dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(j))) {
1371             // This could be either sign or zero extension, but sign extension
1372             // is much more likely to be foldable here.
1373             LargeMulOps.push_back(getSignExtendExpr(C, SrcType));
1374           } else {
1375             Ok = false;
1376             break;
1377           }
1378         }
1379         if (Ok)
1380           LargeOps.push_back(getMulExpr(LargeMulOps));
1381       } else {
1382         Ok = false;
1383         break;
1384       }
1385     }
1386     if (Ok) {
1387       // Evaluate the expression in the larger type.
1388       const SCEV *Fold = getAddExpr(LargeOps, HasNUW, HasNSW);
1389       // If it folds to something simple, use it. Otherwise, don't.
1390       if (isa<SCEVConstant>(Fold) || isa<SCEVUnknown>(Fold))
1391         return getTruncateExpr(Fold, DstType);
1392     }
1393   }
1394
1395   // Skip past any other cast SCEVs.
1396   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
1397     ++Idx;
1398
1399   // If there are add operands they would be next.
1400   if (Idx < Ops.size()) {
1401     bool DeletedAdd = false;
1402     while (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
1403       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
1404       // list.
1405       Ops.insert(Ops.end(), Add->op_begin(), Add->op_end());
1406       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1407       DeletedAdd = true;
1408     }
1409
1410     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
1411     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1412     // any operands we just acquired.
1413     if (DeletedAdd)
1414       return getAddExpr(Ops);
1415   }
1416
1417   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1418   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1419     ++Idx;
1420
1421   // Check to see if there are any folding opportunities present with
1422   // operands multiplied by constant values.
1423   if (Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1424     uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(Ty);
1425     DenseMap<const SCEV *, APInt> M;
1426     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
1427     APInt AccumulatedConstant(BitWidth, 0);
1428     if (CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1429                                      Ops.data(), Ops.size(),
1430                                      APInt(BitWidth, 1), *this)) {
1431       // Some interesting folding opportunity is present, so its worthwhile to
1432       // re-generate the operands list. Group the operands by constant scale,
1433       // to avoid multiplying by the same constant scale multiple times.
1434       std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare> MulOpLists;
1435       for (SmallVector<const SCEV *, 8>::iterator I = NewOps.begin(),
1436            E = NewOps.end(); I != E; ++I)
1437         MulOpLists[M.find(*I)->second].push_back(*I);
1438       // Re-generate the operands list.
1439       Ops.clear();
1440       if (AccumulatedConstant != 0)
1441         Ops.push_back(getConstant(AccumulatedConstant));
1442       for (std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare>::iterator
1443            I = MulOpLists.begin(), E = MulOpLists.end(); I != E; ++I)
1444         if (I->first != 0)
1445           Ops.push_back(getMulExpr(getConstant(I->first),
1446                                    getAddExpr(I->second)));
1447       if (Ops.empty())
1448         return getIntegerSCEV(0, Ty);
1449       if (Ops.size() == 1)
1450         return Ops[0];
1451       return getAddExpr(Ops);
1452     }
1453   }
1454
1455   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
1456   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
1457   // the multiply.
1458   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1459     const SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
1460     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
1461       const SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
1462       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
1463         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp] && !isa<SCEVConstant>(Ops[AddOp])) {
1464           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
1465           const SCEV *InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1466           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1467             // If the multiply has more than two operands, we must get the
1468             // Y*Z term.
1469             SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1470             MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
1471             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
1472           }
1473           const SCEV *One = getIntegerSCEV(1, Ty);
1474           const SCEV *AddOne = getAddExpr(InnerMul, One);
1475           const SCEV *OuterMul = getMulExpr(AddOne, Ops[AddOp]);
1476           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1477           if (AddOp < Idx) {
1478             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
1479             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
1480           } else {
1481             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1482             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
1483           }
1484           Ops.push_back(OuterMul);
1485           return getAddExpr(Ops);
1486         }
1487
1488       // Check this multiply against other multiplies being added together.
1489       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
1490            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1491            ++OtherMulIdx) {
1492         const SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1493         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
1494         // together.
1495         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
1496              OMulOp != e; ++OMulOp)
1497           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
1498             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
1499             const SCEV *InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1500             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1501               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
1502                                                   Mul->op_end());
1503               MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
1504               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
1505             }
1506             const SCEV *InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
1507             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
1508               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(OtherMul->op_begin(),
1509                                                   OtherMul->op_end());
1510               MulOps.erase(MulOps.begin()+OMulOp);
1511               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
1512             }
1513             const SCEV *InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
1514             const SCEV *OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
1515             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1516             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1517             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
1518             Ops.push_back(OuterMul);
1519             return getAddExpr(Ops);
1520           }
1521       }
1522     }
1523   }
1524
1525   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1526   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1527   // recurrence.
1528   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1529     ++Idx;
1530
1531   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1532   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1533     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
1534     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1535     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
1536     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1537     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1538       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
1539         LIOps.push_back(Ops[i]);
1540         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1541         --i; --e;
1542       }
1543
1544     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1545     if (!LIOps.empty()) {
1546       //  NLI + LI + {Start,+,Step}  -->  NLI + {LI+Start,+,Step}
1547       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
1548
1549       SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
1550                                              AddRec->op_end());
1551       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
1552
1553       // It's tempting to propagate NUW/NSW flags here, but nuw/nsw addition
1554       // is not associative so this isn't necessarily safe.
1555       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRec->getLoop());
1556
1557       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1558       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1559
1560       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-liv parts.
1561       for (unsigned i = 0;; ++i)
1562         if (Ops[i] == AddRec) {
1563           Ops[i] = NewRec;
1564           break;
1565         }
1566       return getAddExpr(Ops);
1567     }
1568
1569     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1570     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1571     // added together.  If so, we can fold them.
1572     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1573          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1574       if (OtherIdx != Idx) {
1575         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1576         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
1577           // Other + {A,+,B} + {C,+,D}  -->  Other + {A+C,+,B+D}
1578           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(AddRec->op_begin(),
1579                                               AddRec->op_end());
1580           for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1581             if (i >= NewOps.size()) {
1582               NewOps.insert(NewOps.end(), OtherAddRec->op_begin()+i,
1583                             OtherAddRec->op_end());
1584               break;
1585             }
1586             NewOps[i] = getAddExpr(NewOps[i], OtherAddRec->getOperand(i));
1587           }
1588           const SCEV *NewAddRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop());
1589
1590           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1591
1592           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1593           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1594           Ops.push_back(NewAddRec);
1595           return getAddExpr(Ops);
1596         }
1597       }
1598
1599     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1600     // next one.
1601   }
1602
1603   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
1604   // already have one, otherwise create a new one.
1605   FoldingSetNodeID ID;
1606   ID.AddInteger(scAddExpr);
1607   ID.AddInteger(Ops.size());
1608   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1609     ID.AddPointer(Ops[i]);
1610   void *IP = 0;
1611   SCEVAddExpr *S =
1612     static_cast<SCEVAddExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
1613   if (!S) {
1614     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
1615     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
1616     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1617                                         O, Ops.size());
1618     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1619   }
1620   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
1621   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
1622   return S;
1623 }
1624
1625 /// getMulExpr - Get a canonical multiply expression, or something simpler if
1626 /// possible.
1627 const SCEV *ScalarEvolution::getMulExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1628                                         bool HasNUW, bool HasNSW) {
1629   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
1630   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1631 #ifndef NDEBUG
1632   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1633     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1634            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1635            "SCEVMulExpr operand types don't match!");
1636 #endif
1637
1638   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1639   if (!HasNUW && HasNSW) {
1640     bool All = true;
1641     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1642       if (!isKnownNonNegative(Ops[i])) {
1643         All = false;
1644         break;
1645       }
1646     if (All) HasNUW = true;
1647   }
1648
1649   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1650   GroupByComplexity(Ops, LI);
1651
1652   // If there are any constants, fold them together.
1653   unsigned Idx = 0;
1654   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1655
1656     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
1657     if (Ops.size() == 2)
1658       if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
1659         if (Add->getNumOperands() == 2 &&
1660             isa<SCEVConstant>(Add->getOperand(0)))
1661           return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
1662                             getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
1663
1664     ++Idx;
1665     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1666       // We found two constants, fold them together!
1667       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
1668                                            LHSC->getValue()->getValue() *
1669                                            RHSC->getValue()->getValue());
1670       Ops[0] = getConstant(Fold);
1671       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1672       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1673       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1674     }
1675
1676     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
1677     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
1678       Ops.erase(Ops.begin());
1679       --Idx;
1680     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
1681       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
1682       return Ops[0];
1683     } else if (Ops[0]->isAllOnesValue()) {
1684       // If we have a mul by -1 of an add, try distributing the -1 among the
1685       // add operands.
1686       if (Ops.size() == 2)
1687         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1])) {
1688           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
1689           bool AnyFolded = false;
1690           for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
1691                I != E; ++I) {
1692             const SCEV *Mul = getMulExpr(Ops[0], *I);
1693             if (!isa<SCEVMulExpr>(Mul)) AnyFolded = true;
1694             NewOps.push_back(Mul);
1695           }
1696           if (AnyFolded)
1697             return getAddExpr(NewOps);
1698         }
1699     }
1700   }
1701
1702   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1703   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1704     ++Idx;
1705
1706   if (Ops.size() == 1)
1707     return Ops[0];
1708
1709   // If there are mul operands inline them all into this expression.
1710   if (Idx < Ops.size()) {
1711     bool DeletedMul = false;
1712     while (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1713       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
1714       // list.
1715       Ops.insert(Ops.end(), Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1716       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1717       DeletedMul = true;
1718     }
1719
1720     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
1721     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1722     // any operands we just acquired.
1723     if (DeletedMul)
1724       return getMulExpr(Ops);
1725   }
1726
1727   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1728   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1729   // recurrence.
1730   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1731     ++Idx;
1732
1733   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1734   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1735     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
1736     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1737     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
1738     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1739     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1740       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
1741         LIOps.push_back(Ops[i]);
1742         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1743         --i; --e;
1744       }
1745
1746     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1747     if (!LIOps.empty()) {
1748       //  NLI * LI * {Start,+,Step}  -->  NLI * {LI*Start,+,LI*Step}
1749       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
1750       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
1751       if (LIOps.size() == 1) {
1752         const SCEV *Scale = LIOps[0];
1753         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
1754           NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
1755       } else {
1756         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1757           SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(LIOps.begin(), LIOps.end());
1758           MulOps.push_back(AddRec->getOperand(i));
1759           NewOps.push_back(getMulExpr(MulOps));
1760         }
1761       }
1762
1763       // It's tempting to propagate the NSW flag here, but nsw multiplication
1764       // is not associative so this isn't necessarily safe.
1765       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop(),
1766                                          HasNUW && AddRec->hasNoUnsignedWrap(),
1767                                          /*HasNSW=*/false);
1768
1769       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1770       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1771
1772       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-liv parts.
1773       for (unsigned i = 0;; ++i)
1774         if (Ops[i] == AddRec) {
1775           Ops[i] = NewRec;
1776           break;
1777         }
1778       return getMulExpr(Ops);
1779     }
1780
1781     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1782     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1783     // multiplied together.  If so, we can fold them.
1784     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1785          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1786       if (OtherIdx != Idx) {
1787         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1788         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
1789           // F * G  -->  {A,+,B} * {C,+,D}  -->  {A*C,+,F*D + G*B + B*D}
1790           const SCEVAddRecExpr *F = AddRec, *G = OtherAddRec;
1791           const SCEV *NewStart = getMulExpr(F->getStart(),
1792                                                  G->getStart());
1793           const SCEV *B = F->getStepRecurrence(*this);
1794           const SCEV *D = G->getStepRecurrence(*this);
1795           const SCEV *NewStep = getAddExpr(getMulExpr(F, D),
1796                                           getMulExpr(G, B),
1797                                           getMulExpr(B, D));
1798           const SCEV *NewAddRec = getAddRecExpr(NewStart, NewStep,
1799                                                F->getLoop());
1800           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1801
1802           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1803           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1804           Ops.push_back(NewAddRec);
1805           return getMulExpr(Ops);
1806         }
1807       }
1808
1809     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1810     // next one.
1811   }
1812
1813   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
1814   // already have one, otherwise create a new one.
1815   FoldingSetNodeID ID;
1816   ID.AddInteger(scMulExpr);
1817   ID.AddInteger(Ops.size());
1818   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1819     ID.AddPointer(Ops[i]);
1820   void *IP = 0;
1821   SCEVMulExpr *S =
1822     static_cast<SCEVMulExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
1823   if (!S) {
1824     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
1825     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
1826     S = new (SCEVAllocator) SCEVMulExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1827                                         O, Ops.size());
1828     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1829   }
1830   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
1831   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
1832   return S;
1833 }
1834
1835 /// getUDivExpr - Get a canonical unsigned division expression, or something
1836 /// simpler if possible.
1837 const SCEV *ScalarEvolution::getUDivExpr(const SCEV *LHS,
1838                                          const SCEV *RHS) {
1839   assert(getEffectiveSCEVType(LHS->getType()) ==
1840          getEffectiveSCEVType(RHS->getType()) &&
1841          "SCEVUDivExpr operand types don't match!");
1842
1843   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
1844     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
1845       return LHS;                               // X udiv 1 --> x
1846     if (RHSC->isZero())
1847       return getIntegerSCEV(0, LHS->getType()); // value is undefined
1848
1849     // Determine if the division can be folded into the operands of
1850     // its operands.
1851     // TODO: Generalize this to non-constants by using known-bits information.
1852     const Type *Ty = LHS->getType();
1853     unsigned LZ = RHSC->getValue()->getValue().countLeadingZeros();
1854     unsigned MaxShiftAmt = getTypeSizeInBits(Ty) - LZ;
1855     // For non-power-of-two values, effectively round the value up to the
1856     // nearest power of two.
1857     if (!RHSC->getValue()->getValue().isPowerOf2())
1858       ++MaxShiftAmt;
1859     const IntegerType *ExtTy =
1860       IntegerType::get(getContext(), getTypeSizeInBits(Ty) + MaxShiftAmt);
1861     // {X,+,N}/C --> {X/C,+,N/C} if safe and N/C can be folded.
1862     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
1863       if (const SCEVConstant *Step =
1864             dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*this)))
1865         if (!Step->getValue()->getValue()
1866               .urem(RHSC->getValue()->getValue()) &&
1867             getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
1868             getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
1869                           getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
1870                           AR->getLoop())) {
1871           SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1872           for (unsigned i = 0, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
1873             Operands.push_back(getUDivExpr(AR->getOperand(i), RHS));
1874           return getAddRecExpr(Operands, AR->getLoop());
1875         }
1876     // (A*B)/C --> A*(B/C) if safe and B/C can be folded.
1877     if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
1878       SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1879       for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i)
1880         Operands.push_back(getZeroExtendExpr(M->getOperand(i), ExtTy));
1881       if (getZeroExtendExpr(M, ExtTy) == getMulExpr(Operands))
1882         // Find an operand that's safely divisible.
1883         for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1884           const SCEV *Op = M->getOperand(i);
1885           const SCEV *Div = getUDivExpr(Op, RHSC);
1886           if (!isa<SCEVUDivExpr>(Div) && getMulExpr(Div, RHSC) == Op) {
1887             Operands = SmallVector<const SCEV *, 4>(M->op_begin(), M->op_end());
1888             Operands[i] = Div;
1889             return getMulExpr(Operands);
1890           }
1891         }
1892     }
1893     // (A+B)/C --> (A/C + B/C) if safe and A/C and B/C can be folded.
1894     if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
1895       SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1896       for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i)
1897         Operands.push_back(getZeroExtendExpr(A->getOperand(i), ExtTy));
1898       if (getZeroExtendExpr(A, ExtTy) == getAddExpr(Operands)) {
1899         Operands.clear();
1900         for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1901           const SCEV *Op = getUDivExpr(A->getOperand(i), RHS);
1902           if (isa<SCEVUDivExpr>(Op) || getMulExpr(Op, RHS) != A->getOperand(i))
1903             break;
1904           Operands.push_back(Op);
1905         }
1906         if (Operands.size() == A->getNumOperands())
1907           return getAddExpr(Operands);
1908       }
1909     }
1910
1911     // Fold if both operands are constant.
1912     if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
1913       Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
1914       Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
1915       return getConstant(cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getUDiv(LHSCV,
1916                                                                  RHSCV)));
1917     }
1918   }
1919
1920   FoldingSetNodeID ID;
1921   ID.AddInteger(scUDivExpr);
1922   ID.AddPointer(LHS);
1923   ID.AddPointer(RHS);
1924   void *IP = 0;
1925   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1926   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUDivExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1927                                              LHS, RHS);
1928   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1929   return S;
1930 }
1931
1932
1933 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
1934 /// Simplify the expression as much as possible.
1935 const SCEV *ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEV *Start,
1936                                            const SCEV *Step, const Loop *L,
1937                                            bool HasNUW, bool HasNSW) {
1938   SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1939   Operands.push_back(Start);
1940   if (const SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
1941     if (StepChrec->getLoop() == L) {
1942       Operands.insert(Operands.end(), StepChrec->op_begin(),
1943                       StepChrec->op_end());
1944       return getAddRecExpr(Operands, L);
1945     }
1946
1947   Operands.push_back(Step);
1948   return getAddRecExpr(Operands, L, HasNUW, HasNSW);
1949 }
1950
1951 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
1952 /// Simplify the expression as much as possible.
1953 const SCEV *
1954 ScalarEvolution::getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
1955                                const Loop *L,
1956                                bool HasNUW, bool HasNSW) {
1957   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
1958 #ifndef NDEBUG
1959   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
1960     assert(getEffectiveSCEVType(Operands[i]->getType()) ==
1961            getEffectiveSCEVType(Operands[0]->getType()) &&
1962            "SCEVAddRecExpr operand types don't match!");
1963 #endif
1964
1965   if (Operands.back()->isZero()) {
1966     Operands.pop_back();
1967     return getAddRecExpr(Operands, L, HasNUW, HasNSW); // {X,+,0}  -->  X
1968   }
1969
1970   // It's tempting to want to call getMaxBackedgeTakenCount count here and
1971   // use that information to infer NUW and NSW flags. However, computing a
1972   // BE count requires calling getAddRecExpr, so we may not yet have a
1973   // meaningful BE count at this point (and if we don't, we'd be stuck
1974   // with a SCEVCouldNotCompute as the cached BE count).
1975
1976   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1977   if (!HasNUW && HasNSW) {
1978     bool All = true;
1979     for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
1980       if (!isKnownNonNegative(Operands[i])) {
1981         All = false;
1982         break;
1983       }
1984     if (All) HasNUW = true;
1985   }
1986
1987   // Canonicalize nested AddRecs in by nesting them in order of loop depth.
1988   if (const SCEVAddRecExpr *NestedAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Operands[0])) {
1989     const Loop *NestedLoop = NestedAR->getLoop();
1990     if (L->contains(NestedLoop->getHeader()) ?
1991         (L->getLoopDepth() < NestedLoop->getLoopDepth()) :
1992         (!NestedLoop->contains(L->getHeader()) &&
1993          DT->dominates(L->getHeader(), NestedLoop->getHeader()))) {
1994       SmallVector<const SCEV *, 4> NestedOperands(NestedAR->op_begin(),
1995                                                   NestedAR->op_end());
1996       Operands[0] = NestedAR->getStart();
1997       // AddRecs require their operands be loop-invariant with respect to their
1998       // loops. Don't perform this transformation if it would break this
1999       // requirement.
2000       bool AllInvariant = true;
2001       for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2002         if (!Operands[i]->isLoopInvariant(L)) {
2003           AllInvariant = false;
2004           break;
2005         }
2006       if (AllInvariant) {
2007         NestedOperands[0] = getAddRecExpr(Operands, L);
2008         AllInvariant = true;
2009         for (unsigned i = 0, e = NestedOperands.size(); i != e; ++i)
2010           if (!NestedOperands[i]->isLoopInvariant(NestedLoop)) {
2011             AllInvariant = false;
2012             break;
2013           }
2014         if (AllInvariant)
2015           // Ok, both add recurrences are valid after the transformation.
2016           return getAddRecExpr(NestedOperands, NestedLoop, HasNUW, HasNSW);
2017       }
2018       // Reset Operands to its original state.
2019       Operands[0] = NestedAR;
2020     }
2021   }
2022
2023   // Okay, it looks like we really DO need an addrec expr.  Check to see if we
2024   // already have one, otherwise create a new one.
2025   FoldingSetNodeID ID;
2026   ID.AddInteger(scAddRecExpr);
2027   ID.AddInteger(Operands.size());
2028   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2029     ID.AddPointer(Operands[i]);
2030   ID.AddPointer(L);
2031   void *IP = 0;
2032   SCEVAddRecExpr *S =
2033     static_cast<SCEVAddRecExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2034   if (!S) {
2035     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Operands.size());
2036     std::uninitialized_copy(Operands.begin(), Operands.end(), O);
2037     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddRecExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2038                                            O, Operands.size(), L);
2039     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2040   }
2041   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
2042   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
2043   return S;
2044 }
2045
2046 const SCEV *ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEV *LHS,
2047                                          const SCEV *RHS) {
2048   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2049   Ops.push_back(LHS);
2050   Ops.push_back(RHS);
2051   return getSMaxExpr(Ops);
2052 }
2053
2054 const SCEV *
2055 ScalarEvolution::getSMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2056   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
2057   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2058 #ifndef NDEBUG
2059   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2060     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
2061            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
2062            "SCEVSMaxExpr operand types don't match!");
2063 #endif
2064
2065   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2066   GroupByComplexity(Ops, LI);
2067
2068   // If there are any constants, fold them together.
2069   unsigned Idx = 0;
2070   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2071     ++Idx;
2072     assert(Idx < Ops.size());
2073     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2074       // We found two constants, fold them together!
2075       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2076                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
2077                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2078       Ops[0] = getConstant(Fold);
2079       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2080       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2081       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2082     }
2083
2084     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2085     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
2086       Ops.erase(Ops.begin());
2087       --Idx;
2088     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(true)) {
2089       // If we have an smax with a constant maximum-int, it will always be
2090       // maximum-int.
2091       return Ops[0];
2092     }
2093   }
2094
2095   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2096
2097   // Find the first SMax
2098   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
2099     ++Idx;
2100
2101   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
2102   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2103   if (Idx < Ops.size()) {
2104     bool DeletedSMax = false;
2105     while (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2106       Ops.insert(Ops.end(), SMax->op_begin(), SMax->op_end());
2107       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2108       DeletedSMax = true;
2109     }
2110
2111     if (DeletedSMax)
2112       return getSMaxExpr(Ops);
2113   }
2114
2115   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2116   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2117   // be adjacent.
2118   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2119     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
2120       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2121       --i; --e;
2122     }
2123
2124   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2125
2126   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
2127
2128   // Okay, it looks like we really DO need an smax expr.  Check to see if we
2129   // already have one, otherwise create a new one.
2130   FoldingSetNodeID ID;
2131   ID.AddInteger(scSMaxExpr);
2132   ID.AddInteger(Ops.size());
2133   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2134     ID.AddPointer(Ops[i]);
2135   void *IP = 0;
2136   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2137   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2138   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2139   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2140                                              O, Ops.size());
2141   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2142   return S;
2143 }
2144
2145 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxExpr(const SCEV *LHS,
2146                                          const SCEV *RHS) {
2147   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2148   Ops.push_back(LHS);
2149   Ops.push_back(RHS);
2150   return getUMaxExpr(Ops);
2151 }
2152
2153 const SCEV *
2154 ScalarEvolution::getUMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2155   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty umax!");
2156   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2157 #ifndef NDEBUG
2158   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2159     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
2160            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
2161            "SCEVUMaxExpr operand types don't match!");
2162 #endif
2163
2164   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2165   GroupByComplexity(Ops, LI);
2166
2167   // If there are any constants, fold them together.
2168   unsigned Idx = 0;
2169   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2170     ++Idx;
2171     assert(Idx < Ops.size());
2172     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2173       // We found two constants, fold them together!
2174       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2175                               APIntOps::umax(LHSC->getValue()->getValue(),
2176                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2177       Ops[0] = getConstant(Fold);
2178       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2179       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2180       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2181     }
2182
2183     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2184     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(false)) {
2185       Ops.erase(Ops.begin());
2186       --Idx;
2187     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(false)) {
2188       // If we have an umax with a constant maximum-int, it will always be
2189       // maximum-int.
2190       return Ops[0];
2191     }
2192   }
2193
2194   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2195
2196   // Find the first UMax
2197   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scUMaxExpr)
2198     ++Idx;
2199
2200   // Check to see if one of the operands is a UMax. If so, expand its operands
2201   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2202   if (Idx < Ops.size()) {
2203     bool DeletedUMax = false;
2204     while (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2205       Ops.insert(Ops.end(), UMax->op_begin(), UMax->op_end());
2206       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2207       DeletedUMax = true;
2208     }
2209
2210     if (DeletedUMax)
2211       return getUMaxExpr(Ops);
2212   }
2213
2214   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2215   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2216   // be adjacent.
2217   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2218     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X umax Y umax Y  -->  X umax Y
2219       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2220       --i; --e;
2221     }
2222
2223   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2224
2225   assert(!Ops.empty() && "Reduced umax down to nothing!");
2226
2227   // Okay, it looks like we really DO need a umax expr.  Check to see if we
2228   // already have one, otherwise create a new one.
2229   FoldingSetNodeID ID;
2230   ID.AddInteger(scUMaxExpr);
2231   ID.AddInteger(Ops.size());
2232   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2233     ID.AddPointer(Ops[i]);
2234   void *IP = 0;
2235   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2236   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2237   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2238   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2239                                              O, Ops.size());
2240   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2241   return S;
2242 }
2243
2244 const SCEV *ScalarEvolution::getSMinExpr(const SCEV *LHS,
2245                                          const SCEV *RHS) {
2246   // ~smax(~x, ~y) == smin(x, y).
2247   return getNotSCEV(getSMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2248 }
2249
2250 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinExpr(const SCEV *LHS,
2251                                          const SCEV *RHS) {
2252   // ~umax(~x, ~y) == umin(x, y)
2253   return getNotSCEV(getUMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2254 }
2255
2256 const SCEV *ScalarEvolution::getSizeOfExpr(const Type *AllocTy) {
2257   // If we have TargetData, we can bypass creating a target-independent
2258   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
2259   // This is just a compile-time optimization.
2260   if (TD)
2261     return getConstant(TD->getIntPtrType(getContext()),
2262                        TD->getTypeAllocSize(AllocTy));
2263
2264   Constant *C = ConstantExpr::getSizeOf(AllocTy);
2265   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2266     C = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD);
2267   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(AllocTy));
2268   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2269 }
2270
2271 const SCEV *ScalarEvolution::getAlignOfExpr(const Type *AllocTy) {
2272   Constant *C = ConstantExpr::getAlignOf(AllocTy);
2273   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2274     C = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD);
2275   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(AllocTy));
2276   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2277 }
2278
2279 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(const StructType *STy,
2280                                              unsigned FieldNo) {
2281   // If we have TargetData, we can bypass creating a target-independent
2282   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
2283   // This is just a compile-time optimization.
2284   if (TD)
2285     return getConstant(TD->getIntPtrType(getContext()),
2286                        TD->getStructLayout(STy)->getElementOffset(FieldNo));
2287
2288   Constant *C = ConstantExpr::getOffsetOf(STy, FieldNo);
2289   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2290     C = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD);
2291   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(STy));
2292   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2293 }
2294
2295 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(const Type *CTy,
2296                                              Constant *FieldNo) {
2297   Constant *C = ConstantExpr::getOffsetOf(CTy, FieldNo);
2298   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2299     C = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD);
2300   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(CTy));
2301   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2302 }
2303
2304 const SCEV *ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
2305   // Don't attempt to do anything other than create a SCEVUnknown object
2306   // here.  createSCEV only calls getUnknown after checking for all other
2307   // interesting possibilities, and any other code that calls getUnknown
2308   // is doing so in order to hide a value from SCEV canonicalization.
2309
2310   FoldingSetNodeID ID;
2311   ID.AddInteger(scUnknown);
2312   ID.AddPointer(V);
2313   void *IP = 0;
2314   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2315   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUnknown(ID.Intern(SCEVAllocator), V);
2316   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2317   return S;
2318 }
2319
2320 //===----------------------------------------------------------------------===//
2321 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
2322 //
2323
2324 /// isSCEVable - Test if values of the given type are analyzable within
2325 /// the SCEV framework. This primarily includes integer types, and it
2326 /// can optionally include pointer types if the ScalarEvolution class
2327 /// has access to target-specific information.
2328 bool ScalarEvolution::isSCEVable(const Type *Ty) const {
2329   // Integers and pointers are always SCEVable.
2330   return Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy();
2331 }
2332
2333 /// getTypeSizeInBits - Return the size in bits of the specified type,
2334 /// for which isSCEVable must return true.
2335 uint64_t ScalarEvolution::getTypeSizeInBits(const Type *Ty) const {
2336   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
2337
2338   // If we have a TargetData, use it!
2339   if (TD)
2340     return TD->getTypeSizeInBits(Ty);
2341
2342   // Integer types have fixed sizes.
2343   if (Ty->isIntegerTy())
2344     return Ty->getPrimitiveSizeInBits();
2345
2346   // The only other support type is pointer. Without TargetData, conservatively
2347   // assume pointers are 64-bit.
2348   assert(Ty->isPointerTy() && "isSCEVable permitted a non-SCEVable type!");
2349   return 64;
2350 }
2351
2352 /// getEffectiveSCEVType - Return a type with the same bitwidth as
2353 /// the given type and which represents how SCEV will treat the given
2354 /// type, for which isSCEVable must return true. For pointer types,
2355 /// this is the pointer-sized integer type.
2356 const Type *ScalarEvolution::getEffectiveSCEVType(const Type *Ty) const {
2357   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
2358
2359   if (Ty->isIntegerTy())
2360     return Ty;
2361
2362   // The only other support type is pointer.
2363   assert(Ty->isPointerTy() && "Unexpected non-pointer non-integer type!");
2364   if (TD) return TD->getIntPtrType(getContext());
2365
2366   // Without TargetData, conservatively assume pointers are 64-bit.
2367   return Type::getInt64Ty(getContext());
2368 }
2369
2370 const SCEV *ScalarEvolution::getCouldNotCompute() {
2371   return &CouldNotCompute;
2372 }
2373
2374 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
2375 /// expression and create a new one.
2376 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) {
2377   assert(isSCEVable(V->getType()) && "Value is not SCEVable!");
2378
2379   std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator I = Scalars.find(V);
2380   if (I != Scalars.end()) return I->second;
2381   const SCEV *S = createSCEV(V);
2382   Scalars.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(V, this), S));
2383   return S;
2384 }
2385
2386 /// getIntegerSCEV - Given a SCEVable type, create a constant for the
2387 /// specified signed integer value and return a SCEV for the constant.
2388 const SCEV *ScalarEvolution::getIntegerSCEV(int64_t Val, const Type *Ty) {
2389   const IntegerType *ITy = cast<IntegerType>(getEffectiveSCEVType(Ty));
2390   return getConstant(ConstantInt::get(ITy, Val));
2391 }
2392
2393 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
2394 ///
2395 const SCEV *ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEV *V) {
2396   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2397     return getConstant(
2398                cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue())));
2399
2400   const Type *Ty = V->getType();
2401   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2402   return getMulExpr(V,
2403                   getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty))));
2404 }
2405
2406 /// getNotSCEV - Return a SCEV corresponding to ~V = -1-V
2407 const SCEV *ScalarEvolution::getNotSCEV(const SCEV *V) {
2408   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2409     return getConstant(
2410                 cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(VC->getValue())));
2411
2412   const Type *Ty = V->getType();
2413   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2414   const SCEV *AllOnes =
2415                    getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty)));
2416   return getMinusSCEV(AllOnes, V);
2417 }
2418
2419 /// getMinusSCEV - Return a SCEV corresponding to LHS - RHS.
2420 ///
2421 const SCEV *ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEV *LHS,
2422                                           const SCEV *RHS) {
2423   // X - Y --> X + -Y
2424   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS));
2425 }
2426
2427 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2428 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2429 /// extended.
2430 const SCEV *
2431 ScalarEvolution::getTruncateOrZeroExtend(const SCEV *V,
2432                                          const Type *Ty) {
2433   const Type *SrcTy = V->getType();
2434   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2435          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2436          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2437   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2438     return V;  // No conversion
2439   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2440     return getTruncateExpr(V, Ty);
2441   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2442 }
2443
2444 /// getTruncateOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2445 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2446 /// extended.
2447 const SCEV *
2448 ScalarEvolution::getTruncateOrSignExtend(const SCEV *V,
2449                                          const Type *Ty) {
2450   const Type *SrcTy = V->getType();
2451   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2452          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2453          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2454   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2455     return V;  // No conversion
2456   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2457     return getTruncateExpr(V, Ty);
2458   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2459 }
2460
2461 /// getNoopOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2462 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2463 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2464 const SCEV *
2465 ScalarEvolution::getNoopOrZeroExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2466   const Type *SrcTy = V->getType();
2467   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2468          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2469          "Cannot noop or zero extend with non-integer arguments!");
2470   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2471          "getNoopOrZeroExtend cannot truncate!");
2472   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2473     return V;  // No conversion
2474   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2475 }
2476
2477 /// getNoopOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2478 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2479 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2480 const SCEV *
2481 ScalarEvolution::getNoopOrSignExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2482   const Type *SrcTy = V->getType();
2483   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2484          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2485          "Cannot noop or sign extend with non-integer arguments!");
2486   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2487          "getNoopOrSignExtend cannot truncate!");
2488   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2489     return V;  // No conversion
2490   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2491 }
2492
2493 /// getNoopOrAnyExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
2494 /// the input value to the specified type. If the type must be extended,
2495 /// it is extended with unspecified bits. The conversion must not be
2496 /// narrowing.
2497 const SCEV *
2498 ScalarEvolution::getNoopOrAnyExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2499   const Type *SrcTy = V->getType();
2500   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2501          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2502          "Cannot noop or any extend with non-integer arguments!");
2503   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2504          "getNoopOrAnyExtend cannot truncate!");
2505   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2506     return V;  // No conversion
2507   return getAnyExtendExpr(V, Ty);
2508 }
2509
2510 /// getTruncateOrNoop - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2511 /// input value to the specified type.  The conversion must not be widening.
2512 const SCEV *
2513 ScalarEvolution::getTruncateOrNoop(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2514   const Type *SrcTy = V->getType();
2515   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2516          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2517          "Cannot truncate or noop with non-integer arguments!");
2518   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) >= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2519          "getTruncateOrNoop cannot extend!");
2520   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2521     return V;  // No conversion
2522   return getTruncateExpr(V, Ty);
2523 }
2524
2525 /// getUMaxFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2526 /// the types using zero-extension, and then perform a umax operation
2527 /// with them.
2528 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2529                                                         const SCEV *RHS) {
2530   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
2531   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
2532
2533   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2534     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2535   else
2536     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2537
2538   return getUMaxExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2539 }
2540
2541 /// getUMinFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2542 /// the types using zero-extension, and then perform a umin operation
2543 /// with them.
2544 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2545                                                         const SCEV *RHS) {
2546   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
2547   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
2548
2549   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2550     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2551   else
2552     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2553
2554   return getUMinExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2555 }
2556
2557 /// PushDefUseChildren - Push users of the given Instruction
2558 /// onto the given Worklist.
2559 static void
2560 PushDefUseChildren(Instruction *I,
2561                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
2562   // Push the def-use children onto the Worklist stack.
2563   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
2564        UI != UE; ++UI)
2565     Worklist.push_back(cast<Instruction>(UI));
2566 }
2567
2568 /// ForgetSymbolicValue - This looks up computed SCEV values for all
2569 /// instructions that depend on the given instruction and removes them from
2570 /// the Scalars map if they reference SymName. This is used during PHI
2571 /// resolution.
2572 void
2573 ScalarEvolution::ForgetSymbolicName(Instruction *PN, const SCEV *SymName) {
2574   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
2575   PushDefUseChildren(PN, Worklist);
2576
2577   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
2578   Visited.insert(PN);
2579   while (!Worklist.empty()) {
2580     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
2581     if (!Visited.insert(I)) continue;
2582
2583     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
2584       Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
2585     if (It != Scalars.end()) {
2586       // Short-circuit the def-use traversal if the symbolic name
2587       // ceases to appear in expressions.
2588       if (It->second != SymName && !It->second->hasOperand(SymName))
2589         continue;
2590
2591       // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
2592       // structure, it's a PHI that's in the progress of being computed
2593       // by createNodeForPHI, or it's a single-value PHI. In the first case,
2594       // additional loop trip count information isn't going to change anything.
2595       // In the second case, createNodeForPHI will perform the necessary
2596       // updates on its own when it gets to that point. In the third, we do
2597       // want to forget the SCEVUnknown.
2598       if (!isa<PHINode>(I) ||
2599           !isa<SCEVUnknown>(It->second) ||
2600           (I != PN && It->second == SymName)) {
2601         ValuesAtScopes.erase(It->second);
2602         Scalars.erase(It);
2603       }
2604     }
2605
2606     PushDefUseChildren(I, Worklist);
2607   }
2608 }
2609
2610 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
2611 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
2612 ///
2613 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
2614   if (const Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent()))
2615     if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
2616       // The loop may have multiple entrances or multiple exits; we can analyze
2617       // this phi as an addrec if it has a unique entry value and a unique
2618       // backedge value.
2619       Value *BEValueV = 0, *StartValueV = 0;
2620       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2621         Value *V = PN->getIncomingValue(i);
2622         if (L->contains(PN->getIncomingBlock(i))) {
2623           if (!BEValueV) {
2624             BEValueV = V;
2625           } else if (BEValueV != V) {
2626             BEValueV = 0;
2627             break;
2628           }
2629         } else if (!StartValueV) {
2630           StartValueV = V;
2631         } else if (StartValueV != V) {
2632           StartValueV = 0;
2633           break;
2634         }
2635       }
2636       if (BEValueV && StartValueV) {
2637         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
2638         const SCEV *SymbolicName = getUnknown(PN);
2639         assert(Scalars.find(PN) == Scalars.end() &&
2640                "PHI node already processed?");
2641         Scalars.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(PN, this), SymbolicName));
2642
2643         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
2644         // the back-edge.
2645         const SCEV *BEValue = getSCEV(BEValueV);
2646
2647         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
2648         // has a special value for the first iteration of the loop.
2649
2650         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
2651         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
2652         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
2653           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
2654           // with a recurrence.
2655           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
2656           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2657             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
2658               if (FoundIndex == e) {
2659                 FoundIndex = i;
2660                 break;
2661               }
2662
2663           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
2664             // Create an add with everything but the specified operand.
2665             SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
2666             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2667               if (i != FoundIndex)
2668                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
2669             const SCEV *Accum = getAddExpr(Ops);
2670
2671             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
2672             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
2673             if (Accum->isLoopInvariant(L) ||
2674                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
2675                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
2676               bool HasNUW = false;
2677               bool HasNSW = false;
2678
2679               // If the increment doesn't overflow, then neither the addrec nor
2680               // the post-increment will overflow.
2681               if (const AddOperator *OBO = dyn_cast<AddOperator>(BEValueV)) {
2682                 if (OBO->hasNoUnsignedWrap())
2683                   HasNUW = true;
2684                 if (OBO->hasNoSignedWrap())
2685                   HasNSW = true;
2686               }
2687
2688               const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
2689               const SCEV *PHISCEV =
2690                 getAddRecExpr(StartVal, Accum, L, HasNUW, HasNSW);
2691
2692               // Since the no-wrap flags are on the increment, they apply to the
2693               // post-incremented value as well.
2694               if (Accum->isLoopInvariant(L))
2695                 (void)getAddRecExpr(getAddExpr(StartVal, Accum),
2696                                     Accum, L, HasNUW, HasNSW);
2697
2698               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2699               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
2700               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
2701               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
2702               Scalars[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
2703               return PHISCEV;
2704             }
2705           }
2706         } else if (const SCEVAddRecExpr *AddRec =
2707                      dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
2708           // Otherwise, this could be a loop like this:
2709           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
2710           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
2711           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
2712           // i really is an addrec evolution.
2713           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
2714             const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
2715
2716             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
2717             // initial step of the addrec evolution.
2718             if (StartVal == getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
2719                                          AddRec->getOperand(1))) {
2720               const SCEV *PHISCEV =
2721                  getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1), L);
2722
2723               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2724               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
2725               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
2726               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
2727               Scalars[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
2728               return PHISCEV;
2729             }
2730           }
2731         }
2732       }
2733     }
2734
2735   // If the PHI has a single incoming value, follow that value, unless the
2736   // PHI's incoming blocks are in a different loop, in which case doing so
2737   // risks breaking LCSSA form. Instcombine would normally zap these, but
2738   // it doesn't have DominatorTree information, so it may miss cases.
2739   if (Value *V = PN->hasConstantValue(DT)) {
2740     bool AllSameLoop = true;
2741     Loop *PNLoop = LI->getLoopFor(PN->getParent());
2742     for (size_t i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
2743       if (LI->getLoopFor(PN->getIncomingBlock(i)) != PNLoop) {
2744         AllSameLoop = false;
2745         break;
2746       }
2747     if (AllSameLoop)
2748       return getSCEV(V);
2749   }
2750
2751   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
2752   return getUnknown(PN);
2753 }
2754
2755 /// createNodeForGEP - Expand GEP instructions into add and multiply
2756 /// operations. This allows them to be analyzed by regular SCEV code.
2757 ///
2758 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForGEP(GEPOperator *GEP) {
2759
2760   bool InBounds = GEP->isInBounds();
2761   const Type *IntPtrTy = getEffectiveSCEVType(GEP->getType());
2762   Value *Base = GEP->getOperand(0);
2763   // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
2764   if (!cast<PointerType>(Base->getType())->getElementType()->isSized())
2765     return getUnknown(GEP);
2766   const SCEV *TotalOffset = getIntegerSCEV(0, IntPtrTy);
2767   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
2768   for (GetElementPtrInst::op_iterator I = next(GEP->op_begin()),
2769                                       E = GEP->op_end();
2770        I != E; ++I) {
2771     Value *Index = *I;
2772     // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
2773     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
2774       // For a struct, add the member offset.
2775       unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
2776       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset,
2777                                getOffsetOfExpr(STy, FieldNo),
2778                                /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2779     } else {
2780       // For an array, add the element offset, explicitly scaled.
2781       const SCEV *LocalOffset = getSCEV(Index);
2782       // Getelementptr indices are signed.
2783       LocalOffset = getTruncateOrSignExtend(LocalOffset, IntPtrTy);
2784       // Lower "inbounds" GEPs to NSW arithmetic.
2785       LocalOffset = getMulExpr(LocalOffset, getSizeOfExpr(*GTI),
2786                                /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2787       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, LocalOffset,
2788                                /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2789     }
2790   }
2791   return getAddExpr(getSCEV(Base), TotalOffset,
2792                     /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/InBounds);
2793 }
2794
2795 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
2796 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
2797 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
2798 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
2799 uint32_t
2800 ScalarEvolution::GetMinTrailingZeros(const SCEV *S) {
2801   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
2802     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
2803
2804   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
2805     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand()),
2806                     (uint32_t)getTypeSizeInBits(T->getType()));
2807
2808   if (const SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
2809     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
2810     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2811              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2812   }
2813
2814   if (const SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
2815     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
2816     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2817              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2818   }
2819
2820   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2821     // The result is the min of all operands results.
2822     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2823     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2824       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2825     return MinOpRes;
2826   }
2827
2828   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2829     // The result is the sum of all operands results.
2830     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2831     uint32_t BitWidth = getTypeSizeInBits(M->getType());
2832     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
2833          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
2834       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)),
2835                           BitWidth);
2836     return SumOpRes;
2837   }
2838
2839   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2840     // The result is the min of all operands results.
2841     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2842     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2843       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2844     return MinOpRes;
2845   }
2846
2847   if (const SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
2848     // The result is the min of all operands results.
2849     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2850     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2851       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2852     return MinOpRes;
2853   }
2854
2855   if (const SCEVUMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
2856     // The result is the min of all operands results.
2857     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2858     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2859       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2860     return MinOpRes;
2861   }
2862
2863   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
2864     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
2865     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
2866     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
2867     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
2868     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones);
2869     return Zeros.countTrailingOnes();
2870   }
2871
2872   // SCEVUDivExpr
2873   return 0;
2874 }
2875
2876 /// getUnsignedRange - Determine the unsigned range for a particular SCEV.
2877 ///
2878 ConstantRange
2879 ScalarEvolution::getUnsignedRange(const SCEV *S) {
2880
2881   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
2882     return ConstantRange(C->getValue()->getValue());
2883
2884   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
2885   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
2886
2887   // If the value has known zeros, the maximum unsigned value will have those
2888   // known zeros as well.
2889   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
2890   if (TZ != 0)
2891     ConservativeResult =
2892       ConstantRange(APInt::getMinValue(BitWidth),
2893                     APInt::getMaxValue(BitWidth).lshr(TZ).shl(TZ) + 1);
2894
2895   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2896     ConstantRange X = getUnsignedRange(Add->getOperand(0));
2897     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2898       X = X.add(getUnsignedRange(Add->getOperand(i)));
2899     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2900   }
2901
2902   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2903     ConstantRange X = getUnsignedRange(Mul->getOperand(0));
2904     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
2905       X = X.multiply(getUnsignedRange(Mul->getOperand(i)));
2906     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2907   }
2908
2909   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
2910     ConstantRange X = getUnsignedRange(SMax->getOperand(0));
2911     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
2912       X = X.smax(getUnsignedRange(SMax->getOperand(i)));
2913     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2914   }
2915
2916   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
2917     ConstantRange X = getUnsignedRange(UMax->getOperand(0));
2918     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
2919       X = X.umax(getUnsignedRange(UMax->getOperand(i)));
2920     return ConservativeResult.intersectWith(X);
2921   }
2922
2923   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
2924     ConstantRange X = getUnsignedRange(UDiv->getLHS());
2925     ConstantRange Y = getUnsignedRange(UDiv->getRHS());
2926     return ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y));
2927   }
2928
2929   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
2930     ConstantRange X = getUnsignedRange(ZExt->getOperand());
2931     return ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth));
2932   }
2933
2934   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
2935     ConstantRange X = getUnsignedRange(SExt->getOperand());
2936     return ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth));
2937   }
2938
2939   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
2940     ConstantRange X = getUnsignedRange(Trunc->getOperand());
2941     return ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth));
2942   }
2943
2944   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2945     // If there's no unsigned wrap, the value will never be less than its
2946     // initial value.
2947     if (AddRec->hasNoUnsignedWrap())
2948       if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getStart()))
2949         if (!C->isZero())
2950           ConservativeResult =
2951             ConstantRange(C->getValue()->getValue(), APInt(BitWidth, 0));
2952
2953     // TODO: non-affine addrec
2954     if (AddRec->isAffine()) {
2955       const Type *Ty = AddRec->getType();
2956       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
2957       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
2958           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
2959         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
2960
2961         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
2962         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
2963
2964         ConstantRange StartRange = getUnsignedRange(Start);
2965         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
2966         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
2967         ConstantRange EndRange =
2968           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
2969
2970         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
2971         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
2972         // checking code.
2973         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2974         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2975         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
2976           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2977         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
2978         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
2979             ExtEndRange)
2980           return ConservativeResult;
2981
2982         APInt Min = APIntOps::umin(StartRange.getUnsignedMin(),
2983                                    EndRange.getUnsignedMin());
2984         APInt Max = APIntOps::umax(StartRange.getUnsignedMax(),
2985                                    EndRange.getUnsignedMax());
2986         if (Min.isMinValue() && Max.isMaxValue())
2987           return ConservativeResult;
2988         return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1));
2989       }
2990     }
2991
2992     return ConservativeResult;
2993   }
2994
2995   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
2996     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
2997     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
2998     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
2999     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones, TD);
3000     if (Ones == ~Zeros + 1)
3001       return ConservativeResult;
3002     return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Ones, ~Zeros + 1));
3003   }
3004
3005   return ConservativeResult;
3006 }
3007
3008 /// getSignedRange - Determine the signed range for a particular SCEV.
3009 ///
3010 ConstantRange
3011 ScalarEvolution::getSignedRange(const SCEV *S) {
3012
3013   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3014     return ConstantRange(C->getValue()->getValue());
3015
3016   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
3017   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
3018
3019   // If the value has known zeros, the maximum signed value will have those
3020   // known zeros as well.
3021   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
3022   if (TZ != 0)
3023     ConservativeResult =
3024       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3025                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(TZ).shl(TZ) + 1);
3026
3027   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3028     ConstantRange X = getSignedRange(Add->getOperand(0));
3029     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3030       X = X.add(getSignedRange(Add->getOperand(i)));
3031     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3032   }
3033
3034   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3035     ConstantRange X = getSignedRange(Mul->getOperand(0));
3036     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
3037       X = X.multiply(getSignedRange(Mul->getOperand(i)));
3038     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3039   }
3040
3041   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3042     ConstantRange X = getSignedRange(SMax->getOperand(0));
3043     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3044       X = X.smax(getSignedRange(SMax->getOperand(i)));
3045     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3046   }
3047
3048   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3049     ConstantRange X = getSignedRange(UMax->getOperand(0));
3050     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3051       X = X.umax(getSignedRange(UMax->getOperand(i)));
3052     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3053   }
3054
3055   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3056     ConstantRange X = getSignedRange(UDiv->getLHS());
3057     ConstantRange Y = getSignedRange(UDiv->getRHS());
3058     return ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y));
3059   }
3060
3061   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3062     ConstantRange X = getSignedRange(ZExt->getOperand());
3063     return ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth));
3064   }
3065
3066   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3067     ConstantRange X = getSignedRange(SExt->getOperand());
3068     return ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth));
3069   }
3070
3071   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
3072     ConstantRange X = getSignedRange(Trunc->getOperand());
3073     return ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth));
3074   }
3075
3076   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3077     // If there's no signed wrap, and all the operands have the same sign or
3078     // zero, the value won't ever change sign.
3079     if (AddRec->hasNoSignedWrap()) {
3080       bool AllNonNeg = true;
3081       bool AllNonPos = true;
3082       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3083         if (!isKnownNonNegative(AddRec->getOperand(i))) AllNonNeg = false;
3084         if (!isKnownNonPositive(AddRec->getOperand(i))) AllNonPos = false;
3085       }
3086       if (AllNonNeg)
3087         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3088           ConstantRange(APInt(BitWidth, 0),
3089                         APInt::getSignedMinValue(BitWidth)));
3090       else if (AllNonPos)
3091         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3092           ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3093                         APInt(BitWidth, 1)));
3094     }
3095
3096     // TODO: non-affine addrec
3097     if (AddRec->isAffine()) {
3098       const Type *Ty = AddRec->getType();
3099       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
3100       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
3101           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
3102         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
3103
3104         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
3105         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
3106
3107         ConstantRange StartRange = getSignedRange(Start);
3108         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
3109         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
3110         ConstantRange EndRange =
3111           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
3112
3113         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
3114         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
3115         // checking code.
3116         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3117         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3118         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
3119           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3120         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3121         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
3122             ExtEndRange)
3123           return ConservativeResult;
3124
3125         APInt Min = APIntOps::smin(StartRange.getSignedMin(),
3126                                    EndRange.getSignedMin());
3127         APInt Max = APIntOps::smax(StartRange.getSignedMax(),
3128                                    EndRange.getSignedMax());
3129         if (Min.isMinSignedValue() && Max.isMaxSignedValue())
3130           return ConservativeResult;
3131         return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1));
3132       }
3133     }
3134
3135     return ConservativeResult;
3136   }
3137
3138   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3139     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3140     if (!U->getValue()->getType()->isIntegerTy() && !TD)
3141       return ConservativeResult;
3142     unsigned NS = ComputeNumSignBits(U->getValue(), TD);
3143     if (NS == 1)
3144       return ConservativeResult;
3145     return ConservativeResult.intersectWith(
3146       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth).ashr(NS - 1),
3147                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(NS - 1)+1));
3148   }
3149
3150   return ConservativeResult;
3151 }
3152
3153 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
3154 /// Analyze the expression.
3155 ///
3156 const SCEV *ScalarEvolution::createSCEV(Value *V) {
3157   if (!isSCEVable(V->getType()))
3158     return getUnknown(V);
3159
3160   unsigned Opcode = Instruction::UserOp1;
3161   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
3162     Opcode = I->getOpcode();
3163
3164     // Don't attempt to analyze instructions in blocks that aren't
3165     // reachable. Such instructions don't matter, and they aren't required
3166     // to obey basic rules for definitions dominating uses which this
3167     // analysis depends on.
3168     if (!DT->isReachableFromEntry(I->getParent()))
3169       return getUnknown(V);
3170   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
3171     Opcode = CE->getOpcode();
3172   else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
3173     return getConstant(CI);
3174   else if (isa<ConstantPointerNull>(V))
3175     return getIntegerSCEV(0, V->getType());
3176   else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V))
3177     return GA->mayBeOverridden() ? getUnknown(V) : getSCEV(GA->getAliasee());
3178   else
3179     return getUnknown(V);
3180
3181   Operator *U = cast<Operator>(V);
3182   switch (Opcode) {
3183   case Instruction::Add:
3184     // Don't transfer the NSW and NUW bits from the Add instruction to the
3185     // Add expression, because the Instruction may be guarded by control
3186     // flow and the no-overflow bits may not be valid for the expression in
3187     // any context.
3188     return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3189                       getSCEV(U->getOperand(1)));
3190   case Instruction::Mul:
3191     // Don't transfer the NSW and NUW bits from the Mul instruction to the
3192     // Mul expression, as with Add.
3193     return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3194                       getSCEV(U->getOperand(1)));
3195   case Instruction::UDiv:
3196     return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3197                        getSCEV(U->getOperand(1)));
3198   case Instruction::Sub:
3199     return getMinusSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)),
3200                         getSCEV(U->getOperand(1)));
3201   case Instruction::And:
3202     // For an expression like x&255 that merely masks off the high bits,
3203     // use zext(trunc(x)) as the SCEV expression.
3204     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3205       if (CI->isNullValue())
3206         return getSCEV(U->getOperand(1));
3207       if (CI->isAllOnesValue())
3208         return getSCEV(U->getOperand(0));
3209       const APInt &A = CI->getValue();
3210
3211       // Instcombine's ShrinkDemandedConstant may strip bits out of
3212       // constants, obscuring what would otherwise be a low-bits mask.
3213       // Use ComputeMaskedBits to compute what ShrinkDemandedConstant
3214       // knew about to reconstruct a low-bits mask value.
3215       unsigned LZ = A.countLeadingZeros();
3216       unsigned BitWidth = A.getBitWidth();
3217       APInt AllOnes = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
3218       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
3219       ComputeMaskedBits(U->getOperand(0), AllOnes, KnownZero, KnownOne, TD);
3220
3221       APInt EffectiveMask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, BitWidth - LZ);
3222
3223       if (LZ != 0 && !((~A & ~KnownZero) & EffectiveMask))
3224         return
3225           getZeroExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3226                                 IntegerType::get(getContext(), BitWidth - LZ)),
3227                             U->getType());
3228     }
3229     break;
3230
3231   case Instruction::Or:
3232     // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
3233     // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
3234     // optimizations will transparently handle this case.
3235     //
3236     // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
3237     // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
3238     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3239       const SCEV *LHS = getSCEV(U->getOperand(0));
3240       const APInt &CIVal = CI->getValue();
3241       if (GetMinTrailingZeros(LHS) >=
3242           (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros())) {
3243         // Build a plain add SCEV.
3244         const SCEV *S = getAddExpr(LHS, getSCEV(CI));
3245         // If the LHS of the add was an addrec and it has no-wrap flags,
3246         // transfer the no-wrap flags, since an or won't introduce a wrap.
3247         if (const SCEVAddRecExpr *NewAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3248           const SCEVAddRecExpr *OldAR = cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
3249           if (OldAR->hasNoUnsignedWrap())
3250             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setHasNoUnsignedWrap(true);
3251           if (OldAR->hasNoSignedWrap())
3252             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setHasNoSignedWrap(true);
3253         }
3254         return S;
3255       }
3256     }
3257     break;
3258   case Instruction::Xor:
3259     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3260       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
3261       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
3262       if (CI->getValue().isSignBit())
3263         return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3264                           getSCEV(U->getOperand(1)));
3265
3266       // If the RHS of xor is -1, then this is a not operation.
3267       if (CI->isAllOnesValue())
3268         return getNotSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)));
3269
3270       // Model xor(and(x, C), C) as and(~x, C), if C is a low-bits mask.
3271       // This is a variant of the check for xor with -1, and it handles
3272       // the case where instcombine has trimmed non-demanded bits out
3273       // of an xor with -1.
3274       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U->getOperand(0)))
3275         if (ConstantInt *LCI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
3276           if (BO->getOpcode() == Instruction::And &&
3277               LCI->getValue() == CI->getValue())
3278             if (const SCEVZeroExtendExpr *Z =
3279                   dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(getSCEV(U->getOperand(0)))) {
3280               const Type *UTy = U->getType();
3281               const SCEV *Z0 = Z->getOperand();
3282               const Type *Z0Ty = Z0->getType();
3283               unsigned Z0TySize = getTypeSizeInBits(Z0Ty);
3284
3285               // If C is a low-bits mask, the zero extend is serving to
3286               // mask off the high bits. Complement the operand and
3287               // re-apply the zext.
3288               if (APIntOps::isMask(Z0TySize, CI->getValue()))
3289                 return getZeroExtendExpr(getNotSCEV(Z0), UTy);
3290
3291               // If C is a single bit, it may be in the sign-bit position
3292               // before the zero-extend. In this case, represent the xor
3293               // using an add, which is equivalent, and re-apply the zext.
3294               APInt Trunc = APInt(CI->getValue()).trunc(Z0TySize);
3295               if (APInt(Trunc).zext(getTypeSizeInBits(UTy)) == CI->getValue() &&
3296                   Trunc.isSignBit())
3297                 return getZeroExtendExpr(getAddExpr(Z0, getConstant(Trunc)),
3298                                          UTy);
3299             }
3300     }
3301     break;
3302
3303   case Instruction::Shl:
3304     // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
3305     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3306       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
3307       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
3308         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getLimitedValue(BitWidth)));
3309       return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
3310     }
3311     break;
3312
3313   case Instruction::LShr:
3314     // Turn logical shift right of a constant into a unsigned divide.
3315     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3316       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
3317       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
3318         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getLimitedValue(BitWidth)));
3319       return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
3320     }
3321     break;
3322
3323   case Instruction::AShr:
3324     // For a two-shift sext-inreg, use sext(trunc(x)) as the SCEV expression.
3325     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
3326       if (Instruction *L = dyn_cast<Instruction>(U->getOperand(0)))
3327         if (L->getOpcode() == Instruction::Shl &&
3328             L->getOperand(1) == U->getOperand(1)) {
3329           unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
3330           uint64_t Amt = BitWidth - CI->getZExtValue();
3331           if (Amt == BitWidth)
3332             return getSCEV(L->getOperand(0));       // shift by zero --> noop
3333           if (Amt > BitWidth)
3334             return getIntegerSCEV(0, U->getType()); // value is undefined
3335           return
3336             getSignExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(L->getOperand(0)),
3337                                            IntegerType::get(getContext(), Amt)),
3338                                  U->getType());
3339         }
3340     break;
3341
3342   case Instruction::Trunc:
3343     return getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3344
3345   case Instruction::ZExt:
3346     return getZeroExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3347
3348   case Instruction::SExt:
3349     return getSignExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3350
3351   case Instruction::BitCast:
3352     // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
3353     if (isSCEVable(U->getType()) && isSCEVable(U->getOperand(0)->getType()))
3354       return getSCEV(U->getOperand(0));
3355     break;
3356
3357   // It's tempting to handle inttoptr and ptrtoint as no-ops, however this can
3358   // lead to pointer expressions which cannot safely be expanded to GEPs,
3359   // because ScalarEvolution doesn't respect the GEP aliasing rules when
3360   // simplifying integer expressions.
3361
3362   case Instruction::GetElementPtr:
3363     return createNodeForGEP(cast<GEPOperator>(U));
3364
3365   case Instruction::PHI:
3366     return createNodeForPHI(cast<PHINode>(U));
3367
3368   case Instruction::Select:
3369     // This could be a smax or umax that was lowered earlier.
3370     // Try to recover it.
3371     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U->getOperand(0))) {
3372       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
3373       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
3374       switch (ICI->getPredicate()) {
3375       case ICmpInst::ICMP_SLT:
3376       case ICmpInst::ICMP_SLE:
3377         std::swap(LHS, RHS);
3378         // fall through
3379       case ICmpInst::ICMP_SGT:
3380       case ICmpInst::ICMP_SGE:
3381         if (LHS == U->getOperand(1) && RHS == U->getOperand(2))
3382           return getSMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
3383         else if (LHS == U->getOperand(2) && RHS == U->getOperand(1))
3384           return getSMinExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
3385         break;
3386       case ICmpInst::ICMP_ULT:
3387       case ICmpInst::ICMP_ULE:
3388         std::swap(LHS, RHS);
3389         // fall through
3390       case ICmpInst::ICMP_UGT:
3391       case ICmpInst::ICMP_UGE:
3392         if (LHS == U->getOperand(1) && RHS == U->getOperand(2))
3393           return getUMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
3394         else if (LHS == U->getOperand(2) && RHS == U->getOperand(1))
3395           return getUMinExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
3396         break;
3397       case ICmpInst::ICMP_NE:
3398         // n != 0 ? n : 1  ->  umax(n, 1)
3399         if (LHS == U->getOperand(1) &&
3400             isa<ConstantInt>(U->getOperand(2)) &&
3401             cast<ConstantInt>(U->getOperand(2))->isOne() &&
3402             isa<ConstantInt>(RHS) &&
3403             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero())
3404           return getUMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(U->getOperand(2)));
3405         break;
3406       case ICmpInst::ICMP_EQ:
3407         // n == 0 ? 1 : n  ->  umax(n, 1)
3408         if (LHS == U->getOperand(2) &&
3409             isa<ConstantInt>(U->getOperand(1)) &&
3410             cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))->isOne() &&
3411             isa<ConstantInt>(RHS) &&
3412             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero())
3413           return getUMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(U->getOperand(1)));
3414         break;
3415       default:
3416         break;
3417       }
3418     }
3419
3420   default: // We cannot analyze this expression.
3421     break;
3422   }
3423
3424   return getUnknown(V);
3425 }
3426
3427
3428
3429 //===----------------------------------------------------------------------===//
3430 //                   Iteration Count Computation Code
3431 //
3432
3433 /// getBackedgeTakenCount - If the specified loop has a predictable
3434 /// backedge-taken count, return it, otherwise return a SCEVCouldNotCompute
3435 /// object. The backedge-taken count is the number of times the loop header
3436 /// will be branched to from within the loop. This is one less than the
3437 /// trip count of the loop, since it doesn't count the first iteration,
3438 /// when the header is branched to from outside the loop.
3439 ///
3440 /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
3441 /// loop-invariant backedge-taken count (see
3442 /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
3443 ///
3444 const SCEV *ScalarEvolution::getBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3445   return getBackedgeTakenInfo(L).Exact;
3446 }
3447
3448 /// getMaxBackedgeTakenCount - Similar to getBackedgeTakenCount, except
3449 /// return the least SCEV value that is known never to be less than the
3450 /// actual backedge taken count.
3451 const SCEV *ScalarEvolution::getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3452   return getBackedgeTakenInfo(L).Max;
3453 }
3454
3455 /// PushLoopPHIs - Push PHI nodes in the header of the given loop
3456 /// onto the given Worklist.
3457 static void
3458 PushLoopPHIs(const Loop *L, SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
3459   BasicBlock *Header = L->getHeader();
3460
3461   // Push all Loop-header PHIs onto the Worklist stack.
3462   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
3463        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
3464     Worklist.push_back(PN);
3465 }
3466
3467 const ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo &
3468 ScalarEvolution::getBackedgeTakenInfo(const Loop *L) {
3469   // Initially insert a CouldNotCompute for this loop. If the insertion
3470   // succeeds, proceed to actually compute a backedge-taken count and
3471   // update the value. The temporary CouldNotCompute value tells SCEV
3472   // code elsewhere that it shouldn't attempt to request a new
3473   // backedge-taken count, which could result in infinite recursion.
3474   std::pair<std::map<const Loop *, BackedgeTakenInfo>::iterator, bool> Pair =
3475     BackedgeTakenCounts.insert(std::make_pair(L, getCouldNotCompute()));
3476   if (Pair.second) {
3477     BackedgeTakenInfo BECount = ComputeBackedgeTakenCount(L);
3478     if (BECount.Exact != getCouldNotCompute()) {
3479       assert(BECount.Exact->isLoopInvariant(L) &&
3480              BECount.Max->isLoopInvariant(L) &&
3481              "Computed backedge-taken count isn't loop invariant for loop!");
3482       ++NumTripCountsComputed;
3483
3484       // Update the value in the map.
3485       Pair.first->second = BECount;
3486     } else {
3487       if (BECount.Max != getCouldNotCompute())
3488         // Update the value in the map.
3489         Pair.first->second = BECount;
3490       if (isa<PHINode>(L->getHeader()->begin()))
3491         // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
3492         ++NumTripCountsNotComputed;
3493     }
3494
3495     // Now that we know more about the trip count for this loop, forget any
3496     // existing SCEV values for PHI nodes in this loop since they are only
3497     // conservative estimates made without the benefit of trip count
3498     // information. This is similar to the code in forgetLoop, except that
3499     // it handles SCEVUnknown PHI nodes specially.
3500     if (BECount.hasAnyInfo()) {
3501       SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3502       PushLoopPHIs(L, Worklist);
3503
3504       SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3505       while (!Worklist.empty()) {
3506         Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3507         if (!Visited.insert(I)) continue;
3508
3509         std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
3510           Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
3511         if (It != Scalars.end()) {
3512           // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
3513           // structure, or it's a PHI that's in the progress of being computed
3514           // by createNodeForPHI.  In the former case, additional loop trip
3515           // count information isn't going to change anything. In the later
3516           // case, createNodeForPHI will perform the necessary updates on its
3517           // own when it gets to that point.
3518           if (!isa<PHINode>(I) || !isa<SCEVUnknown>(It->second)) {
3519             ValuesAtScopes.erase(It->second);
3520             Scalars.erase(It);
3521           }
3522           if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3523             ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3524         }
3525
3526         PushDefUseChildren(I, Worklist);
3527       }
3528     }
3529   }
3530   return Pair.first->second;
3531 }
3532
3533 /// forgetLoop - This method should be called by the client when it has
3534 /// changed a loop in a way that may effect ScalarEvolution's ability to
3535 /// compute a trip count, or if the loop is deleted.
3536 void ScalarEvolution::forgetLoop(const Loop *L) {
3537   // Drop any stored trip count value.
3538   BackedgeTakenCounts.erase(L);
3539
3540   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
3541   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3542   PushLoopPHIs(L, Worklist);
3543
3544   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3545   while (!Worklist.empty()) {
3546     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3547     if (!Visited.insert(I)) continue;
3548
3549     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
3550       Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
3551     if (It != Scalars.end()) {
3552       ValuesAtScopes.erase(It->second);
3553       Scalars.erase(It);
3554       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3555         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3556     }
3557
3558     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3559   }
3560 }
3561
3562 /// forgetValue - This method should be called by the client when it has
3563 /// changed a value in a way that may effect its value, or which may
3564 /// disconnect it from a def-use chain linking it to a loop.
3565 void ScalarEvolution::forgetValue(Value *V) {
3566   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
3567   if (!I) return;
3568
3569   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
3570   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3571   Worklist.push_back(I);
3572
3573   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3574   while (!Worklist.empty()) {
3575     I = Worklist.pop_back_val();
3576     if (!Visited.insert(I)) continue;
3577
3578     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *>::iterator It =
3579       Scalars.find(static_cast<Value *>(I));
3580     if (It != Scalars.end()) {
3581       ValuesAtScopes.erase(It->second);
3582       Scalars.erase(It);
3583       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3584         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3585     }
3586
3587     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3588   }
3589 }
3590
3591 /// ComputeBackedgeTakenCount - Compute the number of times the backedge
3592 /// of the specified loop will execute.
3593 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3594 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3595   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitingBlocks;
3596   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
3597
3598   // Examine all exits and pick the most conservative values.
3599   const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3600   const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3601   bool CouldNotComputeBECount = false;
3602   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
3603     BackedgeTakenInfo NewBTI =
3604       ComputeBackedgeTakenCountFromExit(L, ExitingBlocks[i]);
3605
3606     if (NewBTI.Exact == getCouldNotCompute()) {
3607       // We couldn't compute an exact value for this exit, so
3608       // we won't be able to compute an exact value for the loop.
3609       CouldNotComputeBECount = true;
3610       BECount = getCouldNotCompute();
3611     } else if (!CouldNotComputeBECount) {
3612       if (BECount == getCouldNotCompute())
3613         BECount = NewBTI.Exact;
3614       else
3615         BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BECount, NewBTI.Exact);
3616     }
3617     if (MaxBECount == getCouldNotCompute())
3618       MaxBECount = NewBTI.Max;
3619     else if (NewBTI.Max != getCouldNotCompute())
3620       MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(MaxBECount, NewBTI.Max);
3621   }
3622
3623   return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3624 }
3625
3626 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExit - Compute the number of times the backedge
3627 /// of the specified loop will execute if it exits via the specified block.
3628 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3629 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExit(const Loop *L,
3630                                                    BasicBlock *ExitingBlock) {
3631
3632   // Okay, we've chosen an exiting block.  See what condition causes us to
3633   // exit at this block.
3634   //
3635   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
3636   BranchInst *ExitBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
3637   if (ExitBr == 0) return getCouldNotCompute();
3638   assert(ExitBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
3639
3640   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
3641   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
3642   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
3643   // not be equal to the trip count of the loop.
3644   //
3645   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
3646   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
3647   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
3648   // loop header.  This is common for un-rotated loops.
3649   //
3650   // If both of those tests fail, walk up the unique predecessor chain to the
3651   // header, stopping if there is an edge that doesn't exit the loop. If the
3652   // header is reached, the execution count of the branch will be equal to the
3653   // trip count of the loop.
3654   //
3655   //  More extensive analysis could be done to handle more cases here.
3656   //
3657   if (ExitBr->getSuccessor(0) != L->getHeader() &&
3658       ExitBr->getSuccessor(1) != L->getHeader() &&
3659       ExitBr->getParent() != L->getHeader()) {
3660     // The simple checks failed, try climbing the unique predecessor chain
3661     // up to the header.
3662     bool Ok = false;
3663     for (BasicBlock *BB = ExitBr->getParent(); BB; ) {
3664       BasicBlock *Pred = BB->getUniquePredecessor();
3665       if (!Pred)
3666         return getCouldNotCompute();
3667       TerminatorInst *PredTerm = Pred->getTerminator();
3668       for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
3669         BasicBlock *PredSucc = PredTerm->getSuccessor(i);
3670         if (PredSucc == BB)
3671           continue;
3672         // If the predecessor has a successor that isn't BB and isn't
3673         // outside the loop, assume the worst.
3674         if (L->contains(PredSucc))
3675           return getCouldNotCompute();
3676       }
3677       if (Pred == L->getHeader()) {
3678         Ok = true;
3679         break;
3680       }
3681       BB = Pred;
3682     }
3683     if (!Ok)
3684       return getCouldNotCompute();
3685   }
3686
3687   // Proceed to the next level to examine the exit condition expression.
3688   return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, ExitBr->getCondition(),
3689                                                ExitBr->getSuccessor(0),
3690                                                ExitBr->getSuccessor(1));
3691 }
3692
3693 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond - Compute the number of times the
3694 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
3695 /// were a conditional branch of ExitCond, TBB, and FBB.
3696 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3697 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(const Loop *L,
3698                                                        Value *ExitCond,
3699                                                        BasicBlock *TBB,
3700                                                        BasicBlock *FBB) {
3701   // Check if the controlling expression for this loop is an And or Or.
3702   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(ExitCond)) {
3703     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
3704       // Recurse on the operands of the and.
3705       BackedgeTakenInfo BTI0 =
3706         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
3707       BackedgeTakenInfo BTI1 =
3708         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
3709       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3710       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3711       if (L->contains(TBB)) {
3712         // Both conditions must be true for the loop to continue executing.
3713         // Choose the less conservative count.
3714         if (BTI0.Exact == getCouldNotCompute() ||
3715             BTI1.Exact == getCouldNotCompute())
3716           BECount = getCouldNotCompute();
3717         else
3718           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3719         if (BTI0.Max == getCouldNotCompute())
3720           MaxBECount = BTI1.Max;
3721         else if (BTI1.Max == getCouldNotCompute())
3722           MaxBECount = BTI0.Max;
3723         else
3724           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3725       } else {
3726         // Both conditions must be true for the loop to exit.
3727         assert(L->contains(FBB) && "Loop block has no successor in loop!");
3728         if (BTI0.Exact != getCouldNotCompute() &&
3729             BTI1.Exact != getCouldNotCompute())
3730           BECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3731         if (BTI0.Max != getCouldNotCompute() &&
3732             BTI1.Max != getCouldNotCompute())
3733           MaxBECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3734       }
3735
3736       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3737     }
3738     if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
3739       // Recurse on the operands of the or.
3740       BackedgeTakenInfo BTI0 =
3741         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
3742       BackedgeTakenInfo BTI1 =
3743         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
3744       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3745       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3746       if (L->contains(FBB)) {
3747         // Both conditions must be false for the loop to continue executing.
3748         // Choose the less conservative count.
3749         if (BTI0.Exact == getCouldNotCompute() ||
3750             BTI1.Exact == getCouldNotCompute())
3751           BECount = getCouldNotCompute();
3752         else
3753           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3754         if (BTI0.Max == getCouldNotCompute())
3755           MaxBECount = BTI1.Max;
3756         else if (BTI1.Max == getCouldNotCompute())
3757           MaxBECount = BTI0.Max;
3758         else
3759           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3760       } else {
3761         // Both conditions must be false for the loop to exit.
3762         assert(L->contains(TBB) && "Loop block has no successor in loop!");
3763         if (BTI0.Exact != getCouldNotCompute() &&
3764             BTI1.Exact != getCouldNotCompute())
3765           BECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3766         if (BTI0.Max != getCouldNotCompute() &&
3767             BTI1.Max != getCouldNotCompute())
3768           MaxBECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3769       }
3770
3771       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3772     }
3773   }
3774
3775   // With an icmp, it may be feasible to compute an exact backedge-taken count.
3776   // Proceed to the next level to examine the icmp.
3777   if (ICmpInst *ExitCondICmp = dyn_cast<ICmpInst>(ExitCond))
3778     return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(L, ExitCondICmp, TBB, FBB);
3779
3780   // Check for a constant condition. These are normally stripped out by
3781   // SimplifyCFG, but ScalarEvolution may be used by a pass which wishes to
3782   // preserve the CFG and is temporarily leaving constant conditions
3783   // in place.
3784   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(ExitCond)) {
3785     if (L->contains(FBB) == !CI->getZExtValue())
3786       // The backedge is always taken.
3787       return getCouldNotCompute();
3788     else
3789       // The backedge is never taken.
3790       return getIntegerSCEV(0, CI->getType());
3791   }
3792
3793   // If it's not an integer or pointer comparison then compute it the hard way.
3794   return ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
3795 }
3796
3797 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp - Compute the number of times the
3798 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
3799 /// were a conditional branch of the ICmpInst ExitCond, TBB, and FBB.
3800 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3801 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(const Loop *L,
3802                                                            ICmpInst *ExitCond,
3803                                                            BasicBlock *TBB,
3804                                                            BasicBlock *FBB) {
3805
3806   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
3807   ICmpInst::Predicate Cond;
3808   if (!L->contains(FBB))
3809     Cond = ExitCond->getPredicate();
3810   else
3811     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
3812
3813   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
3814   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
3815     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
3816       BackedgeTakenInfo ItCnt =
3817         ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(LI, RHS, L, Cond);
3818       if (ItCnt.hasAnyInfo())
3819         return ItCnt;
3820     }
3821
3822   const SCEV *LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
3823   const SCEV *RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
3824
3825   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
3826   LHS = getSCEVAtScope(LHS, L);
3827   RHS = getSCEVAtScope(RHS, L);
3828
3829   // At this point, we would like to compute how many iterations of the
3830   // loop the predicate will return true for these inputs.
3831   if (LHS->isLoopInvariant(L) && !RHS->isLoopInvariant(L)) {
3832     // If there is a loop-invariant, force it into the RHS.
3833     std::swap(LHS, RHS);
3834     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
3835   }
3836
3837   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
3838   // ranges to answer this query.
3839   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
3840     if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
3841       if (AddRec->getLoop() == L) {
3842         // Form the constant range.
3843         ConstantRange CompRange(
3844             ICmpInst::makeConstantRange(Cond, RHSC->getValue()->getValue()));
3845
3846         const SCEV *Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, *this);
3847         if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
3848       }
3849
3850   switch (Cond) {
3851   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
3852     // Convert to: while (X-Y != 0)
3853     BackedgeTakenInfo BTI = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
3854     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3855     break;
3856   }
3857   case ICmpInst::ICMP_EQ: {                     // while (X == Y)
3858     // Convert to: while (X-Y == 0)
3859     BackedgeTakenInfo BTI = HowFarToNonZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
3860     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3861     break;
3862   }
3863   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
3864     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, true);
3865     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3866     break;
3867   }
3868   case ICmpInst::ICMP_SGT: {
3869     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
3870                                              getNotSCEV(RHS), L, true);
3871     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3872     break;
3873   }
3874   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
3875     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, false);
3876     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3877     break;
3878   }
3879   case ICmpInst::ICMP_UGT: {
3880     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
3881                                              getNotSCEV(RHS), L, false);
3882     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3883     break;
3884   }
3885   default:
3886 #if 0
3887     dbgs() << "ComputeBackedgeTakenCount ";
3888     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
3889       dbgs() << "[unsigned] ";
3890     dbgs() << *LHS << "   "
3891          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp)
3892          << "   " << *RHS << "\n";
3893 #endif
3894     break;
3895   }
3896   return
3897     ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
3898 }
3899
3900 static ConstantInt *
3901 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
3902                                 ScalarEvolution &SE) {
3903   const SCEV *InVal = SE.getConstant(C);
3904   const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
3905   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
3906          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
3907   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
3908 }
3909
3910 /// GetAddressedElementFromGlobal - Given a global variable with an initializer
3911 /// and a GEP expression (missing the pointer index) indexing into it, return
3912 /// the addressed element of the initializer or null if the index expression is
3913 /// invalid.
3914 static Constant *
3915 GetAddressedElementFromGlobal(GlobalVariable *GV,
3916                               const std::vector<ConstantInt*> &Indices) {
3917   Constant *Init = GV->getInitializer();
3918   for (unsigned i = 0, e = Indices.size(); i != e; ++i) {
3919     uint64_t Idx = Indices[i]->getZExtValue();
3920     if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Init)) {
3921       assert(Idx < CS->getNumOperands() && "Bad struct index!");
3922       Init = cast<Constant>(CS->getOperand(Idx));
3923     } else if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Init)) {
3924       if (Idx >= CA->getNumOperands()) return 0;  // Bogus program
3925       Init = cast<Constant>(CA->getOperand(Idx));
3926     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
3927       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
3928         assert(Idx < STy->getNumElements() && "Bad struct index!");
3929         Init = Constant::getNullValue(STy->getElementType(Idx));
3930       } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Init->getType())) {
3931         if (Idx >= ATy->getNumElements()) return 0;  // Bogus program
3932         Init = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
3933       } else {
3934         llvm_unreachable("Unknown constant aggregate type!");
3935       }
3936       return 0;
3937     } else {
3938       return 0; // Unknown initializer type
3939     }
3940   }
3941   return Init;
3942 }
3943
3944 /// ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount - Given an exit condition of
3945 /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the backedge
3946 /// execution count.
3947 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3948 ScalarEvolution::ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(
3949                                                 LoadInst *LI,
3950                                                 Constant *RHS,
3951                                                 const Loop *L,
3952                                                 ICmpInst::Predicate predicate) {
3953   if (LI->isVolatile()) return getCouldNotCompute();
3954
3955   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
3956   // TODO: Use SCEV instead of manually grubbing with GEPs.
3957   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
3958   if (!GEP) return getCouldNotCompute();
3959
3960   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
3961   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
3962   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
3963   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer() ||
3964       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
3965       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
3966     return getCouldNotCompute();
3967
3968   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
3969   Value *VarIdx = 0;
3970   std::vector<ConstantInt*> Indexes;
3971   unsigned VarIdxNum = 0;
3972   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
3973     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
3974       Indexes.push_back(CI);
3975     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
3976       if (VarIdx) return getCouldNotCompute();  // Multiple non-constant idx's.
3977       VarIdx = GEP->getOperand(i);
3978       VarIdxNum = i-2;
3979       Indexes.push_back(0);
3980     }
3981
3982   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
3983   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
3984   const SCEV *Idx = getSCEV(VarIdx);
3985   Idx = getSCEVAtScope(Idx, L);
3986
3987   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
3988   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
3989   const SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
3990   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || IdxExpr->isLoopInvariant(L) ||
3991       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
3992       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
3993     return getCouldNotCompute();
3994
3995   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
3996   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
3997     ConstantInt *ItCst = ConstantInt::get(
3998                            cast<IntegerType>(IdxExpr->getType()), IterationNum);
3999     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, *this);
4000
4001     // Form the GEP offset.
4002     Indexes[VarIdxNum] = Val;
4003
4004     Constant *Result = GetAddressedElementFromGlobal(GV, Indexes);
4005     if (Result == 0) break;  // Cannot compute!
4006
4007     // Evaluate the condition for this iteration.
4008     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
4009     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
4010     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
4011 #if 0
4012       dbgs() << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
4013              << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
4014              << "***\n";
4015 #endif
4016       ++NumArrayLenItCounts;
4017       return getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
4018     }
4019   }
4020   return getCouldNotCompute();
4021 }
4022
4023
4024 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
4025 /// specified type, assuming that all operands were constants.
4026 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
4027   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
4028       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I))
4029     return true;
4030
4031   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
4032     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
4033       return canConstantFoldCallTo(F);
4034   return false;
4035 }
4036
4037 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
4038 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
4039 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
4040 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
4041 /// constraints, return null.
4042 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
4043   // If this is not an instruction, or if this is an instruction outside of the
4044   // loop, it can't be derived from a loop PHI.
4045   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
4046   if (I == 0 || !L->contains(I)) return 0;
4047
4048   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
4049     if (L->getHeader() == I->getParent())
4050       return PN;
4051     else
4052       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
4053       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
4054       return 0;
4055   }
4056
4057   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
4058   // are constants, return early.
4059   if (!CanConstantFold(I)) return 0;
4060
4061   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
4062   // constant or derived from a PHI node themselves.
4063   PHINode *PHI = 0;
4064   for (unsigned Op = 0, e = I->getNumOperands(); Op != e; ++Op)
4065     if (!(isa<Constant>(I->getOperand(Op)) ||
4066           isa<GlobalValue>(I->getOperand(Op)))) {
4067       PHINode *P = getConstantEvolvingPHI(I->getOperand(Op), L);
4068       if (P == 0) return 0;  // Not evolving from PHI
4069       if (PHI == 0)
4070         PHI = P;
4071       else if (PHI != P)
4072         return 0;  // Evolving from multiple different PHIs.
4073     }
4074
4075   // This is a expression evolving from a constant PHI!
4076   return PHI;
4077 }
4078
4079 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
4080 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
4081 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
4082 /// reason, return null.
4083 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, Constant *PHIVal,
4084                                     const TargetData *TD) {
4085   if (isa<PHINode>(V)) return PHIVal;
4086   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
4087   if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V)) return GV;
4088   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
4089
4090   std::vector<Constant*> Operands;
4091   Operands.resize(I->getNumOperands());
4092
4093   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4094     Operands[i] = EvaluateExpression(I->getOperand(i), PHIVal, TD);
4095     if (Operands[i] == 0) return 0;
4096   }
4097
4098   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
4099     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(), Operands[0],
4100                                            Operands[1], TD);
4101   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
4102                                   &Operands[0], Operands.size(), TD);
4103 }
4104
4105 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
4106 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
4107 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
4108 /// involving constants, fold it.
4109 Constant *
4110 ScalarEvolution::getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN,
4111                                                    const APInt &BEs,
4112                                                    const Loop *L) {
4113   std::map<PHINode*, Constant*>::iterator I =
4114     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
4115   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
4116     return I->second;
4117
4118   if (BEs.ugt(MaxBruteForceIterations))
4119     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = 0;  // Not going to evaluate it.
4120
4121   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
4122
4123   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
4124   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
4125   // second must be derived from the same PHI.
4126   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
4127   Constant *StartCST =
4128     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
4129   if (StartCST == 0)
4130     return RetVal = 0;  // Must be a constant.
4131
4132   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
4133   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
4134   if (PN2 != PN)
4135     return RetVal = 0;  // Not derived from same PHI.
4136
4137   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
4138   if (BEs.getActiveBits() >= 32)
4139     return RetVal = 0; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
4140
4141   unsigned NumIterations = BEs.getZExtValue(); // must be in range
4142   unsigned IterationNum = 0;
4143   for (Constant *PHIVal = StartCST; ; ++IterationNum) {
4144     if (IterationNum == NumIterations)
4145       return RetVal = PHIVal;  // Got exit value!
4146
4147     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
4148     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal, TD);
4149     if (NextPHI == PHIVal)
4150       return RetVal = NextPHI;  // Stopped evolving!
4151     if (NextPHI == 0)
4152       return 0;        // Couldn't evaluate!
4153     PHIVal = NextPHI;
4154   }
4155 }
4156
4157 /// ComputeBackedgeTakenCountExhaustively - If the loop is known to execute a
4158 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
4159 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
4160 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
4161 /// evaluate the trip count of the loop, return getCouldNotCompute().
4162 const SCEV *
4163 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(const Loop *L,
4164                                                        Value *Cond,
4165                                                        bool ExitWhen) {
4166   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
4167   if (PN == 0) return getCouldNotCompute();
4168
4169   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
4170   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
4171   // second must be derived from the same PHI.
4172   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
4173   Constant *StartCST =
4174     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
4175   if (StartCST == 0) return getCouldNotCompute();  // Must be a constant.
4176
4177   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
4178   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
4179   if (PN2 != PN) return getCouldNotCompute();  // Not derived from same PHI.
4180
4181   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
4182   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
4183   // "ExitWhen".
4184   unsigned IterationNum = 0;
4185   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
4186   for (Constant *PHIVal = StartCST;
4187        IterationNum != MaxIterations; ++IterationNum) {
4188     ConstantInt *CondVal =
4189       dyn_cast_or_null<ConstantInt>(EvaluateExpression(Cond, PHIVal, TD));
4190
4191     // Couldn't symbolically evaluate.
4192     if (!CondVal) return getCouldNotCompute();
4193
4194     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
4195       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
4196       return getConstant(Type::getInt32Ty(getContext()), IterationNum);
4197     }
4198
4199     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
4200     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal, TD);
4201     if (NextPHI == 0 || NextPHI == PHIVal)
4202       return getCouldNotCompute();// Couldn't evaluate or not making progress...
4203     PHIVal = NextPHI;
4204   }
4205
4206   // Too many iterations were needed to evaluate.
4207   return getCouldNotCompute();
4208 }
4209
4210 /// getSCEVAtScope - Return a SCEV expression for the specified value
4211 /// at the specified scope in the program.  The L value specifies a loop
4212 /// nest to evaluate the expression at, where null is the top-level or a
4213 /// specified loop is immediately inside of the loop.
4214 ///
4215 /// This method can be used to compute the exit value for a variable defined
4216 /// in a loop by querying what the value will hold in the parent loop.
4217 ///
4218 /// In the case that a relevant loop exit value cannot be computed, the
4219 /// original value V is returned.
4220 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
4221   // Check to see if we've folded this expression at this loop before.
4222   std::map<const Loop *, const SCEV *> &Values = ValuesAtScopes[V];
4223   std::pair<std::map<const Loop *, const SCEV *>::iterator, bool> Pair =
4224     Values.insert(std::make_pair(L, static_cast<const SCEV *>(0)));
4225   if (!Pair.second)
4226     return Pair.first->second ? Pair.first->second : V;
4227
4228   // Otherwise compute it.
4229   const SCEV *C = computeSCEVAtScope(V, L);
4230   ValuesAtScopes[V][L] = C;
4231   return C;
4232 }
4233
4234 const SCEV *ScalarEvolution::computeSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
4235   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
4236
4237   // If this instruction is evolved from a constant-evolving PHI, compute the
4238   // exit value from the loop without using SCEVs.
4239   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
4240     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
4241       const Loop *LI = (*this->LI)[I->getParent()];
4242       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
4243         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4244           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
4245             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
4246             // to see if the loop that contains it has a known backedge-taken
4247             // count.  If so, we may be able to force computation of the exit
4248             // value.
4249             const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(LI);
4250             if (const SCEVConstant *BTCC =
4251                   dyn_cast<SCEVConstant>(BackedgeTakenCount)) {
4252               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
4253               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
4254               // the specified iteration number.
4255               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
4256                                                    BTCC->getValue()->getValue(),
4257                                                                LI);
4258               if (RV) return getSCEV(RV);
4259             }
4260           }
4261
4262       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
4263       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
4264       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
4265       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
4266       if (CanConstantFold(I)) {
4267         std::vector<Constant*> Operands;
4268         Operands.reserve(I->getNumOperands());
4269         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4270           Value *Op = I->getOperand(i);
4271           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
4272             Operands.push_back(C);
4273           } else {
4274             // If any of the operands is non-constant and if they are
4275             // non-integer and non-pointer, don't even try to analyze them
4276             // with scev techniques.
4277             if (!isSCEVable(Op->getType()))
4278               return V;
4279
4280             const SCEV *OpV = getSCEVAtScope(Op, L);
4281             if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OpV)) {
4282               Constant *C = SC->getValue();
4283               if (C->getType() != Op->getType())
4284                 C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
4285                                                                   Op->getType(),
4286                                                                   false),
4287                                           C, Op->getType());
4288               Operands.push_back(C);
4289             } else if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(OpV)) {
4290               if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(SU->getValue())) {
4291                 if (C->getType() != Op->getType())
4292                   C =
4293                     ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
4294                                                                   Op->getType(),
4295                                                                   false),
4296                                           C, Op->getType());
4297                 Operands.push_back(C);
4298               } else
4299                 return V;
4300             } else {
4301               return V;
4302             }
4303           }
4304         }
4305
4306         Constant *C = 0;
4307         if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
4308           C = ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
4309                                               Operands[0], Operands[1], TD);
4310         else
4311           C = ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
4312                                        &Operands[0], Operands.size(), TD);
4313         if (C)
4314           return getSCEV(C);
4315       }
4316     }
4317
4318     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
4319     return V;
4320   }
4321
4322   if (const SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
4323     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
4324     // expression has no loop-variant portions.
4325     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4326       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
4327       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
4328         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
4329         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
4330         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Comm->op_begin(),
4331                                             Comm->op_begin()+i);
4332         NewOps.push_back(OpAtScope);
4333
4334         for (++i; i != e; ++i) {
4335           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
4336           NewOps.push_back(OpAtScope);
4337         }
4338         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
4339           return getAddExpr(NewOps);
4340         if (isa<SCEVMulExpr>(Comm))
4341           return getMulExpr(NewOps);
4342         if (isa<SCEVSMaxExpr>(Comm))
4343           return getSMaxExpr(NewOps);
4344         if (isa<SCEVUMaxExpr>(Comm))
4345           return getUMaxExpr(NewOps);
4346         llvm_unreachable("Unknown commutative SCEV type!");
4347       }
4348     }
4349     // If we got here, all operands are loop invariant.
4350     return Comm;
4351   }
4352
4353   if (const SCEVUDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(V)) {
4354     const SCEV *LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
4355     const SCEV *RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
4356     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
4357       return Div;   // must be loop invariant
4358     return getUDivExpr(LHS, RHS);
4359   }
4360
4361   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
4362   // are dealing with the final value computed by the loop.
4363   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
4364     if (!L || !AddRec->getLoop()->contains(L)) {
4365       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
4366       // loop iterates.  Compute this now.
4367       const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
4368       if (BackedgeTakenCount == getCouldNotCompute()) return AddRec;
4369
4370       // Then, evaluate the AddRec.
4371       return AddRec->evaluateAtIteration(BackedgeTakenCount, *this);
4372     }
4373     return AddRec;
4374   }
4375
4376   if (const SCEVZeroExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(V)) {
4377     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4378     if (Op == Cast->getOperand())
4379       return Cast;  // must be loop invariant
4380     return getZeroExtendExpr(Op, Cast->getType());
4381   }
4382
4383   if (const SCEVSignExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(V)) {
4384     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4385     if (Op == Cast->getOperand())
4386       return Cast;  // must be loop invariant
4387     return getSignExtendExpr(Op, Cast->getType());
4388   }
4389
4390   if (const SCEVTruncateExpr *Cast = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(V)) {
4391     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4392     if (Op == Cast->getOperand())
4393       return Cast;  // must be loop invariant
4394     return getTruncateExpr(Op, Cast->getType());
4395   }
4396
4397   llvm_unreachable("Unknown SCEV type!");
4398   return 0;
4399 }
4400
4401 /// getSCEVAtScope - This is a convenience function which does
4402 /// getSCEVAtScope(getSCEV(V), L).
4403 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) {
4404   return getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
4405 }
4406
4407 /// SolveLinEquationWithOverflow - Finds the minimum unsigned root of the
4408 /// following equation:
4409 ///
4410 ///     A * X = B (mod N)
4411 ///
4412 /// where N = 2^BW and BW is the common bit width of A and B. The signedness of
4413 /// A and B isn't important.
4414 ///
4415 /// If the equation does not have a solution, SCEVCouldNotCompute is returned.
4416 static const SCEV *SolveLinEquationWithOverflow(const APInt &A, const APInt &B,
4417                                                ScalarEvolution &SE) {
4418   uint32_t BW = A.getBitWidth();
4419   assert(BW == B.getBitWidth() && "Bit widths must be the same.");
4420   assert(A != 0 && "A must be non-zero.");
4421
4422   // 1. D = gcd(A, N)
4423   //
4424   // The gcd of A and N may have only one prime factor: 2. The number of
4425   // trailing zeros in A is its multiplicity
4426   uint32_t Mult2 = A.countTrailingZeros();
4427   // D = 2^Mult2
4428
4429   // 2. Check if B is divisible by D.
4430   //
4431   // B is divisible by D if and only if the multiplicity of prime factor 2 for B
4432   // is not less than multiplicity of this prime factor for D.
4433   if (B.countTrailingZeros() < Mult2)
4434     return SE.getCouldNotCompute();
4435
4436   // 3. Compute I: the multiplicative inverse of (A / D) in arithmetic
4437   // modulo (N / D).
4438   //
4439   // (N / D) may need BW+1 bits in its representation.  Hence, we'll use this
4440   // bit width during computations.
4441   APInt AD = A.lshr(Mult2).zext(BW + 1);  // AD = A / D
4442   APInt Mod(BW + 1, 0);
4443   Mod.set(BW - Mult2);  // Mod = N / D
4444   APInt I = AD.multiplicativeInverse(Mod);
4445
4446   // 4. Compute the minimum unsigned root of the equation:
4447   // I * (B / D) mod (N / D)
4448   APInt Result = (I * B.lshr(Mult2).zext(BW + 1)).urem(Mod);
4449
4450   // The result is guaranteed to be less than 2^BW so we may truncate it to BW
4451   // bits.
4452   return SE.getConstant(Result.trunc(BW));
4453 }
4454
4455 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
4456 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
4457 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
4458 ///
4459 static std::pair<const SCEV *,const SCEV *>
4460 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ScalarEvolution &SE) {
4461   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
4462   const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
4463   const SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
4464   const SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
4465
4466   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
4467   if (!LC || !MC || !NC) {
4468     const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
4469     return std::make_pair(CNC, CNC);
4470   }
4471
4472   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
4473   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
4474   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
4475   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
4476   APInt Two(BitWidth, 2);
4477   APInt Four(BitWidth, 4);
4478
4479   {
4480     using namespace APIntOps;
4481     const APInt& C = L;
4482     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
4483     // The B coefficient is M-N/2
4484     APInt B(M);
4485     B -= sdiv(N,Two);
4486
4487     // The A coefficient is N/2
4488     APInt A(N.sdiv(Two));
4489
4490     // Compute the B^2-4ac term.
4491     APInt SqrtTerm(B);
4492     SqrtTerm *= B;
4493     SqrtTerm -= Four * (A * C);
4494
4495     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
4496     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
4497     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
4498
4499     // Compute the two solutions for the quadratic formula.
4500     // The divisions must be performed as signed divisions.
4501     APInt NegB(-B);
4502     APInt TwoA( A << 1 );
4503     if (TwoA.isMinValue()) {
4504       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
4505       return std::make_pair(CNC, CNC);
4506     }
4507
4508     LLVMContext &Context = SE.getContext();
4509
4510     ConstantInt *Solution1 =
4511       ConstantInt::get(Context, (NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
4512     ConstantInt *Solution2 =
4513       ConstantInt::get(Context, (NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
4514
4515     return std::make_pair(SE.getConstant(Solution1),
4516                           SE.getConstant(Solution2));
4517     } // end APIntOps namespace
4518 }
4519
4520 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
4521 /// value to zero will execute.  If not computable, return CouldNotCompute.
4522 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4523 ScalarEvolution::HowFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
4524   // If the value is a constant
4525   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
4526     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
4527     if (C->getValue()->isZero()) return C;
4528     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
4529   }
4530
4531   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
4532   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
4533     return getCouldNotCompute();
4534
4535   if (AddRec->isAffine()) {
4536     // If this is an affine expression, the execution count of this branch is
4537     // the minimum unsigned root of the following equation:
4538     //
4539     //     Start + Step*N = 0 (mod 2^BW)
4540     //
4541     // equivalent to:
4542     //
4543     //             Step*N = -Start (mod 2^BW)
4544     //
4545     // where BW is the common bit width of Start and Step.
4546
4547     // Get the initial value for the loop.
4548     const SCEV *Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(),
4549                                        L->getParentLoop());
4550     const SCEV *Step = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(1),
4551                                       L->getParentLoop());
4552
4553     if (const SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step)) {
4554       // For now we handle only constant steps.
4555
4556       // First, handle unitary steps.
4557       if (StepC->getValue()->equalsInt(1))      // 1*N = -Start (mod 2^BW), so:
4558         return getNegativeSCEV(Start);          //   N = -Start (as unsigned)
4559       if (StepC->getValue()->isAllOnesValue())  // -1*N = -Start (mod 2^BW), so:
4560         return Start;                           //    N = Start (as unsigned)
4561
4562       // Then, try to solve the above equation provided that Start is constant.
4563       if (const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start))
4564         return SolveLinEquationWithOverflow(StepC->getValue()->getValue(),
4565                                             -StartC->getValue()->getValue(),
4566                                             *this);
4567     }
4568   } else if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isIntegerTy()) {
4569     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
4570     // the quadratic equation to solve it.
4571     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots = SolveQuadraticEquation(AddRec,
4572                                                                     *this);
4573     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
4574     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
4575     if (R1) {
4576 #if 0
4577       dbgs() << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
4578              << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
4579 #endif
4580       // Pick the smallest positive root value.
4581       if (ConstantInt *CB =
4582           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
4583                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
4584         if (CB->getZExtValue() == false)
4585           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
4586
4587         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
4588         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
4589         // should not accept a root of 2.
4590         const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1, *this);
4591         if (Val->isZero())
4592           return R1;  // We found a quadratic root!
4593       }
4594     }
4595   }
4596
4597   return getCouldNotCompute();
4598 }
4599
4600 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
4601 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
4602 /// CouldNotCompute
4603 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4604 ScalarEvolution::HowFarToNonZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
4605   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
4606   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
4607   // future as needed.
4608
4609   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
4610   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
4611   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
4612     if (!C->getValue()->isNullValue())
4613       return getIntegerSCEV(0, C->getType());
4614     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
4615   }
4616
4617   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
4618   // this, and if they did, they would already be constant folded.
4619   return getCouldNotCompute();
4620 }
4621
4622 /// getLoopPredecessor - If the given loop's header has exactly one unique
4623 /// predecessor outside the loop, return it. Otherwise return null.
4624 ///
4625 BasicBlock *ScalarEvolution::getLoopPredecessor(const Loop *L) {
4626   BasicBlock *Header = L->getHeader();
4627   BasicBlock *Pred = 0;
4628   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), E = pred_end(Header);
4629        PI != E; ++PI)
4630     if (!L->contains(*PI)) {
4631       if (Pred && Pred != *PI) return 0; // Multiple predecessors.
4632       Pred = *PI;
4633     }
4634   return Pred;
4635 }
4636
4637 /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
4638 /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
4639 /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
4640 /// found.
4641 ///
4642 BasicBlock *
4643 ScalarEvolution::getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB) {
4644   // If the block has a unique predecessor, then there is no path from the
4645   // predecessor to the block that does not go through the direct edge
4646   // from the predecessor to the block.
4647   if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor())
4648     return Pred;
4649
4650   // A loop's header is defined to be a block that dominates the loop.
4651   // If the header has a unique predecessor outside the loop, it must be
4652   // a block that has exactly one successor that can reach the loop.
4653   if (Loop *L = LI->getLoopFor(BB))
4654     return getLoopPredecessor(L);
4655
4656   return 0;
4657 }
4658
4659 /// HasSameValue - SCEV structural equivalence is usually sufficient for
4660 /// testing whether two expressions are equal, however for the purposes of
4661 /// looking for a condition guarding a loop, it can be useful to be a little
4662 /// more general, since a front-end may have replicated the controlling
4663 /// expression.
4664 ///
4665 static bool HasSameValue(const SCEV *A, const SCEV *B) {
4666   // Quick check to see if they are the same SCEV.
4667   if (A == B) return true;
4668
4669   // Otherwise, if they're both SCEVUnknown, it's possible that they hold
4670   // two different instructions with the same value. Check for this case.
4671   if (const SCEVUnknown *AU = dyn_cast<SCEVUnknown>(A))
4672     if (const SCEVUnknown *BU = dyn_cast<SCEVUnknown>(B))
4673       if (const Instruction *AI = dyn_cast<Instruction>(AU->getValue()))
4674         if (const Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(BU->getValue()))
4675           if (AI->isIdenticalTo(BI) && !AI->mayReadFromMemory())
4676             return true;
4677
4678   // Otherwise assume they may have a different value.
4679   return false;
4680 }
4681
4682 bool ScalarEvolution::isKnownNegative(const SCEV *S) {
4683   return getSignedRange(S).getSignedMax().isNegative();
4684 }
4685
4686 bool ScalarEvolution::isKnownPositive(const SCEV *S) {
4687   return getSignedRange(S).getSignedMin().isStrictlyPositive();
4688 }
4689
4690 bool ScalarEvolution::isKnownNonNegative(const SCEV *S) {
4691   return !getSignedRange(S).getSignedMin().isNegative();
4692 }
4693
4694 bool ScalarEvolution::isKnownNonPositive(const SCEV *S) {
4695   return !getSignedRange(S).getSignedMax().isStrictlyPositive();
4696 }
4697
4698 bool ScalarEvolution::isKnownNonZero(const SCEV *S) {
4699   return isKnownNegative(S) || isKnownPositive(S);
4700 }
4701
4702 bool ScalarEvolution::isKnownPredicate(ICmpInst::Predicate Pred,
4703                                        const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
4704   // If LHS or RHS is an addrec, check to see if the condition is true in
4705   // every iteration of the loop.
4706   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
4707     if (isLoopEntryGuardedByCond(
4708           AR->getLoop(), Pred, AR->getStart(), RHS) &&
4709         isLoopBackedgeGuardedByCond(
4710           AR->getLoop(), Pred,
4711           getAddExpr(AR, AR->getStepRecurrence(*this)), RHS))
4712       return true;
4713   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS))
4714     if (isLoopEntryGuardedByCond(
4715           AR->getLoop(), Pred, LHS, AR->getStart()) &&
4716         isLoopBackedgeGuardedByCond(
4717           AR->getLoop(), Pred,
4718           LHS, getAddExpr(AR, AR->getStepRecurrence(*this))))
4719       return true;
4720
4721   // Otherwise see what can be done with known constant ranges.
4722   return isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS);
4723 }
4724
4725 bool
4726 ScalarEvolution::isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
4727                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
4728   if (HasSameValue(LHS, RHS))
4729     return ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
4730
4731   // This code is split out from isKnownPredicate because it is called from
4732   // within isLoopEntryGuardedByCond.
4733   switch (Pred) {
4734   default:
4735     llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
4736     break;
4737   case ICmpInst::ICMP_SGT:
4738     Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
4739     std::swap(LHS, RHS);
4740   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
4741     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
4742     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
4743     if (LHSRange.getSignedMax().slt(RHSRange.getSignedMin()))
4744       return true;
4745     if (LHSRange.getSignedMin().sge(RHSRange.getSignedMax()))
4746       return false;
4747     break;
4748   }
4749   case ICmpInst::ICMP_SGE:
4750     Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
4751     std::swap(LHS, RHS);
4752   case ICmpInst::ICMP_SLE: {
4753     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
4754     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
4755     if (LHSRange.getSignedMax().sle(RHSRange.getSignedMin()))
4756       return true;
4757     if (LHSRange.getSignedMin().sgt(RHSRange.getSignedMax()))
4758       return false;
4759     break;
4760   }
4761   case ICmpInst::ICMP_UGT:
4762     Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
4763     std::swap(LHS, RHS);
4764   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
4765     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
4766     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
4767     if (LHSRange.getUnsignedMax().ult(RHSRange.getUnsignedMin()))
4768       return true;
4769     if (LHSRange.getUnsignedMin().uge(RHSRange.getUnsignedMax()))
4770       return false;
4771     break;
4772   }
4773   case ICmpInst::ICMP_UGE:
4774     Pred = ICmpInst::ICMP_ULE;
4775     std::swap(LHS, RHS);
4776   case ICmpInst::ICMP_ULE: {
4777     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
4778     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
4779     if (LHSRange.getUnsignedMax().ule(RHSRange.getUnsignedMin()))
4780       return true;
4781     if (LHSRange.getUnsignedMin().ugt(RHSRange.getUnsignedMax()))
4782       return false;
4783     break;
4784   }
4785   case ICmpInst::ICMP_NE: {
4786     if (getUnsignedRange(LHS).intersectWith(getUnsignedRange(RHS)).isEmptySet())
4787       return true;
4788     if (getSignedRange(LHS).intersectWith(getSignedRange(RHS)).isEmptySet())
4789       return true;
4790
4791     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(LHS, RHS);
4792     if (isKnownNonZero(Diff))
4793       return true;
4794     break;
4795   }
4796   case ICmpInst::ICMP_EQ:
4797     // The check at the top of the function catches the case where
4798     // the values are known to be equal.
4799     break;
4800   }
4801   return false;
4802 }
4803
4804 /// isLoopBackedgeGuardedByCond - Test whether the backedge of the loop is
4805 /// protected by a conditional between LHS and RHS.  This is used to
4806 /// to eliminate casts.
4807 bool
4808 ScalarEvolution::isLoopBackedgeGuardedByCond(const Loop *L,
4809                                              ICmpInst::Predicate Pred,
4810                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
4811   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
4812   // (interprocedural conditions notwithstanding).
4813   if (!L) return true;
4814
4815   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
4816   if (!Latch)
4817     return false;
4818
4819   BranchInst *LoopContinuePredicate =
4820     dyn_cast<BranchInst>(Latch->getTerminator());
4821   if (!LoopContinuePredicate ||
4822       LoopContinuePredicate->isUnconditional())
4823     return false;
4824
4825   return isImpliedCond(LoopContinuePredicate->getCondition(), Pred, LHS, RHS,
4826                        LoopContinuePredicate->getSuccessor(0) != L->getHeader());
4827 }
4828
4829 /// isLoopEntryGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected
4830 /// by a conditional between LHS and RHS.  This is used to help avoid max
4831 /// expressions in loop trip counts, and to eliminate casts.
4832 bool
4833 ScalarEvolution::isLoopEntryGuardedByCond(const Loop *L,
4834                                           ICmpInst::Predicate Pred,
4835                                           const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
4836   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
4837   // (interprocedural conditions notwithstanding).
4838   if (!L) return false;
4839
4840   BasicBlock *Predecessor = getLoopPredecessor(L);
4841   BasicBlock *PredecessorDest = L->getHeader();
4842
4843   // Starting at the loop predecessor, climb up the predecessor chain, as long
4844   // as there are predecessors that can be found that have unique successors
4845   // leading to the original header.
4846   for (; Predecessor;
4847        PredecessorDest = Predecessor,
4848        Predecessor = getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(Predecessor)) {
4849
4850     BranchInst *LoopEntryPredicate =
4851       dyn_cast<BranchInst>(Predecessor->getTerminator());
4852     if (!LoopEntryPredicate ||
4853         LoopEntryPredicate->isUnconditional())
4854       continue;
4855
4856     if (isImpliedCond(LoopEntryPredicate->getCondition(), Pred, LHS, RHS,
4857                       LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) != PredecessorDest))
4858       return true;
4859   }
4860
4861   return false;
4862 }
4863
4864 /// isImpliedCond - Test whether the condition described by Pred, LHS,
4865 /// and RHS is true whenever the given Cond value evaluates to true.
4866 bool ScalarEvolution::isImpliedCond(Value *CondValue,
4867                                     ICmpInst::Predicate Pred,
4868                                     const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
4869                                     bool Inverse) {
4870   // Recursively handle And and Or conditions.
4871   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(CondValue)) {
4872     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
4873       if (!Inverse)
4874         return isImpliedCond(BO->getOperand(0), Pred, LHS, RHS, Inverse) ||
4875                isImpliedCond(BO->getOperand(1), Pred, LHS, RHS, Inverse);
4876     } else if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
4877       if (Inverse)
4878         return isImpliedCond(BO->getOperand(0), Pred, LHS, RHS, Inverse) ||
4879                isImpliedCond(BO->getOperand(1), Pred, LHS, RHS, Inverse);
4880     }
4881   }
4882
4883   ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(CondValue);
4884   if (!ICI) return false;
4885
4886   // Bail if the ICmp's operands' types are wider than the needed type
4887   // before attempting to call getSCEV on them. This avoids infinite
4888   // recursion, since the analysis of widening casts can require loop
4889   // exit condition information for overflow checking, which would
4890   // lead back here.
4891   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <
4892       getTypeSizeInBits(ICI->getOperand(0)->getType()))
4893     return false;
4894
4895   // Now that we found a conditional branch that dominates the loop, check to
4896   // see if it is the comparison we are looking for.
4897   ICmpInst::Predicate FoundPred;
4898   if (Inverse)
4899     FoundPred = ICI->getInversePredicate();
4900   else
4901     FoundPred = ICI->getPredicate();
4902
4903   const SCEV *FoundLHS = getSCEV(ICI->getOperand(0));
4904   const SCEV *FoundRHS = getSCEV(ICI->getOperand(1));
4905
4906   // Balance the types. The case where FoundLHS' type is wider than
4907   // LHS' type is checked for above.
4908   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) >
4909       getTypeSizeInBits(FoundLHS->getType())) {
4910     if (CmpInst::isSigned(Pred)) {
4911       FoundLHS = getSignExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
4912       FoundRHS = getSignExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
4913     } else {
4914       FoundLHS = getZeroExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
4915       FoundRHS = getZeroExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
4916     }
4917   }
4918
4919   // Canonicalize the query to match the way instcombine will have
4920   // canonicalized the comparison.
4921   // First, put a constant operand on the right.
4922   if (isa<SCEVConstant>(LHS)) {
4923     std::swap(LHS, RHS);
4924     Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4925   }
4926   // Then, canonicalize comparisons with boundary cases.
4927   if (const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
4928     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
4929     switch (Pred) {
4930     default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
4931     case ICmpInst::ICMP_EQ:
4932     case ICmpInst::ICMP_NE:
4933       break;
4934     case ICmpInst::ICMP_UGE:
4935       if ((RA - 1).isMinValue()) {
4936         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4937         RHS = getConstant(RA - 1);
4938         break;
4939       }
4940       if (RA.isMaxValue()) {
4941         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4942         break;
4943       }
4944       if (RA.isMinValue()) return true;
4945       break;
4946     case ICmpInst::ICMP_ULE:
4947       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
4948         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4949         RHS = getConstant(RA + 1);
4950         break;
4951       }
4952       if (RA.isMinValue()) {
4953         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4954         break;
4955       }
4956       if (RA.isMaxValue()) return true;
4957       break;
4958     case ICmpInst::ICMP_SGE:
4959       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
4960         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4961         RHS = getConstant(RA - 1);
4962         break;
4963       }
4964       if (RA.isMaxSignedValue()) {
4965         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4966         break;
4967       }
4968       if (RA.isMinSignedValue()) return true;
4969       break;
4970     case ICmpInst::ICMP_SLE:
4971       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
4972         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4973         RHS = getConstant(RA + 1);
4974         break;
4975       }
4976       if (RA.isMinSignedValue()) {
4977         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4978         break;
4979       }
4980       if (RA.isMaxSignedValue()) return true;
4981       break;
4982     case ICmpInst::ICMP_UGT:
4983       if (RA.isMinValue()) {
4984         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4985         break;
4986       }
4987       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
4988         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4989         RHS = getConstant(RA + 1);
4990         break;
4991       }
4992       if (RA.isMaxValue()) return false;
4993       break;
4994     case ICmpInst::ICMP_ULT:
4995       if (RA.isMaxValue()) {
4996         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4997         break;
4998       }
4999       if ((RA - 1).isMinValue()) {
5000         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5001         RHS = getConstant(RA - 1);
5002         break;
5003       }
5004       if (RA.isMinValue()) return false;
5005       break;
5006     case ICmpInst::ICMP_SGT:
5007       if (RA.isMinSignedValue()) {
5008         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5009         break;
5010       }
5011       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
5012         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5013         RHS = getConstant(RA + 1);
5014         break;
5015       }
5016       if (RA.isMaxSignedValue()) return false;
5017       break;
5018     case ICmpInst::ICMP_SLT:
5019       if (RA.isMaxSignedValue()) {
5020         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5021         break;
5022       }
5023       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
5024        Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5025        RHS = getConstant(RA - 1);
5026        break;
5027       }
5028       if (RA.isMinSignedValue()) return false;
5029       break;
5030     }
5031   }
5032
5033   // Check to see if we can make the LHS or RHS match.
5034   if (LHS == FoundRHS || RHS == FoundLHS) {
5035     if (isa<SCEVConstant>(RHS)) {
5036       std::swap(FoundLHS, FoundRHS);
5037       FoundPred = ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred);
5038     } else {
5039       std::swap(LHS, RHS);
5040       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
5041     }
5042   }
5043
5044   // Check whether the found predicate is the same as the desired predicate.
5045   if (FoundPred == Pred)
5046     return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS);
5047
5048   // Check whether swapping the found predicate makes it the same as the
5049   // desired predicate.
5050   if (ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred) == Pred) {
5051     if (isa<SCEVConstant>(RHS))
5052       return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundRHS, FoundLHS);
5053     else
5054       return isImpliedCondOperands(ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred),
5055                                    RHS, LHS, FoundLHS, FoundRHS);
5056   }
5057
5058   // Check whether the actual condition is beyond sufficient.
5059   if (FoundPred == ICmpInst::ICMP_EQ)
5060     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
5061       if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
5062         return true;
5063   if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
5064     if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(FoundPred))
5065       if (isImpliedCondOperands(FoundPred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
5066         return true;
5067
5068   // Otherwise assume the worst.
5069   return false;
5070 }
5071
5072 /// isImpliedCondOperands - Test whether the condition described by Pred,
5073 /// LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred, FoundLHS,
5074 /// and FoundRHS is true.
5075 bool ScalarEvolution::isImpliedCondOperands(ICmpInst::Predicate Pred,
5076                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5077                                             const SCEV *FoundLHS,
5078                                             const SCEV *FoundRHS) {
5079   return isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
5080                                      FoundLHS, FoundRHS) ||
5081          // ~x < ~y --> x > y
5082          isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
5083                                      getNotSCEV(FoundRHS),
5084                                      getNotSCEV(FoundLHS));
5085 }
5086
5087 /// isImpliedCondOperandsHelper - Test whether the condition described by
5088 /// Pred, LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred,
5089 /// FoundLHS, and FoundRHS is true.
5090 bool
5091 ScalarEvolution::isImpliedCondOperandsHelper(ICmpInst::Predicate Pred,
5092                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5093                                              const SCEV *FoundLHS,
5094                                              const SCEV *FoundRHS) {
5095   switch (Pred) {
5096   default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
5097   case ICmpInst::ICMP_EQ:
5098   case ICmpInst::ICMP_NE:
5099     if (HasSameValue(LHS, FoundLHS) && HasSameValue(RHS, FoundRHS))
5100       return true;
5101     break;
5102   case ICmpInst::ICMP_SLT:
5103   case ICmpInst::ICMP_SLE:
5104     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SLE, LHS, FoundLHS) &&
5105         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SGE, RHS, FoundRHS))
5106       return true;
5107     break;
5108   case ICmpInst::ICMP_SGT:
5109   case ICmpInst::ICMP_SGE:
5110     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SGE, LHS, FoundLHS) &&
5111         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SLE, RHS, FoundRHS))
5112       return true;
5113     break;
5114   case ICmpInst::ICMP_ULT:
5115   case ICmpInst::ICMP_ULE:
5116     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_ULE, LHS, FoundLHS) &&
5117         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_UGE, RHS, FoundRHS))
5118       return true;
5119     break;
5120   case ICmpInst::ICMP_UGT:
5121   case ICmpInst::ICMP_UGE:
5122     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_UGE, LHS, FoundLHS) &&
5123         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_ULE, RHS, FoundRHS))
5124       return true;
5125     break;
5126   }
5127
5128   return false;
5129 }
5130
5131 /// getBECount - Subtract the end and start values and divide by the step,
5132 /// rounding up, to get the number of times the backedge is executed. Return
5133 /// CouldNotCompute if an intermediate computation overflows.
5134 const SCEV *ScalarEvolution::getBECount(const SCEV *Start,
5135                                         const SCEV *End,
5136                                         const SCEV *Step,
5137                                         bool NoWrap) {
5138   assert(!isKnownNegative(Step) &&
5139          "This code doesn't handle negative strides yet!");
5140
5141   const Type *Ty = Start->getType();
5142   const SCEV *NegOne = getIntegerSCEV(-1, Ty);
5143   const SCEV *Diff = getMinusSCEV(End, Start);
5144   const SCEV *RoundUp = getAddExpr(Step, NegOne);
5145
5146   // Add an adjustment to the difference between End and Start so that
5147   // the division will effectively round up.
5148   const SCEV *Add = getAddExpr(Diff, RoundUp);
5149
5150   if (!NoWrap) {
5151     // Check Add for unsigned overflow.
5152     // TODO: More sophisticated things could be done here.
5153     const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(),
5154                                           getTypeSizeInBits(Ty) + 1);
5155     const SCEV *EDiff = getZeroExtendExpr(Diff, WideTy);
5156     const SCEV *ERoundUp = getZeroExtendExpr(RoundUp, WideTy);
5157     const SCEV *OperandExtendedAdd = getAddExpr(EDiff, ERoundUp);
5158     if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) != OperandExtendedAdd)
5159       return getCouldNotCompute();
5160   }
5161
5162   return getUDivExpr(Add, Step);
5163 }
5164
5165 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
5166 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
5167 /// CouldNotCompute.
5168 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
5169 ScalarEvolution::HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5170                                   const Loop *L, bool isSigned) {
5171   // Only handle:  "ADDREC < LoopInvariant".
5172   if (!RHS->isLoopInvariant(L)) return getCouldNotCompute();
5173
5174   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
5175   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
5176     return getCouldNotCompute();
5177
5178   // Check to see if we have a flag which makes analysis easy.
5179   bool NoWrap = isSigned ? AddRec->hasNoSignedWrap() :
5180                            AddRec->hasNoUnsignedWrap();
5181
5182   if (AddRec->isAffine()) {
5183     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AddRec->getType());
5184     const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
5185
5186     if (Step->isZero())
5187       return getCouldNotCompute();
5188     if (Step->isOne()) {
5189       // With unit stride, the iteration never steps past the limit value.
5190     } else if (isKnownPositive(Step)) {
5191       // Test whether a positive iteration can step past the limit
5192       // value and past the maximum value for its type in a single step.
5193       // Note that it's not sufficient to check NoWrap here, because even
5194       // though the value after a wrap is undefined, it's not undefined
5195       // behavior, so if wrap does occur, the loop could either terminate or
5196       // loop infinitely, but in either case, the loop is guaranteed to
5197       // iterate at least until the iteration where the wrapping occurs.
5198       const SCEV *One = getIntegerSCEV(1, Step->getType());
5199       if (isSigned) {
5200         APInt Max = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
5201         if ((Max - getSignedRange(getMinusSCEV(Step, One)).getSignedMax())
5202               .slt(getSignedRange(RHS).getSignedMax()))
5203           return getCouldNotCompute();
5204       } else {
5205         APInt Max = APInt::getMaxValue(BitWidth);
5206         if ((Max - getUnsignedRange(getMinusSCEV(Step, One)).getUnsignedMax())
5207               .ult(getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax()))
5208           return getCouldNotCompute();
5209       }
5210     } else
5211       // TODO: Handle negative strides here and below.
5212       return getCouldNotCompute();
5213
5214     // We know the LHS is of the form {n,+,s} and the RHS is some loop-invariant
5215     // m.  So, we count the number of iterations in which {n,+,s} < m is true.
5216     // Note that we cannot simply return max(m-n,0)/s because it's not safe to
5217     // treat m-n as signed nor unsigned due to overflow possibility.
5218
5219     // First, we get the value of the LHS in the first iteration: n
5220     const SCEV *Start = AddRec->getOperand(0);
5221
5222     // Determine the minimum constant start value.
5223     const SCEV *MinStart = getConstant(isSigned ?
5224       getSignedRange(Start).getSignedMin() :
5225       getUnsignedRange(Start).getUnsignedMin());
5226
5227     // If we know that the condition is true in order to enter the loop,
5228     // then we know that it will run exactly (m-n)/s times. Otherwise, we
5229     // only know that it will execute (max(m,n)-n)/s times. In both cases,
5230     // the division must round up.
5231     const SCEV *End = RHS;
5232     if (!isLoopEntryGuardedByCond(L,
5233                                   isSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT :
5234                                              ICmpInst::ICMP_ULT,
5235                                   getMinusSCEV(Start, Step), RHS))
5236       End = isSigned ? getSMaxExpr(RHS, Start)
5237                      : getUMaxExpr(RHS, Start);
5238
5239     // Determine the maximum constant end value.
5240     const SCEV *MaxEnd = getConstant(isSigned ?
5241       getSignedRange(End).getSignedMax() :
5242       getUnsignedRange(End).getUnsignedMax());
5243
5244     // If MaxEnd is within a step of the maximum integer value in its type,
5245     // adjust it down to the minimum value which would produce the same effect.
5246     // This allows the subsequent ceiling division of (N+(step-1))/step to
5247     // compute the correct value.
5248     const SCEV *StepMinusOne = getMinusSCEV(Step,
5249                                             getIntegerSCEV(1, Step->getType()));
5250     MaxEnd = isSigned ?
5251       getSMinExpr(MaxEnd,
5252                   getMinusSCEV(getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth)),
5253                                StepMinusOne)) :
5254       getUMinExpr(MaxEnd,
5255                   getMinusSCEV(getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth)),
5256                                StepMinusOne));
5257
5258     // Finally, we subtract these two values and divide, rounding up, to get
5259     // the number of times the backedge is executed.
5260     const SCEV *BECount = getBECount(Start, End, Step, NoWrap);
5261
5262     // The maximum backedge count is similar, except using the minimum start
5263     // value and the maximum end value.
5264     const SCEV *MaxBECount = getBECount(MinStart, MaxEnd, Step, NoWrap);
5265
5266     return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
5267   }
5268
5269   return getCouldNotCompute();
5270 }
5271
5272 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
5273 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
5274 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
5275 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
5276 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
5277 const SCEV *SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
5278                                                     ScalarEvolution &SE) const {
5279   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
5280     return SE.getCouldNotCompute();
5281
5282   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
5283   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
5284     if (!SC->getValue()->isZero()) {
5285       SmallVector<const SCEV *, 4> Operands(op_begin(), op_end());
5286       Operands[0] = SE.getIntegerSCEV(0, SC->getType());
5287       const SCEV *Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop());
5288       if (const SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec =
5289             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
5290         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
5291                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
5292       // This is strange and shouldn't happen.
5293       return SE.getCouldNotCompute();
5294     }
5295
5296   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
5297   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
5298   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
5299     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
5300       return SE.getCouldNotCompute();
5301
5302
5303   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
5304   // that the start element is zero.
5305
5306   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
5307   // iteration exits.
5308   unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(getType());
5309   if (!Range.contains(APInt(BitWidth, 0)))
5310     return SE.getIntegerSCEV(0, getType());
5311
5312   if (isAffine()) {
5313     // If this is an affine expression then we have this situation:
5314     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
5315
5316     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
5317     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
5318     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
5319     // value.  Also note that we already checked for a full range.
5320     APInt One(BitWidth,1);
5321     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
5322     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
5323
5324     // The exit value should be (End+A)/A.
5325     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
5326     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal);
5327
5328     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
5329     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
5330     // things must have happened.
5331     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
5332     if (Range.contains(Val->getValue()))
5333       return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5334
5335     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
5336     assert(Range.contains(
5337            EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
5338            ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
5339            "Linear scev computation is off in a bad way!");
5340     return SE.getConstant(ExitValue);
5341   } else if (isQuadratic()) {
5342     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
5343     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
5344     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
5345     // Range.getUpper() is crossed.
5346     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(op_begin(), op_end());
5347     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
5348     const SCEV *NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop());
5349
5350     // Next, solve the constructed addrec
5351     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots =
5352       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
5353     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
5354     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
5355     if (R1) {
5356       // Pick the smallest positive root value.
5357       if (ConstantInt *CB =
5358           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
5359                          R1->getValue(), R2->getValue()))) {
5360         if (CB->getZExtValue() == false)
5361           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
5362
5363         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
5364         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
5365         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
5366         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
5367                                                              R1->getValue(),
5368                                                              SE);
5369         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
5370           // The next iteration must be out of the range...
5371           ConstantInt *NextVal =
5372                 ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()+1);
5373
5374           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
5375           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
5376             return SE.getConstant(NextVal);
5377           return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5378         }
5379
5380         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
5381         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
5382         ConstantInt *NextVal =
5383                ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()-1);
5384         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
5385         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
5386           return R1;
5387         return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5388       }
5389     }
5390   }
5391
5392   return SE.getCouldNotCompute();
5393 }
5394
5395
5396
5397 //===----------------------------------------------------------------------===//
5398 //                   SCEVCallbackVH Class Implementation
5399 //===----------------------------------------------------------------------===//
5400
5401 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::deleted() {
5402   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
5403   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(getValPtr()))
5404     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5405   SE->Scalars.erase(getValPtr());
5406   // this now dangles!
5407 }
5408
5409 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::allUsesReplacedWith(Value *) {
5410   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
5411
5412   // Forget all the expressions associated with users of the old value,
5413   // so that future queries will recompute the expressions using the new
5414   // value.
5415   SmallVector<User *, 16> Worklist;
5416   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
5417   Value *Old = getValPtr();
5418   bool DeleteOld = false;
5419   for (Value::use_iterator UI = Old->use_begin(), UE = Old->use_end();
5420        UI != UE; ++UI)
5421     Worklist.push_back(*UI);
5422   while (!Worklist.empty()) {
5423     User *U = Worklist.pop_back_val();
5424     // Deleting the Old value will cause this to dangle. Postpone
5425     // that until everything else is done.
5426     if (U == Old) {
5427       DeleteOld = true;
5428       continue;
5429     }
5430     if (!Visited.insert(U))
5431       continue;
5432     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U))
5433       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5434     SE->Scalars.erase(U);
5435     for (Value::use_iterator UI = U->use_begin(), UE = U->use_end();
5436          UI != UE; ++UI)
5437       Worklist.push_back(*UI);
5438   }
5439   // Delete the Old value if it (indirectly) references itself.
5440   if (DeleteOld) {
5441     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Old))
5442       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5443     SE->Scalars.erase(Old);
5444     // this now dangles!
5445   }
5446   // this may dangle!
5447 }
5448
5449 ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *se)
5450   : CallbackVH(V), SE(se) {}
5451
5452 //===----------------------------------------------------------------------===//
5453 //                   ScalarEvolution Class Implementation
5454 //===----------------------------------------------------------------------===//
5455
5456 ScalarEvolution::ScalarEvolution()
5457   : FunctionPass(&ID) {
5458 }
5459
5460 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
5461   this->F = &F;
5462   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
5463   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
5464   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
5465   return false;
5466 }
5467
5468 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
5469   Scalars.clear();
5470   BackedgeTakenCounts.clear();
5471   ConstantEvolutionLoopExitValue.clear();
5472   ValuesAtScopes.clear();
5473   UniqueSCEVs.clear();
5474   SCEVAllocator.Reset();
5475 }
5476
5477 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
5478   AU.setPreservesAll();
5479   AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
5480   AU.addRequiredTransitive<DominatorTree>();
5481 }
5482
5483 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
5484   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getBackedgeTakenCount(L));
5485 }
5486
5487 static void PrintLoopInfo(raw_ostream &OS, ScalarEvolution *SE,
5488                           const Loop *L) {
5489   // Print all inner loops first
5490   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
5491     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
5492
5493   OS << "Loop ";
5494   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
5495   OS << ": ";
5496
5497   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
5498   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
5499   if (ExitBlocks.size() != 1)
5500     OS << "<multiple exits> ";
5501
5502   if (SE->hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(L)) {
5503     OS << "backedge-taken count is " << *SE->getBackedgeTakenCount(L);
5504   } else {
5505     OS << "Unpredictable backedge-taken count. ";
5506   }
5507
5508   OS << "\n"
5509         "Loop ";
5510   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
5511   OS << ": ";
5512
5513   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(SE->getMaxBackedgeTakenCount(L))) {
5514     OS << "max backedge-taken count is " << *SE->getMaxBackedgeTakenCount(L);
5515   } else {
5516     OS << "Unpredictable max backedge-taken count. ";
5517   }
5518
5519   OS << "\n";
5520 }
5521
5522 void ScalarEvolution::print(raw_ostream &OS, const Module *) const {
5523   // ScalarEvolution's implementation of the print method is to print
5524   // out SCEV values of all instructions that are interesting. Doing
5525   // this potentially causes it to create new SCEV objects though,
5526   // which technically conflicts with the const qualifier. This isn't
5527   // observable from outside the class though, so casting away the
5528   // const isn't dangerous.
5529   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
5530
5531   OS << "Classifying expressions for: ";
5532   WriteAsOperand(OS, F, /*PrintType=*/false);
5533   OS << "\n";
5534   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
5535     if (isSCEVable(I->getType())) {
5536       OS << *I << '\n';
5537       OS << "  -->  ";
5538       const SCEV *SV = SE.getSCEV(&*I);
5539       SV->print(OS);
5540
5541       const Loop *L = LI->getLoopFor((*I).getParent());
5542
5543       const SCEV *AtUse = SE.getSCEVAtScope(SV, L);
5544       if (AtUse != SV) {
5545         OS << "  -->  ";
5546         AtUse->print(OS);
5547       }
5548
5549       if (L) {
5550         OS << "\t\t" "Exits: ";
5551         const SCEV *ExitValue = SE.getSCEVAtScope(SV, L->getParentLoop());
5552         if (!ExitValue->isLoopInvariant(L)) {
5553           OS << "<<Unknown>>";
5554         } else {
5555           OS << *ExitValue;
5556         }
5557       }
5558
5559       OS << "\n";
5560     }
5561
5562   OS << "Determining loop execution counts for: ";
5563   WriteAsOperand(OS, F, /*PrintType=*/false);
5564   OS << "\n";
5565   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
5566     PrintLoopInfo(OS, &SE, *I);
5567 }
5568