[SCEV] Apply NSW and NUW flags via poison value analysis
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolution.cpp
1 //===- ScalarEvolution.cpp - Scalar Evolution Analysis --------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains the implementation of the scalar evolution analysis
11 // engine, which is used primarily to analyze expressions involving induction
12 // variables in loops.
13 //
14 // There are several aspects to this library.  First is the representation of
15 // scalar expressions, which are represented as subclasses of the SCEV class.
16 // These classes are used to represent certain types of subexpressions that we
17 // can handle. We only create one SCEV of a particular shape, so
18 // pointer-comparisons for equality are legal.
19 //
20 // One important aspect of the SCEV objects is that they are never cyclic, even
21 // if there is a cycle in the dataflow for an expression (ie, a PHI node).  If
22 // the PHI node is one of the idioms that we can represent (e.g., a polynomial
23 // recurrence) then we represent it directly as a recurrence node, otherwise we
24 // represent it as a SCEVUnknown node.
25 //
26 // In addition to being able to represent expressions of various types, we also
27 // have folders that are used to build the *canonical* representation for a
28 // particular expression.  These folders are capable of using a variety of
29 // rewrite rules to simplify the expressions.
30 //
31 // Once the folders are defined, we can implement the more interesting
32 // higher-level code, such as the code that recognizes PHI nodes of various
33 // types, computes the execution count of a loop, etc.
34 //
35 // TODO: We should use these routines and value representations to implement
36 // dependence analysis!
37 //
38 //===----------------------------------------------------------------------===//
39 //
40 // There are several good references for the techniques used in this analysis.
41 //
42 //  Chains of recurrences -- a method to expedite the evaluation
43 //  of closed-form functions
44 //  Olaf Bachmann, Paul S. Wang, Eugene V. Zima
45 //
46 //  On computational properties of chains of recurrences
47 //  Eugene V. Zima
48 //
49 //  Symbolic Evaluation of Chains of Recurrences for Loop Optimization
50 //  Robert A. van Engelen
51 //
52 //  Efficient Symbolic Analysis for Optimizing Compilers
53 //  Robert A. van Engelen
54 //
55 //  Using the chains of recurrences algebra for data dependence testing and
56 //  induction variable substitution
57 //  MS Thesis, Johnie Birch
58 //
59 //===----------------------------------------------------------------------===//
60
61 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
62 #include "llvm/ADT/Optional.h"
63 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
64 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
65 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
66 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
67 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
68 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
69 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
70 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
71 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
72 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
73 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
74 #include "llvm/IR/Constants.h"
75 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
76 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
77 #include "llvm/IR/Dominators.h"
78 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
79 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
80 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
81 #include "llvm/IR/InstIterator.h"
82 #include "llvm/IR/Instructions.h"
83 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
84 #include "llvm/IR/Metadata.h"
85 #include "llvm/IR/Operator.h"
86 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
87 #include "llvm/Support/Debug.h"
88 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
89 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
90 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
91 #include <algorithm>
92 using namespace llvm;
93
94 #define DEBUG_TYPE "scalar-evolution"
95
96 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
97           "Number of trip counts computed with array length");
98 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
99           "Number of loops with predictable loop counts");
100 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
101           "Number of loops without predictable loop counts");
102 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
103           "Number of loops with trip counts computed by force");
104
105 static cl::opt<unsigned>
106 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
107                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
108                                  "symbolically execute a constant "
109                                  "derived loop"),
110                         cl::init(100));
111
112 // FIXME: Enable this with XDEBUG when the test suite is clean.
113 static cl::opt<bool>
114 VerifySCEV("verify-scev",
115            cl::desc("Verify ScalarEvolution's backedge taken counts (slow)"));
116
117 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ScalarEvolution, "scalar-evolution",
118                 "Scalar Evolution Analysis", false, true)
119 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
120 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
121 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
122 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
123 INITIALIZE_PASS_END(ScalarEvolution, "scalar-evolution",
124                 "Scalar Evolution Analysis", false, true)
125 char ScalarEvolution::ID = 0;
126
127 //===----------------------------------------------------------------------===//
128 //                           SCEV class definitions
129 //===----------------------------------------------------------------------===//
130
131 //===----------------------------------------------------------------------===//
132 // Implementation of the SCEV class.
133 //
134
135 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
136 void SCEV::dump() const {
137   print(dbgs());
138   dbgs() << '\n';
139 }
140 #endif
141
142 void SCEV::print(raw_ostream &OS) const {
143   switch (static_cast<SCEVTypes>(getSCEVType())) {
144   case scConstant:
145     cast<SCEVConstant>(this)->getValue()->printAsOperand(OS, false);
146     return;
147   case scTruncate: {
148     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(this);
149     const SCEV *Op = Trunc->getOperand();
150     OS << "(trunc " << *Op->getType() << " " << *Op << " to "
151        << *Trunc->getType() << ")";
152     return;
153   }
154   case scZeroExtend: {
155     const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = cast<SCEVZeroExtendExpr>(this);
156     const SCEV *Op = ZExt->getOperand();
157     OS << "(zext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to "
158        << *ZExt->getType() << ")";
159     return;
160   }
161   case scSignExtend: {
162     const SCEVSignExtendExpr *SExt = cast<SCEVSignExtendExpr>(this);
163     const SCEV *Op = SExt->getOperand();
164     OS << "(sext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to "
165        << *SExt->getType() << ")";
166     return;
167   }
168   case scAddRecExpr: {
169     const SCEVAddRecExpr *AR = cast<SCEVAddRecExpr>(this);
170     OS << "{" << *AR->getOperand(0);
171     for (unsigned i = 1, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
172       OS << ",+," << *AR->getOperand(i);
173     OS << "}<";
174     if (AR->getNoWrapFlags(FlagNUW))
175       OS << "nuw><";
176     if (AR->getNoWrapFlags(FlagNSW))
177       OS << "nsw><";
178     if (AR->getNoWrapFlags(FlagNW) &&
179         !AR->getNoWrapFlags((NoWrapFlags)(FlagNUW | FlagNSW)))
180       OS << "nw><";
181     AR->getLoop()->getHeader()->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
182     OS << ">";
183     return;
184   }
185   case scAddExpr:
186   case scMulExpr:
187   case scUMaxExpr:
188   case scSMaxExpr: {
189     const SCEVNAryExpr *NAry = cast<SCEVNAryExpr>(this);
190     const char *OpStr = nullptr;
191     switch (NAry->getSCEVType()) {
192     case scAddExpr: OpStr = " + "; break;
193     case scMulExpr: OpStr = " * "; break;
194     case scUMaxExpr: OpStr = " umax "; break;
195     case scSMaxExpr: OpStr = " smax "; break;
196     }
197     OS << "(";
198     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
199          I != E; ++I) {
200       OS << **I;
201       if (std::next(I) != E)
202         OS << OpStr;
203     }
204     OS << ")";
205     switch (NAry->getSCEVType()) {
206     case scAddExpr:
207     case scMulExpr:
208       if (NAry->getNoWrapFlags(FlagNUW))
209         OS << "<nuw>";
210       if (NAry->getNoWrapFlags(FlagNSW))
211         OS << "<nsw>";
212     }
213     return;
214   }
215   case scUDivExpr: {
216     const SCEVUDivExpr *UDiv = cast<SCEVUDivExpr>(this);
217     OS << "(" << *UDiv->getLHS() << " /u " << *UDiv->getRHS() << ")";
218     return;
219   }
220   case scUnknown: {
221     const SCEVUnknown *U = cast<SCEVUnknown>(this);
222     Type *AllocTy;
223     if (U->isSizeOf(AllocTy)) {
224       OS << "sizeof(" << *AllocTy << ")";
225       return;
226     }
227     if (U->isAlignOf(AllocTy)) {
228       OS << "alignof(" << *AllocTy << ")";
229       return;
230     }
231
232     Type *CTy;
233     Constant *FieldNo;
234     if (U->isOffsetOf(CTy, FieldNo)) {
235       OS << "offsetof(" << *CTy << ", ";
236       FieldNo->printAsOperand(OS, false);
237       OS << ")";
238       return;
239     }
240
241     // Otherwise just print it normally.
242     U->getValue()->printAsOperand(OS, false);
243     return;
244   }
245   case scCouldNotCompute:
246     OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
247     return;
248   }
249   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
250 }
251
252 Type *SCEV::getType() const {
253   switch (static_cast<SCEVTypes>(getSCEVType())) {
254   case scConstant:
255     return cast<SCEVConstant>(this)->getType();
256   case scTruncate:
257   case scZeroExtend:
258   case scSignExtend:
259     return cast<SCEVCastExpr>(this)->getType();
260   case scAddRecExpr:
261   case scMulExpr:
262   case scUMaxExpr:
263   case scSMaxExpr:
264     return cast<SCEVNAryExpr>(this)->getType();
265   case scAddExpr:
266     return cast<SCEVAddExpr>(this)->getType();
267   case scUDivExpr:
268     return cast<SCEVUDivExpr>(this)->getType();
269   case scUnknown:
270     return cast<SCEVUnknown>(this)->getType();
271   case scCouldNotCompute:
272     llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
273   }
274   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
275 }
276
277 bool SCEV::isZero() const {
278   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
279     return SC->getValue()->isZero();
280   return false;
281 }
282
283 bool SCEV::isOne() const {
284   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
285     return SC->getValue()->isOne();
286   return false;
287 }
288
289 bool SCEV::isAllOnesValue() const {
290   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
291     return SC->getValue()->isAllOnesValue();
292   return false;
293 }
294
295 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
296 /// not a constant.
297 bool SCEV::isNonConstantNegative() const {
298   const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(this);
299   if (!Mul) return false;
300
301   // If there is a constant factor, it will be first.
302   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
303   if (!SC) return false;
304
305   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
306   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
307 }
308
309 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() :
310   SCEV(FoldingSetNodeIDRef(), scCouldNotCompute) {}
311
312 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
313   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
314 }
315
316 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(ConstantInt *V) {
317   FoldingSetNodeID ID;
318   ID.AddInteger(scConstant);
319   ID.AddPointer(V);
320   void *IP = nullptr;
321   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
322   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVConstant(ID.Intern(SCEVAllocator), V);
323   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
324   return S;
325 }
326
327 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(const APInt &Val) {
328   return getConstant(ConstantInt::get(getContext(), Val));
329 }
330
331 const SCEV *
332 ScalarEvolution::getConstant(Type *Ty, uint64_t V, bool isSigned) {
333   IntegerType *ITy = cast<IntegerType>(getEffectiveSCEVType(Ty));
334   return getConstant(ConstantInt::get(ITy, V, isSigned));
335 }
336
337 SCEVCastExpr::SCEVCastExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
338                            unsigned SCEVTy, const SCEV *op, Type *ty)
339   : SCEV(ID, SCEVTy), Op(op), Ty(ty) {}
340
341 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
342                                    const SCEV *op, Type *ty)
343   : SCEVCastExpr(ID, scTruncate, op, ty) {
344   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
345          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
346          "Cannot truncate non-integer value!");
347 }
348
349 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
350                                        const SCEV *op, Type *ty)
351   : SCEVCastExpr(ID, scZeroExtend, op, ty) {
352   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
353          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
354          "Cannot zero extend non-integer value!");
355 }
356
357 SCEVSignExtendExpr::SCEVSignExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
358                                        const SCEV *op, Type *ty)
359   : SCEVCastExpr(ID, scSignExtend, op, ty) {
360   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
361          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
362          "Cannot sign extend non-integer value!");
363 }
364
365 void SCEVUnknown::deleted() {
366   // Clear this SCEVUnknown from various maps.
367   SE->forgetMemoizedResults(this);
368
369   // Remove this SCEVUnknown from the uniquing map.
370   SE->UniqueSCEVs.RemoveNode(this);
371
372   // Release the value.
373   setValPtr(nullptr);
374 }
375
376 void SCEVUnknown::allUsesReplacedWith(Value *New) {
377   // Clear this SCEVUnknown from various maps.
378   SE->forgetMemoizedResults(this);
379
380   // Remove this SCEVUnknown from the uniquing map.
381   SE->UniqueSCEVs.RemoveNode(this);
382
383   // Update this SCEVUnknown to point to the new value. This is needed
384   // because there may still be outstanding SCEVs which still point to
385   // this SCEVUnknown.
386   setValPtr(New);
387 }
388
389 bool SCEVUnknown::isSizeOf(Type *&AllocTy) const {
390   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(getValue()))
391     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
392       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
393         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
394             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
395             CE->getNumOperands() == 2)
396           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(1)))
397             if (CI->isOne()) {
398               AllocTy = cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())
399                                  ->getElementType();
400               return true;
401             }
402
403   return false;
404 }
405
406 bool SCEVUnknown::isAlignOf(Type *&AllocTy) const {
407   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(getValue()))
408     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
409       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
410         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
411             CE->getOperand(0)->isNullValue()) {
412           Type *Ty =
413             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
414           if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty))
415             if (!STy->isPacked() &&
416                 CE->getNumOperands() == 3 &&
417                 CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
418               if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(2)))
419                 if (CI->isOne() &&
420                     STy->getNumElements() == 2 &&
421                     STy->getElementType(0)->isIntegerTy(1)) {
422                   AllocTy = STy->getElementType(1);
423                   return true;
424                 }
425             }
426         }
427
428   return false;
429 }
430
431 bool SCEVUnknown::isOffsetOf(Type *&CTy, Constant *&FieldNo) const {
432   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(getValue()))
433     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
434       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
435         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
436             CE->getNumOperands() == 3 &&
437             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
438             CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
439           Type *Ty =
440             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
441           // Ignore vector types here so that ScalarEvolutionExpander doesn't
442           // emit getelementptrs that index into vectors.
443           if (Ty->isStructTy() || Ty->isArrayTy()) {
444             CTy = Ty;
445             FieldNo = CE->getOperand(2);
446             return true;
447           }
448         }
449
450   return false;
451 }
452
453 //===----------------------------------------------------------------------===//
454 //                               SCEV Utilities
455 //===----------------------------------------------------------------------===//
456
457 namespace {
458   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
459   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
460   /// expressions.
461   class SCEVComplexityCompare {
462     const LoopInfo *const LI;
463   public:
464     explicit SCEVComplexityCompare(const LoopInfo *li) : LI(li) {}
465
466     // Return true or false if LHS is less than, or at least RHS, respectively.
467     bool operator()(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
468       return compare(LHS, RHS) < 0;
469     }
470
471     // Return negative, zero, or positive, if LHS is less than, equal to, or
472     // greater than RHS, respectively. A three-way result allows recursive
473     // comparisons to be more efficient.
474     int compare(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
475       // Fast-path: SCEVs are uniqued so we can do a quick equality check.
476       if (LHS == RHS)
477         return 0;
478
479       // Primarily, sort the SCEVs by their getSCEVType().
480       unsigned LType = LHS->getSCEVType(), RType = RHS->getSCEVType();
481       if (LType != RType)
482         return (int)LType - (int)RType;
483
484       // Aside from the getSCEVType() ordering, the particular ordering
485       // isn't very important except that it's beneficial to be consistent,
486       // so that (a + b) and (b + a) don't end up as different expressions.
487       switch (static_cast<SCEVTypes>(LType)) {
488       case scUnknown: {
489         const SCEVUnknown *LU = cast<SCEVUnknown>(LHS);
490         const SCEVUnknown *RU = cast<SCEVUnknown>(RHS);
491
492         // Sort SCEVUnknown values with some loose heuristics. TODO: This is
493         // not as complete as it could be.
494         const Value *LV = LU->getValue(), *RV = RU->getValue();
495
496         // Order pointer values after integer values. This helps SCEVExpander
497         // form GEPs.
498         bool LIsPointer = LV->getType()->isPointerTy(),
499              RIsPointer = RV->getType()->isPointerTy();
500         if (LIsPointer != RIsPointer)
501           return (int)LIsPointer - (int)RIsPointer;
502
503         // Compare getValueID values.
504         unsigned LID = LV->getValueID(),
505                  RID = RV->getValueID();
506         if (LID != RID)
507           return (int)LID - (int)RID;
508
509         // Sort arguments by their position.
510         if (const Argument *LA = dyn_cast<Argument>(LV)) {
511           const Argument *RA = cast<Argument>(RV);
512           unsigned LArgNo = LA->getArgNo(), RArgNo = RA->getArgNo();
513           return (int)LArgNo - (int)RArgNo;
514         }
515
516         // For instructions, compare their loop depth, and their operand
517         // count.  This is pretty loose.
518         if (const Instruction *LInst = dyn_cast<Instruction>(LV)) {
519           const Instruction *RInst = cast<Instruction>(RV);
520
521           // Compare loop depths.
522           const BasicBlock *LParent = LInst->getParent(),
523                            *RParent = RInst->getParent();
524           if (LParent != RParent) {
525             unsigned LDepth = LI->getLoopDepth(LParent),
526                      RDepth = LI->getLoopDepth(RParent);
527             if (LDepth != RDepth)
528               return (int)LDepth - (int)RDepth;
529           }
530
531           // Compare the number of operands.
532           unsigned LNumOps = LInst->getNumOperands(),
533                    RNumOps = RInst->getNumOperands();
534           return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
535         }
536
537         return 0;
538       }
539
540       case scConstant: {
541         const SCEVConstant *LC = cast<SCEVConstant>(LHS);
542         const SCEVConstant *RC = cast<SCEVConstant>(RHS);
543
544         // Compare constant values.
545         const APInt &LA = LC->getValue()->getValue();
546         const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
547         unsigned LBitWidth = LA.getBitWidth(), RBitWidth = RA.getBitWidth();
548         if (LBitWidth != RBitWidth)
549           return (int)LBitWidth - (int)RBitWidth;
550         return LA.ult(RA) ? -1 : 1;
551       }
552
553       case scAddRecExpr: {
554         const SCEVAddRecExpr *LA = cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
555         const SCEVAddRecExpr *RA = cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
556
557         // Compare addrec loop depths.
558         const Loop *LLoop = LA->getLoop(), *RLoop = RA->getLoop();
559         if (LLoop != RLoop) {
560           unsigned LDepth = LLoop->getLoopDepth(),
561                    RDepth = RLoop->getLoopDepth();
562           if (LDepth != RDepth)
563             return (int)LDepth - (int)RDepth;
564         }
565
566         // Addrec complexity grows with operand count.
567         unsigned LNumOps = LA->getNumOperands(), RNumOps = RA->getNumOperands();
568         if (LNumOps != RNumOps)
569           return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
570
571         // Lexicographically compare.
572         for (unsigned i = 0; i != LNumOps; ++i) {
573           long X = compare(LA->getOperand(i), RA->getOperand(i));
574           if (X != 0)
575             return X;
576         }
577
578         return 0;
579       }
580
581       case scAddExpr:
582       case scMulExpr:
583       case scSMaxExpr:
584       case scUMaxExpr: {
585         const SCEVNAryExpr *LC = cast<SCEVNAryExpr>(LHS);
586         const SCEVNAryExpr *RC = cast<SCEVNAryExpr>(RHS);
587
588         // Lexicographically compare n-ary expressions.
589         unsigned LNumOps = LC->getNumOperands(), RNumOps = RC->getNumOperands();
590         if (LNumOps != RNumOps)
591           return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
592
593         for (unsigned i = 0; i != LNumOps; ++i) {
594           if (i >= RNumOps)
595             return 1;
596           long X = compare(LC->getOperand(i), RC->getOperand(i));
597           if (X != 0)
598             return X;
599         }
600         return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
601       }
602
603       case scUDivExpr: {
604         const SCEVUDivExpr *LC = cast<SCEVUDivExpr>(LHS);
605         const SCEVUDivExpr *RC = cast<SCEVUDivExpr>(RHS);
606
607         // Lexicographically compare udiv expressions.
608         long X = compare(LC->getLHS(), RC->getLHS());
609         if (X != 0)
610           return X;
611         return compare(LC->getRHS(), RC->getRHS());
612       }
613
614       case scTruncate:
615       case scZeroExtend:
616       case scSignExtend: {
617         const SCEVCastExpr *LC = cast<SCEVCastExpr>(LHS);
618         const SCEVCastExpr *RC = cast<SCEVCastExpr>(RHS);
619
620         // Compare cast expressions by operand.
621         return compare(LC->getOperand(), RC->getOperand());
622       }
623
624       case scCouldNotCompute:
625         llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
626       }
627       llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
628     }
629   };
630 }
631
632 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
633 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
634 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
635 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
636 ///
637 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get deterministic
638 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
639 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
640 /// land in memory.
641 ///
642 static void GroupByComplexity(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
643                               LoopInfo *LI) {
644   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
645   if (Ops.size() == 2) {
646     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
647     // Special case it.
648     const SCEV *&LHS = Ops[0], *&RHS = Ops[1];
649     if (SCEVComplexityCompare(LI)(RHS, LHS))
650       std::swap(LHS, RHS);
651     return;
652   }
653
654   // Do the rough sort by complexity.
655   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare(LI));
656
657   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
658   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
659   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
660   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
661   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
662     const SCEV *S = Ops[i];
663     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
664
665     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
666     // one, group them.
667     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
668       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
669         // Move it to immediately after i'th element.
670         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
671         ++i;   // no need to rescan it.
672         if (i == e-2) return;  // Done!
673       }
674     }
675   }
676 }
677
678 namespace {
679 struct FindSCEVSize {
680   int Size;
681   FindSCEVSize() : Size(0) {}
682
683   bool follow(const SCEV *S) {
684     ++Size;
685     // Keep looking at all operands of S.
686     return true;
687   }
688   bool isDone() const {
689     return false;
690   }
691 };
692 }
693
694 // Returns the size of the SCEV S.
695 static inline int sizeOfSCEV(const SCEV *S) {
696   FindSCEVSize F;
697   SCEVTraversal<FindSCEVSize> ST(F);
698   ST.visitAll(S);
699   return F.Size;
700 }
701
702 namespace {
703
704 struct SCEVDivision : public SCEVVisitor<SCEVDivision, void> {
705 public:
706   // Computes the Quotient and Remainder of the division of Numerator by
707   // Denominator.
708   static void divide(ScalarEvolution &SE, const SCEV *Numerator,
709                      const SCEV *Denominator, const SCEV **Quotient,
710                      const SCEV **Remainder) {
711     assert(Numerator && Denominator && "Uninitialized SCEV");
712
713     SCEVDivision D(SE, Numerator, Denominator);
714
715     // Check for the trivial case here to avoid having to check for it in the
716     // rest of the code.
717     if (Numerator == Denominator) {
718       *Quotient = D.One;
719       *Remainder = D.Zero;
720       return;
721     }
722
723     if (Numerator->isZero()) {
724       *Quotient = D.Zero;
725       *Remainder = D.Zero;
726       return;
727     }
728
729     // A simple case when N/1. The quotient is N.
730     if (Denominator->isOne()) {
731       *Quotient = Numerator;
732       *Remainder = D.Zero;
733       return;
734     }
735
736     // Split the Denominator when it is a product.
737     if (const SCEVMulExpr *T = dyn_cast<const SCEVMulExpr>(Denominator)) {
738       const SCEV *Q, *R;
739       *Quotient = Numerator;
740       for (const SCEV *Op : T->operands()) {
741         divide(SE, *Quotient, Op, &Q, &R);
742         *Quotient = Q;
743
744         // Bail out when the Numerator is not divisible by one of the terms of
745         // the Denominator.
746         if (!R->isZero()) {
747           *Quotient = D.Zero;
748           *Remainder = Numerator;
749           return;
750         }
751       }
752       *Remainder = D.Zero;
753       return;
754     }
755
756     D.visit(Numerator);
757     *Quotient = D.Quotient;
758     *Remainder = D.Remainder;
759   }
760
761   // Except in the trivial case described above, we do not know how to divide
762   // Expr by Denominator for the following functions with empty implementation.
763   void visitTruncateExpr(const SCEVTruncateExpr *Numerator) {}
764   void visitZeroExtendExpr(const SCEVZeroExtendExpr *Numerator) {}
765   void visitSignExtendExpr(const SCEVSignExtendExpr *Numerator) {}
766   void visitUDivExpr(const SCEVUDivExpr *Numerator) {}
767   void visitSMaxExpr(const SCEVSMaxExpr *Numerator) {}
768   void visitUMaxExpr(const SCEVUMaxExpr *Numerator) {}
769   void visitUnknown(const SCEVUnknown *Numerator) {}
770   void visitCouldNotCompute(const SCEVCouldNotCompute *Numerator) {}
771
772   void visitConstant(const SCEVConstant *Numerator) {
773     if (const SCEVConstant *D = dyn_cast<SCEVConstant>(Denominator)) {
774       APInt NumeratorVal = Numerator->getValue()->getValue();
775       APInt DenominatorVal = D->getValue()->getValue();
776       uint32_t NumeratorBW = NumeratorVal.getBitWidth();
777       uint32_t DenominatorBW = DenominatorVal.getBitWidth();
778
779       if (NumeratorBW > DenominatorBW)
780         DenominatorVal = DenominatorVal.sext(NumeratorBW);
781       else if (NumeratorBW < DenominatorBW)
782         NumeratorVal = NumeratorVal.sext(DenominatorBW);
783
784       APInt QuotientVal(NumeratorVal.getBitWidth(), 0);
785       APInt RemainderVal(NumeratorVal.getBitWidth(), 0);
786       APInt::sdivrem(NumeratorVal, DenominatorVal, QuotientVal, RemainderVal);
787       Quotient = SE.getConstant(QuotientVal);
788       Remainder = SE.getConstant(RemainderVal);
789       return;
790     }
791   }
792
793   void visitAddRecExpr(const SCEVAddRecExpr *Numerator) {
794     const SCEV *StartQ, *StartR, *StepQ, *StepR;
795     assert(Numerator->isAffine() && "Numerator should be affine");
796     divide(SE, Numerator->getStart(), Denominator, &StartQ, &StartR);
797     divide(SE, Numerator->getStepRecurrence(SE), Denominator, &StepQ, &StepR);
798     // Bail out if the types do not match.
799     Type *Ty = Denominator->getType();
800     if (Ty != StartQ->getType() || Ty != StartR->getType() ||
801         Ty != StepQ->getType() || Ty != StepR->getType()) {
802       Quotient = Zero;
803       Remainder = Numerator;
804       return;
805     }
806     Quotient = SE.getAddRecExpr(StartQ, StepQ, Numerator->getLoop(),
807                                 Numerator->getNoWrapFlags());
808     Remainder = SE.getAddRecExpr(StartR, StepR, Numerator->getLoop(),
809                                  Numerator->getNoWrapFlags());
810   }
811
812   void visitAddExpr(const SCEVAddExpr *Numerator) {
813     SmallVector<const SCEV *, 2> Qs, Rs;
814     Type *Ty = Denominator->getType();
815
816     for (const SCEV *Op : Numerator->operands()) {
817       const SCEV *Q, *R;
818       divide(SE, Op, Denominator, &Q, &R);
819
820       // Bail out if types do not match.
821       if (Ty != Q->getType() || Ty != R->getType()) {
822         Quotient = Zero;
823         Remainder = Numerator;
824         return;
825       }
826
827       Qs.push_back(Q);
828       Rs.push_back(R);
829     }
830
831     if (Qs.size() == 1) {
832       Quotient = Qs[0];
833       Remainder = Rs[0];
834       return;
835     }
836
837     Quotient = SE.getAddExpr(Qs);
838     Remainder = SE.getAddExpr(Rs);
839   }
840
841   void visitMulExpr(const SCEVMulExpr *Numerator) {
842     SmallVector<const SCEV *, 2> Qs;
843     Type *Ty = Denominator->getType();
844
845     bool FoundDenominatorTerm = false;
846     for (const SCEV *Op : Numerator->operands()) {
847       // Bail out if types do not match.
848       if (Ty != Op->getType()) {
849         Quotient = Zero;
850         Remainder = Numerator;
851         return;
852       }
853
854       if (FoundDenominatorTerm) {
855         Qs.push_back(Op);
856         continue;
857       }
858
859       // Check whether Denominator divides one of the product operands.
860       const SCEV *Q, *R;
861       divide(SE, Op, Denominator, &Q, &R);
862       if (!R->isZero()) {
863         Qs.push_back(Op);
864         continue;
865       }
866
867       // Bail out if types do not match.
868       if (Ty != Q->getType()) {
869         Quotient = Zero;
870         Remainder = Numerator;
871         return;
872       }
873
874       FoundDenominatorTerm = true;
875       Qs.push_back(Q);
876     }
877
878     if (FoundDenominatorTerm) {
879       Remainder = Zero;
880       if (Qs.size() == 1)
881         Quotient = Qs[0];
882       else
883         Quotient = SE.getMulExpr(Qs);
884       return;
885     }
886
887     if (!isa<SCEVUnknown>(Denominator)) {
888       Quotient = Zero;
889       Remainder = Numerator;
890       return;
891     }
892
893     // The Remainder is obtained by replacing Denominator by 0 in Numerator.
894     ValueToValueMap RewriteMap;
895     RewriteMap[cast<SCEVUnknown>(Denominator)->getValue()] =
896         cast<SCEVConstant>(Zero)->getValue();
897     Remainder = SCEVParameterRewriter::rewrite(Numerator, SE, RewriteMap, true);
898
899     if (Remainder->isZero()) {
900       // The Quotient is obtained by replacing Denominator by 1 in Numerator.
901       RewriteMap[cast<SCEVUnknown>(Denominator)->getValue()] =
902           cast<SCEVConstant>(One)->getValue();
903       Quotient =
904           SCEVParameterRewriter::rewrite(Numerator, SE, RewriteMap, true);
905       return;
906     }
907
908     // Quotient is (Numerator - Remainder) divided by Denominator.
909     const SCEV *Q, *R;
910     const SCEV *Diff = SE.getMinusSCEV(Numerator, Remainder);
911     if (sizeOfSCEV(Diff) > sizeOfSCEV(Numerator)) {
912       // This SCEV does not seem to simplify: fail the division here.
913       Quotient = Zero;
914       Remainder = Numerator;
915       return;
916     }
917     divide(SE, Diff, Denominator, &Q, &R);
918     assert(R == Zero &&
919            "(Numerator - Remainder) should evenly divide Denominator");
920     Quotient = Q;
921   }
922
923 private:
924   SCEVDivision(ScalarEvolution &S, const SCEV *Numerator,
925                const SCEV *Denominator)
926       : SE(S), Denominator(Denominator) {
927     Zero = SE.getConstant(Denominator->getType(), 0);
928     One = SE.getConstant(Denominator->getType(), 1);
929
930     // By default, we don't know how to divide Expr by Denominator.
931     // Providing the default here simplifies the rest of the code.
932     Quotient = Zero;
933     Remainder = Numerator;
934   }
935
936   ScalarEvolution &SE;
937   const SCEV *Denominator, *Quotient, *Remainder, *Zero, *One;
938 };
939
940 }
941
942 //===----------------------------------------------------------------------===//
943 //                      Simple SCEV method implementations
944 //===----------------------------------------------------------------------===//
945
946 /// BinomialCoefficient - Compute BC(It, K).  The result has width W.
947 /// Assume, K > 0.
948 static const SCEV *BinomialCoefficient(const SCEV *It, unsigned K,
949                                        ScalarEvolution &SE,
950                                        Type *ResultTy) {
951   // Handle the simplest case efficiently.
952   if (K == 1)
953     return SE.getTruncateOrZeroExtend(It, ResultTy);
954
955   // We are using the following formula for BC(It, K):
956   //
957   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / K!
958   //
959   // Suppose, W is the bitwidth of the return value.  We must be prepared for
960   // overflow.  Hence, we must assure that the result of our computation is
961   // equal to the accurate one modulo 2^W.  Unfortunately, division isn't
962   // safe in modular arithmetic.
963   //
964   // However, this code doesn't use exactly that formula; the formula it uses
965   // is something like the following, where T is the number of factors of 2 in
966   // K! (i.e. trailing zeros in the binary representation of K!), and ^ is
967   // exponentiation:
968   //
969   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / 2^T / (K! / 2^T)
970   //
971   // This formula is trivially equivalent to the previous formula.  However,
972   // this formula can be implemented much more efficiently.  The trick is that
973   // K! / 2^T is odd, and exact division by an odd number *is* safe in modular
974   // arithmetic.  To do exact division in modular arithmetic, all we have
975   // to do is multiply by the inverse.  Therefore, this step can be done at
976   // width W.
977   //
978   // The next issue is how to safely do the division by 2^T.  The way this
979   // is done is by doing the multiplication step at a width of at least W + T
980   // bits.  This way, the bottom W+T bits of the product are accurate. Then,
981   // when we perform the division by 2^T (which is equivalent to a right shift
982   // by T), the bottom W bits are accurate.  Extra bits are okay; they'll get
983   // truncated out after the division by 2^T.
984   //
985   // In comparison to just directly using the first formula, this technique
986   // is much more efficient; using the first formula requires W * K bits,
987   // but this formula less than W + K bits. Also, the first formula requires
988   // a division step, whereas this formula only requires multiplies and shifts.
989   //
990   // It doesn't matter whether the subtraction step is done in the calculation
991   // width or the input iteration count's width; if the subtraction overflows,
992   // the result must be zero anyway.  We prefer here to do it in the width of
993   // the induction variable because it helps a lot for certain cases; CodeGen
994   // isn't smart enough to ignore the overflow, which leads to much less
995   // efficient code if the width of the subtraction is wider than the native
996   // register width.
997   //
998   // (It's possible to not widen at all by pulling out factors of 2 before
999   // the multiplication; for example, K=2 can be calculated as
1000   // It/2*(It+(It*INT_MIN/INT_MIN)+-1). However, it requires
1001   // extra arithmetic, so it's not an obvious win, and it gets
1002   // much more complicated for K > 3.)
1003
1004   // Protection from insane SCEVs; this bound is conservative,
1005   // but it probably doesn't matter.
1006   if (K > 1000)
1007     return SE.getCouldNotCompute();
1008
1009   unsigned W = SE.getTypeSizeInBits(ResultTy);
1010
1011   // Calculate K! / 2^T and T; we divide out the factors of two before
1012   // multiplying for calculating K! / 2^T to avoid overflow.
1013   // Other overflow doesn't matter because we only care about the bottom
1014   // W bits of the result.
1015   APInt OddFactorial(W, 1);
1016   unsigned T = 1;
1017   for (unsigned i = 3; i <= K; ++i) {
1018     APInt Mult(W, i);
1019     unsigned TwoFactors = Mult.countTrailingZeros();
1020     T += TwoFactors;
1021     Mult = Mult.lshr(TwoFactors);
1022     OddFactorial *= Mult;
1023   }
1024
1025   // We need at least W + T bits for the multiplication step
1026   unsigned CalculationBits = W + T;
1027
1028   // Calculate 2^T, at width T+W.
1029   APInt DivFactor = APInt::getOneBitSet(CalculationBits, T);
1030
1031   // Calculate the multiplicative inverse of K! / 2^T;
1032   // this multiplication factor will perform the exact division by
1033   // K! / 2^T.
1034   APInt Mod = APInt::getSignedMinValue(W+1);
1035   APInt MultiplyFactor = OddFactorial.zext(W+1);
1036   MultiplyFactor = MultiplyFactor.multiplicativeInverse(Mod);
1037   MultiplyFactor = MultiplyFactor.trunc(W);
1038
1039   // Calculate the product, at width T+W
1040   IntegerType *CalculationTy = IntegerType::get(SE.getContext(),
1041                                                       CalculationBits);
1042   const SCEV *Dividend = SE.getTruncateOrZeroExtend(It, CalculationTy);
1043   for (unsigned i = 1; i != K; ++i) {
1044     const SCEV *S = SE.getMinusSCEV(It, SE.getConstant(It->getType(), i));
1045     Dividend = SE.getMulExpr(Dividend,
1046                              SE.getTruncateOrZeroExtend(S, CalculationTy));
1047   }
1048
1049   // Divide by 2^T
1050   const SCEV *DivResult = SE.getUDivExpr(Dividend, SE.getConstant(DivFactor));
1051
1052   // Truncate the result, and divide by K! / 2^T.
1053
1054   return SE.getMulExpr(SE.getConstant(MultiplyFactor),
1055                        SE.getTruncateOrZeroExtend(DivResult, ResultTy));
1056 }
1057
1058 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
1059 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
1060 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
1061 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
1062 ///
1063 ///   A*BC(It, 0) + B*BC(It, 1) + C*BC(It, 2) + D*BC(It, 3)
1064 ///
1065 /// where BC(It, k) stands for binomial coefficient.
1066 ///
1067 const SCEV *SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(const SCEV *It,
1068                                                 ScalarEvolution &SE) const {
1069   const SCEV *Result = getStart();
1070   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
1071     // The computation is correct in the face of overflow provided that the
1072     // multiplication is performed _after_ the evaluation of the binomial
1073     // coefficient.
1074     const SCEV *Coeff = BinomialCoefficient(It, i, SE, getType());
1075     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Coeff))
1076       return Coeff;
1077
1078     Result = SE.getAddExpr(Result, SE.getMulExpr(getOperand(i), Coeff));
1079   }
1080   return Result;
1081 }
1082
1083 //===----------------------------------------------------------------------===//
1084 //                    SCEV Expression folder implementations
1085 //===----------------------------------------------------------------------===//
1086
1087 const SCEV *ScalarEvolution::getTruncateExpr(const SCEV *Op,
1088                                              Type *Ty) {
1089   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) > getTypeSizeInBits(Ty) &&
1090          "This is not a truncating conversion!");
1091   assert(isSCEVable(Ty) &&
1092          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1093   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1094
1095   FoldingSetNodeID ID;
1096   ID.AddInteger(scTruncate);
1097   ID.AddPointer(Op);
1098   ID.AddPointer(Ty);
1099   void *IP = nullptr;
1100   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1101
1102   // Fold if the operand is constant.
1103   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1104     return getConstant(
1105       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(), Ty)));
1106
1107   // trunc(trunc(x)) --> trunc(x)
1108   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op))
1109     return getTruncateExpr(ST->getOperand(), Ty);
1110
1111   // trunc(sext(x)) --> sext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
1112   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
1113     return getTruncateOrSignExtend(SS->getOperand(), Ty);
1114
1115   // trunc(zext(x)) --> zext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
1116   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
1117     return getTruncateOrZeroExtend(SZ->getOperand(), Ty);
1118
1119   // trunc(x1+x2+...+xN) --> trunc(x1)+trunc(x2)+...+trunc(xN) if we can
1120   // eliminate all the truncates, or we replace other casts with truncates.
1121   if (const SCEVAddExpr *SA = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Op)) {
1122     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1123     bool hasTrunc = false;
1124     for (unsigned i = 0, e = SA->getNumOperands(); i != e && !hasTrunc; ++i) {
1125       const SCEV *S = getTruncateExpr(SA->getOperand(i), Ty);
1126       if (!isa<SCEVCastExpr>(SA->getOperand(i)))
1127         hasTrunc = isa<SCEVTruncateExpr>(S);
1128       Operands.push_back(S);
1129     }
1130     if (!hasTrunc)
1131       return getAddExpr(Operands);
1132     UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP);  // Mutates IP, returns NULL.
1133   }
1134
1135   // trunc(x1*x2*...*xN) --> trunc(x1)*trunc(x2)*...*trunc(xN) if we can
1136   // eliminate all the truncates, or we replace other casts with truncates.
1137   if (const SCEVMulExpr *SM = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Op)) {
1138     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1139     bool hasTrunc = false;
1140     for (unsigned i = 0, e = SM->getNumOperands(); i != e && !hasTrunc; ++i) {
1141       const SCEV *S = getTruncateExpr(SM->getOperand(i), Ty);
1142       if (!isa<SCEVCastExpr>(SM->getOperand(i)))
1143         hasTrunc = isa<SCEVTruncateExpr>(S);
1144       Operands.push_back(S);
1145     }
1146     if (!hasTrunc)
1147       return getMulExpr(Operands);
1148     UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP);  // Mutates IP, returns NULL.
1149   }
1150
1151   // If the input value is a chrec scev, truncate the chrec's operands.
1152   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
1153     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1154     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
1155       Operands.push_back(getTruncateExpr(AddRec->getOperand(i), Ty));
1156     return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap);
1157   }
1158
1159   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node. We can reuse
1160   // the existing insert position since if we get here, we won't have
1161   // made any changes which would invalidate it.
1162   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVTruncateExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1163                                                  Op, Ty);
1164   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1165   return S;
1166 }
1167
1168 // Get the limit of a recurrence such that incrementing by Step cannot cause
1169 // signed overflow as long as the value of the recurrence within the
1170 // loop does not exceed this limit before incrementing.
1171 static const SCEV *getSignedOverflowLimitForStep(const SCEV *Step,
1172                                                  ICmpInst::Predicate *Pred,
1173                                                  ScalarEvolution *SE) {
1174   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits(Step->getType());
1175   if (SE->isKnownPositive(Step)) {
1176     *Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
1177     return SE->getConstant(APInt::getSignedMinValue(BitWidth) -
1178                            SE->getSignedRange(Step).getSignedMax());
1179   }
1180   if (SE->isKnownNegative(Step)) {
1181     *Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
1182     return SE->getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth) -
1183                            SE->getSignedRange(Step).getSignedMin());
1184   }
1185   return nullptr;
1186 }
1187
1188 // Get the limit of a recurrence such that incrementing by Step cannot cause
1189 // unsigned overflow as long as the value of the recurrence within the loop does
1190 // not exceed this limit before incrementing.
1191 static const SCEV *getUnsignedOverflowLimitForStep(const SCEV *Step,
1192                                                    ICmpInst::Predicate *Pred,
1193                                                    ScalarEvolution *SE) {
1194   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits(Step->getType());
1195   *Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
1196
1197   return SE->getConstant(APInt::getMinValue(BitWidth) -
1198                          SE->getUnsignedRange(Step).getUnsignedMax());
1199 }
1200
1201 namespace {
1202
1203 struct ExtendOpTraitsBase {
1204   typedef const SCEV *(ScalarEvolution::*GetExtendExprTy)(const SCEV *, Type *);
1205 };
1206
1207 // Used to make code generic over signed and unsigned overflow.
1208 template <typename ExtendOp> struct ExtendOpTraits {
1209   // Members present:
1210   //
1211   // static const SCEV::NoWrapFlags WrapType;
1212   //
1213   // static const ExtendOpTraitsBase::GetExtendExprTy GetExtendExpr;
1214   //
1215   // static const SCEV *getOverflowLimitForStep(const SCEV *Step,
1216   //                                           ICmpInst::Predicate *Pred,
1217   //                                           ScalarEvolution *SE);
1218 };
1219
1220 template <>
1221 struct ExtendOpTraits<SCEVSignExtendExpr> : public ExtendOpTraitsBase {
1222   static const SCEV::NoWrapFlags WrapType = SCEV::FlagNSW;
1223
1224   static const GetExtendExprTy GetExtendExpr;
1225
1226   static const SCEV *getOverflowLimitForStep(const SCEV *Step,
1227                                              ICmpInst::Predicate *Pred,
1228                                              ScalarEvolution *SE) {
1229     return getSignedOverflowLimitForStep(Step, Pred, SE);
1230   }
1231 };
1232
1233 const ExtendOpTraitsBase::GetExtendExprTy ExtendOpTraits<
1234     SCEVSignExtendExpr>::GetExtendExpr = &ScalarEvolution::getSignExtendExpr;
1235
1236 template <>
1237 struct ExtendOpTraits<SCEVZeroExtendExpr> : public ExtendOpTraitsBase {
1238   static const SCEV::NoWrapFlags WrapType = SCEV::FlagNUW;
1239
1240   static const GetExtendExprTy GetExtendExpr;
1241
1242   static const SCEV *getOverflowLimitForStep(const SCEV *Step,
1243                                              ICmpInst::Predicate *Pred,
1244                                              ScalarEvolution *SE) {
1245     return getUnsignedOverflowLimitForStep(Step, Pred, SE);
1246   }
1247 };
1248
1249 const ExtendOpTraitsBase::GetExtendExprTy ExtendOpTraits<
1250     SCEVZeroExtendExpr>::GetExtendExpr = &ScalarEvolution::getZeroExtendExpr;
1251 }
1252
1253 // The recurrence AR has been shown to have no signed/unsigned wrap or something
1254 // close to it. Typically, if we can prove NSW/NUW for AR, then we can just as
1255 // easily prove NSW/NUW for its preincrement or postincrement sibling. This
1256 // allows normalizing a sign/zero extended AddRec as such: {sext/zext(Step +
1257 // Start),+,Step} => {(Step + sext/zext(Start),+,Step} As a result, the
1258 // expression "Step + sext/zext(PreIncAR)" is congruent with
1259 // "sext/zext(PostIncAR)"
1260 template <typename ExtendOpTy>
1261 static const SCEV *getPreStartForExtend(const SCEVAddRecExpr *AR, Type *Ty,
1262                                         ScalarEvolution *SE) {
1263   auto WrapType = ExtendOpTraits<ExtendOpTy>::WrapType;
1264   auto GetExtendExpr = ExtendOpTraits<ExtendOpTy>::GetExtendExpr;
1265
1266   const Loop *L = AR->getLoop();
1267   const SCEV *Start = AR->getStart();
1268   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
1269
1270   // Check for a simple looking step prior to loop entry.
1271   const SCEVAddExpr *SA = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Start);
1272   if (!SA)
1273     return nullptr;
1274
1275   // Create an AddExpr for "PreStart" after subtracting Step. Full SCEV
1276   // subtraction is expensive. For this purpose, perform a quick and dirty
1277   // difference, by checking for Step in the operand list.
1278   SmallVector<const SCEV *, 4> DiffOps;
1279   for (const SCEV *Op : SA->operands())
1280     if (Op != Step)
1281       DiffOps.push_back(Op);
1282
1283   if (DiffOps.size() == SA->getNumOperands())
1284     return nullptr;
1285
1286   // Try to prove `WrapType` (SCEV::FlagNSW or SCEV::FlagNUW) on `PreStart` +
1287   // `Step`:
1288
1289   // 1. NSW/NUW flags on the step increment.
1290   const SCEV *PreStart = SE->getAddExpr(DiffOps, SA->getNoWrapFlags());
1291   const SCEVAddRecExpr *PreAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(
1292       SE->getAddRecExpr(PreStart, Step, L, SCEV::FlagAnyWrap));
1293
1294   // "{S,+,X} is <nsw>/<nuw>" and "the backedge is taken at least once" implies
1295   // "S+X does not sign/unsign-overflow".
1296   //
1297
1298   const SCEV *BECount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
1299   if (PreAR && PreAR->getNoWrapFlags(WrapType) &&
1300       !isa<SCEVCouldNotCompute>(BECount) && SE->isKnownPositive(BECount))
1301     return PreStart;
1302
1303   // 2. Direct overflow check on the step operation's expression.
1304   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits(AR->getType());
1305   Type *WideTy = IntegerType::get(SE->getContext(), BitWidth * 2);
1306   const SCEV *OperandExtendedStart =
1307       SE->getAddExpr((SE->*GetExtendExpr)(PreStart, WideTy),
1308                      (SE->*GetExtendExpr)(Step, WideTy));
1309   if ((SE->*GetExtendExpr)(Start, WideTy) == OperandExtendedStart) {
1310     if (PreAR && AR->getNoWrapFlags(WrapType)) {
1311       // If we know `AR` == {`PreStart`+`Step`,+,`Step`} is `WrapType` (FlagNSW
1312       // or FlagNUW) and that `PreStart` + `Step` is `WrapType` too, then
1313       // `PreAR` == {`PreStart`,+,`Step`} is also `WrapType`.  Cache this fact.
1314       const_cast<SCEVAddRecExpr *>(PreAR)->setNoWrapFlags(WrapType);
1315     }
1316     return PreStart;
1317   }
1318
1319   // 3. Loop precondition.
1320   ICmpInst::Predicate Pred;
1321   const SCEV *OverflowLimit =
1322       ExtendOpTraits<ExtendOpTy>::getOverflowLimitForStep(Step, &Pred, SE);
1323
1324   if (OverflowLimit &&
1325       SE->isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, PreStart, OverflowLimit)) {
1326     return PreStart;
1327   }
1328   return nullptr;
1329 }
1330
1331 // Get the normalized zero or sign extended expression for this AddRec's Start.
1332 template <typename ExtendOpTy>
1333 static const SCEV *getExtendAddRecStart(const SCEVAddRecExpr *AR, Type *Ty,
1334                                         ScalarEvolution *SE) {
1335   auto GetExtendExpr = ExtendOpTraits<ExtendOpTy>::GetExtendExpr;
1336
1337   const SCEV *PreStart = getPreStartForExtend<ExtendOpTy>(AR, Ty, SE);
1338   if (!PreStart)
1339     return (SE->*GetExtendExpr)(AR->getStart(), Ty);
1340
1341   return SE->getAddExpr((SE->*GetExtendExpr)(AR->getStepRecurrence(*SE), Ty),
1342                         (SE->*GetExtendExpr)(PreStart, Ty));
1343 }
1344
1345 // Try to prove away overflow by looking at "nearby" add recurrences.  A
1346 // motivating example for this rule: if we know `{0,+,4}` is `ult` `-1` and it
1347 // does not itself wrap then we can conclude that `{1,+,4}` is `nuw`.
1348 //
1349 // Formally:
1350 //
1351 //     {S,+,X} == {S-T,+,X} + T
1352 //  => Ext({S,+,X}) == Ext({S-T,+,X} + T)
1353 //
1354 // If ({S-T,+,X} + T) does not overflow  ... (1)
1355 //
1356 //  RHS == Ext({S-T,+,X} + T) == Ext({S-T,+,X}) + Ext(T)
1357 //
1358 // If {S-T,+,X} does not overflow  ... (2)
1359 //
1360 //  RHS == Ext({S-T,+,X}) + Ext(T) == {Ext(S-T),+,Ext(X)} + Ext(T)
1361 //      == {Ext(S-T)+Ext(T),+,Ext(X)}
1362 //
1363 // If (S-T)+T does not overflow  ... (3)
1364 //
1365 //  RHS == {Ext(S-T)+Ext(T),+,Ext(X)} == {Ext(S-T+T),+,Ext(X)}
1366 //      == {Ext(S),+,Ext(X)} == LHS
1367 //
1368 // Thus, if (1), (2) and (3) are true for some T, then
1369 //   Ext({S,+,X}) == {Ext(S),+,Ext(X)}
1370 //
1371 // (3) is implied by (1) -- "(S-T)+T does not overflow" is simply "({S-T,+,X}+T)
1372 // does not overflow" restricted to the 0th iteration.  Therefore we only need
1373 // to check for (1) and (2).
1374 //
1375 // In the current context, S is `Start`, X is `Step`, Ext is `ExtendOpTy` and T
1376 // is `Delta` (defined below).
1377 //
1378 template <typename ExtendOpTy>
1379 bool ScalarEvolution::proveNoWrapByVaryingStart(const SCEV *Start,
1380                                                 const SCEV *Step,
1381                                                 const Loop *L) {
1382   auto WrapType = ExtendOpTraits<ExtendOpTy>::WrapType;
1383
1384   // We restrict `Start` to a constant to prevent SCEV from spending too much
1385   // time here.  It is correct (but more expensive) to continue with a
1386   // non-constant `Start` and do a general SCEV subtraction to compute
1387   // `PreStart` below.
1388   //
1389   const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start);
1390   if (!StartC)
1391     return false;
1392
1393   APInt StartAI = StartC->getValue()->getValue();
1394
1395   for (unsigned Delta : {-2, -1, 1, 2}) {
1396     const SCEV *PreStart = getConstant(StartAI - Delta);
1397
1398     // Give up if we don't already have the add recurrence we need because
1399     // actually constructing an add recurrence is relatively expensive.
1400     const SCEVAddRecExpr *PreAR = [&]() {
1401       FoldingSetNodeID ID;
1402       ID.AddInteger(scAddRecExpr);
1403       ID.AddPointer(PreStart);
1404       ID.AddPointer(Step);
1405       ID.AddPointer(L);
1406       void *IP = nullptr;
1407       return static_cast<SCEVAddRecExpr *>(
1408           this->UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
1409     }();
1410
1411     if (PreAR && PreAR->getNoWrapFlags(WrapType)) {  // proves (2)
1412       const SCEV *DeltaS = getConstant(StartC->getType(), Delta);
1413       ICmpInst::Predicate Pred = ICmpInst::BAD_ICMP_PREDICATE;
1414       const SCEV *Limit = ExtendOpTraits<ExtendOpTy>::getOverflowLimitForStep(
1415           DeltaS, &Pred, this);
1416       if (Limit && isKnownPredicate(Pred, PreAR, Limit))  // proves (1)
1417         return true;
1418     }
1419   }
1420
1421   return false;
1422 }
1423
1424 const SCEV *ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEV *Op,
1425                                                Type *Ty) {
1426   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1427          "This is not an extending conversion!");
1428   assert(isSCEVable(Ty) &&
1429          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1430   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1431
1432   // Fold if the operand is constant.
1433   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1434     return getConstant(
1435       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(), Ty)));
1436
1437   // zext(zext(x)) --> zext(x)
1438   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
1439     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
1440
1441   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
1442   // computed a SCEV for this Op and Ty.
1443   FoldingSetNodeID ID;
1444   ID.AddInteger(scZeroExtend);
1445   ID.AddPointer(Op);
1446   ID.AddPointer(Ty);
1447   void *IP = nullptr;
1448   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1449
1450   // zext(trunc(x)) --> zext(x) or x or trunc(x)
1451   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1452     // It's possible the bits taken off by the truncate were all zero bits. If
1453     // so, we should be able to simplify this further.
1454     const SCEV *X = ST->getOperand();
1455     ConstantRange CR = getUnsignedRange(X);
1456     unsigned TruncBits = getTypeSizeInBits(ST->getType());
1457     unsigned NewBits = getTypeSizeInBits(Ty);
1458     if (CR.truncate(TruncBits).zeroExtend(NewBits).contains(
1459             CR.zextOrTrunc(NewBits)))
1460       return getTruncateOrZeroExtend(X, Ty);
1461   }
1462
1463   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
1464   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
1465   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
1466   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
1467   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
1468     if (AR->isAffine()) {
1469       const SCEV *Start = AR->getStart();
1470       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
1471       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
1472       const Loop *L = AR->getLoop();
1473
1474       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
1475       // we don't need to do any further analysis.
1476       if (AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW))
1477         return getAddRecExpr(
1478             getExtendAddRecStart<SCEVZeroExtendExpr>(AR, Ty, this),
1479             getZeroExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1480
1481       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
1482       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
1483       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
1484       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
1485       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
1486       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
1487       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
1488       // that value once it has finished.
1489       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
1490       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
1491         // Manually compute the final value for AR, checking for
1492         // overflow.
1493
1494         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
1495         // the addrec's type. The count is always unsigned.
1496         const SCEV *CastedMaxBECount =
1497           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
1498         const SCEV *RecastedMaxBECount =
1499           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
1500         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
1501           Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
1502           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no unsigned overflow.
1503           const SCEV *ZMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1504           const SCEV *ZAdd = getZeroExtendExpr(getAddExpr(Start, ZMul), WideTy);
1505           const SCEV *WideStart = getZeroExtendExpr(Start, WideTy);
1506           const SCEV *WideMaxBECount =
1507             getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy);
1508           const SCEV *OperandExtendedAdd =
1509             getAddExpr(WideStart,
1510                        getMulExpr(WideMaxBECount,
1511                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
1512           if (ZAdd == OperandExtendedAdd) {
1513             // Cache knowledge of AR NUW, which is propagated to this AddRec.
1514             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW);
1515             // Return the expression with the addrec on the outside.
1516             return getAddRecExpr(
1517                 getExtendAddRecStart<SCEVZeroExtendExpr>(AR, Ty, this),
1518                 getZeroExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1519           }
1520           // Similar to above, only this time treat the step value as signed.
1521           // This covers loops that count down.
1522           OperandExtendedAdd =
1523             getAddExpr(WideStart,
1524                        getMulExpr(WideMaxBECount,
1525                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
1526           if (ZAdd == OperandExtendedAdd) {
1527             // Cache knowledge of AR NW, which is propagated to this AddRec.
1528             // Negative step causes unsigned wrap, but it still can't self-wrap.
1529             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNW);
1530             // Return the expression with the addrec on the outside.
1531             return getAddRecExpr(
1532                 getExtendAddRecStart<SCEVZeroExtendExpr>(AR, Ty, this),
1533                 getSignExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1534           }
1535         }
1536
1537         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
1538         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
1539         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
1540         // with the post-inc value, the addrec is safe.
1541         if (isKnownPositive(Step)) {
1542           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMinValue(BitWidth) -
1543                                       getUnsignedRange(Step).getUnsignedMax());
1544           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, AR, N) ||
1545               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, Start, N) &&
1546                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT,
1547                                            AR->getPostIncExpr(*this), N))) {
1548             // Cache knowledge of AR NUW, which is propagated to this AddRec.
1549             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW);
1550             // Return the expression with the addrec on the outside.
1551             return getAddRecExpr(
1552                 getExtendAddRecStart<SCEVZeroExtendExpr>(AR, Ty, this),
1553                 getZeroExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1554           }
1555         } else if (isKnownNegative(Step)) {
1556           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth) -
1557                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
1558           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, AR, N) ||
1559               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, Start, N) &&
1560                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT,
1561                                            AR->getPostIncExpr(*this), N))) {
1562             // Cache knowledge of AR NW, which is propagated to this AddRec.
1563             // Negative step causes unsigned wrap, but it still can't self-wrap.
1564             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNW);
1565             // Return the expression with the addrec on the outside.
1566             return getAddRecExpr(
1567                 getExtendAddRecStart<SCEVZeroExtendExpr>(AR, Ty, this),
1568                 getSignExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1569           }
1570         }
1571       }
1572
1573       if (proveNoWrapByVaryingStart<SCEVZeroExtendExpr>(Start, Step, L)) {
1574         const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW);
1575         return getAddRecExpr(
1576             getExtendAddRecStart<SCEVZeroExtendExpr>(AR, Ty, this),
1577             getZeroExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1578       }
1579     }
1580
1581   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
1582   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
1583   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1584   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVZeroExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1585                                                    Op, Ty);
1586   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1587   return S;
1588 }
1589
1590 const SCEV *ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEV *Op,
1591                                                Type *Ty) {
1592   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1593          "This is not an extending conversion!");
1594   assert(isSCEVable(Ty) &&
1595          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1596   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1597
1598   // Fold if the operand is constant.
1599   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1600     return getConstant(
1601       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(), Ty)));
1602
1603   // sext(sext(x)) --> sext(x)
1604   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
1605     return getSignExtendExpr(SS->getOperand(), Ty);
1606
1607   // sext(zext(x)) --> zext(x)
1608   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
1609     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
1610
1611   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
1612   // computed a SCEV for this Op and Ty.
1613   FoldingSetNodeID ID;
1614   ID.AddInteger(scSignExtend);
1615   ID.AddPointer(Op);
1616   ID.AddPointer(Ty);
1617   void *IP = nullptr;
1618   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1619
1620   // If the input value is provably positive, build a zext instead.
1621   if (isKnownNonNegative(Op))
1622     return getZeroExtendExpr(Op, Ty);
1623
1624   // sext(trunc(x)) --> sext(x) or x or trunc(x)
1625   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1626     // It's possible the bits taken off by the truncate were all sign bits. If
1627     // so, we should be able to simplify this further.
1628     const SCEV *X = ST->getOperand();
1629     ConstantRange CR = getSignedRange(X);
1630     unsigned TruncBits = getTypeSizeInBits(ST->getType());
1631     unsigned NewBits = getTypeSizeInBits(Ty);
1632     if (CR.truncate(TruncBits).signExtend(NewBits).contains(
1633             CR.sextOrTrunc(NewBits)))
1634       return getTruncateOrSignExtend(X, Ty);
1635   }
1636
1637   // sext(C1 + (C2 * x)) --> C1 + sext(C2 * x) if C1 < C2
1638   if (auto SA = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Op)) {
1639     if (SA->getNumOperands() == 2) {
1640       auto SC1 = dyn_cast<SCEVConstant>(SA->getOperand(0));
1641       auto SMul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SA->getOperand(1));
1642       if (SMul && SC1) {
1643         if (auto SC2 = dyn_cast<SCEVConstant>(SMul->getOperand(0))) {
1644           const APInt &C1 = SC1->getValue()->getValue();
1645           const APInt &C2 = SC2->getValue()->getValue();
1646           if (C1.isStrictlyPositive() && C2.isStrictlyPositive() &&
1647               C2.ugt(C1) && C2.isPowerOf2())
1648             return getAddExpr(getSignExtendExpr(SC1, Ty),
1649                               getSignExtendExpr(SMul, Ty));
1650         }
1651       }
1652     }
1653   }
1654   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
1655   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
1656   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
1657   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
1658   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
1659     if (AR->isAffine()) {
1660       const SCEV *Start = AR->getStart();
1661       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
1662       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
1663       const Loop *L = AR->getLoop();
1664
1665       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
1666       // we don't need to do any further analysis.
1667       if (AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW))
1668         return getAddRecExpr(
1669             getExtendAddRecStart<SCEVSignExtendExpr>(AR, Ty, this),
1670             getSignExtendExpr(Step, Ty), L, SCEV::FlagNSW);
1671
1672       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
1673       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
1674       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
1675       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
1676       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
1677       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
1678       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
1679       // that value once it has finished.
1680       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
1681       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
1682         // Manually compute the final value for AR, checking for
1683         // overflow.
1684
1685         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
1686         // the addrec's type. The count is always unsigned.
1687         const SCEV *CastedMaxBECount =
1688           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
1689         const SCEV *RecastedMaxBECount =
1690           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
1691         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
1692           Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
1693           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no signed overflow.
1694           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1695           const SCEV *SAdd = getSignExtendExpr(getAddExpr(Start, SMul), WideTy);
1696           const SCEV *WideStart = getSignExtendExpr(Start, WideTy);
1697           const SCEV *WideMaxBECount =
1698             getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy);
1699           const SCEV *OperandExtendedAdd =
1700             getAddExpr(WideStart,
1701                        getMulExpr(WideMaxBECount,
1702                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
1703           if (SAdd == OperandExtendedAdd) {
1704             // Cache knowledge of AR NSW, which is propagated to this AddRec.
1705             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
1706             // Return the expression with the addrec on the outside.
1707             return getAddRecExpr(
1708                 getExtendAddRecStart<SCEVSignExtendExpr>(AR, Ty, this),
1709                 getSignExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1710           }
1711           // Similar to above, only this time treat the step value as unsigned.
1712           // This covers loops that count up with an unsigned step.
1713           OperandExtendedAdd =
1714             getAddExpr(WideStart,
1715                        getMulExpr(WideMaxBECount,
1716                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
1717           if (SAdd == OperandExtendedAdd) {
1718             // If AR wraps around then
1719             //
1720             //    abs(Step) * MaxBECount > unsigned-max(AR->getType())
1721             // => SAdd != OperandExtendedAdd
1722             //
1723             // Thus (AR is not NW => SAdd != OperandExtendedAdd) <=>
1724             // (SAdd == OperandExtendedAdd => AR is NW)
1725
1726             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNW);
1727
1728             // Return the expression with the addrec on the outside.
1729             return getAddRecExpr(
1730                 getExtendAddRecStart<SCEVSignExtendExpr>(AR, Ty, this),
1731                 getZeroExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1732           }
1733         }
1734
1735         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
1736         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
1737         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
1738         // with the post-inc value, the addrec is safe.
1739         ICmpInst::Predicate Pred;
1740         const SCEV *OverflowLimit =
1741             getSignedOverflowLimitForStep(Step, &Pred, this);
1742         if (OverflowLimit &&
1743             (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, AR, OverflowLimit) ||
1744              (isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, Start, OverflowLimit) &&
1745               isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, AR->getPostIncExpr(*this),
1746                                           OverflowLimit)))) {
1747           // Cache knowledge of AR NSW, then propagate NSW to the wide AddRec.
1748           const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
1749           return getAddRecExpr(
1750               getExtendAddRecStart<SCEVSignExtendExpr>(AR, Ty, this),
1751               getSignExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1752         }
1753       }
1754       // If Start and Step are constants, check if we can apply this
1755       // transformation:
1756       // sext{C1,+,C2} --> C1 + sext{0,+,C2} if C1 < C2
1757       auto SC1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Start);
1758       auto SC2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
1759       if (SC1 && SC2) {
1760         const APInt &C1 = SC1->getValue()->getValue();
1761         const APInt &C2 = SC2->getValue()->getValue();
1762         if (C1.isStrictlyPositive() && C2.isStrictlyPositive() && C2.ugt(C1) &&
1763             C2.isPowerOf2()) {
1764           Start = getSignExtendExpr(Start, Ty);
1765           const SCEV *NewAR = getAddRecExpr(getConstant(AR->getType(), 0), Step,
1766                                             L, AR->getNoWrapFlags());
1767           return getAddExpr(Start, getSignExtendExpr(NewAR, Ty));
1768         }
1769       }
1770
1771       if (proveNoWrapByVaryingStart<SCEVSignExtendExpr>(Start, Step, L)) {
1772         const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
1773         return getAddRecExpr(
1774             getExtendAddRecStart<SCEVSignExtendExpr>(AR, Ty, this),
1775             getSignExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1776       }
1777     }
1778
1779   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
1780   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
1781   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1782   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSignExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1783                                                    Op, Ty);
1784   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1785   return S;
1786 }
1787
1788 /// getAnyExtendExpr - Return a SCEV for the given operand extended with
1789 /// unspecified bits out to the given type.
1790 ///
1791 const SCEV *ScalarEvolution::getAnyExtendExpr(const SCEV *Op,
1792                                               Type *Ty) {
1793   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1794          "This is not an extending conversion!");
1795   assert(isSCEVable(Ty) &&
1796          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1797   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1798
1799   // Sign-extend negative constants.
1800   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1801     if (SC->getValue()->getValue().isNegative())
1802       return getSignExtendExpr(Op, Ty);
1803
1804   // Peel off a truncate cast.
1805   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1806     const SCEV *NewOp = T->getOperand();
1807     if (getTypeSizeInBits(NewOp->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty))
1808       return getAnyExtendExpr(NewOp, Ty);
1809     return getTruncateOrNoop(NewOp, Ty);
1810   }
1811
1812   // Next try a zext cast. If the cast is folded, use it.
1813   const SCEV *ZExt = getZeroExtendExpr(Op, Ty);
1814   if (!isa<SCEVZeroExtendExpr>(ZExt))
1815     return ZExt;
1816
1817   // Next try a sext cast. If the cast is folded, use it.
1818   const SCEV *SExt = getSignExtendExpr(Op, Ty);
1819   if (!isa<SCEVSignExtendExpr>(SExt))
1820     return SExt;
1821
1822   // Force the cast to be folded into the operands of an addrec.
1823   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
1824     SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
1825     for (const SCEV *Op : AR->operands())
1826       Ops.push_back(getAnyExtendExpr(Op, Ty));
1827     return getAddRecExpr(Ops, AR->getLoop(), SCEV::FlagNW);
1828   }
1829
1830   // If the expression is obviously signed, use the sext cast value.
1831   if (isa<SCEVSMaxExpr>(Op))
1832     return SExt;
1833
1834   // Absent any other information, use the zext cast value.
1835   return ZExt;
1836 }
1837
1838 /// CollectAddOperandsWithScales - Process the given Ops list, which is
1839 /// a list of operands to be added under the given scale, update the given
1840 /// map. This is a helper function for getAddRecExpr. As an example of
1841 /// what it does, given a sequence of operands that would form an add
1842 /// expression like this:
1843 ///
1844 ///    m + n + 13 + (A * (o + p + (B * (q + m + 29)))) + r + (-1 * r)
1845 ///
1846 /// where A and B are constants, update the map with these values:
1847 ///
1848 ///    (m, 1+A*B), (n, 1), (o, A), (p, A), (q, A*B), (r, 0)
1849 ///
1850 /// and add 13 + A*B*29 to AccumulatedConstant.
1851 /// This will allow getAddRecExpr to produce this:
1852 ///
1853 ///    13+A*B*29 + n + (m * (1+A*B)) + ((o + p) * A) + (q * A*B)
1854 ///
1855 /// This form often exposes folding opportunities that are hidden in
1856 /// the original operand list.
1857 ///
1858 /// Return true iff it appears that any interesting folding opportunities
1859 /// may be exposed. This helps getAddRecExpr short-circuit extra work in
1860 /// the common case where no interesting opportunities are present, and
1861 /// is also used as a check to avoid infinite recursion.
1862 ///
1863 static bool
1864 CollectAddOperandsWithScales(DenseMap<const SCEV *, APInt> &M,
1865                              SmallVectorImpl<const SCEV *> &NewOps,
1866                              APInt &AccumulatedConstant,
1867                              const SCEV *const *Ops, size_t NumOperands,
1868                              const APInt &Scale,
1869                              ScalarEvolution &SE) {
1870   bool Interesting = false;
1871
1872   // Iterate over the add operands. They are sorted, with constants first.
1873   unsigned i = 0;
1874   while (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1875     ++i;
1876     // Pull a buried constant out to the outside.
1877     if (Scale != 1 || AccumulatedConstant != 0 || C->getValue()->isZero())
1878       Interesting = true;
1879     AccumulatedConstant += Scale * C->getValue()->getValue();
1880   }
1881
1882   // Next comes everything else. We're especially interested in multiplies
1883   // here, but they're in the middle, so just visit the rest with one loop.
1884   for (; i != NumOperands; ++i) {
1885     const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i]);
1886     if (Mul && isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
1887       APInt NewScale =
1888         Scale * cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))->getValue()->getValue();
1889       if (Mul->getNumOperands() == 2 && isa<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1))) {
1890         // A multiplication of a constant with another add; recurse.
1891         const SCEVAddExpr *Add = cast<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1));
1892         Interesting |=
1893           CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1894                                        Add->op_begin(), Add->getNumOperands(),
1895                                        NewScale, SE);
1896       } else {
1897         // A multiplication of a constant with some other value. Update
1898         // the map.
1899         SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
1900         const SCEV *Key = SE.getMulExpr(MulOps);
1901         std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1902           M.insert(std::make_pair(Key, NewScale));
1903         if (Pair.second) {
1904           NewOps.push_back(Pair.first->first);
1905         } else {
1906           Pair.first->second += NewScale;
1907           // The map already had an entry for this value, which may indicate
1908           // a folding opportunity.
1909           Interesting = true;
1910         }
1911       }
1912     } else {
1913       // An ordinary operand. Update the map.
1914       std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1915         M.insert(std::make_pair(Ops[i], Scale));
1916       if (Pair.second) {
1917         NewOps.push_back(Pair.first->first);
1918       } else {
1919         Pair.first->second += Scale;
1920         // The map already had an entry for this value, which may indicate
1921         // a folding opportunity.
1922         Interesting = true;
1923       }
1924     }
1925   }
1926
1927   return Interesting;
1928 }
1929
1930 namespace {
1931   struct APIntCompare {
1932     bool operator()(const APInt &LHS, const APInt &RHS) const {
1933       return LHS.ult(RHS);
1934     }
1935   };
1936 }
1937
1938 // We're trying to construct a SCEV of type `Type' with `Ops' as operands and
1939 // `OldFlags' as can't-wrap behavior.  Infer a more aggressive set of
1940 // can't-overflow flags for the operation if possible.
1941 static SCEV::NoWrapFlags
1942 StrengthenNoWrapFlags(ScalarEvolution *SE, SCEVTypes Type,
1943                       const SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1944                       SCEV::NoWrapFlags OldFlags) {
1945   using namespace std::placeholders;
1946
1947   bool CanAnalyze =
1948       Type == scAddExpr || Type == scAddRecExpr || Type == scMulExpr;
1949   (void)CanAnalyze;
1950   assert(CanAnalyze && "don't call from other places!");
1951
1952   int SignOrUnsignMask = SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW;
1953   SCEV::NoWrapFlags SignOrUnsignWrap =
1954       ScalarEvolution::maskFlags(OldFlags, SignOrUnsignMask);
1955
1956   // If FlagNSW is true and all the operands are non-negative, infer FlagNUW.
1957   auto IsKnownNonNegative =
1958     std::bind(std::mem_fn(&ScalarEvolution::isKnownNonNegative), SE, _1);
1959
1960   if (SignOrUnsignWrap == SCEV::FlagNSW &&
1961       std::all_of(Ops.begin(), Ops.end(), IsKnownNonNegative))
1962     return ScalarEvolution::setFlags(OldFlags,
1963                                      (SCEV::NoWrapFlags)SignOrUnsignMask);
1964
1965   return OldFlags;
1966 }
1967
1968 /// getAddExpr - Get a canonical add expression, or something simpler if
1969 /// possible.
1970 const SCEV *ScalarEvolution::getAddExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1971                                         SCEV::NoWrapFlags Flags) {
1972   assert(!(Flags & ~(SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW)) &&
1973          "only nuw or nsw allowed");
1974   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
1975   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1976 #ifndef NDEBUG
1977   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
1978   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1979     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
1980            "SCEVAddExpr operand types don't match!");
1981 #endif
1982
1983   Flags = StrengthenNoWrapFlags(this, scAddExpr, Ops, Flags);
1984
1985   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1986   GroupByComplexity(Ops, LI);
1987
1988   // If there are any constants, fold them together.
1989   unsigned Idx = 0;
1990   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1991     ++Idx;
1992     assert(Idx < Ops.size());
1993     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1994       // We found two constants, fold them together!
1995       Ops[0] = getConstant(LHSC->getValue()->getValue() +
1996                            RHSC->getValue()->getValue());
1997       if (Ops.size() == 2) return Ops[0];
1998       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1999       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2000     }
2001
2002     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
2003     if (LHSC->getValue()->isZero()) {
2004       Ops.erase(Ops.begin());
2005       --Idx;
2006     }
2007
2008     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2009   }
2010
2011   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list more than
2012   // once.  If so, merge them together into an multiply expression.  Since we
2013   // sorted the list, these values are required to be adjacent.
2014   Type *Ty = Ops[0]->getType();
2015   bool FoundMatch = false;
2016   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-1; ++i)
2017     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
2018       // Scan ahead to count how many equal operands there are.
2019       unsigned Count = 2;
2020       while (i+Count != e && Ops[i+Count] == Ops[i])
2021         ++Count;
2022       // Merge the values into a multiply.
2023       const SCEV *Scale = getConstant(Ty, Count);
2024       const SCEV *Mul = getMulExpr(Scale, Ops[i]);
2025       if (Ops.size() == Count)
2026         return Mul;
2027       Ops[i] = Mul;
2028       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+Count);
2029       --i; e -= Count - 1;
2030       FoundMatch = true;
2031     }
2032   if (FoundMatch)
2033     return getAddExpr(Ops, Flags);
2034
2035   // Check for truncates. If all the operands are truncated from the same
2036   // type, see if factoring out the truncate would permit the result to be
2037   // folded. eg., trunc(x) + m*trunc(n) --> trunc(x + trunc(m)*n)
2038   // if the contents of the resulting outer trunc fold to something simple.
2039   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
2040     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]);
2041     Type *DstType = Trunc->getType();
2042     Type *SrcType = Trunc->getOperand()->getType();
2043     SmallVector<const SCEV *, 8> LargeOps;
2044     bool Ok = true;
2045     // Check all the operands to see if they can be represented in the
2046     // source type of the truncate.
2047     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
2048       if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[i])) {
2049         if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
2050           Ok = false;
2051           break;
2052         }
2053         LargeOps.push_back(T->getOperand());
2054       } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
2055         LargeOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
2056       } else if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i])) {
2057         SmallVector<const SCEV *, 8> LargeMulOps;
2058         for (unsigned j = 0, f = M->getNumOperands(); j != f && Ok; ++j) {
2059           if (const SCEVTruncateExpr *T =
2060                 dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(M->getOperand(j))) {
2061             if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
2062               Ok = false;
2063               break;
2064             }
2065             LargeMulOps.push_back(T->getOperand());
2066           } else if (const SCEVConstant *C =
2067                        dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(j))) {
2068             LargeMulOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
2069           } else {
2070             Ok = false;
2071             break;
2072           }
2073         }
2074         if (Ok)
2075           LargeOps.push_back(getMulExpr(LargeMulOps));
2076       } else {
2077         Ok = false;
2078         break;
2079       }
2080     }
2081     if (Ok) {
2082       // Evaluate the expression in the larger type.
2083       const SCEV *Fold = getAddExpr(LargeOps, Flags);
2084       // If it folds to something simple, use it. Otherwise, don't.
2085       if (isa<SCEVConstant>(Fold) || isa<SCEVUnknown>(Fold))
2086         return getTruncateExpr(Fold, DstType);
2087     }
2088   }
2089
2090   // Skip past any other cast SCEVs.
2091   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
2092     ++Idx;
2093
2094   // If there are add operands they would be next.
2095   if (Idx < Ops.size()) {
2096     bool DeletedAdd = false;
2097     while (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
2098       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
2099       // list.
2100       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2101       Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
2102       DeletedAdd = true;
2103     }
2104
2105     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
2106     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
2107     // any operands we just acquired.
2108     if (DeletedAdd)
2109       return getAddExpr(Ops);
2110   }
2111
2112   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
2113   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
2114     ++Idx;
2115
2116   // Check to see if there are any folding opportunities present with
2117   // operands multiplied by constant values.
2118   if (Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
2119     uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(Ty);
2120     DenseMap<const SCEV *, APInt> M;
2121     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
2122     APInt AccumulatedConstant(BitWidth, 0);
2123     if (CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
2124                                      Ops.data(), Ops.size(),
2125                                      APInt(BitWidth, 1), *this)) {
2126       // Some interesting folding opportunity is present, so its worthwhile to
2127       // re-generate the operands list. Group the operands by constant scale,
2128       // to avoid multiplying by the same constant scale multiple times.
2129       std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare> MulOpLists;
2130       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = NewOps.begin(),
2131            E = NewOps.end(); I != E; ++I)
2132         MulOpLists[M.find(*I)->second].push_back(*I);
2133       // Re-generate the operands list.
2134       Ops.clear();
2135       if (AccumulatedConstant != 0)
2136         Ops.push_back(getConstant(AccumulatedConstant));
2137       for (std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare>::iterator
2138            I = MulOpLists.begin(), E = MulOpLists.end(); I != E; ++I)
2139         if (I->first != 0)
2140           Ops.push_back(getMulExpr(getConstant(I->first),
2141                                    getAddExpr(I->second)));
2142       if (Ops.empty())
2143         return getConstant(Ty, 0);
2144       if (Ops.size() == 1)
2145         return Ops[0];
2146       return getAddExpr(Ops);
2147     }
2148   }
2149
2150   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
2151   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
2152   // the multiply.
2153   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
2154     const SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
2155     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
2156       const SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
2157       if (isa<SCEVConstant>(MulOpSCEV))
2158         continue;
2159       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
2160         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp]) {
2161           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
2162           const SCEV *InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
2163           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
2164             // If the multiply has more than two operands, we must get the
2165             // Y*Z term.
2166             SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
2167                                                 Mul->op_begin()+MulOp);
2168             MulOps.append(Mul->op_begin()+MulOp+1, Mul->op_end());
2169             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
2170           }
2171           const SCEV *One = getConstant(Ty, 1);
2172           const SCEV *AddOne = getAddExpr(One, InnerMul);
2173           const SCEV *OuterMul = getMulExpr(AddOne, MulOpSCEV);
2174           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
2175           if (AddOp < Idx) {
2176             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
2177             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
2178           } else {
2179             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2180             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
2181           }
2182           Ops.push_back(OuterMul);
2183           return getAddExpr(Ops);
2184         }
2185
2186       // Check this multiply against other multiplies being added together.
2187       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
2188            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
2189            ++OtherMulIdx) {
2190         const SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
2191         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
2192         // together.
2193         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
2194              OMulOp != e; ++OMulOp)
2195           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
2196             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
2197             const SCEV *InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
2198             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
2199               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
2200                                                   Mul->op_begin()+MulOp);
2201               MulOps.append(Mul->op_begin()+MulOp+1, Mul->op_end());
2202               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
2203             }
2204             const SCEV *InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
2205             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
2206               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(OtherMul->op_begin(),
2207                                                   OtherMul->op_begin()+OMulOp);
2208               MulOps.append(OtherMul->op_begin()+OMulOp+1, OtherMul->op_end());
2209               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
2210             }
2211             const SCEV *InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
2212             const SCEV *OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
2213             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
2214             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2215             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
2216             Ops.push_back(OuterMul);
2217             return getAddExpr(Ops);
2218           }
2219       }
2220     }
2221   }
2222
2223   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
2224   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
2225   // recurrence.
2226   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
2227     ++Idx;
2228
2229   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
2230   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
2231     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
2232     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
2233     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
2234     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
2235     const Loop *AddRecLoop = AddRec->getLoop();
2236     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2237       if (isLoopInvariant(Ops[i], AddRecLoop)) {
2238         LIOps.push_back(Ops[i]);
2239         Ops.erase(Ops.begin()+i);
2240         --i; --e;
2241       }
2242
2243     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
2244     if (!LIOps.empty()) {
2245       //  NLI + LI + {Start,+,Step}  -->  NLI + {LI+Start,+,Step}
2246       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
2247
2248       SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
2249                                              AddRec->op_end());
2250       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
2251
2252       // Build the new addrec. Propagate the NUW and NSW flags if both the
2253       // outer add and the inner addrec are guaranteed to have no overflow.
2254       // Always propagate NW.
2255       Flags = AddRec->getNoWrapFlags(setFlags(Flags, SCEV::FlagNW));
2256       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRecLoop, Flags);
2257
2258       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
2259       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
2260
2261       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-invariant parts.
2262       for (unsigned i = 0;; ++i)
2263         if (Ops[i] == AddRec) {
2264           Ops[i] = NewRec;
2265           break;
2266         }
2267       return getAddExpr(Ops);
2268     }
2269
2270     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
2271     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
2272     // added together.  If so, we can fold them.
2273     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
2274          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
2275          ++OtherIdx)
2276       if (AddRecLoop == cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx])->getLoop()) {
2277         // Other + {A,+,B}<L> + {C,+,D}<L>  -->  Other + {A+C,+,B+D}<L>
2278         SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
2279                                                AddRec->op_end());
2280         for (; OtherIdx != Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
2281              ++OtherIdx)
2282           if (const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec =
2283                 dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]))
2284             if (OtherAddRec->getLoop() == AddRecLoop) {
2285               for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands();
2286                    i != e; ++i) {
2287                 if (i >= AddRecOps.size()) {
2288                   AddRecOps.append(OtherAddRec->op_begin()+i,
2289                                    OtherAddRec->op_end());
2290                   break;
2291                 }
2292                 AddRecOps[i] = getAddExpr(AddRecOps[i],
2293                                           OtherAddRec->getOperand(i));
2294               }
2295               Ops.erase(Ops.begin() + OtherIdx); --OtherIdx;
2296             }
2297         // Step size has changed, so we cannot guarantee no self-wraparound.
2298         Ops[Idx] = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRecLoop, SCEV::FlagAnyWrap);
2299         return getAddExpr(Ops);
2300       }
2301
2302     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
2303     // next one.
2304   }
2305
2306   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
2307   // already have one, otherwise create a new one.
2308   FoldingSetNodeID ID;
2309   ID.AddInteger(scAddExpr);
2310   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2311     ID.AddPointer(Ops[i]);
2312   void *IP = nullptr;
2313   SCEVAddExpr *S =
2314     static_cast<SCEVAddExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2315   if (!S) {
2316     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2317     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2318     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2319                                         O, Ops.size());
2320     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2321   }
2322   S->setNoWrapFlags(Flags);
2323   return S;
2324 }
2325
2326 static uint64_t umul_ov(uint64_t i, uint64_t j, bool &Overflow) {
2327   uint64_t k = i*j;
2328   if (j > 1 && k / j != i) Overflow = true;
2329   return k;
2330 }
2331
2332 /// Compute the result of "n choose k", the binomial coefficient.  If an
2333 /// intermediate computation overflows, Overflow will be set and the return will
2334 /// be garbage. Overflow is not cleared on absence of overflow.
2335 static uint64_t Choose(uint64_t n, uint64_t k, bool &Overflow) {
2336   // We use the multiplicative formula:
2337   //     n(n-1)(n-2)...(n-(k-1)) / k(k-1)(k-2)...1 .
2338   // At each iteration, we take the n-th term of the numeral and divide by the
2339   // (k-n)th term of the denominator.  This division will always produce an
2340   // integral result, and helps reduce the chance of overflow in the
2341   // intermediate computations. However, we can still overflow even when the
2342   // final result would fit.
2343
2344   if (n == 0 || n == k) return 1;
2345   if (k > n) return 0;
2346
2347   if (k > n/2)
2348     k = n-k;
2349
2350   uint64_t r = 1;
2351   for (uint64_t i = 1; i <= k; ++i) {
2352     r = umul_ov(r, n-(i-1), Overflow);
2353     r /= i;
2354   }
2355   return r;
2356 }
2357
2358 /// Determine if any of the operands in this SCEV are a constant or if
2359 /// any of the add or multiply expressions in this SCEV contain a constant.
2360 static bool containsConstantSomewhere(const SCEV *StartExpr) {
2361   SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
2362   Ops.push_back(StartExpr);
2363   while (!Ops.empty()) {
2364     const SCEV *CurrentExpr = Ops.pop_back_val();
2365     if (isa<SCEVConstant>(*CurrentExpr))
2366       return true;
2367
2368     if (isa<SCEVAddExpr>(*CurrentExpr) || isa<SCEVMulExpr>(*CurrentExpr)) {
2369       const auto *CurrentNAry = cast<SCEVNAryExpr>(CurrentExpr);
2370       Ops.append(CurrentNAry->op_begin(), CurrentNAry->op_end());
2371     }
2372   }
2373   return false;
2374 }
2375
2376 /// getMulExpr - Get a canonical multiply expression, or something simpler if
2377 /// possible.
2378 const SCEV *ScalarEvolution::getMulExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
2379                                         SCEV::NoWrapFlags Flags) {
2380   assert(Flags == maskFlags(Flags, SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW) &&
2381          "only nuw or nsw allowed");
2382   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
2383   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2384 #ifndef NDEBUG
2385   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
2386   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2387     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
2388            "SCEVMulExpr operand types don't match!");
2389 #endif
2390
2391   Flags = StrengthenNoWrapFlags(this, scMulExpr, Ops, Flags);
2392
2393   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2394   GroupByComplexity(Ops, LI);
2395
2396   // If there are any constants, fold them together.
2397   unsigned Idx = 0;
2398   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2399
2400     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
2401     if (Ops.size() == 2)
2402         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
2403           // If any of Add's ops are Adds or Muls with a constant,
2404           // apply this transformation as well.
2405           if (Add->getNumOperands() == 2)
2406             if (containsConstantSomewhere(Add))
2407               return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
2408                                 getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
2409
2410     ++Idx;
2411     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2412       // We found two constants, fold them together!
2413       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2414                                            LHSC->getValue()->getValue() *
2415                                            RHSC->getValue()->getValue());
2416       Ops[0] = getConstant(Fold);
2417       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2418       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2419       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2420     }
2421
2422     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
2423     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
2424       Ops.erase(Ops.begin());
2425       --Idx;
2426     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
2427       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
2428       return Ops[0];
2429     } else if (Ops[0]->isAllOnesValue()) {
2430       // If we have a mul by -1 of an add, try distributing the -1 among the
2431       // add operands.
2432       if (Ops.size() == 2) {
2433         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1])) {
2434           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
2435           bool AnyFolded = false;
2436           for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = Add->op_begin(),
2437                  E = Add->op_end(); I != E; ++I) {
2438             const SCEV *Mul = getMulExpr(Ops[0], *I);
2439             if (!isa<SCEVMulExpr>(Mul)) AnyFolded = true;
2440             NewOps.push_back(Mul);
2441           }
2442           if (AnyFolded)
2443             return getAddExpr(NewOps);
2444         }
2445         else if (const SCEVAddRecExpr *
2446                  AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[1])) {
2447           // Negation preserves a recurrence's no self-wrap property.
2448           SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2449           for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = AddRec->op_begin(),
2450                  E = AddRec->op_end(); I != E; ++I) {
2451             Operands.push_back(getMulExpr(Ops[0], *I));
2452           }
2453           return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop(),
2454                                AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
2455         }
2456       }
2457     }
2458
2459     if (Ops.size() == 1)
2460       return Ops[0];
2461   }
2462
2463   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
2464   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
2465     ++Idx;
2466
2467   // If there are mul operands inline them all into this expression.
2468   if (Idx < Ops.size()) {
2469     bool DeletedMul = false;
2470     while (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
2471       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
2472       // list.
2473       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2474       Ops.append(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
2475       DeletedMul = true;
2476     }
2477
2478     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
2479     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
2480     // any operands we just acquired.
2481     if (DeletedMul)
2482       return getMulExpr(Ops);
2483   }
2484
2485   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
2486   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
2487   // recurrence.
2488   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
2489     ++Idx;
2490
2491   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
2492   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
2493     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
2494     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
2495     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
2496     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
2497     const Loop *AddRecLoop = AddRec->getLoop();
2498     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2499       if (isLoopInvariant(Ops[i], AddRecLoop)) {
2500         LIOps.push_back(Ops[i]);
2501         Ops.erase(Ops.begin()+i);
2502         --i; --e;
2503       }
2504
2505     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
2506     if (!LIOps.empty()) {
2507       //  NLI * LI * {Start,+,Step}  -->  NLI * {LI*Start,+,LI*Step}
2508       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
2509       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
2510       const SCEV *Scale = getMulExpr(LIOps);
2511       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
2512         NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
2513
2514       // Build the new addrec. Propagate the NUW and NSW flags if both the
2515       // outer mul and the inner addrec are guaranteed to have no overflow.
2516       //
2517       // No self-wrap cannot be guaranteed after changing the step size, but
2518       // will be inferred if either NUW or NSW is true.
2519       Flags = AddRec->getNoWrapFlags(clearFlags(Flags, SCEV::FlagNW));
2520       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRecLoop, Flags);
2521
2522       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
2523       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
2524
2525       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-invariant parts.
2526       for (unsigned i = 0;; ++i)
2527         if (Ops[i] == AddRec) {
2528           Ops[i] = NewRec;
2529           break;
2530         }
2531       return getMulExpr(Ops);
2532     }
2533
2534     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
2535     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
2536     // multiplied together.  If so, we can fold them.
2537
2538     // {A1,+,A2,+,...,+,An}<L> * {B1,+,B2,+,...,+,Bn}<L>
2539     // = {x=1 in [ sum y=x..2x [ sum z=max(y-x, y-n)..min(x,n) [
2540     //       choose(x, 2x)*choose(2x-y, x-z)*A_{y-z}*B_z
2541     //   ]]],+,...up to x=2n}.
2542     // Note that the arguments to choose() are always integers with values
2543     // known at compile time, never SCEV objects.
2544     //
2545     // The implementation avoids pointless extra computations when the two
2546     // addrec's are of different length (mathematically, it's equivalent to
2547     // an infinite stream of zeros on the right).
2548     bool OpsModified = false;
2549     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
2550          OtherIdx != Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
2551          ++OtherIdx) {
2552       const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec =
2553         dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
2554       if (!OtherAddRec || OtherAddRec->getLoop() != AddRecLoop)
2555         continue;
2556
2557       bool Overflow = false;
2558       Type *Ty = AddRec->getType();
2559       bool LargerThan64Bits = getTypeSizeInBits(Ty) > 64;
2560       SmallVector<const SCEV*, 7> AddRecOps;
2561       for (int x = 0, xe = AddRec->getNumOperands() +
2562              OtherAddRec->getNumOperands() - 1; x != xe && !Overflow; ++x) {
2563         const SCEV *Term = getConstant(Ty, 0);
2564         for (int y = x, ye = 2*x+1; y != ye && !Overflow; ++y) {
2565           uint64_t Coeff1 = Choose(x, 2*x - y, Overflow);
2566           for (int z = std::max(y-x, y-(int)AddRec->getNumOperands()+1),
2567                  ze = std::min(x+1, (int)OtherAddRec->getNumOperands());
2568                z < ze && !Overflow; ++z) {
2569             uint64_t Coeff2 = Choose(2*x - y, x-z, Overflow);
2570             uint64_t Coeff;
2571             if (LargerThan64Bits)
2572               Coeff = umul_ov(Coeff1, Coeff2, Overflow);
2573             else
2574               Coeff = Coeff1*Coeff2;
2575             const SCEV *CoeffTerm = getConstant(Ty, Coeff);
2576             const SCEV *Term1 = AddRec->getOperand(y-z);
2577             const SCEV *Term2 = OtherAddRec->getOperand(z);
2578             Term = getAddExpr(Term, getMulExpr(CoeffTerm, Term1,Term2));
2579           }
2580         }
2581         AddRecOps.push_back(Term);
2582       }
2583       if (!Overflow) {
2584         const SCEV *NewAddRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRec->getLoop(),
2585                                               SCEV::FlagAnyWrap);
2586         if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
2587         Ops[Idx] = NewAddRec;
2588         Ops.erase(Ops.begin() + OtherIdx); --OtherIdx;
2589         OpsModified = true;
2590         AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec);
2591         if (!AddRec)
2592           break;
2593       }
2594     }
2595     if (OpsModified)
2596       return getMulExpr(Ops);
2597
2598     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
2599     // next one.
2600   }
2601
2602   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
2603   // already have one, otherwise create a new one.
2604   FoldingSetNodeID ID;
2605   ID.AddInteger(scMulExpr);
2606   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2607     ID.AddPointer(Ops[i]);
2608   void *IP = nullptr;
2609   SCEVMulExpr *S =
2610     static_cast<SCEVMulExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2611   if (!S) {
2612     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2613     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2614     S = new (SCEVAllocator) SCEVMulExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2615                                         O, Ops.size());
2616     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2617   }
2618   S->setNoWrapFlags(Flags);
2619   return S;
2620 }
2621
2622 /// getUDivExpr - Get a canonical unsigned division expression, or something
2623 /// simpler if possible.
2624 const SCEV *ScalarEvolution::getUDivExpr(const SCEV *LHS,
2625                                          const SCEV *RHS) {
2626   assert(getEffectiveSCEVType(LHS->getType()) ==
2627          getEffectiveSCEVType(RHS->getType()) &&
2628          "SCEVUDivExpr operand types don't match!");
2629
2630   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
2631     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
2632       return LHS;                               // X udiv 1 --> x
2633     // If the denominator is zero, the result of the udiv is undefined. Don't
2634     // try to analyze it, because the resolution chosen here may differ from
2635     // the resolution chosen in other parts of the compiler.
2636     if (!RHSC->getValue()->isZero()) {
2637       // Determine if the division can be folded into the operands of
2638       // its operands.
2639       // TODO: Generalize this to non-constants by using known-bits information.
2640       Type *Ty = LHS->getType();
2641       unsigned LZ = RHSC->getValue()->getValue().countLeadingZeros();
2642       unsigned MaxShiftAmt = getTypeSizeInBits(Ty) - LZ - 1;
2643       // For non-power-of-two values, effectively round the value up to the
2644       // nearest power of two.
2645       if (!RHSC->getValue()->getValue().isPowerOf2())
2646         ++MaxShiftAmt;
2647       IntegerType *ExtTy =
2648         IntegerType::get(getContext(), getTypeSizeInBits(Ty) + MaxShiftAmt);
2649       if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
2650         if (const SCEVConstant *Step =
2651             dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*this))) {
2652           // {X,+,N}/C --> {X/C,+,N/C} if safe and N/C can be folded.
2653           const APInt &StepInt = Step->getValue()->getValue();
2654           const APInt &DivInt = RHSC->getValue()->getValue();
2655           if (!StepInt.urem(DivInt) &&
2656               getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
2657               getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
2658                             getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
2659                             AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap)) {
2660             SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2661             for (unsigned i = 0, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
2662               Operands.push_back(getUDivExpr(AR->getOperand(i), RHS));
2663             return getAddRecExpr(Operands, AR->getLoop(),
2664                                  SCEV::FlagNW);
2665           }
2666           /// Get a canonical UDivExpr for a recurrence.
2667           /// {X,+,N}/C => {Y,+,N}/C where Y=X-(X%N). Safe when C%N=0.
2668           // We can currently only fold X%N if X is constant.
2669           const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStart());
2670           if (StartC && !DivInt.urem(StepInt) &&
2671               getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
2672               getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
2673                             getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
2674                             AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap)) {
2675             const APInt &StartInt = StartC->getValue()->getValue();
2676             const APInt &StartRem = StartInt.urem(StepInt);
2677             if (StartRem != 0)
2678               LHS = getAddRecExpr(getConstant(StartInt - StartRem), Step,
2679                                   AR->getLoop(), SCEV::FlagNW);
2680           }
2681         }
2682       // (A*B)/C --> A*(B/C) if safe and B/C can be folded.
2683       if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
2684         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2685         for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i)
2686           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(M->getOperand(i), ExtTy));
2687         if (getZeroExtendExpr(M, ExtTy) == getMulExpr(Operands))
2688           // Find an operand that's safely divisible.
2689           for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2690             const SCEV *Op = M->getOperand(i);
2691             const SCEV *Div = getUDivExpr(Op, RHSC);
2692             if (!isa<SCEVUDivExpr>(Div) && getMulExpr(Div, RHSC) == Op) {
2693               Operands = SmallVector<const SCEV *, 4>(M->op_begin(),
2694                                                       M->op_end());
2695               Operands[i] = Div;
2696               return getMulExpr(Operands);
2697             }
2698           }
2699       }
2700       // (A+B)/C --> (A/C + B/C) if safe and A/C and B/C can be folded.
2701       if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS)) {
2702         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2703         for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i)
2704           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(A->getOperand(i), ExtTy));
2705         if (getZeroExtendExpr(A, ExtTy) == getAddExpr(Operands)) {
2706           Operands.clear();
2707           for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2708             const SCEV *Op = getUDivExpr(A->getOperand(i), RHS);
2709             if (isa<SCEVUDivExpr>(Op) ||
2710                 getMulExpr(Op, RHS) != A->getOperand(i))
2711               break;
2712             Operands.push_back(Op);
2713           }
2714           if (Operands.size() == A->getNumOperands())
2715             return getAddExpr(Operands);
2716         }
2717       }
2718
2719       // Fold if both operands are constant.
2720       if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
2721         Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
2722         Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
2723         return getConstant(cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getUDiv(LHSCV,
2724                                                                    RHSCV)));
2725       }
2726     }
2727   }
2728
2729   FoldingSetNodeID ID;
2730   ID.AddInteger(scUDivExpr);
2731   ID.AddPointer(LHS);
2732   ID.AddPointer(RHS);
2733   void *IP = nullptr;
2734   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2735   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUDivExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2736                                              LHS, RHS);
2737   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2738   return S;
2739 }
2740
2741 static const APInt gcd(const SCEVConstant *C1, const SCEVConstant *C2) {
2742   APInt A = C1->getValue()->getValue().abs();
2743   APInt B = C2->getValue()->getValue().abs();
2744   uint32_t ABW = A.getBitWidth();
2745   uint32_t BBW = B.getBitWidth();
2746
2747   if (ABW > BBW)
2748     B = B.zext(ABW);
2749   else if (ABW < BBW)
2750     A = A.zext(BBW);
2751
2752   return APIntOps::GreatestCommonDivisor(A, B);
2753 }
2754
2755 /// getUDivExactExpr - Get a canonical unsigned division expression, or
2756 /// something simpler if possible. There is no representation for an exact udiv
2757 /// in SCEV IR, but we can attempt to remove factors from the LHS and RHS.
2758 /// We can't do this when it's not exact because the udiv may be clearing bits.
2759 const SCEV *ScalarEvolution::getUDivExactExpr(const SCEV *LHS,
2760                                               const SCEV *RHS) {
2761   // TODO: we could try to find factors in all sorts of things, but for now we
2762   // just deal with u/exact (multiply, constant). See SCEVDivision towards the
2763   // end of this file for inspiration.
2764
2765   const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS);
2766   if (!Mul)
2767     return getUDivExpr(LHS, RHS);
2768
2769   if (const SCEVConstant *RHSCst = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
2770     // If the mulexpr multiplies by a constant, then that constant must be the
2771     // first element of the mulexpr.
2772     if (const SCEVConstant *LHSCst =
2773             dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
2774       if (LHSCst == RHSCst) {
2775         SmallVector<const SCEV *, 2> Operands;
2776         Operands.append(Mul->op_begin() + 1, Mul->op_end());
2777         return getMulExpr(Operands);
2778       }
2779
2780       // We can't just assume that LHSCst divides RHSCst cleanly, it could be
2781       // that there's a factor provided by one of the other terms. We need to
2782       // check.
2783       APInt Factor = gcd(LHSCst, RHSCst);
2784       if (!Factor.isIntN(1)) {
2785         LHSCst = cast<SCEVConstant>(
2786             getConstant(LHSCst->getValue()->getValue().udiv(Factor)));
2787         RHSCst = cast<SCEVConstant>(
2788             getConstant(RHSCst->getValue()->getValue().udiv(Factor)));
2789         SmallVector<const SCEV *, 2> Operands;
2790         Operands.push_back(LHSCst);
2791         Operands.append(Mul->op_begin() + 1, Mul->op_end());
2792         LHS = getMulExpr(Operands);
2793         RHS = RHSCst;
2794         Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS);
2795         if (!Mul)
2796           return getUDivExactExpr(LHS, RHS);
2797       }
2798     }
2799   }
2800
2801   for (int i = 0, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2802     if (Mul->getOperand(i) == RHS) {
2803       SmallVector<const SCEV *, 2> Operands;
2804       Operands.append(Mul->op_begin(), Mul->op_begin() + i);
2805       Operands.append(Mul->op_begin() + i + 1, Mul->op_end());
2806       return getMulExpr(Operands);
2807     }
2808   }
2809
2810   return getUDivExpr(LHS, RHS);
2811 }
2812
2813 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
2814 /// Simplify the expression as much as possible.
2815 const SCEV *ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEV *Start, const SCEV *Step,
2816                                            const Loop *L,
2817                                            SCEV::NoWrapFlags Flags) {
2818   SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2819   Operands.push_back(Start);
2820   if (const SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
2821     if (StepChrec->getLoop() == L) {
2822       Operands.append(StepChrec->op_begin(), StepChrec->op_end());
2823       return getAddRecExpr(Operands, L, maskFlags(Flags, SCEV::FlagNW));
2824     }
2825
2826   Operands.push_back(Step);
2827   return getAddRecExpr(Operands, L, Flags);
2828 }
2829
2830 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
2831 /// Simplify the expression as much as possible.
2832 const SCEV *
2833 ScalarEvolution::getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
2834                                const Loop *L, SCEV::NoWrapFlags Flags) {
2835   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
2836 #ifndef NDEBUG
2837   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Operands[0]->getType());
2838   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2839     assert(getEffectiveSCEVType(Operands[i]->getType()) == ETy &&
2840            "SCEVAddRecExpr operand types don't match!");
2841   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2842     assert(isLoopInvariant(Operands[i], L) &&
2843            "SCEVAddRecExpr operand is not loop-invariant!");
2844 #endif
2845
2846   if (Operands.back()->isZero()) {
2847     Operands.pop_back();
2848     return getAddRecExpr(Operands, L, SCEV::FlagAnyWrap); // {X,+,0}  -->  X
2849   }
2850
2851   // It's tempting to want to call getMaxBackedgeTakenCount count here and
2852   // use that information to infer NUW and NSW flags. However, computing a
2853   // BE count requires calling getAddRecExpr, so we may not yet have a
2854   // meaningful BE count at this point (and if we don't, we'd be stuck
2855   // with a SCEVCouldNotCompute as the cached BE count).
2856
2857   Flags = StrengthenNoWrapFlags(this, scAddRecExpr, Operands, Flags);
2858
2859   // Canonicalize nested AddRecs in by nesting them in order of loop depth.
2860   if (const SCEVAddRecExpr *NestedAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Operands[0])) {
2861     const Loop *NestedLoop = NestedAR->getLoop();
2862     if (L->contains(NestedLoop) ?
2863         (L->getLoopDepth() < NestedLoop->getLoopDepth()) :
2864         (!NestedLoop->contains(L) &&
2865          DT->dominates(L->getHeader(), NestedLoop->getHeader()))) {
2866       SmallVector<const SCEV *, 4> NestedOperands(NestedAR->op_begin(),
2867                                                   NestedAR->op_end());
2868       Operands[0] = NestedAR->getStart();
2869       // AddRecs require their operands be loop-invariant with respect to their
2870       // loops. Don't perform this transformation if it would break this
2871       // requirement.
2872       bool AllInvariant = true;
2873       for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2874         if (!isLoopInvariant(Operands[i], L)) {
2875           AllInvariant = false;
2876           break;
2877         }
2878       if (AllInvariant) {
2879         // Create a recurrence for the outer loop with the same step size.
2880         //
2881         // The outer recurrence keeps its NW flag but only keeps NUW/NSW if the
2882         // inner recurrence has the same property.
2883         SCEV::NoWrapFlags OuterFlags =
2884           maskFlags(Flags, SCEV::FlagNW | NestedAR->getNoWrapFlags());
2885
2886         NestedOperands[0] = getAddRecExpr(Operands, L, OuterFlags);
2887         AllInvariant = true;
2888         for (unsigned i = 0, e = NestedOperands.size(); i != e; ++i)
2889           if (!isLoopInvariant(NestedOperands[i], NestedLoop)) {
2890             AllInvariant = false;
2891             break;
2892           }
2893         if (AllInvariant) {
2894           // Ok, both add recurrences are valid after the transformation.
2895           //
2896           // The inner recurrence keeps its NW flag but only keeps NUW/NSW if
2897           // the outer recurrence has the same property.
2898           SCEV::NoWrapFlags InnerFlags =
2899             maskFlags(NestedAR->getNoWrapFlags(), SCEV::FlagNW | Flags);
2900           return getAddRecExpr(NestedOperands, NestedLoop, InnerFlags);
2901         }
2902       }
2903       // Reset Operands to its original state.
2904       Operands[0] = NestedAR;
2905     }
2906   }
2907
2908   // Okay, it looks like we really DO need an addrec expr.  Check to see if we
2909   // already have one, otherwise create a new one.
2910   FoldingSetNodeID ID;
2911   ID.AddInteger(scAddRecExpr);
2912   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2913     ID.AddPointer(Operands[i]);
2914   ID.AddPointer(L);
2915   void *IP = nullptr;
2916   SCEVAddRecExpr *S =
2917     static_cast<SCEVAddRecExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2918   if (!S) {
2919     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Operands.size());
2920     std::uninitialized_copy(Operands.begin(), Operands.end(), O);
2921     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddRecExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2922                                            O, Operands.size(), L);
2923     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2924   }
2925   S->setNoWrapFlags(Flags);
2926   return S;
2927 }
2928
2929 const SCEV *
2930 ScalarEvolution::getGEPExpr(Type *PointeeType, const SCEV *BaseExpr,
2931                             const SmallVectorImpl<const SCEV *> &IndexExprs,
2932                             bool InBounds) {
2933   // getSCEV(Base)->getType() has the same address space as Base->getType()
2934   // because SCEV::getType() preserves the address space.
2935   Type *IntPtrTy = getEffectiveSCEVType(BaseExpr->getType());
2936   // FIXME(PR23527): Don't blindly transfer the inbounds flag from the GEP
2937   // instruction to its SCEV, because the Instruction may be guarded by control
2938   // flow and the no-overflow bits may not be valid for the expression in any
2939   // context. This can be fixed similarly to how these flags are handled for
2940   // adds.
2941   SCEV::NoWrapFlags Wrap = InBounds ? SCEV::FlagNSW : SCEV::FlagAnyWrap;
2942
2943   const SCEV *TotalOffset = getConstant(IntPtrTy, 0);
2944   // The address space is unimportant. The first thing we do on CurTy is getting
2945   // its element type.
2946   Type *CurTy = PointerType::getUnqual(PointeeType);
2947   for (const SCEV *IndexExpr : IndexExprs) {
2948     // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
2949     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(CurTy)) {
2950       // For a struct, add the member offset.
2951       ConstantInt *Index = cast<SCEVConstant>(IndexExpr)->getValue();
2952       unsigned FieldNo = Index->getZExtValue();
2953       const SCEV *FieldOffset = getOffsetOfExpr(IntPtrTy, STy, FieldNo);
2954
2955       // Add the field offset to the running total offset.
2956       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, FieldOffset);
2957
2958       // Update CurTy to the type of the field at Index.
2959       CurTy = STy->getTypeAtIndex(Index);
2960     } else {
2961       // Update CurTy to its element type.
2962       CurTy = cast<SequentialType>(CurTy)->getElementType();
2963       // For an array, add the element offset, explicitly scaled.
2964       const SCEV *ElementSize = getSizeOfExpr(IntPtrTy, CurTy);
2965       // Getelementptr indices are signed.
2966       IndexExpr = getTruncateOrSignExtend(IndexExpr, IntPtrTy);
2967
2968       // Multiply the index by the element size to compute the element offset.
2969       const SCEV *LocalOffset = getMulExpr(IndexExpr, ElementSize, Wrap);
2970
2971       // Add the element offset to the running total offset.
2972       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, LocalOffset);
2973     }
2974   }
2975
2976   // Add the total offset from all the GEP indices to the base.
2977   return getAddExpr(BaseExpr, TotalOffset, Wrap);
2978 }
2979
2980 const SCEV *ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEV *LHS,
2981                                          const SCEV *RHS) {
2982   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2983   Ops.push_back(LHS);
2984   Ops.push_back(RHS);
2985   return getSMaxExpr(Ops);
2986 }
2987
2988 const SCEV *
2989 ScalarEvolution::getSMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2990   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
2991   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2992 #ifndef NDEBUG
2993   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
2994   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2995     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
2996            "SCEVSMaxExpr operand types don't match!");
2997 #endif
2998
2999   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
3000   GroupByComplexity(Ops, LI);
3001
3002   // If there are any constants, fold them together.
3003   unsigned Idx = 0;
3004   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
3005     ++Idx;
3006     assert(Idx < Ops.size());
3007     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
3008       // We found two constants, fold them together!
3009       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
3010                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
3011                                              RHSC->getValue()->getValue()));
3012       Ops[0] = getConstant(Fold);
3013       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
3014       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3015       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
3016     }
3017
3018     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
3019     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
3020       Ops.erase(Ops.begin());
3021       --Idx;
3022     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(true)) {
3023       // If we have an smax with a constant maximum-int, it will always be
3024       // maximum-int.
3025       return Ops[0];
3026     }
3027
3028     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3029   }
3030
3031   // Find the first SMax
3032   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
3033     ++Idx;
3034
3035   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
3036   // onto our operand list, and recurse to simplify.
3037   if (Idx < Ops.size()) {
3038     bool DeletedSMax = false;
3039     while (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
3040       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
3041       Ops.append(SMax->op_begin(), SMax->op_end());
3042       DeletedSMax = true;
3043     }
3044
3045     if (DeletedSMax)
3046       return getSMaxExpr(Ops);
3047   }
3048
3049   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
3050   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
3051   // be adjacent.
3052   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
3053     //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
3054     //  X smax Y         -->  X, if X is always greater than Y
3055     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
3056         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
3057       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
3058       --i; --e;
3059     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SLE, Ops[i], Ops[i+1])) {
3060       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
3061       --i; --e;
3062     }
3063
3064   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3065
3066   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
3067
3068   // Okay, it looks like we really DO need an smax expr.  Check to see if we
3069   // already have one, otherwise create a new one.
3070   FoldingSetNodeID ID;
3071   ID.AddInteger(scSMaxExpr);
3072   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
3073     ID.AddPointer(Ops[i]);
3074   void *IP = nullptr;
3075   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
3076   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
3077   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
3078   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
3079                                              O, Ops.size());
3080   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
3081   return S;
3082 }
3083
3084 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxExpr(const SCEV *LHS,
3085                                          const SCEV *RHS) {
3086   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
3087   Ops.push_back(LHS);
3088   Ops.push_back(RHS);
3089   return getUMaxExpr(Ops);
3090 }
3091
3092 const SCEV *
3093 ScalarEvolution::getUMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
3094   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty umax!");
3095   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3096 #ifndef NDEBUG
3097   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
3098   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
3099     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
3100            "SCEVUMaxExpr operand types don't match!");
3101 #endif
3102
3103   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
3104   GroupByComplexity(Ops, LI);
3105
3106   // If there are any constants, fold them together.
3107   unsigned Idx = 0;
3108   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
3109     ++Idx;
3110     assert(Idx < Ops.size());
3111     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
3112       // We found two constants, fold them together!
3113       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
3114                               APIntOps::umax(LHSC->getValue()->getValue(),
3115                                              RHSC->getValue()->getValue()));
3116       Ops[0] = getConstant(Fold);
3117       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
3118       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3119       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
3120     }
3121
3122     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
3123     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(false)) {
3124       Ops.erase(Ops.begin());
3125       --Idx;
3126     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(false)) {
3127       // If we have an umax with a constant maximum-int, it will always be
3128       // maximum-int.
3129       return Ops[0];
3130     }
3131
3132     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3133   }
3134
3135   // Find the first UMax
3136   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scUMaxExpr)
3137     ++Idx;
3138
3139   // Check to see if one of the operands is a UMax. If so, expand its operands
3140   // onto our operand list, and recurse to simplify.
3141   if (Idx < Ops.size()) {
3142     bool DeletedUMax = false;
3143     while (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(Ops[Idx])) {
3144       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
3145       Ops.append(UMax->op_begin(), UMax->op_end());
3146       DeletedUMax = true;
3147     }
3148
3149     if (DeletedUMax)
3150       return getUMaxExpr(Ops);
3151   }
3152
3153   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
3154   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
3155   // be adjacent.
3156   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
3157     //  X umax Y umax Y  -->  X umax Y
3158     //  X umax Y         -->  X, if X is always greater than Y
3159     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
3160         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_UGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
3161       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
3162       --i; --e;
3163     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_ULE, Ops[i], Ops[i+1])) {
3164       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
3165       --i; --e;
3166     }
3167
3168   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3169
3170   assert(!Ops.empty() && "Reduced umax down to nothing!");
3171
3172   // Okay, it looks like we really DO need a umax expr.  Check to see if we
3173   // already have one, otherwise create a new one.
3174   FoldingSetNodeID ID;
3175   ID.AddInteger(scUMaxExpr);
3176   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
3177     ID.AddPointer(Ops[i]);
3178   void *IP = nullptr;
3179   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
3180   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
3181   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
3182   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
3183                                              O, Ops.size());
3184   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
3185   return S;
3186 }
3187
3188 const SCEV *ScalarEvolution::getSMinExpr(const SCEV *LHS,
3189                                          const SCEV *RHS) {
3190   // ~smax(~x, ~y) == smin(x, y).
3191   return getNotSCEV(getSMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
3192 }
3193
3194 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinExpr(const SCEV *LHS,
3195                                          const SCEV *RHS) {
3196   // ~umax(~x, ~y) == umin(x, y)
3197   return getNotSCEV(getUMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
3198 }
3199
3200 const SCEV *ScalarEvolution::getSizeOfExpr(Type *IntTy, Type *AllocTy) {
3201   // We can bypass creating a target-independent
3202   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
3203   // This is just a compile-time optimization.
3204   return getConstant(IntTy,
3205                      F->getParent()->getDataLayout().getTypeAllocSize(AllocTy));
3206 }
3207
3208 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(Type *IntTy,
3209                                              StructType *STy,
3210                                              unsigned FieldNo) {
3211   // We can bypass creating a target-independent
3212   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
3213   // This is just a compile-time optimization.
3214   return getConstant(
3215       IntTy,
3216       F->getParent()->getDataLayout().getStructLayout(STy)->getElementOffset(
3217           FieldNo));
3218 }
3219
3220 const SCEV *ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
3221   // Don't attempt to do anything other than create a SCEVUnknown object
3222   // here.  createSCEV only calls getUnknown after checking for all other
3223   // interesting possibilities, and any other code that calls getUnknown
3224   // is doing so in order to hide a value from SCEV canonicalization.
3225
3226   FoldingSetNodeID ID;
3227   ID.AddInteger(scUnknown);
3228   ID.AddPointer(V);
3229   void *IP = nullptr;
3230   if (SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) {
3231     assert(cast<SCEVUnknown>(S)->getValue() == V &&
3232            "Stale SCEVUnknown in uniquing map!");
3233     return S;
3234   }
3235   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUnknown(ID.Intern(SCEVAllocator), V, this,
3236                                             FirstUnknown);
3237   FirstUnknown = cast<SCEVUnknown>(S);
3238   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
3239   return S;
3240 }
3241
3242 //===----------------------------------------------------------------------===//
3243 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
3244 //
3245
3246 /// isSCEVable - Test if values of the given type are analyzable within
3247 /// the SCEV framework. This primarily includes integer types, and it
3248 /// can optionally include pointer types if the ScalarEvolution class
3249 /// has access to target-specific information.
3250 bool ScalarEvolution::isSCEVable(Type *Ty) const {
3251   // Integers and pointers are always SCEVable.
3252   return Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy();
3253 }
3254
3255 /// getTypeSizeInBits - Return the size in bits of the specified type,
3256 /// for which isSCEVable must return true.
3257 uint64_t ScalarEvolution::getTypeSizeInBits(Type *Ty) const {
3258   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
3259   return F->getParent()->getDataLayout().getTypeSizeInBits(Ty);
3260 }
3261
3262 /// getEffectiveSCEVType - Return a type with the same bitwidth as
3263 /// the given type and which represents how SCEV will treat the given
3264 /// type, for which isSCEVable must return true. For pointer types,
3265 /// this is the pointer-sized integer type.
3266 Type *ScalarEvolution::getEffectiveSCEVType(Type *Ty) const {
3267   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
3268
3269   if (Ty->isIntegerTy()) {
3270     return Ty;
3271   }
3272
3273   // The only other support type is pointer.
3274   assert(Ty->isPointerTy() && "Unexpected non-pointer non-integer type!");
3275   return F->getParent()->getDataLayout().getIntPtrType(Ty);
3276 }
3277
3278 const SCEV *ScalarEvolution::getCouldNotCompute() {
3279   return &CouldNotCompute;
3280 }
3281
3282 namespace {
3283   // Helper class working with SCEVTraversal to figure out if a SCEV contains
3284   // a SCEVUnknown with null value-pointer. FindInvalidSCEVUnknown::FindOne
3285   // is set iff if find such SCEVUnknown.
3286   //
3287   struct FindInvalidSCEVUnknown {
3288     bool FindOne;
3289     FindInvalidSCEVUnknown() { FindOne = false; }
3290     bool follow(const SCEV *S) {
3291       switch (static_cast<SCEVTypes>(S->getSCEVType())) {
3292       case scConstant:
3293         return false;
3294       case scUnknown:
3295         if (!cast<SCEVUnknown>(S)->getValue())
3296           FindOne = true;
3297         return false;
3298       default:
3299         return true;
3300       }
3301     }
3302     bool isDone() const { return FindOne; }
3303   };
3304 }
3305
3306 bool ScalarEvolution::checkValidity(const SCEV *S) const {
3307   FindInvalidSCEVUnknown F;
3308   SCEVTraversal<FindInvalidSCEVUnknown> ST(F);
3309   ST.visitAll(S);
3310
3311   return !F.FindOne;
3312 }
3313
3314 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
3315 /// expression and create a new one.
3316 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) {
3317   assert(isSCEVable(V->getType()) && "Value is not SCEVable!");
3318
3319   const SCEV *S = getExistingSCEV(V);
3320   if (S == nullptr) {
3321     S = createSCEV(V);
3322     ValueExprMap.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(V, this), S));
3323   }
3324   return S;
3325 }
3326
3327 const SCEV *ScalarEvolution::getExistingSCEV(Value *V) {
3328   assert(isSCEVable(V->getType()) && "Value is not SCEVable!");
3329
3330   ValueExprMapType::iterator I = ValueExprMap.find_as(V);
3331   if (I != ValueExprMap.end()) {
3332     const SCEV *S = I->second;
3333     if (checkValidity(S))
3334       return S;
3335     ValueExprMap.erase(I);
3336   }
3337   return nullptr;
3338 }
3339
3340 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
3341 ///
3342 const SCEV *ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEV *V) {
3343   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
3344     return getConstant(
3345                cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue())));
3346
3347   Type *Ty = V->getType();
3348   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
3349   return getMulExpr(V,
3350                   getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty))));
3351 }
3352
3353 /// getNotSCEV - Return a SCEV corresponding to ~V = -1-V
3354 const SCEV *ScalarEvolution::getNotSCEV(const SCEV *V) {
3355   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
3356     return getConstant(
3357                 cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(VC->getValue())));
3358
3359   Type *Ty = V->getType();
3360   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
3361   const SCEV *AllOnes =
3362                    getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty)));
3363   return getMinusSCEV(AllOnes, V);
3364 }
3365
3366 /// getMinusSCEV - Return LHS-RHS.  Minus is represented in SCEV as A+B*-1.
3367 const SCEV *ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
3368                                           SCEV::NoWrapFlags Flags) {
3369   assert(!maskFlags(Flags, SCEV::FlagNUW) && "subtraction does not have NUW");
3370
3371   // Fast path: X - X --> 0.
3372   if (LHS == RHS)
3373     return getConstant(LHS->getType(), 0);
3374
3375   // X - Y --> X + -Y.
3376   // X -(nsw || nuw) Y --> X + -Y.
3377   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS));
3378 }
3379
3380 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3381 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
3382 /// extended.
3383 const SCEV *
3384 ScalarEvolution::getTruncateOrZeroExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
3385   Type *SrcTy = V->getType();
3386   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3387          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3388          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
3389   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3390     return V;  // No conversion
3391   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
3392     return getTruncateExpr(V, Ty);
3393   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
3394 }
3395
3396 /// getTruncateOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3397 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
3398 /// extended.
3399 const SCEV *
3400 ScalarEvolution::getTruncateOrSignExtend(const SCEV *V,
3401                                          Type *Ty) {
3402   Type *SrcTy = V->getType();
3403   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3404          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3405          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
3406   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3407     return V;  // No conversion
3408   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
3409     return getTruncateExpr(V, Ty);
3410   return getSignExtendExpr(V, Ty);
3411 }
3412
3413 /// getNoopOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3414 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
3415 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
3416 const SCEV *
3417 ScalarEvolution::getNoopOrZeroExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
3418   Type *SrcTy = V->getType();
3419   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3420          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3421          "Cannot noop or zero extend with non-integer arguments!");
3422   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
3423          "getNoopOrZeroExtend cannot truncate!");
3424   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3425     return V;  // No conversion
3426   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
3427 }
3428
3429 /// getNoopOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3430 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
3431 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
3432 const SCEV *
3433 ScalarEvolution::getNoopOrSignExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
3434   Type *SrcTy = V->getType();
3435   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3436          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3437          "Cannot noop or sign extend with non-integer arguments!");
3438   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
3439          "getNoopOrSignExtend cannot truncate!");
3440   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3441     return V;  // No conversion
3442   return getSignExtendExpr(V, Ty);
3443 }
3444
3445 /// getNoopOrAnyExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
3446 /// the input value to the specified type. If the type must be extended,
3447 /// it is extended with unspecified bits. The conversion must not be
3448 /// narrowing.
3449 const SCEV *
3450 ScalarEvolution::getNoopOrAnyExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
3451   Type *SrcTy = V->getType();
3452   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3453          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3454          "Cannot noop or any extend with non-integer arguments!");
3455   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
3456          "getNoopOrAnyExtend cannot truncate!");
3457   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3458     return V;  // No conversion
3459   return getAnyExtendExpr(V, Ty);
3460 }
3461
3462 /// getTruncateOrNoop - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3463 /// input value to the specified type.  The conversion must not be widening.
3464 const SCEV *
3465 ScalarEvolution::getTruncateOrNoop(const SCEV *V, Type *Ty) {
3466   Type *SrcTy = V->getType();
3467   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3468          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3469          "Cannot truncate or noop with non-integer arguments!");
3470   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) >= getTypeSizeInBits(Ty) &&
3471          "getTruncateOrNoop cannot extend!");
3472   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3473     return V;  // No conversion
3474   return getTruncateExpr(V, Ty);
3475 }
3476
3477 /// getUMaxFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
3478 /// the types using zero-extension, and then perform a umax operation
3479 /// with them.
3480 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
3481                                                         const SCEV *RHS) {
3482   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
3483   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
3484
3485   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
3486     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
3487   else
3488     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
3489
3490   return getUMaxExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
3491 }
3492
3493 /// getUMinFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
3494 /// the types using zero-extension, and then perform a umin operation
3495 /// with them.
3496 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
3497                                                         const SCEV *RHS) {
3498   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
3499   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
3500
3501   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
3502     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
3503   else
3504     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
3505
3506   return getUMinExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
3507 }
3508
3509 /// getPointerBase - Transitively follow the chain of pointer-type operands
3510 /// until reaching a SCEV that does not have a single pointer operand. This
3511 /// returns a SCEVUnknown pointer for well-formed pointer-type expressions,
3512 /// but corner cases do exist.
3513 const SCEV *ScalarEvolution::getPointerBase(const SCEV *V) {
3514   // A pointer operand may evaluate to a nonpointer expression, such as null.
3515   if (!V->getType()->isPointerTy())
3516     return V;
3517
3518   if (const SCEVCastExpr *Cast = dyn_cast<SCEVCastExpr>(V)) {
3519     return getPointerBase(Cast->getOperand());
3520   }
3521   else if (const SCEVNAryExpr *NAry = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(V)) {
3522     const SCEV *PtrOp = nullptr;
3523     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
3524          I != E; ++I) {
3525       if ((*I)->getType()->isPointerTy()) {
3526         // Cannot find the base of an expression with multiple pointer operands.
3527         if (PtrOp)
3528           return V;
3529         PtrOp = *I;
3530       }
3531     }
3532     if (!PtrOp)
3533       return V;
3534     return getPointerBase(PtrOp);
3535   }
3536   return V;
3537 }
3538
3539 /// PushDefUseChildren - Push users of the given Instruction
3540 /// onto the given Worklist.
3541 static void
3542 PushDefUseChildren(Instruction *I,
3543                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
3544   // Push the def-use children onto the Worklist stack.
3545   for (User *U : I->users())
3546     Worklist.push_back(cast<Instruction>(U));
3547 }
3548
3549 /// ForgetSymbolicValue - This looks up computed SCEV values for all
3550 /// instructions that depend on the given instruction and removes them from
3551 /// the ValueExprMapType map if they reference SymName. This is used during PHI
3552 /// resolution.
3553 void
3554 ScalarEvolution::ForgetSymbolicName(Instruction *PN, const SCEV *SymName) {
3555   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3556   PushDefUseChildren(PN, Worklist);
3557
3558   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3559   Visited.insert(PN);
3560   while (!Worklist.empty()) {
3561     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3562     if (!Visited.insert(I).second)
3563       continue;
3564
3565     ValueExprMapType::iterator It =
3566       ValueExprMap.find_as(static_cast<Value *>(I));
3567     if (It != ValueExprMap.end()) {
3568       const SCEV *Old = It->second;
3569
3570       // Short-circuit the def-use traversal if the symbolic name
3571       // ceases to appear in expressions.
3572       if (Old != SymName && !hasOperand(Old, SymName))
3573         continue;
3574
3575       // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
3576       // structure, it's a PHI that's in the progress of being computed
3577       // by createNodeForPHI, or it's a single-value PHI. In the first case,
3578       // additional loop trip count information isn't going to change anything.
3579       // In the second case, createNodeForPHI will perform the necessary
3580       // updates on its own when it gets to that point. In the third, we do
3581       // want to forget the SCEVUnknown.
3582       if (!isa<PHINode>(I) ||
3583           !isa<SCEVUnknown>(Old) ||
3584           (I != PN && Old == SymName)) {
3585         forgetMemoizedResults(Old);
3586         ValueExprMap.erase(It);
3587       }
3588     }
3589
3590     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3591   }
3592 }
3593
3594 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
3595 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
3596 ///
3597 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
3598   if (const Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent()))
3599     if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
3600       // The loop may have multiple entrances or multiple exits; we can analyze
3601       // this phi as an addrec if it has a unique entry value and a unique
3602       // backedge value.
3603       Value *BEValueV = nullptr, *StartValueV = nullptr;
3604       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
3605         Value *V = PN->getIncomingValue(i);
3606         if (L->contains(PN->getIncomingBlock(i))) {
3607           if (!BEValueV) {
3608             BEValueV = V;
3609           } else if (BEValueV != V) {
3610             BEValueV = nullptr;
3611             break;
3612           }
3613         } else if (!StartValueV) {
3614           StartValueV = V;
3615         } else if (StartValueV != V) {
3616           StartValueV = nullptr;
3617           break;
3618         }
3619       }
3620       if (BEValueV && StartValueV) {
3621         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
3622         const SCEV *SymbolicName = getUnknown(PN);
3623         assert(ValueExprMap.find_as(PN) == ValueExprMap.end() &&
3624                "PHI node already processed?");
3625         ValueExprMap.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(PN, this), SymbolicName));
3626
3627         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
3628         // the back-edge.
3629         const SCEV *BEValue = getSCEV(BEValueV);
3630
3631         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
3632         // has a special value for the first iteration of the loop.
3633
3634         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
3635         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
3636         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
3637           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
3638           // with a recurrence.
3639           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
3640           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3641             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
3642               if (FoundIndex == e) {
3643                 FoundIndex = i;
3644                 break;
3645               }
3646
3647           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
3648             // Create an add with everything but the specified operand.
3649             SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
3650             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3651               if (i != FoundIndex)
3652                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
3653             const SCEV *Accum = getAddExpr(Ops);
3654
3655             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
3656             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
3657             if (isLoopInvariant(Accum, L) ||
3658                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
3659                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
3660               SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap;
3661
3662               // If the increment doesn't overflow, then neither the addrec nor
3663               // the post-increment will overflow.
3664               if (const AddOperator *OBO = dyn_cast<AddOperator>(BEValueV)) {
3665                 if (OBO->getOperand(0) == PN) {
3666                   if (OBO->hasNoUnsignedWrap())
3667                     Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNUW);
3668                   if (OBO->hasNoSignedWrap())
3669                     Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNSW);
3670                 }
3671               } else if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(BEValueV)) {
3672                 // If the increment is an inbounds GEP, then we know the address
3673                 // space cannot be wrapped around. We cannot make any guarantee
3674                 // about signed or unsigned overflow because pointers are
3675                 // unsigned but we may have a negative index from the base
3676                 // pointer. We can guarantee that no unsigned wrap occurs if the
3677                 // indices form a positive value.
3678                 if (GEP->isInBounds() && GEP->getOperand(0) == PN) {
3679                   Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNW);
3680
3681                   const SCEV *Ptr = getSCEV(GEP->getPointerOperand());
3682                   if (isKnownPositive(getMinusSCEV(getSCEV(GEP), Ptr)))
3683                     Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNUW);
3684                 }
3685
3686                 // We cannot transfer nuw and nsw flags from subtraction
3687                 // operations -- sub nuw X, Y is not the same as add nuw X, -Y
3688                 // for instance.
3689               }
3690
3691               const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
3692               const SCEV *PHISCEV = getAddRecExpr(StartVal, Accum, L, Flags);
3693
3694               // Since the no-wrap flags are on the increment, they apply to the
3695               // post-incremented value as well.
3696               if (isLoopInvariant(Accum, L))
3697                 (void)getAddRecExpr(getAddExpr(StartVal, Accum),
3698                                     Accum, L, Flags);
3699
3700               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
3701               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
3702               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
3703               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
3704               ValueExprMap[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
3705               return PHISCEV;
3706             }
3707           }
3708         } else if (const SCEVAddRecExpr *AddRec =
3709                      dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
3710           // Otherwise, this could be a loop like this:
3711           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
3712           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
3713           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
3714           // i really is an addrec evolution.
3715           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
3716             const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
3717
3718             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
3719             // initial step of the addrec evolution.
3720             if (StartVal == getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
3721                                          AddRec->getOperand(1))) {
3722               // FIXME: For constant StartVal, we should be able to infer
3723               // no-wrap flags.
3724               const SCEV *PHISCEV =
3725                 getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1), L,
3726                               SCEV::FlagAnyWrap);
3727
3728               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
3729               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
3730               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
3731               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
3732               ValueExprMap[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
3733               return PHISCEV;
3734             }
3735           }
3736         }
3737       }
3738     }
3739
3740   // If the PHI has a single incoming value, follow that value, unless the
3741   // PHI's incoming blocks are in a different loop, in which case doing so
3742   // risks breaking LCSSA form. Instcombine would normally zap these, but
3743   // it doesn't have DominatorTree information, so it may miss cases.
3744   if (Value *V =
3745           SimplifyInstruction(PN, F->getParent()->getDataLayout(), TLI, DT, AC))
3746     if (LI->replacementPreservesLCSSAForm(PN, V))
3747       return getSCEV(V);
3748
3749   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
3750   return getUnknown(PN);
3751 }
3752
3753 /// createNodeForGEP - Expand GEP instructions into add and multiply
3754 /// operations. This allows them to be analyzed by regular SCEV code.
3755 ///
3756 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForGEP(GEPOperator *GEP) {
3757   Value *Base = GEP->getOperand(0);
3758   // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
3759   if (!Base->getType()->getPointerElementType()->isSized())
3760     return getUnknown(GEP);
3761
3762   SmallVector<const SCEV *, 4> IndexExprs;
3763   for (auto Index = GEP->idx_begin(); Index != GEP->idx_end(); ++Index)
3764     IndexExprs.push_back(getSCEV(*Index));
3765   return getGEPExpr(GEP->getSourceElementType(), getSCEV(Base), IndexExprs,
3766                     GEP->isInBounds());
3767 }
3768
3769 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
3770 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
3771 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
3772 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
3773 uint32_t
3774 ScalarEvolution::GetMinTrailingZeros(const SCEV *S) {
3775   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3776     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
3777
3778   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
3779     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand()),
3780                     (uint32_t)getTypeSizeInBits(T->getType()));
3781
3782   if (const SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3783     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
3784     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
3785              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
3786   }
3787
3788   if (const SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3789     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
3790     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
3791              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
3792   }
3793
3794   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3795     // The result is the min of all operands results.
3796     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
3797     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
3798       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
3799     return MinOpRes;
3800   }
3801
3802   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3803     // The result is the sum of all operands results.
3804     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
3805     uint32_t BitWidth = getTypeSizeInBits(M->getType());
3806     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
3807          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
3808       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)),
3809                           BitWidth);
3810     return SumOpRes;
3811   }
3812
3813   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3814     // The result is the min of all operands results.
3815     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
3816     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
3817       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
3818     return MinOpRes;
3819   }
3820
3821   if (const SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3822     // The result is the min of all operands results.
3823     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
3824     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
3825       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
3826     return MinOpRes;
3827   }
3828
3829   if (const SCEVUMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3830     // The result is the min of all operands results.
3831     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
3832     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
3833       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
3834     return MinOpRes;
3835   }
3836
3837   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3838     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3839     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
3840     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
3841     computeKnownBits(U->getValue(), Zeros, Ones,
3842                      F->getParent()->getDataLayout(), 0, AC, nullptr, DT);
3843     return Zeros.countTrailingOnes();
3844   }
3845
3846   // SCEVUDivExpr
3847   return 0;
3848 }
3849
3850 /// GetRangeFromMetadata - Helper method to assign a range to V from
3851 /// metadata present in the IR.
3852 static Optional<ConstantRange> GetRangeFromMetadata(Value *V) {
3853   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
3854     if (MDNode *MD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_range)) {
3855       ConstantRange TotalRange(
3856           cast<IntegerType>(I->getType())->getBitWidth(), false);
3857
3858       unsigned NumRanges = MD->getNumOperands() / 2;
3859       assert(NumRanges >= 1);
3860
3861       for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
3862         ConstantInt *Lower =
3863             mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(2 * i + 0));
3864         ConstantInt *Upper =
3865             mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(2 * i + 1));
3866         ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
3867         TotalRange = TotalRange.unionWith(Range);
3868       }
3869
3870       return TotalRange;
3871     }
3872   }
3873
3874   return None;
3875 }
3876
3877 /// getRange - Determine the range for a particular SCEV.  If SignHint is
3878 /// HINT_RANGE_UNSIGNED (resp. HINT_RANGE_SIGNED) then getRange prefers ranges
3879 /// with a "cleaner" unsigned (resp. signed) representation.
3880 ///
3881 ConstantRange
3882 ScalarEvolution::getRange(const SCEV *S,
3883                           ScalarEvolution::RangeSignHint SignHint) {
3884   DenseMap<const SCEV *, ConstantRange> &Cache =
3885       SignHint == ScalarEvolution::HINT_RANGE_UNSIGNED ? UnsignedRanges
3886                                                        : SignedRanges;
3887
3888   // See if we've computed this range already.
3889   DenseMap<const SCEV *, ConstantRange>::iterator I = Cache.find(S);
3890   if (I != Cache.end())
3891     return I->second;
3892
3893   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3894     return setRange(C, SignHint, ConstantRange(C->getValue()->getValue()));
3895
3896   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
3897   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
3898
3899   // If the value has known zeros, the maximum value will have those known zeros
3900   // as well.
3901   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
3902   if (TZ != 0) {
3903     if (SignHint == ScalarEvolution::HINT_RANGE_UNSIGNED)
3904       ConservativeResult =
3905           ConstantRange(APInt::getMinValue(BitWidth),
3906                         APInt::getMaxValue(BitWidth).lshr(TZ).shl(TZ) + 1);
3907     else
3908       ConservativeResult = ConstantRange(
3909           APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3910           APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(TZ).shl(TZ) + 1);
3911   }
3912
3913   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3914     ConstantRange X = getRange(Add->getOperand(0), SignHint);
3915     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3916       X = X.add(getRange(Add->getOperand(i), SignHint));
3917     return setRange(Add, SignHint, ConservativeResult.intersectWith(X));
3918   }
3919
3920   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3921     ConstantRange X = getRange(Mul->getOperand(0), SignHint);
3922     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
3923       X = X.multiply(getRange(Mul->getOperand(i), SignHint));
3924     return setRange(Mul, SignHint, ConservativeResult.intersectWith(X));
3925   }
3926
3927   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3928     ConstantRange X = getRange(SMax->getOperand(0), SignHint);
3929     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3930       X = X.smax(getRange(SMax->getOperand(i), SignHint));
3931     return setRange(SMax, SignHint, ConservativeResult.intersectWith(X));
3932   }
3933
3934   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3935     ConstantRange X = getRange(UMax->getOperand(0), SignHint);
3936     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3937       X = X.umax(getRange(UMax->getOperand(i), SignHint));
3938     return setRange(UMax, SignHint, ConservativeResult.intersectWith(X));
3939   }
3940
3941   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3942     ConstantRange X = getRange(UDiv->getLHS(), SignHint);
3943     ConstantRange Y = getRange(UDiv->getRHS(), SignHint);
3944     return setRange(UDiv, SignHint,
3945                     ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y)));
3946   }
3947
3948   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3949     ConstantRange X = getRange(ZExt->getOperand(), SignHint);
3950     return setRange(ZExt, SignHint,
3951                     ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth)));
3952   }
3953
3954   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3955     ConstantRange X = getRange(SExt->getOperand(), SignHint);
3956     return setRange(SExt, SignHint,
3957                     ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth)));
3958   }
3959
3960   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
3961     ConstantRange X = getRange(Trunc->getOperand(), SignHint);
3962     return setRange(Trunc, SignHint,
3963                     ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth)));
3964   }
3965
3966   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3967     // If there's no unsigned wrap, the value will never be less than its
3968     // initial value.
3969     if (AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW))
3970       if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getStart()))
3971         if (!C->getValue()->isZero())
3972           ConservativeResult =
3973             ConservativeResult.intersectWith(
3974               ConstantRange(C->getValue()->getValue(), APInt(BitWidth, 0)));
3975
3976     // If there's no signed wrap, and all the operands have the same sign or
3977     // zero, the value won't ever change sign.
3978     if (AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW)) {
3979       bool AllNonNeg = true;
3980       bool AllNonPos = true;
3981       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3982         if (!isKnownNonNegative(AddRec->getOperand(i))) AllNonNeg = false;
3983         if (!isKnownNonPositive(AddRec->getOperand(i))) AllNonPos = false;
3984       }
3985       if (AllNonNeg)
3986         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3987           ConstantRange(APInt(BitWidth, 0),
3988                         APInt::getSignedMinValue(BitWidth)));
3989       else if (AllNonPos)
3990         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3991           ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3992                         APInt(BitWidth, 1)));
3993     }
3994
3995     // TODO: non-affine addrec
3996     if (AddRec->isAffine()) {
3997       Type *Ty = AddRec->getType();
3998       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
3999       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
4000           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
4001
4002         // Check for overflow.  This must be done with ConstantRange arithmetic
4003         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
4004         // checking code.
4005
4006         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
4007         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
4008         ConstantRange ZExtMaxBECountRange =
4009             MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth * 2 + 1);
4010
4011         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
4012         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
4013         ConstantRange StepSRange = getSignedRange(Step);
4014         ConstantRange SExtStepSRange = StepSRange.sextOrTrunc(BitWidth * 2 + 1);
4015
4016         ConstantRange StartURange = getUnsignedRange(Start);
4017         ConstantRange EndURange =
4018             StartURange.add(MaxBECountRange.multiply(StepSRange));
4019
4020         // Check for unsigned overflow.
4021         ConstantRange ZExtStartURange =
4022             StartURange.zextOrTrunc(BitWidth * 2 + 1);
4023         ConstantRange ZExtEndURange = EndURange.zextOrTrunc(BitWidth * 2 + 1);
4024         if (ZExtStartURange.add(ZExtMaxBECountRange.multiply(SExtStepSRange)) ==
4025             ZExtEndURange) {
4026           APInt Min = APIntOps::umin(StartURange.getUnsignedMin(),
4027                                      EndURange.getUnsignedMin());
4028           APInt Max = APIntOps::umax(StartURange.getUnsignedMax(),
4029                                      EndURange.getUnsignedMax());
4030           bool IsFullRange = Min.isMinValue() && Max.isMaxValue();
4031           if (!IsFullRange)
4032             ConservativeResult =
4033                 ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max + 1));
4034         }
4035
4036         ConstantRange StartSRange = getSignedRange(Start);
4037         ConstantRange EndSRange =
4038             StartSRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepSRange));
4039
4040         // Check for signed overflow. This must be done with ConstantRange
4041         // arithmetic because we could be called from within the ScalarEvolution
4042         // overflow checking code.
4043         ConstantRange SExtStartSRange =
4044             StartSRange.sextOrTrunc(BitWidth * 2 + 1);
4045         ConstantRange SExtEndSRange = EndSRange.sextOrTrunc(BitWidth * 2 + 1);
4046         if (SExtStartSRange.add(ZExtMaxBECountRange.multiply(SExtStepSRange)) ==
4047             SExtEndSRange) {
4048           APInt Min = APIntOps::smin(StartSRange.getSignedMin(),
4049                                      EndSRange.getSignedMin());
4050           APInt Max = APIntOps::smax(StartSRange.getSignedMax(),
4051                                      EndSRange.getSignedMax());
4052           bool IsFullRange = Min.isMinSignedValue() && Max.isMaxSignedValue();
4053           if (!IsFullRange)
4054             ConservativeResult =
4055                 ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max + 1));
4056         }
4057       }
4058     }
4059
4060     return setRange(AddRec, SignHint, ConservativeResult);
4061   }
4062
4063   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
4064     // Check if the IR explicitly contains !range metadata.
4065     Optional<ConstantRange> MDRange = GetRangeFromMetadata(U->getValue());
4066     if (MDRange.hasValue())
4067       ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(MDRange.getValue());
4068
4069     // Split here to avoid paying the compile-time cost of calling both
4070     // computeKnownBits and ComputeNumSignBits.  This restriction can be lifted
4071     // if needed.
4072     const DataLayout &DL = F->getParent()->getDataLayout();
4073     if (SignHint == ScalarEvolution::HINT_RANGE_UNSIGNED) {
4074       // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
4075       APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
4076       computeKnownBits(U->getValue(), Zeros, Ones, DL, 0, AC, nullptr, DT);
4077       if (Ones != ~Zeros + 1)
4078         ConservativeResult =
4079             ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Ones, ~Zeros + 1));
4080     } else {
4081       assert(SignHint == ScalarEvolution::HINT_RANGE_SIGNED &&
4082              "generalize as needed!");
4083       unsigned NS = ComputeNumSignBits(U->getValue(), DL, 0, AC, nullptr, DT);
4084       if (NS > 1)
4085         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
4086             ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth).ashr(NS - 1),
4087                           APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(NS - 1) + 1));
4088     }
4089
4090     return setRange(U, SignHint, ConservativeResult);
4091   }
4092
4093   return setRange(S, SignHint, ConservativeResult);
4094 }
4095
4096 SCEV::NoWrapFlags ScalarEvolution::getNoWrapFlagsFromUB(const Value *V) {
4097   const BinaryOperator *BinOp = cast<BinaryOperator>(V);
4098
4099   // Return early if there are no flags to propagate to the SCEV.
4100   SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap;
4101   if (BinOp->hasNoUnsignedWrap())
4102     Flags = ScalarEvolution::setFlags(Flags, SCEV::FlagNUW);
4103   if (BinOp->hasNoSignedWrap())
4104     Flags = ScalarEvolution::setFlags(Flags, SCEV::FlagNSW);
4105   if (Flags == SCEV::FlagAnyWrap) {
4106     return SCEV::FlagAnyWrap;
4107   }
4108
4109   // Here we check that BinOp is in the header of the innermost loop
4110   // containing BinOp, since we only deal with instructions in the loop
4111   // header. The actual loop we need to check later will come from an add
4112   // recurrence, but getting that requires computing the SCEV of the operands,
4113   // which can be expensive. This check we can do cheaply to rule out some
4114   // cases early.
4115   Loop *innermostContainingLoop = LI->getLoopFor(BinOp->getParent());
4116   if (innermostContainingLoop == nullptr ||
4117       innermostContainingLoop->getHeader() != BinOp->getParent())
4118     return SCEV::FlagAnyWrap;
4119
4120   // Only proceed if we can prove that BinOp does not yield poison.
4121   if (!isKnownNotFullPoison(BinOp)) return SCEV::FlagAnyWrap;
4122
4123   // At this point we know that if V is executed, then it does not wrap
4124   // according to at least one of NSW or NUW. If V is not executed, then we do
4125   // not know if the calculation that V represents would wrap. Multiple
4126   // instructions can map to the same SCEV. If we apply NSW or NUW from V to
4127   // the SCEV, we must guarantee no wrapping for that SCEV also when it is
4128   // derived from other instructions that map to the same SCEV. We cannot make
4129   // that guarantee for cases where V is not executed. So we need to find the
4130   // loop that V is considered in relation to and prove that V is executed for
4131   // every iteration of that loop. That implies that the value that V
4132   // calculates does not wrap anywhere in the loop, so then we can apply the
4133   // flags to the SCEV.
4134   //
4135   // We check isLoopInvariant to disambiguate in case we are adding two
4136   // recurrences from different loops, so that we know which loop to prove
4137   // that V is executed in.
4138   for (int OpIndex = 0; OpIndex < 2; ++OpIndex) {
4139     const SCEV *Op = getSCEV(BinOp->getOperand(OpIndex));
4140     if (auto *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
4141       const int OtherOpIndex = 1 - OpIndex;
4142       const SCEV *OtherOp = getSCEV(BinOp->getOperand(OtherOpIndex));
4143       if (isLoopInvariant(OtherOp, AddRec->getLoop()) &&
4144           isGuaranteedToExecuteForEveryIteration(BinOp, AddRec->getLoop()))
4145         return Flags;
4146     }
4147   }
4148   return SCEV::FlagAnyWrap;
4149 }
4150
4151 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.  Analyze
4152 /// the expression.
4153 ///
4154 const SCEV *ScalarEvolution::createSCEV(Value *V) {
4155   if (!isSCEVable(V->getType()))
4156     return getUnknown(V);
4157
4158   unsigned Opcode = Instruction::UserOp1;
4159   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
4160     Opcode = I->getOpcode();
4161
4162     // Don't attempt to analyze instructions in blocks that aren't
4163     // reachable. Such instructions don't matter, and they aren't required
4164     // to obey basic rules for definitions dominating uses which this
4165     // analysis depends on.
4166     if (!DT->isReachableFromEntry(I->getParent()))
4167       return getUnknown(V);
4168   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
4169     Opcode = CE->getOpcode();
4170   else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
4171     return getConstant(CI);
4172   else if (isa<ConstantPointerNull>(V))
4173     return getConstant(V->getType(), 0);
4174   else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V))
4175     return GA->mayBeOverridden() ? getUnknown(V) : getSCEV(GA->getAliasee());
4176   else
4177     return getUnknown(V);
4178
4179   Operator *U = cast<Operator>(V);
4180   switch (Opcode) {
4181   case Instruction::Add: {
4182     // The simple thing to do would be to just call getSCEV on both operands
4183     // and call getAddExpr with the result. However if we're looking at a
4184     // bunch of things all added together, this can be quite inefficient,
4185     // because it leads to N-1 getAddExpr calls for N ultimate operands.
4186     // Instead, gather up all the operands and make a single getAddExpr call.
4187     // LLVM IR canonical form means we need only traverse the left operands.
4188     //
4189     // FIXME: Expand this handling of NSW and NUW to other instructions, like
4190     // sub and mul.
4191     SmallVector<const SCEV *, 4> AddOps;
4192     for (Value *Op = U;; Op = U->getOperand(0)) {
4193       U = dyn_cast<Operator>(Op);
4194       unsigned Opcode = U ? U->getOpcode() : 0;
4195       if (!U || (Opcode != Instruction::Add && Opcode != Instruction::Sub)) {
4196         assert(Op != V && "V should be an add");
4197         AddOps.push_back(getSCEV(Op));
4198         break;
4199       }
4200
4201       if (auto *OpSCEV = getExistingSCEV(Op)) {
4202         AddOps.push_back(OpSCEV);
4203         break;
4204       }
4205
4206       // If a NUW or NSW flag can be applied to the SCEV for this
4207       // addition, then compute the SCEV for this addition by itself
4208       // with a separate call to getAddExpr. We need to do that
4209       // instead of pushing the operands of the addition onto AddOps,
4210       // since the flags are only known to apply to this particular
4211       // addition - they may not apply to other additions that can be
4212       // formed with operands from AddOps.
4213       //
4214       // FIXME: Expand this to sub instructions.
4215       if (Opcode == Instruction::Add && isa<BinaryOperator>(U)) {
4216         SCEV::NoWrapFlags Flags = getNoWrapFlagsFromUB(U);
4217         if (Flags != SCEV::FlagAnyWrap) {
4218           AddOps.push_back(getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
4219                                       getSCEV(U->getOperand(1)), Flags));
4220           break;
4221         }
4222       }
4223
4224       const SCEV *Op1 = getSCEV(U->getOperand(1));
4225       if (Opcode == Instruction::Sub)
4226         AddOps.push_back(getNegativeSCEV(Op1));
4227       else
4228         AddOps.push_back(Op1);
4229     }
4230     return getAddExpr(AddOps);
4231   }
4232
4233   case Instruction::Mul: {
4234     // FIXME: Transfer NSW/NUW as in AddExpr.
4235     SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps;
4236     MulOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
4237     for (Value *Op = U->getOperand(0);
4238          Op->getValueID() == Instruction::Mul + Value::InstructionVal;
4239          Op = U->getOperand(0)) {
4240       U = cast<Operator>(Op);
4241       MulOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
4242     }
4243     MulOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(0)));
4244     return getMulExpr(MulOps);
4245   }
4246   case Instruction::UDiv:
4247     return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
4248                        getSCEV(U->getOperand(1)));
4249   case Instruction::Sub:
4250     return getMinusSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)),
4251                         getSCEV(U->getOperand(1)));
4252   case Instruction::And:
4253     // For an expression like x&255 that merely masks off the high bits,
4254     // use zext(trunc(x)) as the SCEV expression.
4255     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4256       if (CI->isNullValue())
4257         return getSCEV(U->getOperand(1));
4258       if (CI->isAllOnesValue())
4259         return getSCEV(U->getOperand(0));
4260       const APInt &A = CI->getValue();
4261
4262       // Instcombine's ShrinkDemandedConstant may strip bits out of
4263       // constants, obscuring what would otherwise be a low-bits mask.
4264       // Use computeKnownBits to compute what ShrinkDemandedConstant
4265       // knew about to reconstruct a low-bits mask value.
4266       unsigned LZ = A.countLeadingZeros();
4267       unsigned TZ = A.countTrailingZeros();
4268       unsigned BitWidth = A.getBitWidth();
4269       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
4270       computeKnownBits(U->getOperand(0), KnownZero, KnownOne,
4271                        F->getParent()->getDataLayout(), 0, AC, nullptr, DT);
4272
4273       APInt EffectiveMask =
4274           APInt::getLowBitsSet(BitWidth, BitWidth - LZ - TZ).shl(TZ);
4275       if ((LZ != 0 || TZ != 0) && !((~A & ~KnownZero) & EffectiveMask)) {
4276         const SCEV *MulCount = getConstant(
4277             ConstantInt::get(getContext(), APInt::getOneBitSet(BitWidth, TZ)));
4278         return getMulExpr(
4279             getZeroExtendExpr(
4280                 getTruncateExpr(
4281                     getUDivExactExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), MulCount),
4282                     IntegerType::get(getContext(), BitWidth - LZ - TZ)),
4283                 U->getType()),
4284             MulCount);
4285       }
4286     }
4287     break;
4288
4289   case Instruction::Or:
4290     // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
4291     // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
4292     // optimizations will transparently handle this case.
4293     //
4294     // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
4295     // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
4296     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4297       const SCEV *LHS = getSCEV(U->getOperand(0));
4298       const APInt &CIVal = CI->getValue();
4299       if (GetMinTrailingZeros(LHS) >=
4300           (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros())) {
4301         // Build a plain add SCEV.
4302         const SCEV *S = getAddExpr(LHS, getSCEV(CI));
4303         // If the LHS of the add was an addrec and it has no-wrap flags,
4304         // transfer the no-wrap flags, since an or won't introduce a wrap.
4305         if (const SCEVAddRecExpr *NewAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
4306           const SCEVAddRecExpr *OldAR = cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
4307           const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setNoWrapFlags(
4308             OldAR->getNoWrapFlags());
4309         }
4310         return S;
4311       }
4312     }
4313     break;
4314   case Instruction::Xor:
4315     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4316       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
4317       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
4318       if (CI->getValue().isSignBit())
4319         return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
4320                           getSCEV(U->getOperand(1)));
4321
4322       // If the RHS of xor is -1, then this is a not operation.
4323       if (CI->isAllOnesValue())
4324         return getNotSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)));
4325
4326       // Model xor(and(x, C), C) as and(~x, C), if C is a low-bits mask.
4327       // This is a variant of the check for xor with -1, and it handles
4328       // the case where instcombine has trimmed non-demanded bits out
4329       // of an xor with -1.
4330       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U->getOperand(0)))
4331         if (ConstantInt *LCI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
4332           if (BO->getOpcode() == Instruction::And &&
4333               LCI->getValue() == CI->getValue())
4334             if (const SCEVZeroExtendExpr *Z =
4335                   dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(getSCEV(U->getOperand(0)))) {
4336               Type *UTy = U->getType();
4337               const SCEV *Z0 = Z->getOperand();
4338               Type *Z0Ty = Z0->getType();
4339               unsigned Z0TySize = getTypeSizeInBits(Z0Ty);
4340
4341               // If C is a low-bits mask, the zero extend is serving to
4342               // mask off the high bits. Complement the operand and
4343               // re-apply the zext.
4344               if (APIntOps::isMask(Z0TySize, CI->getValue()))
4345                 return getZeroExtendExpr(getNotSCEV(Z0), UTy);
4346
4347               // If C is a single bit, it may be in the sign-bit position
4348               // before the zero-extend. In this case, represent the xor
4349               // using an add, which is equivalent, and re-apply the zext.
4350               APInt Trunc = CI->getValue().trunc(Z0TySize);
4351               if (Trunc.zext(getTypeSizeInBits(UTy)) == CI->getValue() &&
4352                   Trunc.isSignBit())
4353                 return getZeroExtendExpr(getAddExpr(Z0, getConstant(Trunc)),
4354                                          UTy);
4355             }
4356     }
4357     break;
4358
4359   case Instruction::Shl:
4360     // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
4361     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4362       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
4363
4364       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
4365       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
4366       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
4367       // other parts of the compiler.
4368       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
4369         break;
4370
4371       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
4372         APInt::getOneBitSet(BitWidth, SA->getZExtValue()));
4373       return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
4374     }
4375     break;
4376
4377   case Instruction::LShr:
4378     // Turn logical shift right of a constant into a unsigned divide.
4379     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4380       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
4381
4382       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
4383       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
4384       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
4385       // other parts of the compiler.
4386       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
4387         break;
4388
4389       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
4390         APInt::getOneBitSet(BitWidth, SA->getZExtValue()));
4391       return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
4392     }
4393     break;
4394
4395   case Instruction::AShr:
4396     // For a two-shift sext-inreg, use sext(trunc(x)) as the SCEV expression.
4397     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
4398       if (Operator *L = dyn_cast<Operator>(U->getOperand(0)))
4399         if (L->getOpcode() == Instruction::Shl &&
4400             L->getOperand(1) == U->getOperand(1)) {
4401           uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
4402
4403           // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
4404           // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
4405           // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
4406           // other parts of the compiler.
4407           if (CI->getValue().uge(BitWidth))
4408             break;
4409
4410           uint64_t Amt = BitWidth - CI->getZExtValue();
4411           if (Amt == BitWidth)
4412             return getSCEV(L->getOperand(0));       // shift by zero --> noop
4413           return
4414             getSignExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(L->getOperand(0)),
4415                                               IntegerType::get(getContext(),
4416                                                                Amt)),
4417                               U->getType());
4418         }
4419     break;
4420
4421   case Instruction::Trunc:
4422     return getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
4423
4424   case Instruction::ZExt:
4425     return getZeroExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
4426
4427   case Instruction::SExt:
4428     return getSignExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
4429
4430   case Instruction::BitCast:
4431     // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
4432     if (isSCEVable(U->getType()) && isSCEVable(U->getOperand(0)->getType()))
4433       return getSCEV(U->getOperand(0));
4434     break;
4435
4436   // It's tempting to handle inttoptr and ptrtoint as no-ops, however this can
4437   // lead to pointer expressions which cannot safely be expanded to GEPs,
4438   // because ScalarEvolution doesn't respect the GEP aliasing rules when
4439   // simplifying integer expressions.
4440
4441   case Instruction::GetElementPtr:
4442     return createNodeForGEP(cast<GEPOperator>(U));
4443
4444   case Instruction::PHI:
4445     return createNodeForPHI(cast<PHINode>(U));
4446
4447   case Instruction::Select:
4448     // This could be a smax or umax that was lowered earlier.
4449     // Try to recover it.
4450     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U->getOperand(0))) {
4451       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
4452       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
4453       switch (ICI->getPredicate()) {
4454       case ICmpInst::ICMP_SLT:
4455       case ICmpInst::ICMP_SLE:
4456         std::swap(LHS, RHS);
4457         // fall through
4458       case ICmpInst::ICMP_SGT:
4459       case ICmpInst::ICMP_SGE:
4460         // a >s b ? a+x : b+x  ->  smax(a, b)+x
4461         // a >s b ? b+x : a+x  ->  smin(a, b)+x
4462         if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <=
4463             getTypeSizeInBits(U->getType())) {
4464           const SCEV *LS = getNoopOrSignExtend(getSCEV(LHS), U->getType());
4465           const SCEV *RS = getNoopOrSignExtend(getSCEV(RHS), U->getType());
4466           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
4467           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
4468           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
4469           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
4470           if (LDiff == RDiff)
4471             return getAddExpr(getSMaxExpr(LS, RS), LDiff);
4472           LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
4473           RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
4474           if (LDiff == RDiff)
4475             return getAddExpr(getSMinExpr(LS, RS), LDiff);
4476         }
4477         break;
4478       case ICmpInst::ICMP_ULT:
4479       case ICmpInst::ICMP_ULE:
4480         std::swap(LHS, RHS);
4481         // fall through
4482       case ICmpInst::ICMP_UGT:
4483       case ICmpInst::ICMP_UGE:
4484         // a >u b ? a+x : b+x  ->  umax(a, b)+x
4485         // a >u b ? b+x : a+x  ->  umin(a, b)+x
4486         if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <=
4487             getTypeSizeInBits(U->getType())) {
4488           const SCEV *LS = getNoopOrZeroExtend(getSCEV(LHS), U->getType());
4489           const SCEV *RS = getNoopOrZeroExtend(getSCEV(RHS), U->getType());
4490           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
4491           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
4492           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
4493           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
4494           if (LDiff == RDiff)
4495             return getAddExpr(getUMaxExpr(LS, RS), LDiff);
4496           LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
4497           RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
4498           if (LDiff == RDiff)
4499             return getAddExpr(getUMinExpr(LS, RS), LDiff);
4500         }
4501         break;
4502       case ICmpInst::ICMP_NE:
4503         // n != 0 ? n+x : 1+x  ->  umax(n, 1)+x
4504         if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <=
4505                 getTypeSizeInBits(U->getType()) &&
4506             isa<ConstantInt>(RHS) && cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
4507           const SCEV *One = getConstant(U->getType(), 1);
4508           const SCEV *LS = getNoopOrZeroExtend(getSCEV(LHS), U->getType());
4509           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
4510           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
4511           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
4512           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, One);
4513           if (LDiff == RDiff)
4514             return getAddExpr(getUMaxExpr(One, LS), LDiff);
4515         }
4516         break;
4517       case ICmpInst::ICMP_EQ:
4518         // n == 0 ? 1+x : n+x  ->  umax(n, 1)+x
4519         if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <=
4520                 getTypeSizeInBits(U->getType()) &&
4521             isa<ConstantInt>(RHS) && cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
4522           const SCEV *One = getConstant(U->getType(), 1);
4523           const SCEV *LS = getNoopOrZeroExtend(getSCEV(LHS), U->getType());
4524           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
4525           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
4526           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, One);
4527           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
4528           if (LDiff == RDiff)
4529             return getAddExpr(getUMaxExpr(One, LS), LDiff);
4530         }
4531         break;
4532       default:
4533         break;
4534       }
4535     }
4536
4537   default: // We cannot analyze this expression.
4538     break;
4539   }
4540
4541   return getUnknown(V);
4542 }
4543
4544
4545
4546 //===----------------------------------------------------------------------===//
4547 //                   Iteration Count Computation Code
4548 //
4549
4550 unsigned ScalarEvolution::getSmallConstantTripCount(Loop *L) {
4551   if (BasicBlock *ExitingBB = L->getExitingBlock())
4552     return getSmallConstantTripCount(L, ExitingBB);
4553
4554   // No trip count information for multiple exits.
4555   return 0;
4556 }
4557
4558 /// getSmallConstantTripCount - Returns the maximum trip count of this loop as a
4559 /// normal unsigned value. Returns 0 if the trip count is unknown or not
4560 /// constant. Will also return 0 if the maximum trip count is very large (>=
4561 /// 2^32).
4562 ///
4563 /// This "trip count" assumes that control exits via ExitingBlock. More
4564 /// precisely, it is the number of times that control may reach ExitingBlock
4565 /// before taking the branch. For loops with multiple exits, it may not be the
4566 /// number times that the loop header executes because the loop may exit
4567 /// prematurely via another branch.
4568 unsigned ScalarEvolution::getSmallConstantTripCount(Loop *L,
4569                                                     BasicBlock *ExitingBlock) {
4570   assert(ExitingBlock && "Must pass a non-null exiting block!");
4571   assert(L->isLoopExiting(ExitingBlock) &&
4572          "Exiting block must actually branch out of the loop!");
4573   const SCEVConstant *ExitCount =
4574       dyn_cast<SCEVConstant>(getExitCount(L, ExitingBlock));
4575   if (!ExitCount)
4576     return 0;
4577
4578   ConstantInt *ExitConst = ExitCount->getValue();
4579
4580   // Guard against huge trip counts.
4581   if (ExitConst->getValue().getActiveBits() > 32)
4582     return 0;
4583
4584   // In case of integer overflow, this returns 0, which is correct.
4585   return ((unsigned)ExitConst->getZExtValue()) + 1;
4586 }
4587
4588 unsigned ScalarEvolution::getSmallConstantTripMultiple(Loop *L) {
4589   if (BasicBlock *ExitingBB = L->getExitingBlock())
4590     return getSmallConstantTripMultiple(L, ExitingBB);
4591
4592   // No trip multiple information for multiple exits.
4593   return 0;
4594 }
4595
4596 /// getSmallConstantTripMultiple - Returns the largest constant divisor of the
4597 /// trip count of this loop as a normal unsigned value, if possible. This
4598 /// means that the actual trip count is always a multiple of the returned
4599 /// value (don't forget the trip count could very well be zero as well!).
4600 ///
4601 /// Returns 1 if the trip count is unknown or not guaranteed to be the
4602 /// multiple of a constant (which is also the case if the trip count is simply
4603 /// constant, use getSmallConstantTripCount for that case), Will also return 1
4604 /// if the trip count is very large (>= 2^32).
4605 ///
4606 /// As explained in the comments for getSmallConstantTripCount, this assumes
4607 /// that control exits the loop via ExitingBlock.
4608 unsigned
4609 ScalarEvolution::getSmallConstantTripMultiple(Loop *L,
4610                                               BasicBlock *ExitingBlock) {
4611   assert(ExitingBlock && "Must pass a non-null exiting block!");
4612   assert(L->isLoopExiting(ExitingBlock) &&
4613          "Exiting block must actually branch out of the loop!");
4614   const SCEV *ExitCount = getExitCount(L, ExitingBlock);
4615   if (ExitCount == getCouldNotCompute())
4616     return 1;
4617
4618   // Get the trip count from the BE count by adding 1.
4619   const SCEV *TCMul = getAddExpr(ExitCount,
4620                                  getConstant(ExitCount->getType(), 1));
4621   // FIXME: SCEV distributes multiplication as V1*C1 + V2*C1. We could attempt
4622   // to factor simple cases.
4623   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(TCMul))
4624     TCMul = Mul->getOperand(0);
4625
4626   const SCEVConstant *MulC = dyn_cast<SCEVConstant>(TCMul);
4627   if (!MulC)
4628     return 1;
4629
4630   ConstantInt *Result = MulC->getValue();
4631
4632   // Guard against huge trip counts (this requires checking
4633   // for zero to handle the case where the trip count == -1 and the
4634   // addition wraps).
4635   if (!Result || Result->getValue().getActiveBits() > 32 ||
4636       Result->getValue().getActiveBits() == 0)
4637     return 1;
4638
4639   return (unsigned)Result->getZExtValue();
4640 }
4641
4642 // getExitCount - Get the expression for the number of loop iterations for which
4643 // this loop is guaranteed not to exit via ExitingBlock. Otherwise return
4644 // SCEVCouldNotCompute.
4645 const SCEV *ScalarEvolution::getExitCount(Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock) {
4646   return getBackedgeTakenInfo(L).getExact(ExitingBlock, this);
4647 }
4648
4649 /// getBackedgeTakenCount - If the specified loop has a predictable
4650 /// backedge-taken count, return it, otherwise return a SCEVCouldNotCompute
4651 /// object. The backedge-taken count is the number of times the loop header
4652 /// will be branched to from within the loop. This is one less than the
4653 /// trip count of the loop, since it doesn't count the first iteration,
4654 /// when the header is branched to from outside the loop.
4655 ///
4656 /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
4657 /// loop-invariant backedge-taken count (see
4658 /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
4659 ///
4660 const SCEV *ScalarEvolution::getBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
4661   return getBackedgeTakenInfo(L).getExact(this);
4662 }
4663
4664 /// getMaxBackedgeTakenCount - Similar to getBackedgeTakenCount, except
4665 /// return the least SCEV value that is known never to be less than the
4666 /// actual backedge taken count.
4667 const SCEV *ScalarEvolution::getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
4668   return getBackedgeTakenInfo(L).getMax(this);
4669 }
4670
4671 /// PushLoopPHIs - Push PHI nodes in the header of the given loop
4672 /// onto the given Worklist.
4673 static void
4674 PushLoopPHIs(const Loop *L, SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
4675   BasicBlock *Header = L->getHeader();
4676
4677   // Push all Loop-header PHIs onto the Worklist stack.
4678   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
4679        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
4680     Worklist.push_back(PN);
4681 }
4682
4683 const ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo &
4684 ScalarEvolution::getBackedgeTakenInfo(const Loop *L) {
4685   // Initially insert an invalid entry for this loop. If the insertion
4686   // succeeds, proceed to actually compute a backedge-taken count and
4687   // update the value. The temporary CouldNotCompute value tells SCEV
4688   // code elsewhere that it shouldn't attempt to request a new
4689   // backedge-taken count, which could result in infinite recursion.
4690   std::pair<DenseMap<const Loop *, BackedgeTakenInfo>::iterator, bool> Pair =
4691     BackedgeTakenCounts.insert(std::make_pair(L, BackedgeTakenInfo()));
4692   if (!Pair.second)
4693     return Pair.first->second;
4694
4695   // ComputeBackedgeTakenCount may allocate memory for its result. Inserting it
4696   // into the BackedgeTakenCounts map transfers ownership. Otherwise, the result
4697   // must be cleared in this scope.
4698   BackedgeTakenInfo Result = ComputeBackedgeTakenCount(L);
4699
4700   if (Result.getExact(this) != getCouldNotCompute()) {
4701     assert(isLoopInvariant(Result.getExact(this), L) &&
4702            isLoopInvariant(Result.getMax(this), L) &&
4703            "Computed backedge-taken count isn't loop invariant for loop!");
4704     ++NumTripCountsComputed;
4705   }
4706   else if (Result.getMax(this) == getCouldNotCompute() &&
4707            isa<PHINode>(L->getHeader()->begin())) {
4708     // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
4709     ++NumTripCountsNotComputed;
4710   }
4711
4712   // Now that we know more about the trip count for this loop, forget any
4713   // existing SCEV values for PHI nodes in this loop since they are only
4714   // conservative estimates made without the benefit of trip count
4715   // information. This is similar to the code in forgetLoop, except that
4716   // it handles SCEVUnknown PHI nodes specially.
4717   if (Result.hasAnyInfo()) {
4718     SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
4719     PushLoopPHIs(L, Worklist);
4720
4721     SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
4722     while (!Worklist.empty()) {
4723       Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
4724       if (!Visited.insert(I).second)
4725         continue;
4726
4727       ValueExprMapType::iterator It =
4728         ValueExprMap.find_as(static_cast<Value *>(I));
4729       if (It != ValueExprMap.end()) {
4730         const SCEV *Old = It->second;
4731
4732         // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
4733         // structure, or it's a PHI that's in the progress of being computed
4734         // by createNodeForPHI.  In the former case, additional loop trip
4735         // count information isn't going to change anything. In the later
4736         // case, createNodeForPHI will perform the necessary updates on its
4737         // own when it gets to that point.
4738         if (!isa<PHINode>(I) || !isa<SCEVUnknown>(Old)) {
4739           forgetMemoizedResults(Old);
4740           ValueExprMap.erase(It);
4741         }
4742         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4743           ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4744       }
4745
4746       PushDefUseChildren(I, Worklist);
4747     }
4748   }
4749
4750   // Re-lookup the insert position, since the call to
4751   // ComputeBackedgeTakenCount above could result in a
4752   // recusive call to getBackedgeTakenInfo (on a different
4753   // loop), which would invalidate the iterator computed
4754   // earlier.
4755   return BackedgeTakenCounts.find(L)->second = Result;
4756 }
4757
4758 /// forgetLoop - This method should be called by the client when it has
4759 /// changed a loop in a way that may effect ScalarEvolution's ability to
4760 /// compute a trip count, or if the loop is deleted.
4761 void ScalarEvolution::forgetLoop(const Loop *L) {
4762   // Drop any stored trip count value.
4763   DenseMap<const Loop*, BackedgeTakenInfo>::iterator BTCPos =
4764     BackedgeTakenCounts.find(L);
4765   if (BTCPos != BackedgeTakenCounts.end()) {
4766     BTCPos->second.clear();
4767     BackedgeTakenCounts.erase(BTCPos);
4768   }
4769
4770   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
4771   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
4772   PushLoopPHIs(L, Worklist);
4773
4774   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
4775   while (!Worklist.empty()) {
4776     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
4777     if (!Visited.insert(I).second)
4778       continue;
4779
4780     ValueExprMapType::iterator It =
4781       ValueExprMap.find_as(static_cast<Value *>(I));
4782     if (It != ValueExprMap.end()) {
4783       forgetMemoizedResults(It->second);
4784       ValueExprMap.erase(It);
4785       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4786         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4787     }
4788
4789     PushDefUseChildren(I, Worklist);
4790   }
4791
4792   // Forget all contained loops too, to avoid dangling entries in the
4793   // ValuesAtScopes map.
4794   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
4795     forgetLoop(*I);
4796 }
4797
4798 /// forgetValue - This method should be called by the client when it has
4799 /// changed a value in a way that may effect its value, or which may
4800 /// disconnect it from a def-use chain linking it to a loop.
4801 void ScalarEvolution::forgetValue(Value *V) {
4802   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
4803   if (!I) return;
4804
4805   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
4806   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
4807   Worklist.push_back(I);
4808
4809   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
4810   while (!Worklist.empty()) {
4811     I = Worklist.pop_back_val();
4812     if (!Visited.insert(I).second)
4813       continue;
4814
4815     ValueExprMapType::iterator It =
4816       ValueExprMap.find_as(static_cast<Value *>(I));
4817     if (It != ValueExprMap.end()) {
4818       forgetMemoizedResults(It->second);
4819       ValueExprMap.erase(It);
4820       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4821         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4822     }
4823
4824     PushDefUseChildren(I, Worklist);
4825   }
4826 }
4827
4828 /// getExact - Get the exact loop backedge taken count considering all loop
4829 /// exits. A computable result can only be returned for loops with a single
4830 /// exit.  Returning the minimum taken count among all exits is incorrect
4831 /// because one of the loop's exit limit's may have been skipped. HowFarToZero
4832 /// assumes that the limit of each loop test is never skipped. This is a valid
4833 /// assumption as long as the loop exits via that test. For precise results, it
4834 /// is the caller's responsibility to specify the relevant loop exit using
4835 /// getExact(ExitingBlock, SE).
4836 const SCEV *
4837 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::getExact(ScalarEvolution *SE) const {
4838   // If any exits were not computable, the loop is not computable.
4839   if (!ExitNotTaken.isCompleteList()) return SE->getCouldNotCompute();
4840
4841   // We need exactly one computable exit.
4842   if (!ExitNotTaken.ExitingBlock) return SE->getCouldNotCompute();
4843   assert(ExitNotTaken.ExactNotTaken && "uninitialized not-taken info");
4844
4845   const SCEV *BECount = nullptr;
4846   for (const ExitNotTakenInfo *ENT = &ExitNotTaken;
4847        ENT != nullptr; ENT = ENT->getNextExit()) {
4848
4849     assert(ENT->ExactNotTaken != SE->getCouldNotCompute() && "bad exit SCEV");
4850
4851     if (!BECount)
4852       BECount = ENT->ExactNotTaken;
4853     else if (BECount != ENT->ExactNotTaken)
4854       return SE->getCouldNotCompute();
4855   }
4856   assert(BECount && "Invalid not taken count for loop exit");
4857   return BECount;
4858 }
4859
4860 /// getExact - Get the exact not taken count for this loop exit.
4861 const SCEV *
4862 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::getExact(BasicBlock *ExitingBlock,
4863                                              ScalarEvolution *SE) const {
4864   for (const ExitNotTakenInfo *ENT = &ExitNotTaken;
4865        ENT != nullptr; ENT = ENT->getNextExit()) {
4866
4867     if (ENT->ExitingBlock == ExitingBlock)
4868       return ENT->ExactNotTaken;
4869   }
4870   return SE->getCouldNotCompute();
4871 }
4872
4873 /// getMax - Get the max backedge taken count for the loop.
4874 const SCEV *
4875 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::getMax(ScalarEvolution *SE) const {
4876   return Max ? Max : SE->getCouldNotCompute();
4877 }
4878
4879 bool ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::hasOperand(const SCEV *S,
4880                                                     ScalarEvolution *SE) const {
4881   if (Max && Max != SE->getCouldNotCompute() && SE->hasOperand(Max, S))
4882     return true;
4883
4884   if (!ExitNotTaken.ExitingBlock)
4885     return false;
4886
4887   for (const ExitNotTakenInfo *ENT = &ExitNotTaken;
4888        ENT != nullptr; ENT = ENT->getNextExit()) {
4889
4890     if (ENT->ExactNotTaken != SE->getCouldNotCompute()
4891         && SE->hasOperand(ENT->ExactNotTaken, S)) {
4892       return true;
4893     }
4894   }
4895   return false;
4896 }
4897
4898 /// Allocate memory for BackedgeTakenInfo and copy the not-taken count of each
4899 /// computable exit into a persistent ExitNotTakenInfo array.
4900 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::BackedgeTakenInfo(
4901   SmallVectorImpl< std::pair<BasicBlock *, const SCEV *> > &ExitCounts,
4902   bool Complete, const SCEV *MaxCount) : Max(MaxCount) {
4903
4904   if (!Complete)
4905     ExitNotTaken.setIncomplete();
4906
4907   unsigned NumExits = ExitCounts.size();
4908   if (NumExits == 0) return;
4909
4910   ExitNotTaken.ExitingBlock = ExitCounts[0].first;
4911   ExitNotTaken.ExactNotTaken = ExitCounts[0].second;
4912   if (NumExits == 1) return;
4913
4914   // Handle the rare case of multiple computable exits.
4915   ExitNotTakenInfo *ENT = new ExitNotTakenInfo[NumExits-1];
4916
4917   ExitNotTakenInfo *PrevENT = &ExitNotTaken;
4918   for (unsigned i = 1; i < NumExits; ++i, PrevENT = ENT, ++ENT) {
4919     PrevENT->setNextExit(ENT);
4920     ENT->ExitingBlock = ExitCounts[i].first;
4921     ENT->ExactNotTaken = ExitCounts[i].second;
4922   }
4923 }
4924
4925 /// clear - Invalidate this result and free the ExitNotTakenInfo array.
4926 void ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::clear() {
4927   ExitNotTaken.ExitingBlock = nullptr;
4928   ExitNotTaken.ExactNotTaken = nullptr;
4929   delete[] ExitNotTaken.getNextExit();
4930 }
4931
4932 /// ComputeBackedgeTakenCount - Compute the number of times the backedge
4933 /// of the specified loop will execute.
4934 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4935 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
4936   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitingBlocks;
4937   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
4938
4939   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, const SCEV *>, 4> ExitCounts;
4940   bool CouldComputeBECount = true;
4941   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch(); // may be NULL.
4942   const SCEV *MustExitMaxBECount = nullptr;
4943   const SCEV *MayExitMaxBECount = nullptr;
4944
4945   // Compute the ExitLimit for each loop exit. Use this to populate ExitCounts
4946   // and compute maxBECount.
4947   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
4948     BasicBlock *ExitBB = ExitingBlocks[i];
4949     ExitLimit EL = ComputeExitLimit(L, ExitBB);
4950
4951     // 1. For each exit that can be computed, add an entry to ExitCounts.
4952     // CouldComputeBECount is true only if all exits can be computed.
4953     if (EL.Exact == getCouldNotCompute())
4954       // We couldn't compute an exact value for this exit, so
4955       // we won't be able to compute an exact value for the loop.
4956       CouldComputeBECount = false;
4957     else
4958       ExitCounts.push_back(std::make_pair(ExitBB, EL.Exact));
4959
4960     // 2. Derive the loop's MaxBECount from each exit's max number of
4961     // non-exiting iterations. Partition the loop exits into two kinds:
4962     // LoopMustExits and LoopMayExits.
4963     //
4964     // If the exit dominates the loop latch, it is a LoopMustExit otherwise it
4965     // is a LoopMayExit.  If any computable LoopMustExit is found, then
4966     // MaxBECount is the minimum EL.Max of computable LoopMustExits. Otherwise,
4967     // MaxBECount is conservatively the maximum EL.Max, where CouldNotCompute is
4968     // considered greater than any computable EL.Max.
4969     if (EL.Max != getCouldNotCompute() && Latch &&
4970         DT->dominates(ExitBB, Latch)) {
4971       if (!MustExitMaxBECount)
4972         MustExitMaxBECount = EL.Max;
4973       else {
4974         MustExitMaxBECount =
4975           getUMinFromMismatchedTypes(MustExitMaxBECount, EL.Max);
4976       }
4977     } else if (MayExitMaxBECount != getCouldNotCompute()) {
4978       if (!MayExitMaxBECount || EL.Max == getCouldNotCompute())
4979         MayExitMaxBECount = EL.Max;
4980       else {
4981         MayExitMaxBECount =
4982           getUMaxFromMismatchedTypes(MayExitMaxBECount, EL.Max);
4983       }
4984     }
4985   }
4986   const SCEV *MaxBECount = MustExitMaxBECount ? MustExitMaxBECount :
4987     (MayExitMaxBECount ? MayExitMaxBECount : getCouldNotCompute());
4988   return BackedgeTakenInfo(ExitCounts, CouldComputeBECount, MaxBECount);
4989 }
4990
4991 /// ComputeExitLimit - Compute the number of times the backedge of the specified
4992 /// loop will execute if it exits via the specified block.
4993 ScalarEvolution::ExitLimit
4994 ScalarEvolution::ComputeExitLimit(const Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock) {
4995
4996   // Okay, we've chosen an exiting block.  See what condition causes us to
4997   // exit at this block and remember the exit block and whether all other targets
4998   // lead to the loop header.
4999   bool MustExecuteLoopHeader = true;
5000   BasicBlock *Exit = nullptr;
5001   for (succ_iterator SI = succ_begin(ExitingBlock), SE = succ_end(ExitingBlock);
5002        SI != SE; ++SI)
5003     if (!L->contains(*SI)) {
5004       if (Exit) // Multiple exit successors.
5005         return getCouldNotCompute();
5006       Exit = *SI;
5007     } else if (*SI != L->getHeader()) {
5008       MustExecuteLoopHeader = false;
5009     }
5010
5011   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
5012   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
5013   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
5014   // not be equal to the trip count of the loop.
5015   //
5016   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
5017   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
5018   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
5019   // loop header.  This is common for un-rotated loops.
5020   //
5021   // If both of those tests fail, walk up the unique predecessor chain to the
5022   // header, stopping if there is an edge that doesn't exit the loop. If the
5023   // header is reached, the execution count of the branch will be equal to the
5024   // trip count of the loop.
5025   //
5026   //  More extensive analysis could be done to handle more cases here.
5027   //
5028   if (!MustExecuteLoopHeader && ExitingBlock != L->getHeader()) {
5029     // The simple checks failed, try climbing the unique predecessor chain
5030     // up to the header.
5031     bool Ok = false;
5032     for (BasicBlock *BB = ExitingBlock; BB; ) {
5033       BasicBlock *Pred = BB->getUniquePredecessor();
5034       if (!Pred)
5035         return getCouldNotCompute();
5036       TerminatorInst *PredTerm = Pred->getTerminator();
5037       for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
5038         BasicBlock *PredSucc = PredTerm->getSuccessor(i);
5039         if (PredSucc == BB)
5040           continue;
5041         // If the predecessor has a successor that isn't BB and isn't
5042         // outside the loop, assume the worst.
5043         if (L->contains(PredSucc))
5044           return getCouldNotCompute();
5045       }
5046       if (Pred == L->getHeader()) {
5047         Ok = true;
5048         break;
5049       }
5050       BB = Pred;
5051     }
5052     if (!Ok)
5053       return getCouldNotCompute();
5054   }
5055
5056   bool IsOnlyExit = (L->getExitingBlock() != nullptr);
5057   TerminatorInst *Term = ExitingBlock->getTerminator();
5058   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Term)) {
5059     assert(BI->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
5060     // Proceed to the next level to examine the exit condition expression.
5061     return ComputeExitLimitFromCond(L, BI->getCondition(), BI->getSuccessor(0),
5062                                     BI->getSuccessor(1),
5063                                     /*ControlsExit=*/IsOnlyExit);
5064   }
5065
5066   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(Term))
5067     return ComputeExitLimitFromSingleExitSwitch(L, SI, Exit,
5068                                                 /*ControlsExit=*/IsOnlyExit);
5069
5070   return getCouldNotCompute();
5071 }
5072
5073 /// ComputeExitLimitFromCond - Compute the number of times the
5074 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
5075 /// were a conditional branch of ExitCond, TBB, and FBB.
5076 ///
5077 /// @param ControlsExit is true if ExitCond directly controls the exit
5078 /// branch. In this case, we can assume that the loop exits only if the
5079 /// condition is true and can infer that failing to meet the condition prior to
5080 /// integer wraparound results in undefined behavior.
5081 ScalarEvolution::ExitLimit
5082 ScalarEvolution::ComputeExitLimitFromCond(const Loop *L,
5083                                           Value *ExitCond,
5084                                           BasicBlock *TBB,
5085                                           BasicBlock *FBB,
5086                                           bool ControlsExit) {
5087   // Check if the controlling expression for this loop is an And or Or.
5088   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(ExitCond)) {
5089     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
5090       // Recurse on the operands of the and.
5091       bool EitherMayExit = L->contains(TBB);
5092       ExitLimit EL0 = ComputeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB,
5093                                                ControlsExit && !EitherMayExit);
5094       ExitLimit EL1 = ComputeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB,
5095                                                ControlsExit && !EitherMayExit);
5096       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
5097       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
5098       if (EitherMayExit) {
5099         // Both conditions must be true for the loop to continue executing.
5100         // Choose the less conservative count.
5101         if (EL0.Exact == getCouldNotCompute() ||
5102             EL1.Exact == getCouldNotCompute())
5103           BECount = getCouldNotCompute();
5104         else
5105           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Exact, EL1.Exact);
5106         if (EL0.Max == getCouldNotCompute())
5107           MaxBECount = EL1.Max;
5108         else if (EL1.Max == getCouldNotCompute())
5109           MaxBECount = EL0.Max;
5110         else
5111           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Max, EL1.Max);
5112       } else {
5113         // Both conditions must be true at the same time for the loop to exit.
5114         // For now, be conservative.
5115         assert(L->contains(FBB) && "Loop block has no successor in loop!");
5116         if (EL0.Max == EL1.Max)
5117           MaxBECount = EL0.Max;
5118         if (EL0.Exact == EL1.Exact)
5119           BECount = EL0.Exact;
5120       }
5121
5122       return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
5123     }
5124     if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
5125       // Recurse on the operands of the or.
5126       bool EitherMayExit = L->contains(FBB);
5127       ExitLimit EL0 = ComputeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB,
5128                                                ControlsExit && !EitherMayExit);
5129       ExitLimit EL1 = ComputeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB,
5130                                                ControlsExit && !EitherMayExit);
5131       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
5132       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
5133       if (EitherMayExit) {
5134         // Both conditions must be false for the loop to continue executing.
5135         // Choose the less conservative count.
5136         if (EL0.Exact == getCouldNotCompute() ||
5137             EL1.Exact == getCouldNotCompute())
5138           BECount = getCouldNotCompute();
5139         else
5140           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Exact, EL1.Exact);
5141         if (EL0.Max == getCouldNotCompute())
5142           MaxBECount = EL1.Max;
5143         else if (EL1.Max == getCouldNotCompute())
5144           MaxBECount = EL0.Max;
5145         else
5146           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Max, EL1.Max);
5147       } else {
5148         // Both conditions must be false at the same time for the loop to exit.
5149         // For now, be conservative.
5150         assert(L->contains(TBB) && "Loop block has no successor in loop!");
5151         if (EL0.Max == EL1.Max)
5152           MaxBECount = EL0.Max;
5153         if (EL0.Exact == EL1.Exact)
5154           BECount = EL0.Exact;
5155       }
5156
5157       return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
5158     }
5159   }
5160
5161   // With an icmp, it may be feasible to compute an exact backedge-taken count.
5162   // Proceed to the next level to examine the icmp.
5163   if (ICmpInst *ExitCondICmp = dyn_cast<ICmpInst>(ExitCond))
5164     return ComputeExitLimitFromICmp(L, ExitCondICmp, TBB, FBB, ControlsExit);
5165
5166   // Check for a constant condition. These are normally stripped out by
5167   // SimplifyCFG, but ScalarEvolution may be used by a pass which wishes to
5168   // preserve the CFG and is temporarily leaving constant conditions
5169   // in place.
5170   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(ExitCond)) {
5171     if (L->contains(FBB) == !CI->getZExtValue())
5172       // The backedge is always taken.
5173       return getCouldNotCompute();
5174     else
5175       // The backedge is never taken.
5176       return getConstant(CI->getType(), 0);
5177   }
5178
5179   // If it's not an integer or pointer comparison then compute it the hard way.
5180   return ComputeExitCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
5181 }
5182
5183 /// ComputeExitLimitFromICmp - Compute the number of times the
5184 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
5185 /// were a conditional branch of the ICmpInst ExitCond, TBB, and FBB.
5186 ScalarEvolution::ExitLimit
5187 ScalarEvolution::ComputeExitLimitFromICmp(const Loop *L,
5188                                           ICmpInst *ExitCond,
5189                                           BasicBlock *TBB,
5190                                           BasicBlock *FBB,
5191                                           bool ControlsExit) {
5192
5193   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
5194   ICmpInst::Predicate Cond;
5195   if (!L->contains(FBB))
5196     Cond = ExitCond->getPredicate();
5197   else
5198     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
5199
5200   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
5201   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
5202     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
5203       ExitLimit ItCnt =
5204         ComputeLoadConstantCompareExitLimit(LI, RHS, L, Cond);
5205       if (ItCnt.hasAnyInfo())
5206         return ItCnt;
5207     }
5208
5209   const SCEV *LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
5210   const SCEV *RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
5211
5212   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
5213   LHS = getSCEVAtScope(LHS, L);
5214   RHS = getSCEVAtScope(RHS, L);
5215
5216   // At this point, we would like to compute how many iterations of the
5217   // loop the predicate will return true for these inputs.
5218   if (isLoopInvariant(LHS, L) && !isLoopInvariant(RHS, L)) {
5219     // If there is a loop-invariant, force it into the RHS.
5220     std::swap(LHS, RHS);
5221     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
5222   }
5223
5224   // Simplify the operands before analyzing them.
5225   (void)SimplifyICmpOperands(Cond, LHS, RHS);
5226
5227   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
5228   // ranges to answer this query.
5229   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
5230     if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
5231       if (AddRec->getLoop() == L) {
5232         // Form the constant range.
5233         ConstantRange CompRange(
5234             ICmpInst::makeConstantRange(Cond, RHSC->getValue()->getValue()));
5235
5236         const SCEV *Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, *this);
5237         if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
5238       }
5239
5240   switch (Cond) {
5241   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
5242     // Convert to: while (X-Y != 0)
5243     ExitLimit EL = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L, ControlsExit);
5244     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
5245     break;
5246   }
5247   case ICmpInst::ICMP_EQ: {                     // while (X == Y)
5248     // Convert to: while (X-Y == 0)
5249     ExitLimit EL = HowFarToNonZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
5250     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
5251     break;
5252   }
5253   case ICmpInst::ICMP_SLT:
5254   case ICmpInst::ICMP_ULT: {                    // while (X < Y)
5255     bool IsSigned = Cond == ICmpInst::ICMP_SLT;
5256     ExitLimit EL = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, IsSigned, ControlsExit);
5257     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
5258     break;
5259   }
5260   case ICmpInst::ICMP_SGT:
5261   case ICmpInst::ICMP_UGT: {                    // while (X > Y)
5262     bool IsSigned = Cond == ICmpInst::ICMP_SGT;
5263     ExitLimit EL = HowManyGreaterThans(LHS, RHS, L, IsSigned, ControlsExit);
5264     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
5265     break;
5266   }
5267   default:
5268 #if 0
5269     dbgs() << "ComputeBackedgeTakenCount ";
5270     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
5271       dbgs() << "[unsigned] ";
5272     dbgs() << *LHS << "   "
5273          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp)
5274          << "   " << *RHS << "\n";
5275 #endif
5276     break;
5277   }
5278   return ComputeExitCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
5279 }
5280
5281 ScalarEvolution::ExitLimit
5282 ScalarEvolution::ComputeExitLimitFromSingleExitSwitch(const Loop *L,
5283                                                       SwitchInst *Switch,
5284                                                       BasicBlock *ExitingBlock,
5285                                                       bool ControlsExit) {
5286   assert(!L->contains(ExitingBlock) && "Not an exiting block!");
5287
5288   // Give up if the exit is the default dest of a switch.
5289   if (Switch->getDefaultDest() == ExitingBlock)
5290     return getCouldNotCompute();
5291
5292   assert(L->contains(Switch->getDefaultDest()) &&
5293          "Default case must not exit the loop!");
5294   const SCEV *LHS = getSCEVAtScope(Switch->getCondition(), L);
5295   const SCEV *RHS = getConstant(Switch->findCaseDest(ExitingBlock));
5296
5297   // while (X != Y) --> while (X-Y != 0)
5298   ExitLimit EL = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L, ControlsExit);
5299   if (EL.hasAnyInfo())
5300     return EL;
5301
5302   return getCouldNotCompute();
5303 }
5304
5305 static ConstantInt *
5306 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
5307                                 ScalarEvolution &SE) {
5308   const SCEV *InVal = SE.getConstant(C);
5309   const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
5310   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
5311          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
5312   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
5313 }
5314
5315 /// ComputeLoadConstantCompareExitLimit - Given an exit condition of
5316 /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the backedge
5317 /// execution count.
5318 ScalarEvolution::ExitLimit
5319 ScalarEvolution::ComputeLoadConstantCompareExitLimit(
5320   LoadInst *LI,
5321   Constant *RHS,
5322   const Loop *L,
5323   ICmpInst::Predicate predicate) {
5324
5325   if (LI->isVolatile()) return getCouldNotCompute();
5326
5327   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
5328   // TODO: Use SCEV instead of manually grubbing with GEPs.
5329   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
5330   if (!GEP) return getCouldNotCompute();
5331
5332   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
5333   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
5334   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
5335   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer() ||
5336       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
5337       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
5338     return getCouldNotCompute();
5339
5340   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
5341   Value *VarIdx = nullptr;
5342   std::vector<Constant*> Indexes;
5343   unsigned VarIdxNum = 0;
5344   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
5345     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
5346       Indexes.push_back(CI);
5347     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
5348       if (VarIdx) return getCouldNotCompute();  // Multiple non-constant idx's.
5349       VarIdx = GEP->getOperand(i);
5350       VarIdxNum = i-2;
5351       Indexes.push_back(nullptr);
5352     }
5353
5354   // Loop-invariant loads may be a byproduct of loop optimization. Skip them.
5355   if (!VarIdx)
5356     return getCouldNotCompute();
5357
5358   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
5359   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
5360   const SCEV *Idx = getSCEV(VarIdx);
5361   Idx = getSCEVAtScope(Idx, L);
5362
5363   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
5364   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
5365   const SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
5366   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || isLoopInvariant(IdxExpr, L) ||
5367       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
5368       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
5369     return getCouldNotCompute();
5370
5371   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
5372   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
5373     ConstantInt *ItCst = ConstantInt::get(
5374                            cast<IntegerType>(IdxExpr->getType()), IterationNum);
5375     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, *this);
5376
5377     // Form the GEP offset.
5378     Indexes[VarIdxNum] = Val;
5379
5380     Constant *Result = ConstantFoldLoadThroughGEPIndices(GV->getInitializer(),
5381                                                          Indexes);
5382     if (!Result) break;  // Cannot compute!
5383
5384     // Evaluate the condition for this iteration.
5385     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
5386     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
5387     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
5388 #if 0
5389       dbgs() << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
5390              << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
5391              << "***\n";
5392 #endif
5393       ++NumArrayLenItCounts;
5394       return getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
5395     }
5396   }
5397   return getCouldNotCompute();
5398 }
5399
5400
5401 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
5402 /// specified type, assuming that all operands were constants.
5403 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
5404   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
5405       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) ||
5406       isa<LoadInst>(I))
5407     return true;
5408
5409   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
5410     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
5411       return canConstantFoldCallTo(F);
5412   return false;
5413 }
5414
5415 /// Determine whether this instruction can constant evolve within this loop
5416 /// assuming its operands can all constant evolve.
5417 static bool canConstantEvolve(Instruction *I, const Loop *L) {
5418   // An instruction outside of the loop can't be derived from a loop PHI.
5419   if (!L->contains(I)) return false;
5420
5421   if (isa<PHINode>(I)) {
5422     // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
5423     // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
5424     return L->getHeader() == I->getParent();
5425   }
5426
5427   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
5428   // are constants, bail early.
5429   return CanConstantFold(I);
5430 }
5431
5432 /// getConstantEvolvingPHIOperands - Implement getConstantEvolvingPHI by
5433 /// recursing through each instruction operand until reaching a loop header phi.
5434 static PHINode *
5435 getConstantEvolvingPHIOperands(Instruction *UseInst, const Loop *L,
5436                                DenseMap<Instruction *, PHINode *> &PHIMap) {
5437
5438   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
5439   // constant or derived from a PHI node themselves.
5440   PHINode *PHI = nullptr;
5441   for (Instruction::op_iterator OpI = UseInst->op_begin(),
5442          OpE = UseInst->op_end(); OpI != OpE; ++OpI) {
5443
5444     if (isa<Constant>(*OpI)) continue;
5445
5446     Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(*OpI);
5447     if (!OpInst || !canConstantEvolve(OpInst, L)) return nullptr;
5448
5449     PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(OpInst);
5450     if (!P)
5451       // If this operand is already visited, reuse the prior result.
5452       // We may have P != PHI if this is the deepest point at which the
5453       // inconsistent paths meet.
5454       P = PHIMap.lookup(OpInst);
5455     if (!P) {
5456       // Recurse and memoize the results, whether a phi is found or not.
5457       // This recursive call invalidates pointers into PHIMap.
5458       P = getConstantEvolvingPHIOperands(OpInst, L, PHIMap);
5459       PHIMap[OpInst] = P;
5460     }
5461     if (!P)
5462       return nullptr;  // Not evolving from PHI
5463     if (PHI && PHI != P)
5464       return nullptr;  // Evolving from multiple different PHIs.
5465     PHI = P;
5466   }
5467   // This is a expression evolving from a constant PHI!
5468   return PHI;
5469 }
5470
5471 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
5472 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
5473 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
5474 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
5475 /// constraints, return null.
5476 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
5477   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
5478   if (!I || !canConstantEvolve(I, L)) return nullptr;
5479
5480   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
5481     return PN;
5482   }
5483
5484   // Record non-constant instructions contained by the loop.
5485   DenseMap<Instruction *, PHINode *> PHIMap;
5486   return getConstantEvolvingPHIOperands(I, L, PHIMap);
5487 }
5488
5489 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
5490 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
5491 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
5492 /// reason, return null.
5493 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, const Loop *L,
5494                                     DenseMap<Instruction *, Constant *> &Vals,
5495                                     const DataLayout &DL,
5496                                     const TargetLibraryInfo *TLI) {
5497   // Convenient constant check, but redundant for recursive calls.
5498   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
5499   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
5500   if (!I) return nullptr;
5501
5502   if (Constant *C = Vals.lookup(I)) return C;
5503
5504   // An instruction inside the loop depends on a value outside the loop that we
5505   // weren't given a mapping for, or a value such as a call inside the loop.
5506   if (!canConstantEvolve(I, L)) return nullptr;
5507
5508   // An unmapped PHI can be due to a branch or another loop inside this loop,
5509   // or due to this not being the initial iteration through a loop where we
5510   // couldn't compute the evolution of this particular PHI last time.
5511   if (isa<PHINode>(I)) return nullptr;
5512
5513   std::vector<Constant*> Operands(I->getNumOperands());
5514
5515   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5516     Instruction *Operand = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i));
5517     if (!Operand) {
5518       Operands[i] = dyn_cast<Constant>(I->getOperand(i));
5519       if (!Operands[i]) return nullptr;
5520       continue;
5521     }
5522     Constant *C = EvaluateExpression(Operand, L, Vals, DL, TLI);
5523     Vals[Operand] = C;
5524     if (!C) return nullptr;
5525     Operands[i] = C;
5526   }
5527
5528   if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
5529     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(), Operands[0],
5530                                            Operands[1], DL, TLI);
5531   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
5532     if (!LI->isVolatile())
5533       return ConstantFoldLoadFromConstPtr(Operands[0], DL);
5534   }
5535   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(), Operands, DL,
5536                                   TLI);
5537 }
5538
5539 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
5540 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
5541 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
5542 /// involving constants, fold it.
5543 Constant *
5544 ScalarEvolution::getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN,
5545                                                    const APInt &BEs,
5546                                                    const Loop *L) {
5547   DenseMap<PHINode*, Constant*>::const_iterator I =
5548     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
5549   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
5550     return I->second;
5551
5552   if (BEs.ugt(MaxBruteForceIterations))
5553     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = nullptr;  // Not going to evaluate it.
5554
5555   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
5556
5557   DenseMap<Instruction *, Constant *> CurrentIterVals;
5558   BasicBlock *Header = L->getHeader();
5559   assert(PN->getParent() == Header && "Can't evaluate PHI not in loop header!");
5560
5561   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
5562   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
5563   // second must be derived from the same PHI.
5564   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
5565   PHINode *PHI = nullptr;
5566   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
5567        (PHI = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I) {
5568     Constant *StartCST =
5569       dyn_cast<Constant>(PHI->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
5570     if (!StartCST) continue;
5571     CurrentIterVals[PHI] = StartCST;
5572   }
5573   if (!CurrentIterVals.count(PN))
5574     return RetVal = nullptr;
5575
5576   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
5577
5578   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
5579   if (BEs.getActiveBits() >= 32)
5580     return RetVal = nullptr; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
5581
5582   unsigned NumIterations = BEs.getZExtValue(); // must be in range
5583   unsigned IterationNum = 0;
5584   const DataLayout &DL = F->getParent()->getDataLayout();
5585   for (; ; ++IterationNum) {
5586     if (IterationNum == NumIterations)
5587       return RetVal = CurrentIterVals[PN];  // Got exit value!
5588
5589     // Compute the value of the PHIs for the next iteration.
5590     // EvaluateExpression adds non-phi values to the CurrentIterVals map.
5591     DenseMap<Instruction *, Constant *> NextIterVals;
5592     Constant *NextPHI =
5593         EvaluateExpression(BEValue, L, CurrentIterVals, DL, TLI);
5594     if (!NextPHI)
5595       return nullptr;        // Couldn't evaluate!
5596     NextIterVals[PN] = NextPHI;
5597
5598     bool StoppedEvolving = NextPHI == CurrentIterVals[PN];
5599
5600     // Also evaluate the other PHI nodes.  However, we don't get to stop if we
5601     // cease to be able to evaluate one of them or if they stop evolving,
5602     // because that doesn't necessarily prevent us from computing PN.
5603     SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 8> PHIsToCompute;
5604     for (DenseMap<Instruction *, Constant *>::const_iterator
5605            I = CurrentIterVals.begin(), E = CurrentIterVals.end(); I != E; ++I){
5606       PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I->first);
5607       if (!PHI || PHI == PN || PHI->getParent() != Header) continue;
5608       PHIsToCompute.push_back(std::make_pair(PHI, I->second));
5609     }
5610     // We use two distinct loops because EvaluateExpression may invalidate any
5611     // iterators into CurrentIterVals.
5612     for (SmallVectorImpl<std::pair<PHINode *, Constant*> >::const_iterator
5613              I = PHIsToCompute.begin(), E = PHIsToCompute.end(); I != E; ++I) {
5614       PHINode *PHI = I->first;
5615       Constant *&NextPHI = NextIterVals[PHI];
5616       if (!NextPHI) {   // Not already computed.
5617         Value *BEValue = PHI->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
5618         NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, L, CurrentIterVals, DL, TLI);
5619       }
5620       if (NextPHI != I->second)
5621         StoppedEvolving = false;
5622     }
5623
5624     // If all entries in CurrentIterVals == NextIterVals then we can stop
5625     // iterating, the loop can't continue to change.
5626     if (StoppedEvolving)
5627       return RetVal = CurrentIterVals[PN];
5628
5629     CurrentIterVals.swap(NextIterVals);
5630   }
5631 }
5632
5633 /// ComputeExitCountExhaustively - If the loop is known to execute a
5634 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
5635 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
5636 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
5637 /// evaluate the trip count of the loop, return getCouldNotCompute().
5638 const SCEV *ScalarEvolution::ComputeExitCountExhaustively(const Loop *L,
5639                                                           Value *Cond,
5640                                                           bool ExitWhen) {
5641   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
5642   if (!PN) return getCouldNotCompute();
5643
5644   // If the loop is canonicalized, the PHI will have exactly two entries.
5645   // That's the only form we support here.
5646   if (PN->getNumIncomingValues() != 2) return getCouldNotCompute();
5647
5648   DenseMap<Instruction *, Constant *> CurrentIterVals;
5649   BasicBlock *Header = L->getHeader();
5650   assert(PN->getParent() == Header && "Can't evaluate PHI not in loop header!");
5651
5652   // One entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
5653   // second must be derived from the same PHI.
5654   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
5655   PHINode *PHI = nullptr;
5656   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
5657        (PHI = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I) {
5658     Constant *StartCST =
5659       dyn_cast<Constant>(PHI->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
5660     if (!StartCST) continue;
5661     CurrentIterVals[PHI] = StartCST;
5662   }
5663   if (!CurrentIterVals.count(PN))
5664     return getCouldNotCompute();
5665
5666   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
5667   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
5668   // "ExitWhen".
5669   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
5670   const DataLayout &DL = F->getParent()->getDataLayout();
5671   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxIterations;++IterationNum){
5672     ConstantInt *CondVal = dyn_cast_or_null<ConstantInt>(
5673         EvaluateExpression(Cond, L, CurrentIterVals, DL, TLI));
5674
5675     // Couldn't symbolically evaluate.
5676     if (!CondVal) return getCouldNotCompute();
5677
5678     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
5679       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
5680       return getConstant(Type::getInt32Ty(getContext()), IterationNum);
5681     }
5682
5683     // Update all the PHI nodes for the next iteration.
5684     DenseMap<Instruction *, Constant *> NextIterVals;
5685
5686     // Create a list of which PHIs we need to compute. We want to do this before
5687     // calling EvaluateExpression on them because that may invalidate iterators
5688     // into CurrentIterVals.
5689     SmallVector<PHINode *, 8> PHIsToCompute;
5690     for (DenseMap<Instruction *, Constant *>::const_iterator
5691            I = CurrentIterVals.begin(), E = CurrentIterVals.end(); I != E; ++I){
5692       PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I->first);
5693       if (!PHI || PHI->getParent() != Header) continue;
5694       PHIsToCompute.push_back(PHI);
5695     }
5696     for (SmallVectorImpl<PHINode *>::const_iterator I = PHIsToCompute.begin(),
5697              E = PHIsToCompute.end(); I != E; ++I) {
5698       PHINode *PHI = *I;
5699       Constant *&NextPHI = NextIterVals[PHI];
5700       if (NextPHI) continue;    // Already computed!
5701
5702       Value *BEValue = PHI->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
5703       NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, L, CurrentIterVals, DL, TLI);
5704     }
5705     CurrentIterVals.swap(NextIterVals);
5706   }
5707
5708   // Too many iterations were needed to evaluate.
5709   return getCouldNotCompute();
5710 }
5711
5712 /// getSCEVAtScope - Return a SCEV expression for the specified value
5713 /// at the specified scope in the program.  The L value specifies a loop
5714 /// nest to evaluate the expression at, where null is the top-level or a
5715 /// specified loop is immediately inside of the loop.
5716 ///
5717 /// This method can be used to compute the exit value for a variable defined
5718 /// in a loop by querying what the value will hold in the parent loop.
5719 ///
5720 /// In the case that a relevant loop exit value cannot be computed, the
5721 /// original value V is returned.
5722 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
5723   // Check to see if we've folded this expression at this loop before.
5724   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 2> &Values = ValuesAtScopes[V];
5725   for (unsigned u = 0; u < Values.size(); u++) {
5726     if (Values[u].first == L)
5727       return Values[u].second ? Values[u].second : V;
5728   }
5729   Values.push_back(std::make_pair(L, static_cast<const SCEV *>(nullptr)));
5730   // Otherwise compute it.
5731   const SCEV *C = computeSCEVAtScope(V, L);
5732   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 2> &Values2 = ValuesAtScopes[V];
5733   for (unsigned u = Values2.size(); u > 0; u--) {
5734     if (Values2[u - 1].first == L) {
5735       Values2[u - 1].second = C;
5736       break;
5737     }
5738   }
5739   return C;
5740 }
5741
5742 /// This builds up a Constant using the ConstantExpr interface.  That way, we
5743 /// will return Constants for objects which aren't represented by a
5744 /// SCEVConstant, because SCEVConstant is restricted to ConstantInt.
5745 /// Returns NULL if the SCEV isn't representable as a Constant.
5746 static Constant *BuildConstantFromSCEV(const SCEV *V) {
5747   switch (static_cast<SCEVTypes>(V->getSCEVType())) {
5748     case scCouldNotCompute:
5749     case scAddRecExpr:
5750       break;
5751     case scConstant:
5752       return cast<SCEVConstant>(V)->getValue();
5753     case scUnknown:
5754       return dyn_cast<Constant>(cast<SCEVUnknown>(V)->getValue());
5755     case scSignExtend: {
5756       const SCEVSignExtendExpr *SS = cast<SCEVSignExtendExpr>(V);
5757       if (Constant *CastOp = BuildConstantFromSCEV(SS->getOperand()))
5758         return ConstantExpr::getSExt(CastOp, SS->getType());
5759       break;
5760     }
5761     case scZeroExtend: {
5762       const SCEVZeroExtendExpr *SZ = cast<SCEVZeroExtendExpr>(V);
5763       if (Constant *CastOp = BuildConstantFromSCEV(SZ->getOperand()))
5764         return ConstantExpr::getZExt(CastOp, SZ->getType());
5765       break;
5766     }
5767     case scTruncate: {
5768       const SCEVTruncateExpr *ST = cast<SCEVTruncateExpr>(V);
5769       if (Constant *CastOp = BuildConstantFromSCEV(ST->getOperand()))
5770         return ConstantExpr::getTrunc(CastOp, ST->getType());
5771       break;
5772     }
5773     case scAddExpr: {
5774       const SCEVAddExpr *SA = cast<SCEVAddExpr>(V);
5775       if (Constant *C = BuildConstantFromSCEV(SA->getOperand(0))) {
5776         if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(C->getType())) {
5777           unsigned AS = PTy->getAddressSpace();
5778           Type *DestPtrTy = Type::getInt8PtrTy(C->getContext(), AS);
5779           C = ConstantExpr::getBitCast(C, DestPtrTy);
5780         }
5781         for (unsigned i = 1, e = SA->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5782           Constant *C2 = BuildConstantFromSCEV(SA->getOperand(i));
5783           if (!C2) return nullptr;
5784
5785           // First pointer!
5786           if (!C->getType()->isPointerTy() && C2->getType()->isPointerTy()) {
5787             unsigned AS = C2->getType()->getPointerAddressSpace();
5788             std::swap(C, C2);
5789             Type *DestPtrTy = Type::getInt8PtrTy(C->getContext(), AS);
5790             // The offsets have been converted to bytes.  We can add bytes to an
5791             // i8* by GEP with the byte count in the first index.
5792             C = ConstantExpr::getBitCast(C, DestPtrTy);
5793           }
5794
5795           // Don't bother trying to sum two pointers. We probably can't
5796           // statically compute a load that results from it anyway.
5797           if (C2->getType()->isPointerTy())
5798             return nullptr;
5799
5800           if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(C->getType())) {
5801             if (PTy->getElementType()->isStructTy())
5802               C2 = ConstantExpr::getIntegerCast(
5803                   C2, Type::getInt32Ty(C->getContext()), true);
5804             C = ConstantExpr::getGetElementPtr(PTy->getElementType(), C, C2);
5805           } else
5806             C = ConstantExpr::getAdd(C, C2);
5807         }
5808         return C;
5809       }
5810       break;
5811     }
5812     case scMulExpr: {
5813       const SCEVMulExpr *SM = cast<SCEVMulExpr>(V);
5814       if (Constant *C = BuildConstantFromSCEV(SM->getOperand(0))) {
5815         // Don't bother with pointers at all.
5816         if (C->getType()->isPointerTy()) return nullptr;
5817         for (unsigned i = 1, e = SM->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5818           Constant *C2 = BuildConstantFromSCEV(SM->getOperand(i));
5819           if (!C2 || C2->getType()->isPointerTy()) return nullptr;
5820           C = ConstantExpr::getMul(C, C2);
5821         }
5822         return C;
5823       }
5824       break;
5825     }
5826     case scUDivExpr: {
5827       const SCEVUDivExpr *SU = cast<SCEVUDivExpr>(V);
5828       if (Constant *LHS = BuildConstantFromSCEV(SU->getLHS()))
5829         if (Constant *RHS = BuildConstantFromSCEV(SU->getRHS()))
5830           if (LHS->getType() == RHS->getType())
5831             return ConstantExpr::getUDiv(LHS, RHS);
5832       break;
5833     }
5834     case scSMaxExpr:
5835     case scUMaxExpr:
5836       break; // TODO: smax, umax.
5837   }
5838   return nullptr;
5839 }
5840
5841 const SCEV *ScalarEvolution::computeSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
5842   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
5843
5844   // If this instruction is evolved from a constant-evolving PHI, compute the
5845   // exit value from the loop without using SCEVs.
5846   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
5847     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
5848       const Loop *LI = (*this->LI)[I->getParent()];
5849       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
5850         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
5851           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
5852             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
5853             // to see if the loop that contains it has a known backedge-taken
5854             // count.  If so, we may be able to force computation of the exit
5855             // value.
5856             const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(LI);
5857             if (const SCEVConstant *BTCC =
5858                   dyn_cast<SCEVConstant>(BackedgeTakenCount)) {
5859               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
5860               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
5861               // the specified iteration number.
5862               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
5863                                                    BTCC->getValue()->getValue(),
5864                                                                LI);
5865               if (RV) return getSCEV(RV);
5866             }
5867           }
5868
5869       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
5870       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
5871       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
5872       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
5873       if (CanConstantFold(I)) {
5874         SmallVector<Constant *, 4> Operands;
5875         bool MadeImprovement = false;
5876         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5877           Value *Op = I->getOperand(i);
5878           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
5879             Operands.push_back(C);
5880             continue;
5881           }
5882
5883           // If any of the operands is non-constant and if they are
5884           // non-integer and non-pointer, don't even try to analyze them
5885           // with scev techniques.
5886           if (!isSCEVable(Op->getType()))
5887             return V;
5888
5889           const SCEV *OrigV = getSCEV(Op);
5890           const SCEV *OpV = getSCEVAtScope(OrigV, L);
5891           MadeImprovement |= OrigV != OpV;
5892
5893           Constant *C = BuildConstantFromSCEV(OpV);
5894           if (!C) return V;
5895           if (C->getType() != Op->getType())
5896             C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
5897                                                               Op->getType(),
5898                                                               false),
5899                                       C, Op->getType());
5900           Operands.push_back(C);
5901         }
5902
5903         // Check to see if getSCEVAtScope actually made an improvement.
5904         if (MadeImprovement) {
5905           Constant *C = nullptr;
5906           const DataLayout &DL = F->getParent()->getDataLayout();
5907           if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
5908             C = ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(), Operands[0],
5909                                                 Operands[1], DL, TLI);
5910           else if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
5911             if (!LI->isVolatile())
5912               C = ConstantFoldLoadFromConstPtr(Operands[0], DL);
5913           } else
5914             C = ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(), Operands,
5915                                          DL, TLI);
5916           if (!C) return V;
5917           return getSCEV(C);
5918         }
5919       }
5920     }
5921
5922     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
5923     return V;
5924   }
5925
5926   if (const SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
5927     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
5928     // expression has no loop-variant portions.
5929     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5930       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
5931       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
5932         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
5933         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
5934         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Comm->op_begin(),
5935                                             Comm->op_begin()+i);
5936         NewOps.push_back(OpAtScope);
5937
5938         for (++i; i != e; ++i) {
5939           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
5940           NewOps.push_back(OpAtScope);
5941         }
5942         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
5943           return getAddExpr(NewOps);
5944         if (isa<SCEVMulExpr>(Comm))
5945           return getMulExpr(NewOps);
5946         if (isa<SCEVSMaxExpr>(Comm))
5947           return getSMaxExpr(NewOps);
5948         if (isa<SCEVUMaxExpr>(Comm))
5949           return getUMaxExpr(NewOps);
5950         llvm_unreachable("Unknown commutative SCEV type!");
5951       }
5952     }
5953     // If we got here, all operands are loop invariant.
5954     return Comm;
5955   }
5956
5957   if (const SCEVUDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(V)) {
5958     const SCEV *LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
5959     const SCEV *RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
5960     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
5961       return Div;   // must be loop invariant
5962     return getUDivExpr(LHS, RHS);
5963   }
5964
5965   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
5966   // are dealing with the final value computed by the loop.
5967   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
5968     // First, attempt to evaluate each operand.
5969     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
5970     // expression has no loop-variant portions.
5971     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5972       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(i), L);
5973       if (OpAtScope == AddRec->getOperand(i))
5974         continue;
5975
5976       // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
5977       // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
5978       SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AddRec->op_begin(),
5979                                           AddRec->op_begin()+i);
5980       NewOps.push_back(OpAtScope);
5981       for (++i; i != e; ++i)
5982         NewOps.push_back(getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(i), L));
5983
5984       const SCEV *FoldedRec =
5985         getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop(),
5986                       AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
5987       AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(FoldedRec);
5988       // The addrec may be folded to a nonrecurrence, for example, if the
5989       // induction variable is multiplied by zero after constant folding. Go
5990       // ahead and return the folded value.
5991       if (!AddRec)
5992         return FoldedRec;
5993       break;
5994     }
5995
5996     // If the scope is outside the addrec's loop, evaluate it by using the
5997     // loop exit value of the addrec.
5998     if (!AddRec->getLoop()->contains(L)) {
5999       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
6000       // loop iterates.  Compute this now.
6001       const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
6002       if (BackedgeTakenCount == getCouldNotCompute()) return AddRec;
6003
6004       // Then, evaluate the AddRec.
6005       return AddRec->evaluateAtIteration(BackedgeTakenCount, *this);
6006     }
6007
6008     return AddRec;
6009   }
6010
6011   if (const SCEVZeroExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(V)) {
6012     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
6013     if (Op == Cast->getOperand())
6014       return Cast;  // must be loop invariant
6015     return getZeroExtendExpr(Op, Cast->getType());
6016   }
6017
6018   if (const SCEVSignExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(V)) {
6019     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
6020     if (Op == Cast->getOperand())
6021       return Cast;  // must be loop invariant
6022     return getSignExtendExpr(Op, Cast->getType());
6023   }
6024
6025   if (const SCEVTruncateExpr *Cast = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(V)) {
6026     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
6027     if (Op == Cast->getOperand())
6028       return Cast;  // must be loop invariant
6029     return getTruncateExpr(Op, Cast->getType());
6030   }
6031
6032   llvm_unreachable("Unknown SCEV type!");
6033 }
6034
6035 /// getSCEVAtScope - This is a convenience function which does
6036 /// getSCEVAtScope(getSCEV(V), L).
6037 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) {
6038   return getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
6039 }
6040
6041 /// SolveLinEquationWithOverflow - Finds the minimum unsigned root of the
6042 /// following equation:
6043 ///
6044 ///     A * X = B (mod N)
6045 ///
6046 /// where N = 2^BW and BW is the common bit width of A and B. The signedness of
6047 /// A and B isn't important.
6048 ///
6049 /// If the equation does not have a solution, SCEVCouldNotCompute is returned.
6050 static const SCEV *SolveLinEquationWithOverflow(const APInt &A, const APInt &B,
6051                                                ScalarEvolution &SE) {
6052   uint32_t BW = A.getBitWidth();
6053   assert(BW == B.getBitWidth() && "Bit widths must be the same.");
6054   assert(A != 0 && "A must be non-zero.");
6055
6056   // 1. D = gcd(A, N)
6057   //
6058   // The gcd of A and N may have only one prime factor: 2. The number of
6059   // trailing zeros in A is its multiplicity
6060   uint32_t Mult2 = A.countTrailingZeros();
6061   // D = 2^Mult2
6062
6063   // 2. Check if B is divisible by D.
6064   //
6065   // B is divisible by D if and only if the multiplicity of prime factor 2 for B
6066   // is not less than multiplicity of this prime factor for D.
6067   if (B.countTrailingZeros() < Mult2)
6068     return SE.getCouldNotCompute();
6069
6070   // 3. Compute I: the multiplicative inverse of (A / D) in arithmetic
6071   // modulo (N / D).
6072   //
6073   // (N / D) may need BW+1 bits in its representation.  Hence, we'll use this
6074   // bit width during computations.
6075   APInt AD = A.lshr(Mult2).zext(BW + 1);  // AD = A / D
6076   APInt Mod(BW + 1, 0);
6077   Mod.setBit(BW - Mult2);  // Mod = N / D
6078   APInt I = AD.multiplicativeInverse(Mod);
6079
6080   // 4. Compute the minimum unsigned root of the equation:
6081   // I * (B / D) mod (N / D)
6082   APInt Result = (I * B.lshr(Mult2).zext(BW + 1)).urem(Mod);
6083
6084   // The result is guaranteed to be less than 2^BW so we may truncate it to BW
6085   // bits.
6086   return SE.getConstant(Result.trunc(BW));
6087 }
6088
6089 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
6090 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
6091 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
6092 ///
6093 static std::pair<const SCEV *,const SCEV *>
6094 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ScalarEvolution &SE) {
6095   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
6096   const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
6097   const SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
6098   const SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
6099
6100   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
6101   if (!LC || !MC || !NC) {
6102     const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
6103     return std::make_pair(CNC, CNC);
6104   }
6105
6106   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
6107   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
6108   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
6109   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
6110   APInt Two(BitWidth, 2);
6111   APInt Four(BitWidth, 4);
6112
6113   {
6114     using namespace APIntOps;
6115     const APInt& C = L;
6116     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
6117     // The B coefficient is M-N/2
6118     APInt B(M);
6119     B -= sdiv(N,Two);
6120
6121     // The A coefficient is N/2
6122     APInt A(N.sdiv(Two));
6123
6124     // Compute the B^2-4ac term.
6125     APInt SqrtTerm(B);
6126     SqrtTerm *= B;
6127     SqrtTerm -= Four * (A * C);
6128
6129     if (SqrtTerm.isNegative()) {
6130       // The loop is provably infinite.
6131       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
6132       return std::make_pair(CNC, CNC);
6133     }
6134
6135     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
6136     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
6137     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
6138
6139     // Compute the two solutions for the quadratic formula.
6140     // The divisions must be performed as signed divisions.
6141     APInt NegB(-B);
6142     APInt TwoA(A << 1);
6143     if (TwoA.isMinValue()) {
6144       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
6145       return std::make_pair(CNC, CNC);
6146     }
6147
6148     LLVMContext &Context = SE.getContext();
6149
6150     ConstantInt *Solution1 =
6151       ConstantInt::get(Context, (NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
6152     ConstantInt *Solution2 =
6153       ConstantInt::get(Context, (NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
6154
6155     return std::make_pair(SE.getConstant(Solution1),
6156                           SE.getConstant(Solution2));
6157   } // end APIntOps namespace
6158 }
6159
6160 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
6161 /// value to zero will execute.  If not computable, return CouldNotCompute.
6162 ///
6163 /// This is only used for loops with a "x != y" exit test. The exit condition is
6164 /// now expressed as a single expression, V = x-y. So the exit test is
6165 /// effectively V != 0.  We know and take advantage of the fact that this
6166 /// expression only being used in a comparison by zero context.
6167 ScalarEvolution::ExitLimit
6168 ScalarEvolution::HowFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L, bool ControlsExit) {
6169   // If the value is a constant
6170   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
6171     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
6172     if (C->getValue()->isZero()) return C;
6173     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
6174   }
6175
6176   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
6177   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
6178     return getCouldNotCompute();
6179
6180   // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
6181   // the quadratic equation to solve it.
6182   if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isIntegerTy()) {
6183     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots =
6184       SolveQuadraticEquation(AddRec, *this);
6185     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
6186     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
6187     if (R1 && R2) {
6188 #if 0
6189       dbgs() << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
6190              << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
6191 #endif
6192       // Pick the smallest positive root value.
6193       if (ConstantInt *CB =
6194           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(CmpInst::ICMP_ULT,
6195                                                       R1->getValue(),
6196                                                       R2->getValue()))) {
6197         if (!CB->getZExtValue())
6198           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
6199
6200         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
6201         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
6202         // should not accept a root of 2.
6203         const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1, *this);
6204         if (Val->isZero())
6205           return R1;  // We found a quadratic root!
6206       }
6207     }
6208     return getCouldNotCompute();
6209   }
6210
6211   // Otherwise we can only handle this if it is affine.
6212   if (!AddRec->isAffine())
6213     return getCouldNotCompute();
6214
6215   // If this is an affine expression, the execution count of this branch is
6216   // the minimum unsigned root of the following equation:
6217   //
6218   //     Start + Step*N = 0 (mod 2^BW)
6219   //
6220   // equivalent to:
6221   //
6222   //             Step*N = -Start (mod 2^BW)
6223   //
6224   // where BW is the common bit width of Start and Step.
6225
6226   // Get the initial value for the loop.
6227   const SCEV *Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(), L->getParentLoop());
6228   const SCEV *Step = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(1), L->getParentLoop());
6229
6230   // For now we handle only constant steps.
6231   //
6232   // TODO: Handle a nonconstant Step given AddRec<NUW>. If the
6233   // AddRec is NUW, then (in an unsigned sense) it cannot be counting up to wrap
6234   // to 0, it must be counting down to equal 0. Consequently, N = Start / -Step.
6235   // We have not yet seen any such cases.
6236   const SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
6237   if (!StepC || StepC->getValue()->equalsInt(0))
6238     return getCouldNotCompute();
6239
6240   // For positive steps (counting up until unsigned overflow):
6241   //   N = -Start/Step (as unsigned)
6242   // For negative steps (counting down to zero):
6243   //   N = Start/-Step
6244   // First compute the unsigned distance from zero in the direction of Step.
6245   bool CountDown = StepC->getValue()->getValue().isNegative();
6246   const SCEV *Distance = CountDown ? Start : getNegativeSCEV(Start);
6247
6248   // Handle unitary steps, which cannot wraparound.
6249   // 1*N = -Start; -1*N = Start (mod 2^BW), so:
6250   //   N = Distance (as unsigned)
6251   if (StepC->getValue()->equalsInt(1) || StepC->getValue()->isAllOnesValue()) {
6252     ConstantRange CR = getUnsignedRange(Start);
6253     const SCEV *MaxBECount;
6254     if (!CountDown && CR.getUnsignedMin().isMinValue())
6255       // When counting up, the worst starting value is 1, not 0.
6256       MaxBECount = CR.getUnsignedMax().isMinValue()
6257         ? getConstant(APInt::getMinValue(CR.getBitWidth()))
6258         : getConstant(APInt::getMaxValue(CR.getBitWidth()));
6259     else
6260       MaxBECount = getConstant(CountDown ? CR.getUnsignedMax()
6261                                          : -CR.getUnsignedMin());
6262     return ExitLimit(Distance, MaxBECount);
6263   }
6264
6265   // As a special case, handle the instance where Step is a positive power of
6266   // two. In this case, determining whether Step divides Distance evenly can be
6267   // done by counting and comparing the number of trailing zeros of Step and
6268   // Distance.
6269   if (!CountDown) {
6270     const APInt &StepV = StepC->getValue()->getValue();
6271     // StepV.isPowerOf2() returns true if StepV is an positive power of two.  It
6272     // also returns true if StepV is maximally negative (eg, INT_MIN), but that
6273     // case is not handled as this code is guarded by !CountDown.
6274     if (StepV.isPowerOf2() &&
6275         GetMinTrailingZeros(Distance) >= StepV.countTrailingZeros())
6276       return getUDivExactExpr(Distance, Step);
6277   }
6278
6279   // If the condition controls loop exit (the loop exits only if the expression
6280   // is true) and the addition is no-wrap we can use unsigned divide to
6281   // compute the backedge count.  In this case, the step may not divide the
6282   // distance, but we don't care because if the condition is "missed" the loop
6283   // will have undefined behavior due to wrapping.
6284   if (ControlsExit && AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)) {
6285     const SCEV *Exact =
6286         getUDivExpr(Distance, CountDown ? getNegativeSCEV(Step) : Step);
6287     return ExitLimit(Exact, Exact);
6288   }
6289
6290   // Then, try to solve the above equation provided that Start is constant.
6291   if (const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start))
6292     return SolveLinEquationWithOverflow(StepC->getValue()->getValue(),
6293                                         -StartC->getValue()->getValue(),
6294                                         *this);
6295   return getCouldNotCompute();
6296 }
6297
6298 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
6299 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
6300 /// CouldNotCompute
6301 ScalarEvolution::ExitLimit
6302 ScalarEvolution::HowFarToNonZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
6303   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
6304   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
6305   // future as needed.
6306
6307   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
6308   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
6309   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
6310     if (!C->getValue()->isNullValue())
6311       return getConstant(C->getType(), 0);
6312     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
6313   }
6314
6315   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
6316   // this, and if they did, they would already be constant folded.
6317   return getCouldNotCompute();
6318 }
6319
6320 /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
6321 /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
6322 /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
6323 /// found.
6324 ///
6325 std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
6326 ScalarEvolution::getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB) {
6327   // If the block has a unique predecessor, then there is no path from the
6328   // predecessor to the block that does not go through the direct edge
6329   // from the predecessor to the block.
6330   if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor())
6331     return std::make_pair(Pred, BB);
6332
6333   // A loop's header is defined to be a block that dominates the loop.
6334   // If the header has a unique predecessor outside the loop, it must be
6335   // a block that has exactly one successor that can reach the loop.
6336   if (Loop *L = LI->getLoopFor(BB))
6337     return std::make_pair(L->getLoopPredecessor(), L->getHeader());
6338
6339   return std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>();
6340 }
6341
6342 /// HasSameValue - SCEV structural equivalence is usually sufficient for
6343 /// testing whether two expressions are equal, however for the purposes of
6344 /// looking for a condition guarding a loop, it can be useful to be a little
6345 /// more general, since a front-end may have replicated the controlling
6346 /// expression.
6347 ///
6348 static bool HasSameValue(const SCEV *A, const SCEV *B) {
6349   // Quick check to see if they are the same SCEV.
6350   if (A == B) return true;
6351
6352   // Otherwise, if they're both SCEVUnknown, it's possible that they hold
6353   // two different instructions with the same value. Check for this case.
6354   if (const SCEVUnknown *AU = dyn_cast<SCEVUnknown>(A))
6355     if (const SCEVUnknown *BU = dyn_cast<SCEVUnknown>(B))
6356       if (const Instruction *AI = dyn_cast<Instruction>(AU->getValue()))
6357         if (const Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(BU->getValue()))
6358           if (AI->isIdenticalTo(BI) && !AI->mayReadFromMemory())
6359             return true;
6360
6361   // Otherwise assume they may have a different value.
6362   return false;
6363 }
6364
6365 /// SimplifyICmpOperands - Simplify LHS and RHS in a comparison with
6366 /// predicate Pred. Return true iff any changes were made.
6367 ///
6368 bool ScalarEvolution::SimplifyICmpOperands(ICmpInst::Predicate &Pred,
6369                                            const SCEV *&LHS, const SCEV *&RHS,
6370                                            unsigned Depth) {
6371   bool Changed = false;
6372
6373   // If we hit the max recursion limit bail out.
6374   if (Depth >= 3)
6375     return false;
6376
6377   // Canonicalize a constant to the right side.
6378   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
6379     // Check for both operands constant.
6380     if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
6381       if (ConstantExpr::getICmp(Pred,
6382                                 LHSC->getValue(),
6383                                 RHSC->getValue())->isNullValue())
6384         goto trivially_false;
6385       else
6386         goto trivially_true;
6387     }
6388     // Otherwise swap the operands to put the constant on the right.
6389     std::swap(LHS, RHS);
6390     Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
6391     Changed = true;
6392   }
6393
6394   // If we're comparing an addrec with a value which is loop-invariant in the
6395   // addrec's loop, put the addrec on the left. Also make a dominance check,
6396   // as both operands could be addrecs loop-invariant in each other's loop.
6397   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS)) {
6398     const Loop *L = AR->getLoop();
6399     if (isLoopInvariant(LHS, L) && properlyDominates(LHS, L->getHeader())) {
6400       std::swap(LHS, RHS);
6401       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
6402       Changed = true;
6403     }
6404   }
6405
6406   // If there's a constant operand, canonicalize comparisons with boundary
6407   // cases, and canonicalize *-or-equal comparisons to regular comparisons.
6408   if (const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
6409     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
6410     switch (Pred) {
6411     default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
6412     case ICmpInst::ICMP_EQ:
6413     case ICmpInst::ICMP_NE:
6414       // Fold ((-1) * %a) + %b == 0 (equivalent to %b-%a == 0) into %a == %b.
6415       if (!RA)
6416         if (const SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS))
6417           if (const SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(AE->getOperand(0)))
6418             if (AE->getNumOperands() == 2 && ME->getNumOperands() == 2 &&
6419                 ME->getOperand(0)->isAllOnesValue()) {
6420               RHS = AE->getOperand(1);
6421               LHS = ME->getOperand(1);
6422               Changed = true;
6423             }
6424       break;
6425     case ICmpInst::ICMP_UGE:
6426       if ((RA - 1).isMinValue()) {
6427         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6428         RHS = getConstant(RA - 1);
6429         Changed = true;
6430         break;
6431       }
6432       if (RA.isMaxValue()) {
6433         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6434         Changed = true;
6435         break;
6436       }
6437       if (RA.isMinValue()) goto trivially_true;
6438
6439       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
6440       RHS = getConstant(RA - 1);
6441       Changed = true;
6442       break;
6443     case ICmpInst::ICMP_ULE:
6444       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
6445         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6446         RHS = getConstant(RA + 1);
6447         Changed = true;
6448         break;
6449       }
6450       if (RA.isMinValue()) {
6451         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6452         Changed = true;
6453         break;
6454       }
6455       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_true;
6456
6457       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
6458       RHS = getConstant(RA + 1);
6459       Changed = true;
6460       break;
6461     case ICmpInst::ICMP_SGE:
6462       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
6463         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6464         RHS = getConstant(RA - 1);
6465         Changed = true;
6466         break;
6467       }
6468       if (RA.isMaxSignedValue()) {
6469         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6470         Changed = true;
6471         break;
6472       }
6473       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_true;
6474
6475       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
6476       RHS = getConstant(RA - 1);
6477       Changed = true;
6478       break;
6479     case ICmpInst::ICMP_SLE:
6480       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
6481         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6482         RHS = getConstant(RA + 1);
6483         Changed = true;
6484         break;
6485       }
6486       if (RA.isMinSignedValue()) {
6487         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6488         Changed = true;
6489         break;
6490       }
6491       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_true;
6492
6493       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
6494       RHS = getConstant(RA + 1);
6495       Changed = true;
6496       break;
6497     case ICmpInst::ICMP_UGT:
6498       if (RA.isMinValue()) {
6499         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6500         Changed = true;
6501         break;
6502       }
6503       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
6504         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6505         RHS = getConstant(RA + 1);
6506         Changed = true;
6507         break;
6508       }
6509       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_false;
6510       break;
6511     case ICmpInst::ICMP_ULT:
6512       if (RA.isMaxValue()) {
6513         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6514         Changed = true;
6515         break;
6516       }
6517       if ((RA - 1).isMinValue()) {
6518         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6519         RHS = getConstant(RA - 1);
6520         Changed = true;
6521         break;
6522       }
6523       if (RA.isMinValue()) goto trivially_false;
6524       break;
6525     case ICmpInst::ICMP_SGT:
6526       if (RA.isMinSignedValue()) {
6527         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6528         Changed = true;
6529         break;
6530       }
6531       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
6532         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6533         RHS = getConstant(RA + 1);
6534         Changed = true;
6535         break;
6536       }
6537       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_false;
6538       break;
6539     case ICmpInst::ICMP_SLT:
6540       if (RA.isMaxSignedValue()) {
6541         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6542         Changed = true;
6543         break;
6544       }
6545       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
6546        Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6547        RHS = getConstant(RA - 1);
6548         Changed = true;
6549        break;
6550       }
6551       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_false;
6552       break;
6553     }
6554   }
6555
6556   // Check for obvious equality.
6557   if (HasSameValue(LHS, RHS)) {
6558     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
6559       goto trivially_true;
6560     if (ICmpInst::isFalseWhenEqual(Pred))
6561       goto trivially_false;
6562   }
6563
6564   // If possible, canonicalize GE/LE comparisons to GT/LT comparisons, by
6565   // adding or subtracting 1 from one of the operands.
6566   switch (Pred) {
6567   case ICmpInst::ICMP_SLE:
6568     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
6569       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
6570                        SCEV::FlagNSW);
6571       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
6572       Changed = true;
6573     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
6574       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
6575                        SCEV::FlagNSW);
6576       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
6577       Changed = true;
6578     }
6579     break;
6580   case ICmpInst::ICMP_SGE:
6581     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
6582       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
6583                        SCEV::FlagNSW);
6584       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
6585       Changed = true;
6586     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
6587       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
6588                        SCEV::FlagNSW);
6589       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
6590       Changed = true;
6591     }
6592     break;
6593   case ICmpInst::ICMP_ULE:
6594     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
6595       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
6596                        SCEV::FlagNUW);
6597       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
6598       Changed = true;
6599     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
6600       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
6601                        SCEV::FlagNUW);
6602       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
6603       Changed = true;
6604     }
6605     break;
6606   case ICmpInst::ICMP_UGE:
6607     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
6608       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
6609                        SCEV::FlagNUW);
6610       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
6611       Changed = true;
6612     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
6613       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
6614                        SCEV::FlagNUW);
6615       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
6616       Changed = true;
6617     }
6618     break;
6619   default:
6620     break;
6621   }
6622
6623   // TODO: More simplifications are possible here.
6624
6625   // Recursively simplify until we either hit a recursion limit or nothing
6626   // changes.
6627   if (Changed)
6628     return SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS, Depth+1);
6629
6630   return Changed;
6631
6632 trivially_true:
6633   // Return 0 == 0.
6634   LHS = RHS = getConstant(ConstantInt::getFalse(getContext()));
6635   Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6636   return true;
6637
6638 trivially_false:
6639   // Return 0 != 0.
6640   LHS = RHS = getConstant(ConstantInt::getFalse(getContext()));
6641   Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6642   return true;
6643 }
6644
6645 bool ScalarEvolution::isKnownNegative(const SCEV *S) {
6646   return getSignedRange(S).getSignedMax().isNegative();
6647 }
6648
6649 bool ScalarEvolution::isKnownPositive(const SCEV *S) {
6650   return getSignedRange(S).getSignedMin().isStrictlyPositive();
6651 }
6652
6653 bool ScalarEvolution::isKnownNonNegative(const SCEV *S) {
6654   return !getSignedRange(S).getSignedMin().isNegative();
6655 }
6656
6657 bool ScalarEvolution::isKnownNonPositive(const SCEV *S) {
6658   return !getSignedRange(S).getSignedMax().isStrictlyPositive();
6659 }
6660
6661 bool ScalarEvolution::isKnownNonZero(const SCEV *S) {
6662   return isKnownNegative(S) || isKnownPositive(S);
6663 }
6664
6665 bool ScalarEvolution::isKnownPredicate(ICmpInst::Predicate Pred,
6666                                        const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
6667   // Canonicalize the inputs first.
6668   (void)SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS);
6669
6670   // If LHS or RHS is an addrec, check to see if the condition is true in
6671   // every iteration of the loop.
6672   // If LHS and RHS are both addrec, both conditions must be true in
6673   // every iteration of the loop.
6674   const SCEVAddRecExpr *LAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
6675   const SCEVAddRecExpr *RAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
6676   bool LeftGuarded = false;
6677   bool RightGuarded = false;
6678   if (LAR) {
6679     const Loop *L = LAR->getLoop();
6680     if (isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, LAR->getStart(), RHS) &&
6681         isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, LAR->getPostIncExpr(*this), RHS)) {
6682       if (!RAR) return true;
6683       LeftGuarded = true;
6684     }
6685   }
6686   if (RAR) {
6687     const Loop *L = RAR->getLoop();
6688     if (isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, LHS, RAR->getStart()) &&
6689         isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, LHS, RAR->getPostIncExpr(*this))) {
6690       if (!LAR) return true;
6691       RightGuarded = true;
6692     }
6693   }
6694   if (LeftGuarded && RightGuarded)
6695     return true;
6696
6697   // Otherwise see what can be done with known constant ranges.
6698   return isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS);
6699 }
6700
6701 bool ScalarEvolution::isMonotonicPredicate(const SCEVAddRecExpr *LHS,
6702                                            ICmpInst::Predicate Pred,
6703                                            bool &Increasing) {
6704   bool Result = isMonotonicPredicateImpl(LHS, Pred, Increasing);
6705
6706 #ifndef NDEBUG
6707   // Verify an invariant: inverting the predicate should turn a monotonically
6708   // increasing change to a monotonically decreasing one, and vice versa.
6709   bool IncreasingSwapped;
6710   bool ResultSwapped = isMonotonicPredicateImpl(
6711       LHS, ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred), IncreasingSwapped);
6712
6713   assert(Result == ResultSwapped && "should be able to analyze both!");
6714   if (ResultSwapped)
6715     assert(Increasing == !IncreasingSwapped &&
6716            "monotonicity should flip as we flip the predicate");
6717 #endif
6718
6719   return Result;
6720 }
6721
6722 bool ScalarEvolution::isMonotonicPredicateImpl(const SCEVAddRecExpr *LHS,
6723                                                ICmpInst::Predicate Pred,
6724                                                bool &Increasing) {
6725   SCEV::NoWrapFlags FlagsRequired = SCEV::FlagAnyWrap;
6726   bool IncreasingOnNonNegativeStep = false;
6727
6728   switch (Pred) {
6729   default:
6730     return false; // Conservative answer
6731
6732   case ICmpInst::ICMP_UGT:
6733   case ICmpInst::ICMP_UGE:
6734     FlagsRequired = SCEV::FlagNUW;
6735     IncreasingOnNonNegativeStep = true;
6736     break;
6737
6738   case ICmpInst::ICMP_ULT:
6739   case ICmpInst::ICMP_ULE:
6740     FlagsRequired = SCEV::FlagNUW;
6741     IncreasingOnNonNegativeStep = false;
6742     break;
6743
6744   case ICmpInst::ICMP_SGT:
6745   case ICmpInst::ICMP_SGE:
6746     FlagsRequired = SCEV::FlagNSW;
6747     IncreasingOnNonNegativeStep = true;
6748     break;
6749
6750   case ICmpInst::ICMP_SLT:
6751   case ICmpInst::ICMP_SLE:
6752     FlagsRequired = SCEV::FlagNSW;
6753     IncreasingOnNonNegativeStep = false;
6754     break;
6755   }
6756
6757   if (!LHS->getNoWrapFlags(FlagsRequired))
6758     return false;
6759
6760   // A zero step value for LHS means the induction variable is essentially a
6761   // loop invariant value. We don't really depend on the predicate actually
6762   // flipping from false to true (for increasing predicates, and the other way
6763   // around for decreasing predicates), all we care about is that *if* the
6764   // predicate changes then it only changes from false to true.
6765   //
6766   // A zero step value in itself is not very useful, but there may be places
6767   // where SCEV can prove X >= 0 but not prove X > 0, so it is helpful to be
6768   // as general as possible.
6769
6770   if (isKnownNonNegative(LHS->getStepRecurrence(*this))) {
6771     Increasing = IncreasingOnNonNegativeStep;
6772     return true;
6773   }
6774
6775   if (isKnownNonPositive(LHS->getStepRecurrence(*this))) {
6776     Increasing = !IncreasingOnNonNegativeStep;
6777     return true;
6778   }
6779
6780   return false;
6781 }
6782
6783 bool ScalarEvolution::isLoopInvariantPredicate(
6784     ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS, const SCEV *RHS, const Loop *L,
6785     ICmpInst::Predicate &InvariantPred, const SCEV *&InvariantLHS,
6786     const SCEV *&InvariantRHS) {
6787
6788   // If there is a loop-invariant, force it into the RHS, otherwise bail out.
6789   if (!isLoopInvariant(RHS, L)) {
6790     if (!isLoopInvariant(LHS, L))
6791       return false;
6792
6793     std::swap(LHS, RHS);
6794     Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
6795   }
6796
6797   const SCEVAddRecExpr *ArLHS = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
6798   if (!ArLHS || ArLHS->getLoop() != L)
6799     return false;
6800
6801   bool Increasing;
6802   if (!isMonotonicPredicate(ArLHS, Pred, Increasing))
6803     return false;
6804
6805   // If the predicate "ArLHS `Pred` RHS" monotonically increases from false to
6806   // true as the loop iterates, and the backedge is control dependent on
6807   // "ArLHS `Pred` RHS" == true then we can reason as follows:
6808   //
6809   //   * if the predicate was false in the first iteration then the predicate
6810   //     is never evaluated again, since the loop exits without taking the
6811   //     backedge.
6812   //   * if the predicate was true in the first iteration then it will
6813   //     continue to be true for all future iterations since it is
6814   //     monotonically increasing.
6815   //
6816   // For both the above possibilities, we can replace the loop varying
6817   // predicate with its value on the first iteration of the loop (which is
6818   // loop invariant).
6819   //
6820   // A similar reasoning applies for a monotonically decreasing predicate, by
6821   // replacing true with false and false with true in the above two bullets.
6822
6823   auto P = Increasing ? Pred : ICmpInst::getInversePredicate(Pred);
6824
6825   if (!isLoopBackedgeGuardedByCond(L, P, LHS, RHS))
6826     return false;
6827
6828   InvariantPred = Pred;
6829   InvariantLHS = ArLHS->getStart();
6830   InvariantRHS = RHS;
6831   return true;
6832 }
6833
6834 bool
6835 ScalarEvolution::isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
6836                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
6837   if (HasSameValue(LHS, RHS))
6838     return ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
6839
6840   // This code is split out from isKnownPredicate because it is called from
6841   // within isLoopEntryGuardedByCond.
6842   switch (Pred) {
6843   default:
6844     llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
6845   case ICmpInst::ICMP_SGT:
6846     std::swap(LHS, RHS);
6847   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
6848     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
6849     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
6850     if (LHSRange.getSignedMax().slt(RHSRange.getSignedMin()))
6851       return true;
6852     if (LHSRange.getSignedMin().sge(RHSRange.getSignedMax()))
6853       return false;
6854     break;
6855   }
6856   case ICmpInst::ICMP_SGE:
6857     std::swap(LHS, RHS);
6858   case ICmpInst::ICMP_SLE: {
6859     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
6860     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
6861     if (LHSRange.getSignedMax().sle(RHSRange.getSignedMin()))
6862       return true;
6863     if (LHSRange.getSignedMin().sgt(RHSRange.getSignedMax()))
6864       return false;
6865     break;
6866   }
6867   case ICmpInst::ICMP_UGT:
6868     std::swap(LHS, RHS);
6869   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
6870     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
6871     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
6872     if (LHSRange.getUnsignedMax().ult(RHSRange.getUnsignedMin()))
6873       return true;
6874     if (LHSRange.getUnsignedMin().uge(RHSRange.getUnsignedMax()))
6875       return false;
6876     break;
6877   }
6878   case ICmpInst::ICMP_UGE:
6879     std::swap(LHS, RHS);
6880   case ICmpInst::ICMP_ULE: {
6881     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
6882     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
6883     if (LHSRange.getUnsignedMax().ule(RHSRange.getUnsignedMin()))
6884       return true;
6885     if (LHSRange.getUnsignedMin().ugt(RHSRange.getUnsignedMax()))
6886       return false;
6887     break;
6888   }
6889   case ICmpInst::ICMP_NE: {
6890     if (getUnsignedRange(LHS).intersectWith(getUnsignedRange(RHS)).isEmptySet())
6891       return true;
6892     if (getSignedRange(LHS).intersectWith(getSignedRange(RHS)).isEmptySet())
6893       return true;
6894
6895     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(LHS, RHS);
6896     if (isKnownNonZero(Diff))
6897       return true;
6898     break;
6899   }
6900   case ICmpInst::ICMP_EQ:
6901     // The check at the top of the function catches the case where
6902     // the values are known to be equal.
6903     break;
6904   }
6905   return false;
6906 }
6907
6908 /// isLoopBackedgeGuardedByCond - Test whether the backedge of the loop is
6909 /// protected by a conditional between LHS and RHS.  This is used to
6910 /// to eliminate casts.
6911 bool
6912 ScalarEvolution::isLoopBackedgeGuardedByCond(const Loop *L,
6913                                              ICmpInst::Predicate Pred,
6914                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
6915   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
6916   // (interprocedural conditions notwithstanding).
6917   if (!L) return true;
6918
6919   if (isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS)) return true;
6920
6921   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
6922   if (!Latch)
6923     return false;
6924
6925   BranchInst *LoopContinuePredicate =
6926     dyn_cast<BranchInst>(Latch->getTerminator());
6927   if (LoopContinuePredicate && LoopContinuePredicate->isConditional() &&
6928       isImpliedCond(Pred, LHS, RHS,
6929                     LoopContinuePredicate->getCondition(),
6930                     LoopContinuePredicate->getSuccessor(0) != L->getHeader()))
6931     return true;
6932
6933   // Check conditions due to any @llvm.assume intrinsics.
6934   for (auto &AssumeVH : AC->assumptions()) {
6935     if (!AssumeVH)
6936       continue;
6937     auto *CI = cast<CallInst>(AssumeVH);
6938     if (!DT->dominates(CI, Latch->getTerminator()))
6939       continue;
6940
6941     if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, CI->getArgOperand(0), false))
6942       return true;
6943   }
6944
6945   struct ClearWalkingBEDominatingCondsOnExit {
6946     ScalarEvolution &SE;
6947
6948     explicit ClearWalkingBEDominatingCondsOnExit(ScalarEvolution &SE)
6949         : SE(SE){}
6950
6951     ~ClearWalkingBEDominatingCondsOnExit() {
6952       SE.WalkingBEDominatingConds = false;
6953     }
6954   };
6955
6956   // We don't want more than one activation of the following loop on the stack
6957   // -- that can lead to O(n!) time complexity.
6958   if (WalkingBEDominatingConds)
6959     return false;
6960
6961   WalkingBEDominatingConds = true;
6962   ClearWalkingBEDominatingCondsOnExit ClearOnExit(*this);
6963
6964   // If the loop is not reachable from the entry block, we risk running into an
6965   // infinite loop as we walk up into the dom tree.  These loops do not matter
6966   // anyway, so we just return a conservative answer when we see them.
6967   if (!DT->isReachableFromEntry(L->getHeader()))
6968     return false;
6969
6970   for (DomTreeNode *DTN = (*DT)[Latch], *HeaderDTN = (*DT)[L->getHeader()];
6971        DTN != HeaderDTN;
6972        DTN = DTN->getIDom()) {
6973
6974     assert(DTN && "should reach the loop header before reaching the root!");
6975
6976     BasicBlock *BB = DTN->getBlock();
6977     BasicBlock *PBB = BB->getSinglePredecessor();
6978     if (!PBB)
6979       continue;
6980
6981     BranchInst *ContinuePredicate = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
6982     if (!ContinuePredicate || !ContinuePredicate->isConditional())
6983       continue;
6984
6985     Value *Condition = ContinuePredicate->getCondition();
6986
6987     // If we have an edge `E` within the loop body that dominates the only
6988     // latch, the condition guarding `E` also guards the backedge.  This
6989     // reasoning works only for loops with a single latch.
6990
6991     BasicBlockEdge DominatingEdge(PBB, BB);
6992     if (DominatingEdge.isSingleEdge()) {
6993       // We're constructively (and conservatively) enumerating edges within the
6994       // loop body that dominate the latch.  The dominator tree better agree
6995       // with us on this:
6996       assert(DT->dominates(DominatingEdge, Latch) && "should be!");
6997
6998       if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, Condition,
6999                         BB != ContinuePredicate->getSuccessor(0)))
7000         return true;
7001     }
7002   }
7003
7004   return false;
7005 }
7006
7007 /// isLoopEntryGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected
7008 /// by a conditional between LHS and RHS.  This is used to help avoid max
7009 /// expressions in loop trip counts, and to eliminate casts.
7010 bool
7011 ScalarEvolution::isLoopEntryGuardedByCond(const Loop *L,
7012                                           ICmpInst::Predicate Pred,
7013                                           const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
7014   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
7015   // (interprocedural conditions notwithstanding).
7016   if (!L) return false;
7017
7018   if (isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS)) return true;
7019
7020   // Starting at the loop predecessor, climb up the predecessor chain, as long
7021   // as there are predecessors that can be found that have unique successors
7022   // leading to the original header.
7023   for (std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
7024          Pair(L->getLoopPredecessor(), L->getHeader());
7025        Pair.first;
7026        Pair = getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(Pair.first)) {
7027
7028     BranchInst *LoopEntryPredicate =
7029       dyn_cast<BranchInst>(Pair.first->getTerminator());
7030     if (!LoopEntryPredicate ||
7031         LoopEntryPredicate->isUnconditional())
7032       continue;
7033
7034     if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS,
7035                       LoopEntryPredicate->getCondition(),
7036                       LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) != Pair.second))
7037       return true;
7038   }
7039
7040   // Check conditions due to any @llvm.assume intrinsics.
7041   for (auto &AssumeVH : AC->assumptions()) {
7042     if (!AssumeVH)
7043       continue;
7044     auto *CI = cast<CallInst>(AssumeVH);
7045     if (!DT->dominates(CI, L->getHeader()))
7046       continue;
7047
7048     if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, CI->getArgOperand(0), false))
7049       return true;
7050   }
7051
7052   return false;
7053 }
7054
7055 /// RAII wrapper to prevent recursive application of isImpliedCond.
7056 /// ScalarEvolution's PendingLoopPredicates set must be empty unless we are
7057 /// currently evaluating isImpliedCond.
7058 struct MarkPendingLoopPredicate {
7059   Value *Cond;
7060   DenseSet<Value*> &LoopPreds;
7061   bool Pending;
7062
7063   MarkPendingLoopPredicate(Value *C, DenseSet<Value*> &LP)
7064     : Cond(C), LoopPreds(LP) {
7065     Pending = !LoopPreds.insert(Cond).second;
7066   }
7067   ~MarkPendingLoopPredicate() {
7068     if (!Pending)
7069       LoopPreds.erase(Cond);
7070   }
7071 };
7072
7073 /// isImpliedCond - Test whether the condition described by Pred, LHS,
7074 /// and RHS is true whenever the given Cond value evaluates to true.
7075 bool ScalarEvolution::isImpliedCond(ICmpInst::Predicate Pred,
7076                                     const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
7077                                     Value *FoundCondValue,
7078                                     bool Inverse) {
7079   MarkPendingLoopPredicate Mark(FoundCondValue, PendingLoopPredicates);
7080   if (Mark.Pending)
7081     return false;
7082
7083   // Recursively handle And and Or conditions.
7084   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(FoundCondValue)) {
7085     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
7086       if (!Inverse)
7087         return isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(0), Inverse) ||
7088                isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(1), Inverse);
7089     } else if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
7090       if (Inverse)
7091         return isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(0), Inverse) ||
7092                isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(1), Inverse);
7093     }
7094   }
7095
7096   ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(FoundCondValue);
7097   if (!ICI) return false;
7098
7099   // Now that we found a conditional branch that dominates the loop or controls
7100   // the loop latch. Check to see if it is the comparison we are looking for.
7101   ICmpInst::Predicate FoundPred;
7102   if (Inverse)
7103     FoundPred = ICI->getInversePredicate();
7104   else
7105     FoundPred = ICI->getPredicate();
7106
7107   const SCEV *FoundLHS = getSCEV(ICI->getOperand(0));
7108   const SCEV *FoundRHS = getSCEV(ICI->getOperand(1));
7109
7110   // Balance the types.
7111   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <
7112       getTypeSizeInBits(FoundLHS->getType())) {
7113     if (CmpInst::isSigned(Pred)) {
7114       LHS = getSignExtendExpr(LHS, FoundLHS->getType());
7115       RHS = getSignExtendExpr(RHS, FoundLHS->getType());
7116     } else {
7117       LHS = getZeroExtendExpr(LHS, FoundLHS->getType());
7118       RHS = getZeroExtendExpr(RHS, FoundLHS->getType());
7119     }
7120   } else if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) >
7121       getTypeSizeInBits(FoundLHS->getType())) {
7122     if (CmpInst::isSigned(FoundPred)) {
7123       FoundLHS = getSignExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
7124       FoundRHS = getSignExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
7125     } else {
7126       FoundLHS = getZeroExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
7127       FoundRHS = getZeroExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
7128     }
7129   }
7130
7131   // Canonicalize the query to match the way instcombine will have
7132   // canonicalized the comparison.
7133   if (SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS))
7134     if (LHS == RHS)
7135       return CmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
7136   if (SimplifyICmpOperands(FoundPred, FoundLHS, FoundRHS))
7137     if (FoundLHS == FoundRHS)
7138       return CmpInst::isFalseWhenEqual(FoundPred);
7139
7140   // Check to see if we can make the LHS or RHS match.
7141   if (LHS == FoundRHS || RHS == FoundLHS) {
7142     if (isa<SCEVConstant>(RHS)) {
7143       std::swap(FoundLHS, FoundRHS);
7144       FoundPred = ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred);
7145     } else {
7146       std::swap(LHS, RHS);
7147       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
7148     }
7149   }
7150
7151   // Check whether the found predicate is the same as the desired predicate.
7152   if (FoundPred == Pred)
7153     return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS);
7154
7155   // Check whether swapping the found predicate makes it the same as the
7156   // desired predicate.
7157   if (ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred) == Pred) {
7158     if (isa<SCEVConstant>(RHS))
7159       return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundRHS, FoundLHS);
7160     else
7161       return isImpliedCondOperands(ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred),
7162                                    RHS, LHS, FoundLHS, FoundRHS);
7163   }
7164
7165   // Check if we can make progress by sharpening ranges.
7166   if (FoundPred == ICmpInst::ICMP_NE &&
7167       (isa<SCEVConstant>(FoundLHS) || isa<SCEVConstant>(FoundRHS))) {
7168
7169     const SCEVConstant *C = nullptr;
7170     const SCEV *V = nullptr;
7171
7172     if (isa<SCEVConstant>(FoundLHS)) {
7173       C = cast<SCEVConstant>(FoundLHS);
7174       V = FoundRHS;
7175     } else {
7176       C = cast<SCEVConstant>(FoundRHS);
7177       V = FoundLHS;
7178     }
7179
7180     // The guarding predicate tells us that C != V. If the known range
7181     // of V is [C, t), we can sharpen the range to [C + 1, t).  The
7182     // range we consider has to correspond to same signedness as the
7183     // predicate we're interested in folding.
7184
7185     APInt Min = ICmpInst::isSigned(Pred) ?
7186         getSignedRange(V).getSignedMin() : getUnsignedRange(V).getUnsignedMin();
7187
7188     if (Min == C->getValue()->getValue()) {
7189       // Given (V >= Min && V != Min) we conclude V >= (Min + 1).
7190       // This is true even if (Min + 1) wraps around -- in case of
7191       // wraparound, (Min + 1) < Min, so (V >= Min => V >= (Min + 1)).
7192
7193       APInt SharperMin = Min + 1;
7194
7195       switch (Pred) {
7196         case ICmpInst::ICMP_SGE:
7197         case ICmpInst::ICMP_UGE:
7198           // We know V `Pred` SharperMin.  If this implies LHS `Pred`
7199           // RHS, we're done.
7200           if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, V,
7201                                     getConstant(SharperMin)))
7202             return true;
7203
7204         case ICmpInst::ICMP_SGT:
7205         case ICmpInst::ICMP_UGT:
7206           // We know from the range information that (V `Pred` Min ||
7207           // V == Min).  We know from the guarding condition that !(V
7208           // == Min).  This gives us
7209           //
7210           //       V `Pred` Min || V == Min && !(V == Min)
7211           //   =>  V `Pred` Min
7212           //
7213           // If V `Pred` Min implies LHS `Pred` RHS, we're done.
7214
7215           if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, V, getConstant(Min)))
7216             return true;
7217
7218         default:
7219           // No change
7220           break;
7221       }
7222     }
7223   }
7224
7225   // Check whether the actual condition is beyond sufficient.
7226   if (FoundPred == ICmpInst::ICMP_EQ)
7227     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
7228       if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
7229         return true;
7230   if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
7231     if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(FoundPred))
7232       if (isImpliedCondOperands(FoundPred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
7233         return true;
7234
7235   // Otherwise assume the worst.
7236   return false;
7237 }
7238
7239 /// isImpliedCondOperands - Test whether the condition described by Pred,
7240 /// LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred, FoundLHS,
7241 /// and FoundRHS is true.
7242 bool ScalarEvolution::isImpliedCondOperands(ICmpInst::Predicate Pred,
7243                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
7244                                             const SCEV *FoundLHS,
7245                                             const SCEV *FoundRHS) {
7246   if (isImpliedCondOperandsViaRanges(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
7247     return true;
7248
7249   return isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
7250                                      FoundLHS, FoundRHS) ||
7251          // ~x < ~y --> x > y
7252          isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
7253                                      getNotSCEV(FoundRHS),
7254                                      getNotSCEV(FoundLHS));
7255 }
7256
7257
7258 /// If Expr computes ~A, return A else return nullptr
7259 static const SCEV *MatchNotExpr(const SCEV *Expr) {
7260   const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr);
7261   if (!Add || Add->getNumOperands() != 2) return nullptr;
7262
7263   const SCEVConstant *AddLHS = dyn_cast<SCEVConstant>(Add->getOperand(0));
7264   if (!(AddLHS && AddLHS->getValue()->getValue().isAllOnesValue()))
7265     return nullptr;
7266
7267   const SCEVMulExpr *AddRHS = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Add->getOperand(1));
7268   if (!AddRHS || AddRHS->getNumOperands() != 2) return nullptr;
7269
7270   const SCEVConstant *MulLHS = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRHS->getOperand(0));
7271   if (!(MulLHS && MulLHS->getValue()->getValue().isAllOnesValue()))
7272     return nullptr;
7273
7274   return AddRHS->getOperand(1);
7275 }
7276
7277
7278 /// Is MaybeMaxExpr an SMax or UMax of Candidate and some other values?
7279 template<typename MaxExprType>
7280 static bool IsMaxConsistingOf(const SCEV *MaybeMaxExpr,
7281                               const SCEV *Candidate) {
7282   const MaxExprType *MaxExpr = dyn_cast<MaxExprType>(MaybeMaxExpr);
7283   if (!MaxExpr) return false;
7284
7285   auto It = std::find(MaxExpr->op_begin(), MaxExpr->op_end(), Candidate);
7286   return It != MaxExpr->op_end();
7287 }
7288
7289
7290 /// Is MaybeMinExpr an SMin or UMin of Candidate and some other values?
7291 template<typename MaxExprType>
7292 static bool IsMinConsistingOf(ScalarEvolution &SE,
7293                               const SCEV *MaybeMinExpr,
7294                               const SCEV *Candidate) {
7295   const SCEV *MaybeMaxExpr = MatchNotExpr(MaybeMinExpr);
7296   if (!MaybeMaxExpr)
7297     return false;
7298
7299   return IsMaxConsistingOf<MaxExprType>(MaybeMaxExpr, SE.getNotSCEV(Candidate));
7300 }
7301
7302
7303 /// Is LHS `Pred` RHS true on the virtue of LHS or RHS being a Min or Max
7304 /// expression?
7305 static bool IsKnownPredicateViaMinOrMax(ScalarEvolution &SE,
7306                                         ICmpInst::Predicate Pred,
7307                                         const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
7308   switch (Pred) {
7309   default:
7310     return false;
7311
7312   case ICmpInst::ICMP_SGE:
7313     std::swap(LHS, RHS);
7314     // fall through
7315   case ICmpInst::ICMP_SLE:
7316     return
7317       // min(A, ...) <= A
7318       IsMinConsistingOf<SCEVSMaxExpr>(SE, LHS, RHS) ||
7319       // A <= max(A, ...)
7320       IsMaxConsistingOf<SCEVSMaxExpr>(RHS, LHS);
7321
7322   case ICmpInst::ICMP_UGE:
7323     std::swap(LHS, RHS);
7324     // fall through
7325   case ICmpInst::ICMP_ULE:
7326     return
7327       // min(A, ...) <= A
7328       IsMinConsistingOf<SCEVUMaxExpr>(SE, LHS, RHS) ||
7329       // A <= max(A, ...)
7330       IsMaxConsistingOf<SCEVUMaxExpr>(RHS, LHS);
7331   }
7332
7333   llvm_unreachable("covered switch fell through?!");
7334 }
7335
7336 /// isImpliedCondOperandsHelper - Test whether the condition described by
7337 /// Pred, LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred,
7338 /// FoundLHS, and FoundRHS is true.
7339 bool
7340 ScalarEvolution::isImpliedCondOperandsHelper(ICmpInst::Predicate Pred,
7341                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
7342                                              const SCEV *FoundLHS,
7343                                              const SCEV *FoundRHS) {
7344   auto IsKnownPredicateFull =
7345       [this](ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
7346     return isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS) ||
7347         IsKnownPredicateViaMinOrMax(*this, Pred, LHS, RHS);
7348   };
7349
7350   switch (Pred) {
7351   default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
7352   case ICmpInst::ICMP_EQ:
7353   case ICmpInst::ICMP_NE:
7354     if (HasSameValue(LHS, FoundLHS) && HasSameValue(RHS, FoundRHS))
7355       return true;
7356     break;
7357   case ICmpInst::ICMP_SLT:
7358   case ICmpInst::ICMP_SLE:
7359     if (IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_SLE, LHS, FoundLHS) &&
7360         IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_SGE, RHS, FoundRHS))
7361       return true;
7362     break;
7363   case ICmpInst::ICMP_SGT:
7364   case ICmpInst::ICMP_SGE:
7365     if (IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_SGE, LHS, FoundLHS) &&
7366         IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_SLE, RHS, FoundRHS))
7367       return true;
7368     break;
7369   case ICmpInst::ICMP_ULT:
7370   case ICmpInst::ICMP_ULE:
7371     if (IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_ULE, LHS, FoundLHS) &&
7372         IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_UGE, RHS, FoundRHS))
7373       return true;
7374     break;
7375   case ICmpInst::ICMP_UGT:
7376   case ICmpInst::ICMP_UGE:
7377     if (IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_UGE, LHS, FoundLHS) &&
7378         IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_ULE, RHS, FoundRHS))
7379       return true;
7380     break;
7381   }
7382
7383   return false;
7384 }
7385
7386 /// isImpliedCondOperandsViaRanges - helper function for isImpliedCondOperands.
7387 /// Tries to get cases like "X `sgt` 0 => X - 1 `sgt` -1".
7388 bool ScalarEvolution::isImpliedCondOperandsViaRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
7389                                                      const SCEV *LHS,
7390                                                      const SCEV *RHS,
7391                                                      const SCEV *FoundLHS,
7392                                                      const SCEV *FoundRHS) {
7393   if (!isa<SCEVConstant>(RHS) || !isa<SCEVConstant>(FoundRHS))
7394     // The restriction on `FoundRHS` be lifted easily -- it exists only to
7395     // reduce the compile time impact of this optimization.
7396     return false;
7397
7398   const SCEVAddExpr *AddLHS = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS);
7399   if (!AddLHS || AddLHS->getOperand(1) != FoundLHS ||
7400       !isa<SCEVConstant>(AddLHS->getOperand(0)))
7401     return false;
7402
7403   APInt ConstFoundRHS = cast<SCEVConstant>(FoundRHS)->getValue()->getValue();
7404
7405   // `FoundLHSRange` is the range we know `FoundLHS` to be in by virtue of the
7406   // antecedent "`FoundLHS` `Pred` `FoundRHS`".
7407   ConstantRange FoundLHSRange =
7408       ConstantRange::makeAllowedICmpRegion(Pred, ConstFoundRHS);
7409
7410   // Since `LHS` is `FoundLHS` + `AddLHS->getOperand(0)`, we can compute a range
7411   // for `LHS`:
7412   APInt Addend =
7413       cast<SCEVConstant>(AddLHS->getOperand(0))->getValue()->getValue();
7414   ConstantRange LHSRange = FoundLHSRange.add(ConstantRange(Addend));
7415
7416   // We can also compute the range of values for `LHS` that satisfy the
7417   // consequent, "`LHS` `Pred` `RHS`":
7418   APInt ConstRHS = cast<SCEVConstant>(RHS)->getValue()->getValue();
7419   ConstantRange SatisfyingLHSRange =
7420       ConstantRange::makeSatisfyingICmpRegion(Pred, ConstRHS);
7421
7422   // The antecedent implies the consequent if every value of `LHS` that
7423   // satisfies the antecedent also satisfies the consequent.
7424   return SatisfyingLHSRange.contains(LHSRange);
7425 }
7426
7427 // Verify if an linear IV with positive stride can overflow when in a
7428 // less-than comparison, knowing the invariant term of the comparison, the
7429 // stride and the knowledge of NSW/NUW flags on the recurrence.
7430 bool ScalarEvolution::doesIVOverflowOnLT(const SCEV *RHS, const SCEV *Stride,
7431                                          bool IsSigned, bool NoWrap) {
7432   if (NoWrap) return false;
7433
7434   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(RHS->getType());
7435   const SCEV *One = getConstant(Stride->getType(), 1);
7436
7437   if (IsSigned) {
7438     APInt MaxRHS = getSignedRange(RHS).getSignedMax();
7439     APInt MaxValue = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
7440     APInt MaxStrideMinusOne = getSignedRange(getMinusSCEV(Stride, One))
7441                                 .getSignedMax();
7442
7443     // SMaxRHS + SMaxStrideMinusOne > SMaxValue => overflow!
7444     return (MaxValue - MaxStrideMinusOne).slt(MaxRHS);
7445   }
7446
7447   APInt MaxRHS = getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax();
7448   APInt MaxValue = APInt::getMaxValue(BitWidth);
7449   APInt MaxStrideMinusOne = getUnsignedRange(getMinusSCEV(Stride, One))
7450                               .getUnsignedMax();
7451
7452   // UMaxRHS + UMaxStrideMinusOne > UMaxValue => overflow!
7453   return (MaxValue - MaxStrideMinusOne).ult(MaxRHS);
7454 }
7455
7456 // Verify if an linear IV with negative stride can overflow when in a
7457 // greater-than comparison, knowing the invariant term of the comparison,
7458 // the stride and the knowledge of NSW/NUW flags on the recurrence.
7459 bool ScalarEvolution::doesIVOverflowOnGT(const SCEV *RHS, const SCEV *Stride,
7460                                          bool IsSigned, bool NoWrap) {
7461   if (NoWrap) return false;
7462
7463   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(RHS->getType());
7464   const SCEV *One = getConstant(Stride->getType(), 1);
7465
7466   if (IsSigned) {
7467     APInt MinRHS = getSignedRange(RHS).getSignedMin();
7468     APInt MinValue = APInt::getSignedMinValue(BitWidth);
7469     APInt MaxStrideMinusOne = getSignedRange(getMinusSCEV(Stride, One))
7470                                .getSignedMax();
7471
7472     // SMinRHS - SMaxStrideMinusOne < SMinValue => overflow!
7473     return (MinValue + MaxStrideMinusOne).sgt(MinRHS);
7474   }
7475
7476   APInt MinRHS = getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMin();
7477   APInt MinValue = APInt::getMinValue(BitWidth);
7478   APInt MaxStrideMinusOne = getUnsignedRange(getMinusSCEV(Stride, One))
7479                             .getUnsignedMax();
7480
7481   // UMinRHS - UMaxStrideMinusOne < UMinValue => overflow!
7482   return (MinValue + MaxStrideMinusOne).ugt(MinRHS);
7483 }
7484
7485 // Compute the backedge taken count knowing the interval difference, the
7486 // stride and presence of the equality in the comparison.
7487 const SCEV *ScalarEvolution::computeBECount(const SCEV *Delta, const SCEV *Step,
7488                                             bool Equality) {
7489   const SCEV *One = getConstant(Step->getType(), 1);
7490   Delta = Equality ? getAddExpr(Delta, Step)
7491                    : getAddExpr(Delta, getMinusSCEV(Step, One));
7492   return getUDivExpr(Delta, Step);
7493 }
7494
7495 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
7496 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
7497 /// CouldNotCompute.
7498 ///
7499 /// @param ControlsExit is true when the LHS < RHS condition directly controls
7500 /// the branch (loops exits only if condition is true). In this case, we can use
7501 /// NoWrapFlags to skip overflow checks.
7502 ScalarEvolution::ExitLimit
7503 ScalarEvolution::HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
7504                                   const Loop *L, bool IsSigned,
7505                                   bool ControlsExit) {
7506   // We handle only IV < Invariant
7507   if (!isLoopInvariant(RHS, L))
7508     return getCouldNotCompute();
7509
7510   const SCEVAddRecExpr *IV = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
7511
7512   // Avoid weird loops
7513   if (!IV || IV->getLoop() != L || !IV->isAffine())
7514     return getCouldNotCompute();
7515
7516   bool NoWrap = ControlsExit &&
7517                 IV->getNoWrapFlags(IsSigned ? SCEV::FlagNSW : SCEV::FlagNUW);
7518
7519   const SCEV *Stride = IV->getStepRecurrence(*this);
7520
7521   // Avoid negative or zero stride values
7522   if (!isKnownPositive(Stride))
7523     return getCouldNotCompute();
7524
7525   // Avoid proven overflow cases: this will ensure that the backedge taken count
7526   // will not generate any unsigned overflow. Relaxed no-overflow conditions
7527   // exploit NoWrapFlags, allowing to optimize in presence of undefined
7528   // behaviors like the case of C language.
7529   if (!Stride->isOne() && doesIVOverflowOnLT(RHS, Stride, IsSigned, NoWrap))
7530     return getCouldNotCompute();
7531
7532   ICmpInst::Predicate Cond = IsSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT
7533                                       : ICmpInst::ICMP_ULT;
7534   const SCEV *Start = IV->getStart();
7535   const SCEV *End = RHS;
7536   if (!isLoopEntryGuardedByCond(L, Cond, getMinusSCEV(Start, Stride), RHS)) {
7537     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(RHS, Start);
7538     // If we have NoWrap set, then we can assume that the increment won't
7539     // overflow, in which case if RHS - Start is a constant, we don't need to
7540     // do a max operation since we can just figure it out statically
7541     if (NoWrap && isa<SCEVConstant>(Diff)) {
7542       APInt D = dyn_cast<const SCEVConstant>(Diff)->getValue()->getValue();
7543       if (D.isNegative())
7544         End = Start;
7545     } else
7546       End = IsSigned ? getSMaxExpr(RHS, Start)
7547                      : getUMaxExpr(RHS, Start);
7548   }
7549
7550   const SCEV *BECount = computeBECount(getMinusSCEV(End, Start), Stride, false);
7551
7552   APInt MinStart = IsSigned ? getSignedRange(Start).getSignedMin()
7553                             : getUnsignedRange(Start).getUnsignedMin();
7554
7555   APInt MinStride = IsSigned ? getSignedRange(Stride).getSignedMin()
7556                              : getUnsignedRange(Stride).getUnsignedMin();
7557
7558   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(LHS->getType());
7559   APInt Limit = IsSigned ? APInt::getSignedMaxValue(BitWidth) - (MinStride - 1)
7560                          : APInt::getMaxValue(BitWidth) - (MinStride - 1);
7561
7562   // Although End can be a MAX expression we estimate MaxEnd considering only
7563   // the case End = RHS. This is safe because in the other case (End - Start)
7564   // is zero, leading to a zero maximum backedge taken count.
7565   APInt MaxEnd =
7566     IsSigned ? APIntOps::smin(getSignedRange(RHS).getSignedMax(), Limit)
7567              : APIntOps::umin(getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax(), Limit);
7568
7569   const SCEV *MaxBECount;
7570   if (isa<SCEVConstant>(BECount))
7571     MaxBECount = BECount;
7572   else
7573     MaxBECount = computeBECount(getConstant(MaxEnd - MinStart),
7574                                 getConstant(MinStride), false);
7575
7576   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount))
7577     MaxBECount = BECount;
7578
7579   return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
7580 }
7581
7582 ScalarEvolution::ExitLimit
7583 ScalarEvolution::HowManyGreaterThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
7584                                      const Loop *L, bool IsSigned,
7585                                      bool ControlsExit) {
7586   // We handle only IV > Invariant
7587   if (!isLoopInvariant(RHS, L))
7588     return getCouldNotCompute();
7589
7590   const SCEVAddRecExpr *IV = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
7591
7592   // Avoid weird loops
7593   if (!IV || IV->getLoop() != L || !IV->isAffine())
7594     return getCouldNotCompute();
7595
7596   bool NoWrap = ControlsExit &&
7597                 IV->getNoWrapFlags(IsSigned ? SCEV::FlagNSW : SCEV::FlagNUW);
7598
7599   const SCEV *Stride = getNegativeSCEV(IV->getStepRecurrence(*this));
7600
7601   // Avoid negative or zero stride values
7602   if (!isKnownPositive(Stride))
7603     return getCouldNotCompute();
7604
7605   // Avoid proven overflow cases: this will ensure that the backedge taken count
7606   // will not generate any unsigned overflow. Relaxed no-overflow conditions
7607   // exploit NoWrapFlags, allowing to optimize in presence of undefined
7608   // behaviors like the case of C language.
7609   if (!Stride->isOne() && doesIVOverflowOnGT(RHS, Stride, IsSigned, NoWrap))
7610     return getCouldNotCompute();
7611
7612   ICmpInst::Predicate Cond = IsSigned ? ICmpInst::ICMP_SGT
7613                                       : ICmpInst::ICMP_UGT;
7614
7615   const SCEV *Start = IV->getStart();
7616   const SCEV *End = RHS;
7617   if (!isLoopEntryGuardedByCond(L, Cond, getAddExpr(Start, Stride), RHS)) {
7618     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(RHS, Start);
7619     // If we have NoWrap set, then we can assume that the increment won't
7620     // overflow, in which case if RHS - Start is a constant, we don't need to
7621     // do a max operation since we can just figure it out statically
7622     if (NoWrap && isa<SCEVConstant>(Diff)) {
7623       APInt D = dyn_cast<const SCEVConstant>(Diff)->getValue()->getValue();
7624       if (!D.isNegative())
7625         End = Start;
7626     } else
7627       End = IsSigned ? getSMinExpr(RHS, Start)
7628                      : getUMinExpr(RHS, Start);
7629   }
7630
7631   const SCEV *BECount = computeBECount(getMinusSCEV(Start, End), Stride, false);
7632
7633   APInt MaxStart = IsSigned ? getSignedRange(Start).getSignedMax()
7634                             : getUnsignedRange(Start).getUnsignedMax();
7635
7636   APInt MinStride = IsSigned ? getSignedRange(Stride).getSignedMin()
7637                              : getUnsignedRange(Stride).getUnsignedMin();
7638
7639   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(LHS->getType());
7640   APInt Limit = IsSigned ? APInt::getSignedMinValue(BitWidth) + (MinStride - 1)
7641                          : APInt::getMinValue(BitWidth) + (MinStride - 1);
7642
7643   // Although End can be a MIN expression we estimate MinEnd considering only
7644   // the case End = RHS. This is safe because in the other case (Start - End)
7645   // is zero, leading to a zero maximum backedge taken count.
7646   APInt MinEnd =
7647     IsSigned ? APIntOps::smax(getSignedRange(RHS).getSignedMin(), Limit)
7648              : APIntOps::umax(getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMin(), Limit);
7649
7650
7651   const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
7652   if (isa<SCEVConstant>(BECount))
7653     MaxBECount = BECount;
7654   else
7655     MaxBECount = computeBECount(getConstant(MaxStart - MinEnd),
7656                                 getConstant(MinStride), false);
7657
7658   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount))
7659     MaxBECount = BECount;
7660
7661   return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
7662 }
7663
7664 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
7665 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
7666 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
7667 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
7668 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
7669 const SCEV *SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
7670                                                     ScalarEvolution &SE) const {
7671   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
7672     return SE.getCouldNotCompute();
7673
7674   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
7675   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
7676     if (!SC->getValue()->isZero()) {
7677       SmallVector<const SCEV *, 4> Operands(op_begin(), op_end());
7678       Operands[0] = SE.getConstant(SC->getType(), 0);
7679       const SCEV *Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop(),
7680                                              getNoWrapFlags(FlagNW));
7681       if (const SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec =
7682             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
7683         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
7684                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
7685       // This is strange and shouldn't happen.
7686       return SE.getCouldNotCompute();
7687     }
7688
7689   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
7690   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
7691   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
7692     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
7693       return SE.getCouldNotCompute();
7694
7695
7696   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
7697   // that the start element is zero.
7698
7699   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
7700   // iteration exits.
7701   unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(getType());
7702   if (!Range.contains(APInt(BitWidth, 0)))
7703     return SE.getConstant(getType(), 0);
7704
7705   if (isAffine()) {
7706     // If this is an affine expression then we have this situation:
7707     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
7708
7709     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
7710     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
7711     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
7712     // value.  Also note that we already checked for a full range.
7713     APInt One(BitWidth,1);
7714     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
7715     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
7716
7717     // The exit value should be (End+A)/A.
7718     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
7719     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal);
7720
7721     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
7722     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
7723     // things must have happened.
7724     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
7725     if (Range.contains(Val->getValue()))
7726       return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
7727
7728     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
7729     assert(Range.contains(
7730            EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
7731            ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
7732            "Linear scev computation is off in a bad way!");
7733     return SE.getConstant(ExitValue);
7734   } else if (isQuadratic()) {
7735     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
7736     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
7737     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
7738     // Range.getUpper() is crossed.
7739     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(op_begin(), op_end());
7740     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
7741     const SCEV *NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop(),
7742                                              // getNoWrapFlags(FlagNW)
7743                                              FlagAnyWrap);
7744
7745     // Next, solve the constructed addrec
7746     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots =
7747       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
7748     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
7749     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
7750     if (R1) {
7751       // Pick the smallest positive root value.
7752       if (ConstantInt *CB =
7753           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
7754                          R1->getValue(), R2->getValue()))) {
7755         if (!CB->getZExtValue())
7756           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
7757
7758         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
7759         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
7760         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
7761         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
7762                                                              R1->getValue(),
7763                                                              SE);
7764         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
7765           // The next iteration must be out of the range...
7766           ConstantInt *NextVal =
7767                 ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()+1);
7768
7769           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
7770           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
7771             return SE.getConstant(NextVal);
7772           return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
7773         }
7774
7775         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
7776         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
7777         ConstantInt *NextVal =
7778                ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()-1);
7779         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
7780         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
7781           return R1;
7782         return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
7783       }
7784     }
7785   }
7786
7787   return SE.getCouldNotCompute();
7788 }
7789
7790 namespace {
7791 struct FindUndefs {
7792   bool Found;
7793   FindUndefs() : Found(false) {}
7794
7795   bool follow(const SCEV *S) {
7796     if (const SCEVUnknown *C = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
7797       if (isa<UndefValue>(C->getValue()))
7798         Found = true;
7799     } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
7800       if (isa<UndefValue>(C->getValue()))
7801         Found = true;
7802     }
7803
7804     // Keep looking if we haven't found it yet.
7805     return !Found;
7806   }
7807   bool isDone() const {
7808     // Stop recursion if we have found an undef.
7809     return Found;
7810   }
7811 };
7812 }
7813
7814 // Return true when S contains at least an undef value.
7815 static inline bool
7816 containsUndefs(const SCEV *S) {
7817   FindUndefs F;
7818   SCEVTraversal<FindUndefs> ST(F);
7819   ST.visitAll(S);
7820
7821   return F.Found;
7822 }
7823
7824 namespace {
7825 // Collect all steps of SCEV expressions.
7826 struct SCEVCollectStrides {
7827   ScalarEvolution &SE;
7828   SmallVectorImpl<const SCEV *> &Strides;
7829
7830   SCEVCollectStrides(ScalarEvolution &SE, SmallVectorImpl<const SCEV *> &S)
7831       : SE(SE), Strides(S) {}
7832
7833   bool follow(const SCEV *S) {
7834     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
7835       Strides.push_back(AR->getStepRecurrence(SE));
7836     return true;
7837   }
7838   bool isDone() const { return false; }
7839 };
7840
7841 // Collect all SCEVUnknown and SCEVMulExpr expressions.
7842 struct SCEVCollectTerms {
7843   SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms;
7844
7845   SCEVCollectTerms(SmallVectorImpl<const SCEV *> &T)
7846       : Terms(T) {}
7847
7848   bool follow(const SCEV *S) {
7849     if (isa<SCEVUnknown>(S) || isa<SCEVMulExpr>(S)) {
7850       if (!containsUndefs(S))
7851         Terms.push_back(S);
7852
7853       // Stop recursion: once we collected a term, do not walk its operands.
7854       return false;
7855     }
7856
7857     // Keep looking.
7858     return true;
7859   }
7860   bool isDone() const { return false; }
7861 };
7862 }
7863
7864 /// Find parametric terms in this SCEVAddRecExpr.
7865 void ScalarEvolution::collectParametricTerms(const SCEV *Expr,
7866     SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms) {
7867   SmallVector<const SCEV *, 4> Strides;
7868   SCEVCollectStrides StrideCollector(*this, Strides);
7869   visitAll(Expr, StrideCollector);
7870
7871   DEBUG({
7872       dbgs() << "Strides:\n";
7873       for (const SCEV *S : Strides)
7874         dbgs() << *S << "\n";
7875     });
7876
7877   for (const SCEV *S : Strides) {
7878     SCEVCollectTerms TermCollector(Terms);
7879     visitAll(S, TermCollector);
7880   }
7881
7882   DEBUG({
7883       dbgs() << "Terms:\n";
7884       for (const SCEV *T : Terms)
7885         dbgs() << *T << "\n";
7886     });
7887 }
7888
7889 static bool findArrayDimensionsRec(ScalarEvolution &SE,
7890                                    SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms,
7891                                    SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes) {
7892   int Last = Terms.size() - 1;
7893   const SCEV *Step = Terms[Last];
7894
7895   // End of recursion.
7896   if (Last == 0) {
7897     if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Step)) {
7898       SmallVector<const SCEV *, 2> Qs;
7899       for (const SCEV *Op : M->operands())
7900         if (!isa<SCEVConstant>(Op))
7901           Qs.push_back(Op);
7902
7903       Step = SE.getMulExpr(Qs);
7904     }
7905
7906     Sizes.push_back(Step);
7907     return true;
7908   }
7909
7910   for (const SCEV *&Term : Terms) {
7911     // Normalize the terms before the next call to findArrayDimensionsRec.
7912     const SCEV *Q, *R;
7913     SCEVDivision::divide(SE, Term, Step, &Q, &R);
7914
7915     // Bail out when GCD does not evenly divide one of the terms.
7916     if (!R->isZero())
7917       return false;
7918
7919     Term = Q;
7920   }
7921
7922   // Remove all SCEVConstants.
7923   Terms.erase(std::remove_if(Terms.begin(), Terms.end(), [](const SCEV *E) {
7924                 return isa<SCEVConstant>(E);
7925               }),
7926               Terms.end());
7927
7928   if (Terms.size() > 0)
7929     if (!findArrayDimensionsRec(SE, Terms, Sizes))
7930       return false;
7931
7932   Sizes.push_back(Step);
7933   return true;
7934 }
7935
7936 namespace {
7937 struct FindParameter {
7938   bool FoundParameter;
7939   FindParameter() : FoundParameter(false) {}
7940
7941   bool follow(const SCEV *S) {
7942     if (isa<SCEVUnknown>(S)) {
7943       FoundParameter = true;
7944       // Stop recursion: we found a parameter.
7945       return false;
7946     }
7947     // Keep looking.
7948     return true;
7949   }
7950   bool isDone() const {
7951     // Stop recursion if we have found a parameter.
7952     return FoundParameter;
7953   }
7954 };
7955 }
7956
7957 // Returns true when S contains at least a SCEVUnknown parameter.
7958 static inline bool
7959 containsParameters(const SCEV *S) {
7960   FindParameter F;
7961   SCEVTraversal<FindParameter> ST(F);
7962   ST.visitAll(S);
7963
7964   return F.FoundParameter;
7965 }
7966
7967 // Returns true when one of the SCEVs of Terms contains a SCEVUnknown parameter.
7968 static inline bool
7969 containsParameters(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms) {
7970   for (const SCEV *T : Terms)
7971     if (containsParameters(T))
7972       return true;
7973   return false;
7974 }
7975
7976 // Return the number of product terms in S.
7977 static inline int numberOfTerms(const SCEV *S) {
7978   if (const SCEVMulExpr *Expr = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S))
7979     return Expr->getNumOperands();
7980   return 1;
7981 }
7982
7983 static const SCEV *removeConstantFactors(ScalarEvolution &SE, const SCEV *T) {
7984   if (isa<SCEVConstant>(T))
7985     return nullptr;
7986
7987   if (isa<SCEVUnknown>(T))
7988     return T;
7989
7990   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(T)) {
7991     SmallVector<const SCEV *, 2> Factors;
7992     for (const SCEV *Op : M->operands())
7993       if (!isa<SCEVConstant>(Op))
7994         Factors.push_back(Op);
7995
7996     return SE.getMulExpr(Factors);
7997   }
7998
7999   return T;
8000 }
8001
8002 /// Return the size of an element read or written by Inst.
8003 const SCEV *ScalarEvolution::getElementSize(Instruction *Inst) {
8004   Type *Ty;
8005   if (StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
8006     Ty = Store->getValueOperand()->getType();
8007   else if (LoadInst *Load = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
8008     Ty = Load->getType();
8009   else
8010     return nullptr;
8011
8012   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(Ty));
8013   return getSizeOfExpr(ETy, Ty);
8014 }
8015
8016 /// Second step of delinearization: compute the array dimensions Sizes from the
8017 /// set of Terms extracted from the memory access function of this SCEVAddRec.
8018 void ScalarEvolution::findArrayDimensions(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms,
8019                                           SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes,
8020                                           const SCEV *ElementSize) const {
8021
8022   if (Terms.size() < 1 || !ElementSize)
8023     return;
8024
8025   // Early return when Terms do not contain parameters: we do not delinearize
8026   // non parametric SCEVs.
8027   if (!containsParameters(Terms))
8028     return;
8029
8030   DEBUG({
8031       dbgs() << "Terms:\n";
8032       for (const SCEV *T : Terms)
8033         dbgs() << *T << "\n";
8034     });
8035
8036   // Remove duplicates.
8037   std::sort(Terms.begin(), Terms.end());
8038   Terms.erase(std::unique(Terms.begin(), Terms.end()), Terms.end());
8039
8040   // Put larger terms first.
8041   std::sort(Terms.begin(), Terms.end(), [](const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
8042     return numberOfTerms(LHS) > numberOfTerms(RHS);
8043   });
8044
8045   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
8046
8047   // Divide all terms by the element size.
8048   for (const SCEV *&Term : Terms) {
8049     const SCEV *Q, *R;
8050     SCEVDivision::divide(SE, Term, ElementSize, &Q, &R);
8051     Term = Q;
8052   }
8053
8054   SmallVector<const SCEV *, 4> NewTerms;
8055
8056   // Remove constant factors.
8057   for (const SCEV *T : Terms)
8058     if (const SCEV *NewT = removeConstantFactors(SE, T))
8059       NewTerms.push_back(NewT);
8060
8061   DEBUG({
8062       dbgs() << "Terms after sorting:\n";
8063       for (const SCEV *T : NewTerms)
8064         dbgs() << *T << "\n";
8065     });
8066
8067   if (NewTerms.empty() ||
8068       !findArrayDimensionsRec(SE, NewTerms, Sizes)) {
8069     Sizes.clear();
8070     return;
8071   }
8072
8073   // The last element to be pushed into Sizes is the size of an element.
8074   Sizes.push_back(ElementSize);
8075
8076   DEBUG({
8077       dbgs() << "Sizes:\n";
8078       for (const SCEV *S : Sizes)
8079         dbgs() << *S << "\n";
8080     });
8081 }
8082
8083 /// Third step of delinearization: compute the access functions for the
8084 /// Subscripts based on the dimensions in Sizes.
8085 void ScalarEvolution::computeAccessFunctions(
8086     const SCEV *Expr, SmallVectorImpl<const SCEV *> &Subscripts,
8087     SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes) {
8088
8089   // Early exit in case this SCEV is not an affine multivariate function.
8090   if (Sizes.empty())
8091     return;
8092
8093   if (auto AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr))
8094     if (!AR->isAffine())
8095       return;
8096
8097   const SCEV *Res = Expr;
8098   int Last = Sizes.size() - 1;
8099   for (int i = Last; i >= 0; i--) {
8100     const SCEV *Q, *R;
8101     SCEVDivision::divide(*this, Res, Sizes[i], &Q, &R);
8102
8103     DEBUG({
8104         dbgs() << "Res: " << *Res << "\n";
8105         dbgs() << "Sizes[i]: " << *Sizes[i] << "\n";
8106         dbgs() << "Res divided by Sizes[i]:\n";
8107         dbgs() << "Quotient: " << *Q << "\n";
8108         dbgs() << "Remainder: " << *R << "\n";
8109       });
8110
8111     Res = Q;
8112
8113     // Do not record the last subscript corresponding to the size of elements in
8114     // the array.
8115     if (i == Last) {
8116
8117       // Bail out if the remainder is too complex.
8118       if (isa<SCEVAddRecExpr>(R)) {
8119         Subscripts.clear();
8120         Sizes.clear();
8121         return;
8122       }
8123
8124       continue;
8125     }
8126
8127     // Record the access function for the current subscript.
8128     Subscripts.push_back(R);
8129   }
8130
8131   // Also push in last position the remainder of the last division: it will be
8132   // the access function of the innermost dimension.
8133   Subscripts.push_back(Res);
8134
8135   std::reverse(Subscripts.begin(), Subscripts.end());
8136
8137   DEBUG({
8138       dbgs() << "Subscripts:\n";
8139       for (const SCEV *S : Subscripts)
8140         dbgs() << *S << "\n";
8141     });
8142 }
8143
8144 /// Splits the SCEV into two vectors of SCEVs representing the subscripts and
8145 /// sizes of an array access. Returns the remainder of the delinearization that
8146 /// is the offset start of the array.  The SCEV->delinearize algorithm computes
8147 /// the multiples of SCEV coefficients: that is a pattern matching of sub
8148 /// expressions in the stride and base of a SCEV corresponding to the
8149 /// computation of a GCD (greatest common divisor) of base and stride.  When
8150 /// SCEV->delinearize fails, it returns the SCEV unchanged.
8151 ///
8152 /// For example: when analyzing the memory access A[i][j][k] in this loop nest
8153 ///
8154 ///  void foo(long n, long m, long o, double A[n][m][o]) {
8155 ///
8156 ///    for (long i = 0; i < n; i++)
8157 ///      for (long j = 0; j < m; j++)
8158 ///        for (long k = 0; k < o; k++)
8159 ///          A[i][j][k] = 1.0;
8160 ///  }
8161 ///
8162 /// the delinearization input is the following AddRec SCEV:
8163 ///
8164 ///  AddRec: {{{%A,+,(8 * %m * %o)}<%for.i>,+,(8 * %o)}<%for.j>,+,8}<%for.k>
8165 ///
8166 /// From this SCEV, we are able to say that the base offset of the access is %A
8167 /// because it appears as an offset that does not divide any of the strides in
8168 /// the loops:
8169 ///
8170 ///  CHECK: Base offset: %A
8171 ///
8172 /// and then SCEV->delinearize determines the size of some of the dimensions of
8173 /// the array as these are the multiples by which the strides are happening:
8174 ///
8175 ///  CHECK: ArrayDecl[UnknownSize][%m][%o] with elements of sizeof(double) bytes.
8176 ///
8177 /// Note that the outermost dimension remains of UnknownSize because there are
8178 /// no strides that would help identifying the size of the last dimension: when
8179 /// the array has been statically allocated, one could compute the size of that
8180 /// dimension by dividing the overall size of the array by the size of the known
8181 /// dimensions: %m * %o * 8.
8182 ///
8183 /// Finally delinearize provides the access functions for the array reference
8184 /// that does correspond to A[i][j][k] of the above C testcase:
8185 ///
8186 ///  CHECK: ArrayRef[{0,+,1}<%for.i>][{0,+,1}<%for.j>][{0,+,1}<%for.k>]
8187 ///
8188 /// The testcases are checking the output of a function pass:
8189 /// DelinearizationPass that walks through all loads and stores of a function
8190 /// asking for the SCEV of the memory access with respect to all enclosing
8191 /// loops, calling SCEV->delinearize on that and printing the results.
8192
8193 void ScalarEvolution::delinearize(const SCEV *Expr,
8194                                  SmallVectorImpl<const SCEV *> &Subscripts,
8195                                  SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes,
8196                                  const SCEV *ElementSize) {
8197   // First step: collect parametric terms.
8198   SmallVector<const SCEV *, 4> Terms;
8199   collectParametricTerms(Expr, Terms);
8200
8201   if (Terms.empty())
8202     return;
8203
8204   // Second step: find subscript sizes.
8205   findArrayDimensions(Terms, Sizes, ElementSize);
8206
8207   if (Sizes.empty())
8208     return;
8209
8210   // Third step: compute the access functions for each subscript.
8211   computeAccessFunctions(Expr, Subscripts, Sizes);
8212
8213   if (Subscripts.empty())
8214     return;
8215
8216   DEBUG({
8217       dbgs() << "succeeded to delinearize " << *Expr << "\n";
8218       dbgs() << "ArrayDecl[UnknownSize]";
8219       for (const SCEV *S : Sizes)
8220         dbgs() << "[" << *S << "]";
8221
8222       dbgs() << "\nArrayRef";
8223       for (const SCEV *S : Subscripts)
8224         dbgs() << "[" << *S << "]";
8225       dbgs() << "\n";
8226     });
8227 }
8228
8229 //===----------------------------------------------------------------------===//
8230 //                   SCEVCallbackVH Class Implementation
8231 //===----------------------------------------------------------------------===//
8232
8233 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::deleted() {
8234   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
8235   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(getValPtr()))
8236     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
8237   SE->ValueExprMap.erase(getValPtr());
8238   // this now dangles!
8239 }
8240
8241 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::allUsesReplacedWith(Value *V) {
8242   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
8243
8244   // Forget all the expressions associated with users of the old value,
8245   // so that future queries will recompute the expressions using the new
8246   // value.
8247   Value *Old = getValPtr();
8248   SmallVector<User *, 16> Worklist(Old->user_begin(), Old->user_end());
8249   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
8250   while (!Worklist.empty()) {
8251     User *U = Worklist.pop_back_val();
8252     // Deleting the Old value will cause this to dangle. Postpone
8253     // that until everything else is done.
8254     if (U == Old)
8255       continue;
8256     if (!Visited.insert(U).second)
8257       continue;
8258     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U))
8259       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
8260     SE->ValueExprMap.erase(U);
8261     Worklist.insert(Worklist.end(), U->user_begin(), U->user_end());
8262   }
8263   // Delete the Old value.
8264   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Old))
8265     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
8266   SE->ValueExprMap.erase(Old);
8267   // this now dangles!
8268 }
8269
8270 ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *se)
8271   : CallbackVH(V), SE(se) {}
8272
8273 //===----------------------------------------------------------------------===//
8274 //                   ScalarEvolution Class Implementation
8275 //===----------------------------------------------------------------------===//
8276
8277 ScalarEvolution::ScalarEvolution()
8278     : FunctionPass(ID), WalkingBEDominatingConds(false), ValuesAtScopes(64),
8279       LoopDispositions(64), BlockDispositions(64), FirstUnknown(nullptr) {
8280   initializeScalarEvolutionPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
8281 }
8282
8283 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
8284   this->F = &F;
8285   AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
8286   LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
8287   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
8288   DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
8289   return false;
8290 }
8291
8292 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
8293   // Iterate through all the SCEVUnknown instances and call their
8294   // destructors, so that they release their references to their values.
8295   for (SCEVUnknown *U = FirstUnknown; U; U = U->Next)
8296     U->~SCEVUnknown();
8297   FirstUnknown = nullptr;
8298
8299   ValueExprMap.clear();
8300
8301   // Free any extra memory created for ExitNotTakenInfo in the unlikely event
8302   // that a loop had multiple computable exits.
8303   for (DenseMap<const Loop*, BackedgeTakenInfo>::iterator I =
8304          BackedgeTakenCounts.begin(), E = BackedgeTakenCounts.end();
8305        I != E; ++I) {
8306     I->second.clear();
8307   }
8308
8309   assert(PendingLoopPredicates.empty() && "isImpliedCond garbage");
8310   assert(!WalkingBEDominatingConds && "isLoopBackedgeGuardedByCond garbage!");
8311
8312   BackedgeTakenCounts.clear();
8313   ConstantEvolutionLoopExitValue.clear();
8314   ValuesAtScopes.clear();
8315   LoopDispositions.clear();
8316   BlockDispositions.clear();
8317   UnsignedRanges.clear();
8318   SignedRanges.clear();
8319   UniqueSCEVs.clear();
8320   SCEVAllocator.Reset();
8321 }
8322
8323 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
8324   AU.setPreservesAll();
8325   AU.addRequiredTransitive<AssumptionCacheTracker>();
8326   AU.addRequiredTransitive<LoopInfoWrapperPass>();
8327   AU.addRequiredTransitive<DominatorTreeWrapperPass>();
8328   AU.addRequiredTransitive<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
8329 }
8330
8331 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
8332   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getBackedgeTakenCount(L));
8333 }
8334
8335 static void PrintLoopInfo(raw_ostream &OS, ScalarEvolution *SE,
8336                           const Loop *L) {
8337   // Print all inner loops first
8338   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
8339     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
8340
8341   OS << "Loop ";
8342   L->getHeader()->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
8343   OS << ": ";
8344
8345   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
8346   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
8347   if (ExitBlocks.size() != 1)
8348     OS << "<multiple exits> ";
8349
8350   if (SE->hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(L)) {
8351     OS << "backedge-taken count is " << *SE->getBackedgeTakenCount(L);
8352   } else {
8353     OS << "Unpredictable backedge-taken count. ";
8354   }
8355
8356   OS << "\n"
8357         "Loop ";
8358   L->getHeader()->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
8359   OS << ": ";
8360
8361   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(SE->getMaxBackedgeTakenCount(L))) {
8362     OS << "max backedge-taken count is " << *SE->getMaxBackedgeTakenCount(L);
8363   } else {
8364     OS << "Unpredictable max backedge-taken count. ";
8365   }
8366
8367   OS << "\n";
8368 }
8369
8370 void ScalarEvolution::print(raw_ostream &OS, const Module *) const {
8371   // ScalarEvolution's implementation of the print method is to print
8372   // out SCEV values of all instructions that are interesting. Doing
8373   // this potentially causes it to create new SCEV objects though,
8374   // which technically conflicts with the const qualifier. This isn't
8375   // observable from outside the class though, so casting away the
8376   // const isn't dangerous.
8377   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
8378
8379   OS << "Classifying expressions for: ";
8380   F->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
8381   OS << "\n";
8382   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
8383     if (isSCEVable(I->getType()) && !isa<CmpInst>(*I)) {
8384       OS << *I << '\n';
8385       OS << "  -->  ";
8386       const SCEV *SV = SE.getSCEV(&*I);
8387       SV->print(OS);
8388       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(SV)) {
8389         OS << " U: ";
8390         SE.getUnsignedRange(SV).print(OS);
8391         OS << " S: ";
8392         SE.getSignedRange(SV).print(OS);
8393       }
8394
8395       const Loop *L = LI->getLoopFor((*I).getParent());
8396
8397       const SCEV *AtUse = SE.getSCEVAtScope(SV, L);
8398       if (AtUse != SV) {
8399         OS << "  -->  ";
8400         AtUse->print(OS);
8401         if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(AtUse)) {
8402           OS << " U: ";
8403           SE.getUnsignedRange(AtUse).print(OS);
8404           OS << " S: ";
8405           SE.getSignedRange(AtUse).print(OS);
8406         }
8407       }
8408
8409       if (L) {
8410         OS << "\t\t" "Exits: ";
8411         const SCEV *ExitValue = SE.getSCEVAtScope(SV, L->getParentLoop());
8412         if (!SE.isLoopInvariant(ExitValue, L)) {
8413           OS << "<<Unknown>>";
8414         } else {
8415           OS << *ExitValue;
8416         }
8417       }
8418
8419       OS << "\n";
8420     }
8421
8422   OS << "Determining loop execution counts for: ";
8423   F->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
8424   OS << "\n";
8425   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
8426     PrintLoopInfo(OS, &SE, *I);
8427 }
8428
8429 ScalarEvolution::LoopDisposition
8430 ScalarEvolution::getLoopDisposition(const SCEV *S, const Loop *L) {
8431   auto &Values = LoopDispositions[S];
8432   for (auto &V : Values) {
8433     if (V.getPointer() == L)
8434       return V.getInt();
8435   }
8436   Values.emplace_back(L, LoopVariant);
8437   LoopDisposition D = computeLoopDisposition(S, L);
8438   auto &Values2 = LoopDispositions[S];
8439   for (auto &V : make_range(Values2.rbegin(), Values2.rend())) {
8440     if (V.getPointer() == L) {
8441       V.setInt(D);
8442       break;
8443     }
8444   }
8445   return D;
8446 }
8447
8448 ScalarEvolution::LoopDisposition
8449 ScalarEvolution::computeLoopDisposition(const SCEV *S, const Loop *L) {
8450   switch (static_cast<SCEVTypes>(S->getSCEVType())) {
8451   case scConstant:
8452     return LoopInvariant;
8453   case scTruncate:
8454   case scZeroExtend:
8455   case scSignExtend:
8456     return getLoopDisposition(cast<SCEVCastExpr>(S)->getOperand(), L);
8457   case scAddRecExpr: {
8458     const SCEVAddRecExpr *AR = cast<SCEVAddRecExpr>(S);
8459
8460     // If L is the addrec's loop, it's computable.
8461     if (AR->getLoop() == L)
8462       return LoopComputable;
8463
8464     // Add recurrences are never invariant in the function-body (null loop).
8465     if (!L)
8466       return LoopVariant;
8467
8468     // This recurrence is variant w.r.t. L if L contains AR's loop.
8469     if (L->contains(AR->getLoop()))
8470       return LoopVariant;
8471
8472     // This recurrence is invariant w.r.t. L if AR's loop contains L.
8473     if (AR->getLoop()->contains(L))
8474       return LoopInvariant;
8475
8476     // This recurrence is variant w.r.t. L if any of its operands
8477     // are variant.
8478     for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = AR->op_begin(), E = AR->op_end();
8479          I != E; ++I)
8480       if (!isLoopInvariant(*I, L))
8481         return LoopVariant;
8482
8483     // Otherwise it's loop-invariant.
8484     return LoopInvariant;
8485   }
8486   case scAddExpr:
8487   case scMulExpr:
8488   case scUMaxExpr:
8489   case scSMaxExpr: {
8490     const SCEVNAryExpr *NAry = cast<SCEVNAryExpr>(S);
8491     bool HasVarying = false;
8492     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
8493          I != E; ++I) {
8494       LoopDisposition D = getLoopDisposition(*I, L);
8495       if (D == LoopVariant)
8496         return LoopVariant;
8497       if (D == LoopComputable)
8498         HasVarying = true;
8499     }
8500     return HasVarying ? LoopComputable : LoopInvariant;
8501   }
8502   case scUDivExpr: {
8503     const SCEVUDivExpr *UDiv = cast<SCEVUDivExpr>(S);
8504     LoopDisposition LD = getLoopDisposition(UDiv->getLHS(), L);
8505     if (LD == LoopVariant)
8506       return LoopVariant;
8507     LoopDisposition RD = getLoopDisposition(UDiv->getRHS(), L);
8508     if (RD == LoopVariant)
8509       return LoopVariant;
8510     return (LD == LoopInvariant && RD == LoopInvariant) ?
8511            LoopInvariant : LoopComputable;
8512   }
8513   case scUnknown:
8514     // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
8515     // invariant if they are not contained in the specified loop.
8516     // Instructions are never considered invariant in the function body
8517     // (null loop) because they are defined within the "loop".
8518     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(cast<SCEVUnknown>(S)->getValue()))
8519       return (L && !L->contains(I)) ? LoopInvariant : LoopVariant;
8520     return LoopInvariant;
8521   case scCouldNotCompute:
8522     llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
8523   }
8524   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
8525 }
8526
8527 bool ScalarEvolution::isLoopInvariant(const SCEV *S, const Loop *L) {
8528   return getLoopDisposition(S, L) == LoopInvariant;
8529 }
8530
8531 bool ScalarEvolution::hasComputableLoopEvolution(const SCEV *S, const Loop *L) {
8532   return getLoopDisposition(S, L) == LoopComputable;
8533 }
8534
8535 ScalarEvolution::BlockDisposition
8536 ScalarEvolution::getBlockDisposition(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
8537   auto &Values = BlockDispositions[S];
8538   for (auto &V : Values) {
8539     if (V.getPointer() == BB)
8540       return V.getInt();
8541   }
8542   Values.emplace_back(BB, DoesNotDominateBlock);
8543   BlockDisposition D = computeBlockDisposition(S, BB);
8544   auto &Values2 = BlockDispositions[S];
8545   for (auto &V : make_range(Values2.rbegin(), Values2.rend())) {
8546     if (V.getPointer() == BB) {
8547       V.setInt(D);
8548       break;
8549     }
8550   }
8551   return D;
8552 }
8553
8554 ScalarEvolution::BlockDisposition
8555 ScalarEvolution::computeBlockDisposition(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
8556   switch (static_cast<SCEVTypes>(S->getSCEVType())) {
8557   case scConstant:
8558     return ProperlyDominatesBlock;
8559   case scTruncate:
8560   case scZeroExtend:
8561   case scSignExtend:
8562     return getBlockDisposition(cast<SCEVCastExpr>(S)->getOperand(), BB);
8563   case scAddRecExpr: {
8564     // This uses a "dominates" query instead of "properly dominates" query
8565     // to test for proper dominance too, because the instruction which
8566     // produces the addrec's value is a PHI, and a PHI effectively properly
8567     // dominates its entire containing block.
8568     const SCEVAddRecExpr *AR = cast<SCEVAddRecExpr>(S);
8569     if (!DT->dominates(AR->getLoop()->getHeader(), BB))
8570       return DoesNotDominateBlock;
8571   }
8572   // FALL THROUGH into SCEVNAryExpr handling.
8573   case scAddExpr:
8574   case scMulExpr:
8575   case scUMaxExpr:
8576   case scSMaxExpr: {
8577     const SCEVNAryExpr *NAry = cast<SCEVNAryExpr>(S);
8578     bool Proper = true;
8579     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
8580          I != E; ++I) {
8581       BlockDisposition D = getBlockDisposition(*I, BB);
8582       if (D == DoesNotDominateBlock)
8583         return DoesNotDominateBlock;
8584       if (D == DominatesBlock)
8585         Proper = false;
8586     }
8587     return Proper ? ProperlyDominatesBlock : DominatesBlock;
8588   }
8589   case scUDivExpr: {
8590     const SCEVUDivExpr *UDiv = cast<SCEVUDivExpr>(S);
8591     const SCEV *LHS = UDiv->getLHS(), *RHS = UDiv->getRHS();
8592     BlockDisposition LD = getBlockDisposition(LHS, BB);
8593     if (LD == DoesNotDominateBlock)
8594       return DoesNotDominateBlock;
8595     BlockDisposition RD = getBlockDisposition(RHS, BB);
8596     if (RD == DoesNotDominateBlock)
8597       return DoesNotDominateBlock;
8598     return (LD == ProperlyDominatesBlock && RD == ProperlyDominatesBlock) ?
8599       ProperlyDominatesBlock : DominatesBlock;
8600   }
8601   case scUnknown:
8602     if (Instruction *I =
8603           dyn_cast<Instruction>(cast<SCEVUnknown>(S)->getValue())) {
8604       if (I->getParent() == BB)
8605         return DominatesBlock;
8606       if (DT->properlyDominates(I->getParent(), BB))
8607         return ProperlyDominatesBlock;
8608       return DoesNotDominateBlock;
8609     }
8610     return ProperlyDominatesBlock;
8611   case scCouldNotCompute:
8612     llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
8613   }
8614   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
8615 }
8616
8617 bool ScalarEvolution::dominates(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
8618   return getBlockDisposition(S, BB) >= DominatesBlock;
8619 }
8620
8621 bool ScalarEvolution::properlyDominates(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
8622   return getBlockDisposition(S, BB) == ProperlyDominatesBlock;
8623 }
8624
8625 namespace {
8626 // Search for a SCEV expression node within an expression tree.
8627 // Implements SCEVTraversal::Visitor.
8628 struct SCEVSearch {
8629   const SCEV *Node;
8630   bool IsFound;
8631
8632   SCEVSearch(const SCEV *N): Node(N), IsFound(false) {}
8633
8634   bool follow(const SCEV *S) {
8635     IsFound |= (S == Node);
8636     return !IsFound;
8637   }
8638   bool isDone() const { return IsFound; }
8639 };
8640 }
8641
8642 bool ScalarEvolution::hasOperand(const SCEV *S, const SCEV *Op) const {
8643   SCEVSearch Search(Op);
8644   visitAll(S, Search);
8645   return Search.IsFound;
8646 }
8647
8648 void ScalarEvolution::forgetMemoizedResults(const SCEV *S) {
8649   ValuesAtScopes.erase(S);
8650   LoopDispositions.erase(S);
8651   BlockDispositions.erase(S);
8652   UnsignedRanges.erase(S);
8653   SignedRanges.erase(S);
8654
8655   for (DenseMap<const Loop*, BackedgeTakenInfo>::iterator I =
8656          BackedgeTakenCounts.begin(), E = BackedgeTakenCounts.end(); I != E; ) {
8657     BackedgeTakenInfo &BEInfo = I->second;
8658     if (BEInfo.hasOperand(S, this)) {
8659       BEInfo.clear();
8660       BackedgeTakenCounts.erase(I++);
8661     }
8662     else
8663       ++I;
8664   }
8665 }
8666
8667 typedef DenseMap<const Loop *, std::string> VerifyMap;
8668
8669 /// replaceSubString - Replaces all occurrences of From in Str with To.
8670 static void replaceSubString(std::string &Str, StringRef From, StringRef To) {
8671   size_t Pos = 0;
8672   while ((Pos = Str.find(From, Pos)) != std::string::npos) {
8673     Str.replace(Pos, From.size(), To.data(), To.size());
8674     Pos += To.size();
8675   }
8676 }
8677
8678 /// getLoopBackedgeTakenCounts - Helper method for verifyAnalysis.
8679 static void
8680 getLoopBackedgeTakenCounts(Loop *L, VerifyMap &Map, ScalarEvolution &SE) {
8681   for (Loop::reverse_iterator I = L->rbegin(), E = L->rend(); I != E; ++I) {
8682     getLoopBackedgeTakenCounts(*I, Map, SE); // recurse.
8683
8684     std::string &S = Map[L];
8685     if (S.empty()) {
8686       raw_string_ostream OS(S);
8687       SE.getBackedgeTakenCount(L)->print(OS);
8688
8689       // false and 0 are semantically equivalent. This can happen in dead loops.
8690       replaceSubString(OS.str(), "false", "0");
8691       // Remove wrap flags, their use in SCEV is highly fragile.
8692       // FIXME: Remove this when SCEV gets smarter about them.
8693       replaceSubString(OS.str(), "<nw>", "");
8694       replaceSubString(OS.str(), "<nsw>", "");
8695       replaceSubString(OS.str(), "<nuw>", "");
8696     }
8697   }
8698 }
8699
8700 void ScalarEvolution::verifyAnalysis() const {
8701   if (!VerifySCEV)
8702     return;
8703
8704   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
8705
8706   // Gather stringified backedge taken counts for all loops using SCEV's caches.
8707   // FIXME: It would be much better to store actual values instead of strings,
8708   //        but SCEV pointers will change if we drop the caches.
8709   VerifyMap BackedgeDumpsOld, BackedgeDumpsNew;
8710   for (LoopInfo::reverse_iterator I = LI->rbegin(), E = LI->rend(); I != E; ++I)
8711     getLoopBackedgeTakenCounts(*I, BackedgeDumpsOld, SE);
8712
8713   // Gather stringified backedge taken counts for all loops without using
8714   // SCEV's caches.
8715   SE.releaseMemory();
8716   for (LoopInfo::reverse_iterator I = LI->rbegin(), E = LI->rend(); I != E; ++I)
8717     getLoopBackedgeTakenCounts(*I, BackedgeDumpsNew, SE);
8718
8719   // Now compare whether they're the same with and without caches. This allows
8720   // verifying that no pass changed the cache.
8721   assert(BackedgeDumpsOld.size() == BackedgeDumpsNew.size() &&
8722          "New loops suddenly appeared!");
8723
8724   for (VerifyMap::iterator OldI = BackedgeDumpsOld.begin(),
8725                            OldE = BackedgeDumpsOld.end(),
8726                            NewI = BackedgeDumpsNew.begin();
8727        OldI != OldE; ++OldI, ++NewI) {
8728     assert(OldI->first == NewI->first && "Loop order changed!");
8729
8730     // Compare the stringified SCEVs. We don't care if undef backedgetaken count
8731     // changes.
8732     // FIXME: We currently ignore SCEV changes from/to CouldNotCompute. This
8733     // means that a pass is buggy or SCEV has to learn a new pattern but is
8734     // usually not harmful.
8735     if (OldI->second != NewI->second &&
8736         OldI->second.find("undef") == std::string::npos &&
8737         NewI->second.find("undef") == std::string::npos &&
8738         OldI->second != "***COULDNOTCOMPUTE***" &&
8739         NewI->second != "***COULDNOTCOMPUTE***") {
8740       dbgs() << "SCEVValidator: SCEV for loop '"
8741              << OldI->first->getHeader()->getName()
8742              << "' changed from '" << OldI->second
8743              << "' to '" << NewI->second << "'!\n";
8744       std::abort();
8745     }
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