Clarify HowFarToZero computation when the step is a positive power of two. Functiona...
[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/AssumptionTracker.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/ValueTracking.h"
72 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
73 #include "llvm/IR/Constants.h"
74 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
75 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
76 #include "llvm/IR/Dominators.h"
77 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
78 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
79 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
80 #include "llvm/IR/InstIterator.h"
81 #include "llvm/IR/Instructions.h"
82 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
83 #include "llvm/IR/Metadata.h"
84 #include "llvm/IR/Operator.h"
85 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
86 #include "llvm/Support/Debug.h"
87 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
88 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
89 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
90 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.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(AssumptionTracker)
120 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
121 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
122 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
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     // Split the Denominator when it is a product.
730     if (const SCEVMulExpr *T = dyn_cast<const SCEVMulExpr>(Denominator)) {
731       const SCEV *Q, *R;
732       *Quotient = Numerator;
733       for (const SCEV *Op : T->operands()) {
734         divide(SE, *Quotient, Op, &Q, &R);
735         *Quotient = Q;
736
737         // Bail out when the Numerator is not divisible by one of the terms of
738         // the Denominator.
739         if (!R->isZero()) {
740           *Quotient = D.Zero;
741           *Remainder = Numerator;
742           return;
743         }
744       }
745       *Remainder = D.Zero;
746       return;
747     }
748
749     D.visit(Numerator);
750     *Quotient = D.Quotient;
751     *Remainder = D.Remainder;
752   }
753
754   // Except in the trivial case described above, we do not know how to divide
755   // Expr by Denominator for the following functions with empty implementation.
756   void visitTruncateExpr(const SCEVTruncateExpr *Numerator) {}
757   void visitZeroExtendExpr(const SCEVZeroExtendExpr *Numerator) {}
758   void visitSignExtendExpr(const SCEVSignExtendExpr *Numerator) {}
759   void visitUDivExpr(const SCEVUDivExpr *Numerator) {}
760   void visitSMaxExpr(const SCEVSMaxExpr *Numerator) {}
761   void visitUMaxExpr(const SCEVUMaxExpr *Numerator) {}
762   void visitUnknown(const SCEVUnknown *Numerator) {}
763   void visitCouldNotCompute(const SCEVCouldNotCompute *Numerator) {}
764
765   void visitConstant(const SCEVConstant *Numerator) {
766     if (const SCEVConstant *D = dyn_cast<SCEVConstant>(Denominator)) {
767       APInt NumeratorVal = Numerator->getValue()->getValue();
768       APInt DenominatorVal = D->getValue()->getValue();
769       uint32_t NumeratorBW = NumeratorVal.getBitWidth();
770       uint32_t DenominatorBW = DenominatorVal.getBitWidth();
771
772       if (NumeratorBW > DenominatorBW)
773         DenominatorVal = DenominatorVal.sext(NumeratorBW);
774       else if (NumeratorBW < DenominatorBW)
775         NumeratorVal = NumeratorVal.sext(DenominatorBW);
776
777       APInt QuotientVal(NumeratorVal.getBitWidth(), 0);
778       APInt RemainderVal(NumeratorVal.getBitWidth(), 0);
779       APInt::sdivrem(NumeratorVal, DenominatorVal, QuotientVal, RemainderVal);
780       Quotient = SE.getConstant(QuotientVal);
781       Remainder = SE.getConstant(RemainderVal);
782       return;
783     }
784   }
785
786   void visitAddRecExpr(const SCEVAddRecExpr *Numerator) {
787     const SCEV *StartQ, *StartR, *StepQ, *StepR;
788     assert(Numerator->isAffine() && "Numerator should be affine");
789     divide(SE, Numerator->getStart(), Denominator, &StartQ, &StartR);
790     divide(SE, Numerator->getStepRecurrence(SE), Denominator, &StepQ, &StepR);
791     Quotient = SE.getAddRecExpr(StartQ, StepQ, Numerator->getLoop(),
792                                 Numerator->getNoWrapFlags());
793     Remainder = SE.getAddRecExpr(StartR, StepR, Numerator->getLoop(),
794                                  Numerator->getNoWrapFlags());
795   }
796
797   void visitAddExpr(const SCEVAddExpr *Numerator) {
798     SmallVector<const SCEV *, 2> Qs, Rs;
799     Type *Ty = Denominator->getType();
800
801     for (const SCEV *Op : Numerator->operands()) {
802       const SCEV *Q, *R;
803       divide(SE, Op, Denominator, &Q, &R);
804
805       // Bail out if types do not match.
806       if (Ty != Q->getType() || Ty != R->getType()) {
807         Quotient = Zero;
808         Remainder = Numerator;
809         return;
810       }
811
812       Qs.push_back(Q);
813       Rs.push_back(R);
814     }
815
816     if (Qs.size() == 1) {
817       Quotient = Qs[0];
818       Remainder = Rs[0];
819       return;
820     }
821
822     Quotient = SE.getAddExpr(Qs);
823     Remainder = SE.getAddExpr(Rs);
824   }
825
826   void visitMulExpr(const SCEVMulExpr *Numerator) {
827     SmallVector<const SCEV *, 2> Qs;
828     Type *Ty = Denominator->getType();
829
830     bool FoundDenominatorTerm = false;
831     for (const SCEV *Op : Numerator->operands()) {
832       // Bail out if types do not match.
833       if (Ty != Op->getType()) {
834         Quotient = Zero;
835         Remainder = Numerator;
836         return;
837       }
838
839       if (FoundDenominatorTerm) {
840         Qs.push_back(Op);
841         continue;
842       }
843
844       // Check whether Denominator divides one of the product operands.
845       const SCEV *Q, *R;
846       divide(SE, Op, Denominator, &Q, &R);
847       if (!R->isZero()) {
848         Qs.push_back(Op);
849         continue;
850       }
851
852       // Bail out if types do not match.
853       if (Ty != Q->getType()) {
854         Quotient = Zero;
855         Remainder = Numerator;
856         return;
857       }
858
859       FoundDenominatorTerm = true;
860       Qs.push_back(Q);
861     }
862
863     if (FoundDenominatorTerm) {
864       Remainder = Zero;
865       if (Qs.size() == 1)
866         Quotient = Qs[0];
867       else
868         Quotient = SE.getMulExpr(Qs);
869       return;
870     }
871
872     if (!isa<SCEVUnknown>(Denominator)) {
873       Quotient = Zero;
874       Remainder = Numerator;
875       return;
876     }
877
878     // The Remainder is obtained by replacing Denominator by 0 in Numerator.
879     ValueToValueMap RewriteMap;
880     RewriteMap[cast<SCEVUnknown>(Denominator)->getValue()] =
881         cast<SCEVConstant>(Zero)->getValue();
882     Remainder = SCEVParameterRewriter::rewrite(Numerator, SE, RewriteMap, true);
883
884     if (Remainder->isZero()) {
885       // The Quotient is obtained by replacing Denominator by 1 in Numerator.
886       RewriteMap[cast<SCEVUnknown>(Denominator)->getValue()] =
887           cast<SCEVConstant>(One)->getValue();
888       Quotient =
889           SCEVParameterRewriter::rewrite(Numerator, SE, RewriteMap, true);
890       return;
891     }
892
893     // Quotient is (Numerator - Remainder) divided by Denominator.
894     const SCEV *Q, *R;
895     const SCEV *Diff = SE.getMinusSCEV(Numerator, Remainder);
896     if (sizeOfSCEV(Diff) > sizeOfSCEV(Numerator)) {
897       // This SCEV does not seem to simplify: fail the division here.
898       Quotient = Zero;
899       Remainder = Numerator;
900       return;
901     }
902     divide(SE, Diff, Denominator, &Q, &R);
903     assert(R == Zero &&
904            "(Numerator - Remainder) should evenly divide Denominator");
905     Quotient = Q;
906   }
907
908 private:
909   SCEVDivision(ScalarEvolution &S, const SCEV *Numerator,
910                const SCEV *Denominator)
911       : SE(S), Denominator(Denominator) {
912     Zero = SE.getConstant(Denominator->getType(), 0);
913     One = SE.getConstant(Denominator->getType(), 1);
914
915     // By default, we don't know how to divide Expr by Denominator.
916     // Providing the default here simplifies the rest of the code.
917     Quotient = Zero;
918     Remainder = Numerator;
919   }
920
921   ScalarEvolution &SE;
922   const SCEV *Denominator, *Quotient, *Remainder, *Zero, *One;
923 };
924
925 }
926
927 //===----------------------------------------------------------------------===//
928 //                      Simple SCEV method implementations
929 //===----------------------------------------------------------------------===//
930
931 /// BinomialCoefficient - Compute BC(It, K).  The result has width W.
932 /// Assume, K > 0.
933 static const SCEV *BinomialCoefficient(const SCEV *It, unsigned K,
934                                        ScalarEvolution &SE,
935                                        Type *ResultTy) {
936   // Handle the simplest case efficiently.
937   if (K == 1)
938     return SE.getTruncateOrZeroExtend(It, ResultTy);
939
940   // We are using the following formula for BC(It, K):
941   //
942   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / K!
943   //
944   // Suppose, W is the bitwidth of the return value.  We must be prepared for
945   // overflow.  Hence, we must assure that the result of our computation is
946   // equal to the accurate one modulo 2^W.  Unfortunately, division isn't
947   // safe in modular arithmetic.
948   //
949   // However, this code doesn't use exactly that formula; the formula it uses
950   // is something like the following, where T is the number of factors of 2 in
951   // K! (i.e. trailing zeros in the binary representation of K!), and ^ is
952   // exponentiation:
953   //
954   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / 2^T / (K! / 2^T)
955   //
956   // This formula is trivially equivalent to the previous formula.  However,
957   // this formula can be implemented much more efficiently.  The trick is that
958   // K! / 2^T is odd, and exact division by an odd number *is* safe in modular
959   // arithmetic.  To do exact division in modular arithmetic, all we have
960   // to do is multiply by the inverse.  Therefore, this step can be done at
961   // width W.
962   //
963   // The next issue is how to safely do the division by 2^T.  The way this
964   // is done is by doing the multiplication step at a width of at least W + T
965   // bits.  This way, the bottom W+T bits of the product are accurate. Then,
966   // when we perform the division by 2^T (which is equivalent to a right shift
967   // by T), the bottom W bits are accurate.  Extra bits are okay; they'll get
968   // truncated out after the division by 2^T.
969   //
970   // In comparison to just directly using the first formula, this technique
971   // is much more efficient; using the first formula requires W * K bits,
972   // but this formula less than W + K bits. Also, the first formula requires
973   // a division step, whereas this formula only requires multiplies and shifts.
974   //
975   // It doesn't matter whether the subtraction step is done in the calculation
976   // width or the input iteration count's width; if the subtraction overflows,
977   // the result must be zero anyway.  We prefer here to do it in the width of
978   // the induction variable because it helps a lot for certain cases; CodeGen
979   // isn't smart enough to ignore the overflow, which leads to much less
980   // efficient code if the width of the subtraction is wider than the native
981   // register width.
982   //
983   // (It's possible to not widen at all by pulling out factors of 2 before
984   // the multiplication; for example, K=2 can be calculated as
985   // It/2*(It+(It*INT_MIN/INT_MIN)+-1). However, it requires
986   // extra arithmetic, so it's not an obvious win, and it gets
987   // much more complicated for K > 3.)
988
989   // Protection from insane SCEVs; this bound is conservative,
990   // but it probably doesn't matter.
991   if (K > 1000)
992     return SE.getCouldNotCompute();
993
994   unsigned W = SE.getTypeSizeInBits(ResultTy);
995
996   // Calculate K! / 2^T and T; we divide out the factors of two before
997   // multiplying for calculating K! / 2^T to avoid overflow.
998   // Other overflow doesn't matter because we only care about the bottom
999   // W bits of the result.
1000   APInt OddFactorial(W, 1);
1001   unsigned T = 1;
1002   for (unsigned i = 3; i <= K; ++i) {
1003     APInt Mult(W, i);
1004     unsigned TwoFactors = Mult.countTrailingZeros();
1005     T += TwoFactors;
1006     Mult = Mult.lshr(TwoFactors);
1007     OddFactorial *= Mult;
1008   }
1009
1010   // We need at least W + T bits for the multiplication step
1011   unsigned CalculationBits = W + T;
1012
1013   // Calculate 2^T, at width T+W.
1014   APInt DivFactor = APInt::getOneBitSet(CalculationBits, T);
1015
1016   // Calculate the multiplicative inverse of K! / 2^T;
1017   // this multiplication factor will perform the exact division by
1018   // K! / 2^T.
1019   APInt Mod = APInt::getSignedMinValue(W+1);
1020   APInt MultiplyFactor = OddFactorial.zext(W+1);
1021   MultiplyFactor = MultiplyFactor.multiplicativeInverse(Mod);
1022   MultiplyFactor = MultiplyFactor.trunc(W);
1023
1024   // Calculate the product, at width T+W
1025   IntegerType *CalculationTy = IntegerType::get(SE.getContext(),
1026                                                       CalculationBits);
1027   const SCEV *Dividend = SE.getTruncateOrZeroExtend(It, CalculationTy);
1028   for (unsigned i = 1; i != K; ++i) {
1029     const SCEV *S = SE.getMinusSCEV(It, SE.getConstant(It->getType(), i));
1030     Dividend = SE.getMulExpr(Dividend,
1031                              SE.getTruncateOrZeroExtend(S, CalculationTy));
1032   }
1033
1034   // Divide by 2^T
1035   const SCEV *DivResult = SE.getUDivExpr(Dividend, SE.getConstant(DivFactor));
1036
1037   // Truncate the result, and divide by K! / 2^T.
1038
1039   return SE.getMulExpr(SE.getConstant(MultiplyFactor),
1040                        SE.getTruncateOrZeroExtend(DivResult, ResultTy));
1041 }
1042
1043 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
1044 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
1045 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
1046 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
1047 ///
1048 ///   A*BC(It, 0) + B*BC(It, 1) + C*BC(It, 2) + D*BC(It, 3)
1049 ///
1050 /// where BC(It, k) stands for binomial coefficient.
1051 ///
1052 const SCEV *SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(const SCEV *It,
1053                                                 ScalarEvolution &SE) const {
1054   const SCEV *Result = getStart();
1055   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
1056     // The computation is correct in the face of overflow provided that the
1057     // multiplication is performed _after_ the evaluation of the binomial
1058     // coefficient.
1059     const SCEV *Coeff = BinomialCoefficient(It, i, SE, getType());
1060     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Coeff))
1061       return Coeff;
1062
1063     Result = SE.getAddExpr(Result, SE.getMulExpr(getOperand(i), Coeff));
1064   }
1065   return Result;
1066 }
1067
1068 //===----------------------------------------------------------------------===//
1069 //                    SCEV Expression folder implementations
1070 //===----------------------------------------------------------------------===//
1071
1072 const SCEV *ScalarEvolution::getTruncateExpr(const SCEV *Op,
1073                                              Type *Ty) {
1074   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) > getTypeSizeInBits(Ty) &&
1075          "This is not a truncating conversion!");
1076   assert(isSCEVable(Ty) &&
1077          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1078   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1079
1080   FoldingSetNodeID ID;
1081   ID.AddInteger(scTruncate);
1082   ID.AddPointer(Op);
1083   ID.AddPointer(Ty);
1084   void *IP = nullptr;
1085   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1086
1087   // Fold if the operand is constant.
1088   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1089     return getConstant(
1090       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(), Ty)));
1091
1092   // trunc(trunc(x)) --> trunc(x)
1093   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op))
1094     return getTruncateExpr(ST->getOperand(), Ty);
1095
1096   // trunc(sext(x)) --> sext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
1097   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
1098     return getTruncateOrSignExtend(SS->getOperand(), Ty);
1099
1100   // trunc(zext(x)) --> zext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
1101   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
1102     return getTruncateOrZeroExtend(SZ->getOperand(), Ty);
1103
1104   // trunc(x1+x2+...+xN) --> trunc(x1)+trunc(x2)+...+trunc(xN) if we can
1105   // eliminate all the truncates.
1106   if (const SCEVAddExpr *SA = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Op)) {
1107     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1108     bool hasTrunc = false;
1109     for (unsigned i = 0, e = SA->getNumOperands(); i != e && !hasTrunc; ++i) {
1110       const SCEV *S = getTruncateExpr(SA->getOperand(i), Ty);
1111       hasTrunc = isa<SCEVTruncateExpr>(S);
1112       Operands.push_back(S);
1113     }
1114     if (!hasTrunc)
1115       return getAddExpr(Operands);
1116     UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP);  // Mutates IP, returns NULL.
1117   }
1118
1119   // trunc(x1*x2*...*xN) --> trunc(x1)*trunc(x2)*...*trunc(xN) if we can
1120   // eliminate all the truncates.
1121   if (const SCEVMulExpr *SM = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Op)) {
1122     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1123     bool hasTrunc = false;
1124     for (unsigned i = 0, e = SM->getNumOperands(); i != e && !hasTrunc; ++i) {
1125       const SCEV *S = getTruncateExpr(SM->getOperand(i), Ty);
1126       hasTrunc = isa<SCEVTruncateExpr>(S);
1127       Operands.push_back(S);
1128     }
1129     if (!hasTrunc)
1130       return getMulExpr(Operands);
1131     UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP);  // Mutates IP, returns NULL.
1132   }
1133
1134   // If the input value is a chrec scev, truncate the chrec's operands.
1135   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
1136     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1137     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
1138       Operands.push_back(getTruncateExpr(AddRec->getOperand(i), Ty));
1139     return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap);
1140   }
1141
1142   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node. We can reuse
1143   // the existing insert position since if we get here, we won't have
1144   // made any changes which would invalidate it.
1145   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVTruncateExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1146                                                  Op, Ty);
1147   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1148   return S;
1149 }
1150
1151 const SCEV *ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEV *Op,
1152                                                Type *Ty) {
1153   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1154          "This is not an extending conversion!");
1155   assert(isSCEVable(Ty) &&
1156          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1157   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1158
1159   // Fold if the operand is constant.
1160   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1161     return getConstant(
1162       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(), Ty)));
1163
1164   // zext(zext(x)) --> zext(x)
1165   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
1166     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
1167
1168   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
1169   // computed a SCEV for this Op and Ty.
1170   FoldingSetNodeID ID;
1171   ID.AddInteger(scZeroExtend);
1172   ID.AddPointer(Op);
1173   ID.AddPointer(Ty);
1174   void *IP = nullptr;
1175   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1176
1177   // zext(trunc(x)) --> zext(x) or x or trunc(x)
1178   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1179     // It's possible the bits taken off by the truncate were all zero bits. If
1180     // so, we should be able to simplify this further.
1181     const SCEV *X = ST->getOperand();
1182     ConstantRange CR = getUnsignedRange(X);
1183     unsigned TruncBits = getTypeSizeInBits(ST->getType());
1184     unsigned NewBits = getTypeSizeInBits(Ty);
1185     if (CR.truncate(TruncBits).zeroExtend(NewBits).contains(
1186             CR.zextOrTrunc(NewBits)))
1187       return getTruncateOrZeroExtend(X, Ty);
1188   }
1189
1190   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
1191   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
1192   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
1193   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
1194   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
1195     if (AR->isAffine()) {
1196       const SCEV *Start = AR->getStart();
1197       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
1198       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
1199       const Loop *L = AR->getLoop();
1200
1201       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
1202       // we don't need to do any further analysis.
1203       if (AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW))
1204         return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
1205                              getZeroExtendExpr(Step, Ty),
1206                              L, AR->getNoWrapFlags());
1207
1208       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
1209       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
1210       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
1211       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
1212       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
1213       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
1214       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
1215       // that value once it has finished.
1216       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
1217       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
1218         // Manually compute the final value for AR, checking for
1219         // overflow.
1220
1221         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
1222         // the addrec's type. The count is always unsigned.
1223         const SCEV *CastedMaxBECount =
1224           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
1225         const SCEV *RecastedMaxBECount =
1226           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
1227         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
1228           Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
1229           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no unsigned overflow.
1230           const SCEV *ZMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1231           const SCEV *ZAdd = getZeroExtendExpr(getAddExpr(Start, ZMul), WideTy);
1232           const SCEV *WideStart = getZeroExtendExpr(Start, WideTy);
1233           const SCEV *WideMaxBECount =
1234             getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy);
1235           const SCEV *OperandExtendedAdd =
1236             getAddExpr(WideStart,
1237                        getMulExpr(WideMaxBECount,
1238                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
1239           if (ZAdd == OperandExtendedAdd) {
1240             // Cache knowledge of AR NUW, which is propagated to this AddRec.
1241             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW);
1242             // Return the expression with the addrec on the outside.
1243             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
1244                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
1245                                  L, AR->getNoWrapFlags());
1246           }
1247           // Similar to above, only this time treat the step value as signed.
1248           // This covers loops that count down.
1249           OperandExtendedAdd =
1250             getAddExpr(WideStart,
1251                        getMulExpr(WideMaxBECount,
1252                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
1253           if (ZAdd == OperandExtendedAdd) {
1254             // Cache knowledge of AR NW, which is propagated to this AddRec.
1255             // Negative step causes unsigned wrap, but it still can't self-wrap.
1256             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNW);
1257             // Return the expression with the addrec on the outside.
1258             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
1259                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1260                                  L, AR->getNoWrapFlags());
1261           }
1262         }
1263
1264         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
1265         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
1266         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
1267         // with the post-inc value, the addrec is safe.
1268         if (isKnownPositive(Step)) {
1269           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMinValue(BitWidth) -
1270                                       getUnsignedRange(Step).getUnsignedMax());
1271           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, AR, N) ||
1272               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, Start, N) &&
1273                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT,
1274                                            AR->getPostIncExpr(*this), N))) {
1275             // Cache knowledge of AR NUW, which is propagated to this AddRec.
1276             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW);
1277             // Return the expression with the addrec on the outside.
1278             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
1279                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
1280                                  L, AR->getNoWrapFlags());
1281           }
1282         } else if (isKnownNegative(Step)) {
1283           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth) -
1284                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
1285           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, AR, N) ||
1286               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, Start, N) &&
1287                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT,
1288                                            AR->getPostIncExpr(*this), N))) {
1289             // Cache knowledge of AR NW, which is propagated to this AddRec.
1290             // Negative step causes unsigned wrap, but it still can't self-wrap.
1291             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNW);
1292             // Return the expression with the addrec on the outside.
1293             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
1294                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1295                                  L, AR->getNoWrapFlags());
1296           }
1297         }
1298       }
1299     }
1300
1301   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
1302   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
1303   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1304   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVZeroExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1305                                                    Op, Ty);
1306   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1307   return S;
1308 }
1309
1310 // Get the limit of a recurrence such that incrementing by Step cannot cause
1311 // signed overflow as long as the value of the recurrence within the loop does
1312 // not exceed this limit before incrementing.
1313 static const SCEV *getOverflowLimitForStep(const SCEV *Step,
1314                                            ICmpInst::Predicate *Pred,
1315                                            ScalarEvolution *SE) {
1316   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits(Step->getType());
1317   if (SE->isKnownPositive(Step)) {
1318     *Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
1319     return SE->getConstant(APInt::getSignedMinValue(BitWidth) -
1320                            SE->getSignedRange(Step).getSignedMax());
1321   }
1322   if (SE->isKnownNegative(Step)) {
1323     *Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
1324     return SE->getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth) -
1325                        SE->getSignedRange(Step).getSignedMin());
1326   }
1327   return nullptr;
1328 }
1329
1330 // The recurrence AR has been shown to have no signed wrap. Typically, if we can
1331 // prove NSW for AR, then we can just as easily prove NSW for its preincrement
1332 // or postincrement sibling. This allows normalizing a sign extended AddRec as
1333 // such: {sext(Step + Start),+,Step} => {(Step + sext(Start),+,Step} As a
1334 // result, the expression "Step + sext(PreIncAR)" is congruent with
1335 // "sext(PostIncAR)"
1336 static const SCEV *getPreStartForSignExtend(const SCEVAddRecExpr *AR,
1337                                             Type *Ty,
1338                                             ScalarEvolution *SE) {
1339   const Loop *L = AR->getLoop();
1340   const SCEV *Start = AR->getStart();
1341   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
1342
1343   // Check for a simple looking step prior to loop entry.
1344   const SCEVAddExpr *SA = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Start);
1345   if (!SA)
1346     return nullptr;
1347
1348   // Create an AddExpr for "PreStart" after subtracting Step. Full SCEV
1349   // subtraction is expensive. For this purpose, perform a quick and dirty
1350   // difference, by checking for Step in the operand list.
1351   SmallVector<const SCEV *, 4> DiffOps;
1352   for (const SCEV *Op : SA->operands())
1353     if (Op != Step)
1354       DiffOps.push_back(Op);
1355
1356   if (DiffOps.size() == SA->getNumOperands())
1357     return nullptr;
1358
1359   // This is a postinc AR. Check for overflow on the preinc recurrence using the
1360   // same three conditions that getSignExtendedExpr checks.
1361
1362   // 1. NSW flags on the step increment.
1363   const SCEV *PreStart = SE->getAddExpr(DiffOps, SA->getNoWrapFlags());
1364   const SCEVAddRecExpr *PreAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(
1365     SE->getAddRecExpr(PreStart, Step, L, SCEV::FlagAnyWrap));
1366
1367   if (PreAR && PreAR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW))
1368     return PreStart;
1369
1370   // 2. Direct overflow check on the step operation's expression.
1371   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits(AR->getType());
1372   Type *WideTy = IntegerType::get(SE->getContext(), BitWidth * 2);
1373   const SCEV *OperandExtendedStart =
1374     SE->getAddExpr(SE->getSignExtendExpr(PreStart, WideTy),
1375                    SE->getSignExtendExpr(Step, WideTy));
1376   if (SE->getSignExtendExpr(Start, WideTy) == OperandExtendedStart) {
1377     // Cache knowledge of PreAR NSW.
1378     if (PreAR)
1379       const_cast<SCEVAddRecExpr *>(PreAR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
1380     // FIXME: this optimization needs a unit test
1381     DEBUG(dbgs() << "SCEV: untested prestart overflow check\n");
1382     return PreStart;
1383   }
1384
1385   // 3. Loop precondition.
1386   ICmpInst::Predicate Pred;
1387   const SCEV *OverflowLimit = getOverflowLimitForStep(Step, &Pred, SE);
1388
1389   if (OverflowLimit &&
1390       SE->isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, PreStart, OverflowLimit)) {
1391     return PreStart;
1392   }
1393   return nullptr;
1394 }
1395
1396 // Get the normalized sign-extended expression for this AddRec's Start.
1397 static const SCEV *getSignExtendAddRecStart(const SCEVAddRecExpr *AR,
1398                                             Type *Ty,
1399                                             ScalarEvolution *SE) {
1400   const SCEV *PreStart = getPreStartForSignExtend(AR, Ty, SE);
1401   if (!PreStart)
1402     return SE->getSignExtendExpr(AR->getStart(), Ty);
1403
1404   return SE->getAddExpr(SE->getSignExtendExpr(AR->getStepRecurrence(*SE), Ty),
1405                         SE->getSignExtendExpr(PreStart, Ty));
1406 }
1407
1408 const SCEV *ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEV *Op,
1409                                                Type *Ty) {
1410   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1411          "This is not an extending conversion!");
1412   assert(isSCEVable(Ty) &&
1413          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1414   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1415
1416   // Fold if the operand is constant.
1417   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1418     return getConstant(
1419       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(), Ty)));
1420
1421   // sext(sext(x)) --> sext(x)
1422   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
1423     return getSignExtendExpr(SS->getOperand(), Ty);
1424
1425   // sext(zext(x)) --> zext(x)
1426   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
1427     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
1428
1429   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
1430   // computed a SCEV for this Op and Ty.
1431   FoldingSetNodeID ID;
1432   ID.AddInteger(scSignExtend);
1433   ID.AddPointer(Op);
1434   ID.AddPointer(Ty);
1435   void *IP = nullptr;
1436   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1437
1438   // If the input value is provably positive, build a zext instead.
1439   if (isKnownNonNegative(Op))
1440     return getZeroExtendExpr(Op, Ty);
1441
1442   // sext(trunc(x)) --> sext(x) or x or trunc(x)
1443   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1444     // It's possible the bits taken off by the truncate were all sign bits. If
1445     // so, we should be able to simplify this further.
1446     const SCEV *X = ST->getOperand();
1447     ConstantRange CR = getSignedRange(X);
1448     unsigned TruncBits = getTypeSizeInBits(ST->getType());
1449     unsigned NewBits = getTypeSizeInBits(Ty);
1450     if (CR.truncate(TruncBits).signExtend(NewBits).contains(
1451             CR.sextOrTrunc(NewBits)))
1452       return getTruncateOrSignExtend(X, Ty);
1453   }
1454
1455   // sext(C1 + (C2 * x)) --> C1 + sext(C2 * x) if C1 < C2
1456   if (auto SA = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Op)) {
1457     if (SA->getNumOperands() == 2) {
1458       auto SC1 = dyn_cast<SCEVConstant>(SA->getOperand(0));
1459       auto SMul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SA->getOperand(1));
1460       if (SMul && SC1) {
1461         if (auto SC2 = dyn_cast<SCEVConstant>(SMul->getOperand(0))) {
1462           const APInt &C1 = SC1->getValue()->getValue();
1463           const APInt &C2 = SC2->getValue()->getValue();
1464           if (C1.isStrictlyPositive() && C2.isStrictlyPositive() &&
1465               C2.ugt(C1) && C2.isPowerOf2())
1466             return getAddExpr(getSignExtendExpr(SC1, Ty),
1467                               getSignExtendExpr(SMul, Ty));
1468         }
1469       }
1470     }
1471   }
1472   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
1473   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
1474   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
1475   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
1476   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
1477     if (AR->isAffine()) {
1478       const SCEV *Start = AR->getStart();
1479       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
1480       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
1481       const Loop *L = AR->getLoop();
1482
1483       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
1484       // we don't need to do any further analysis.
1485       if (AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW))
1486         return getAddRecExpr(getSignExtendAddRecStart(AR, Ty, this),
1487                              getSignExtendExpr(Step, Ty),
1488                              L, SCEV::FlagNSW);
1489
1490       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
1491       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
1492       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
1493       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
1494       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
1495       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
1496       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
1497       // that value once it has finished.
1498       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
1499       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
1500         // Manually compute the final value for AR, checking for
1501         // overflow.
1502
1503         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
1504         // the addrec's type. The count is always unsigned.
1505         const SCEV *CastedMaxBECount =
1506           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
1507         const SCEV *RecastedMaxBECount =
1508           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
1509         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
1510           Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
1511           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no signed overflow.
1512           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1513           const SCEV *SAdd = getSignExtendExpr(getAddExpr(Start, SMul), WideTy);
1514           const SCEV *WideStart = getSignExtendExpr(Start, WideTy);
1515           const SCEV *WideMaxBECount =
1516             getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy);
1517           const SCEV *OperandExtendedAdd =
1518             getAddExpr(WideStart,
1519                        getMulExpr(WideMaxBECount,
1520                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
1521           if (SAdd == OperandExtendedAdd) {
1522             // Cache knowledge of AR NSW, which is propagated to this AddRec.
1523             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
1524             // Return the expression with the addrec on the outside.
1525             return getAddRecExpr(getSignExtendAddRecStart(AR, Ty, this),
1526                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1527                                  L, AR->getNoWrapFlags());
1528           }
1529           // Similar to above, only this time treat the step value as unsigned.
1530           // This covers loops that count up with an unsigned step.
1531           OperandExtendedAdd =
1532             getAddExpr(WideStart,
1533                        getMulExpr(WideMaxBECount,
1534                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
1535           if (SAdd == OperandExtendedAdd) {
1536             // Cache knowledge of AR NSW, which is propagated to this AddRec.
1537             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
1538             // Return the expression with the addrec on the outside.
1539             return getAddRecExpr(getSignExtendAddRecStart(AR, Ty, this),
1540                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
1541                                  L, AR->getNoWrapFlags());
1542           }
1543         }
1544
1545         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
1546         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
1547         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
1548         // with the post-inc value, the addrec is safe.
1549         ICmpInst::Predicate Pred;
1550         const SCEV *OverflowLimit = getOverflowLimitForStep(Step, &Pred, this);
1551         if (OverflowLimit &&
1552             (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, AR, OverflowLimit) ||
1553              (isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, Start, OverflowLimit) &&
1554               isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, AR->getPostIncExpr(*this),
1555                                           OverflowLimit)))) {
1556           // Cache knowledge of AR NSW, then propagate NSW to the wide AddRec.
1557           const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
1558           return getAddRecExpr(getSignExtendAddRecStart(AR, Ty, this),
1559                                getSignExtendExpr(Step, Ty),
1560                                L, AR->getNoWrapFlags());
1561         }
1562       }
1563       // If Start and Step are constants, check if we can apply this
1564       // transformation:
1565       // sext{C1,+,C2} --> C1 + sext{0,+,C2} if C1 < C2
1566       auto SC1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Start);
1567       auto SC2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
1568       if (SC1 && SC2) {
1569         const APInt &C1 = SC1->getValue()->getValue();
1570         const APInt &C2 = SC2->getValue()->getValue();
1571         if (C1.isStrictlyPositive() && C2.isStrictlyPositive() && C2.ugt(C1) &&
1572             C2.isPowerOf2()) {
1573           Start = getSignExtendExpr(Start, Ty);
1574           const SCEV *NewAR = getAddRecExpr(getConstant(AR->getType(), 0), Step,
1575                                             L, AR->getNoWrapFlags());
1576           return getAddExpr(Start, getSignExtendExpr(NewAR, Ty));
1577         }
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) SCEVSignExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1585                                                    Op, Ty);
1586   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1587   return S;
1588 }
1589
1590 /// getAnyExtendExpr - Return a SCEV for the given operand extended with
1591 /// unspecified bits out to the given type.
1592 ///
1593 const SCEV *ScalarEvolution::getAnyExtendExpr(const SCEV *Op,
1594                                               Type *Ty) {
1595   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1596          "This is not an extending conversion!");
1597   assert(isSCEVable(Ty) &&
1598          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1599   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1600
1601   // Sign-extend negative constants.
1602   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1603     if (SC->getValue()->getValue().isNegative())
1604       return getSignExtendExpr(Op, Ty);
1605
1606   // Peel off a truncate cast.
1607   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1608     const SCEV *NewOp = T->getOperand();
1609     if (getTypeSizeInBits(NewOp->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty))
1610       return getAnyExtendExpr(NewOp, Ty);
1611     return getTruncateOrNoop(NewOp, Ty);
1612   }
1613
1614   // Next try a zext cast. If the cast is folded, use it.
1615   const SCEV *ZExt = getZeroExtendExpr(Op, Ty);
1616   if (!isa<SCEVZeroExtendExpr>(ZExt))
1617     return ZExt;
1618
1619   // Next try a sext cast. If the cast is folded, use it.
1620   const SCEV *SExt = getSignExtendExpr(Op, Ty);
1621   if (!isa<SCEVSignExtendExpr>(SExt))
1622     return SExt;
1623
1624   // Force the cast to be folded into the operands of an addrec.
1625   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
1626     SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
1627     for (const SCEV *Op : AR->operands())
1628       Ops.push_back(getAnyExtendExpr(Op, Ty));
1629     return getAddRecExpr(Ops, AR->getLoop(), SCEV::FlagNW);
1630   }
1631
1632   // If the expression is obviously signed, use the sext cast value.
1633   if (isa<SCEVSMaxExpr>(Op))
1634     return SExt;
1635
1636   // Absent any other information, use the zext cast value.
1637   return ZExt;
1638 }
1639
1640 /// CollectAddOperandsWithScales - Process the given Ops list, which is
1641 /// a list of operands to be added under the given scale, update the given
1642 /// map. This is a helper function for getAddRecExpr. As an example of
1643 /// what it does, given a sequence of operands that would form an add
1644 /// expression like this:
1645 ///
1646 ///    m + n + 13 + (A * (o + p + (B * (q + m + 29)))) + r + (-1 * r)
1647 ///
1648 /// where A and B are constants, update the map with these values:
1649 ///
1650 ///    (m, 1+A*B), (n, 1), (o, A), (p, A), (q, A*B), (r, 0)
1651 ///
1652 /// and add 13 + A*B*29 to AccumulatedConstant.
1653 /// This will allow getAddRecExpr to produce this:
1654 ///
1655 ///    13+A*B*29 + n + (m * (1+A*B)) + ((o + p) * A) + (q * A*B)
1656 ///
1657 /// This form often exposes folding opportunities that are hidden in
1658 /// the original operand list.
1659 ///
1660 /// Return true iff it appears that any interesting folding opportunities
1661 /// may be exposed. This helps getAddRecExpr short-circuit extra work in
1662 /// the common case where no interesting opportunities are present, and
1663 /// is also used as a check to avoid infinite recursion.
1664 ///
1665 static bool
1666 CollectAddOperandsWithScales(DenseMap<const SCEV *, APInt> &M,
1667                              SmallVectorImpl<const SCEV *> &NewOps,
1668                              APInt &AccumulatedConstant,
1669                              const SCEV *const *Ops, size_t NumOperands,
1670                              const APInt &Scale,
1671                              ScalarEvolution &SE) {
1672   bool Interesting = false;
1673
1674   // Iterate over the add operands. They are sorted, with constants first.
1675   unsigned i = 0;
1676   while (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1677     ++i;
1678     // Pull a buried constant out to the outside.
1679     if (Scale != 1 || AccumulatedConstant != 0 || C->getValue()->isZero())
1680       Interesting = true;
1681     AccumulatedConstant += Scale * C->getValue()->getValue();
1682   }
1683
1684   // Next comes everything else. We're especially interested in multiplies
1685   // here, but they're in the middle, so just visit the rest with one loop.
1686   for (; i != NumOperands; ++i) {
1687     const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i]);
1688     if (Mul && isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
1689       APInt NewScale =
1690         Scale * cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))->getValue()->getValue();
1691       if (Mul->getNumOperands() == 2 && isa<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1))) {
1692         // A multiplication of a constant with another add; recurse.
1693         const SCEVAddExpr *Add = cast<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1));
1694         Interesting |=
1695           CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1696                                        Add->op_begin(), Add->getNumOperands(),
1697                                        NewScale, SE);
1698       } else {
1699         // A multiplication of a constant with some other value. Update
1700         // the map.
1701         SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
1702         const SCEV *Key = SE.getMulExpr(MulOps);
1703         std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1704           M.insert(std::make_pair(Key, NewScale));
1705         if (Pair.second) {
1706           NewOps.push_back(Pair.first->first);
1707         } else {
1708           Pair.first->second += NewScale;
1709           // The map already had an entry for this value, which may indicate
1710           // a folding opportunity.
1711           Interesting = true;
1712         }
1713       }
1714     } else {
1715       // An ordinary operand. Update the map.
1716       std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1717         M.insert(std::make_pair(Ops[i], Scale));
1718       if (Pair.second) {
1719         NewOps.push_back(Pair.first->first);
1720       } else {
1721         Pair.first->second += Scale;
1722         // The map already had an entry for this value, which may indicate
1723         // a folding opportunity.
1724         Interesting = true;
1725       }
1726     }
1727   }
1728
1729   return Interesting;
1730 }
1731
1732 namespace {
1733   struct APIntCompare {
1734     bool operator()(const APInt &LHS, const APInt &RHS) const {
1735       return LHS.ult(RHS);
1736     }
1737   };
1738 }
1739
1740 /// getAddExpr - Get a canonical add expression, or something simpler if
1741 /// possible.
1742 const SCEV *ScalarEvolution::getAddExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1743                                         SCEV::NoWrapFlags Flags) {
1744   assert(!(Flags & ~(SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW)) &&
1745          "only nuw or nsw allowed");
1746   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
1747   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1748 #ifndef NDEBUG
1749   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
1750   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1751     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
1752            "SCEVAddExpr operand types don't match!");
1753 #endif
1754
1755   // If FlagNSW is true and all the operands are non-negative, infer FlagNUW.
1756   // And vice-versa.
1757   int SignOrUnsignMask = SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW;
1758   SCEV::NoWrapFlags SignOrUnsignWrap = maskFlags(Flags, SignOrUnsignMask);
1759   if (SignOrUnsignWrap && (SignOrUnsignWrap != SignOrUnsignMask)) {
1760     bool All = true;
1761     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = Ops.begin(),
1762          E = Ops.end(); I != E; ++I)
1763       if (!isKnownNonNegative(*I)) {
1764         All = false;
1765         break;
1766       }
1767     if (All) Flags = setFlags(Flags, (SCEV::NoWrapFlags)SignOrUnsignMask);
1768   }
1769
1770   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1771   GroupByComplexity(Ops, LI);
1772
1773   // If there are any constants, fold them together.
1774   unsigned Idx = 0;
1775   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1776     ++Idx;
1777     assert(Idx < Ops.size());
1778     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1779       // We found two constants, fold them together!
1780       Ops[0] = getConstant(LHSC->getValue()->getValue() +
1781                            RHSC->getValue()->getValue());
1782       if (Ops.size() == 2) return Ops[0];
1783       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1784       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1785     }
1786
1787     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
1788     if (LHSC->getValue()->isZero()) {
1789       Ops.erase(Ops.begin());
1790       --Idx;
1791     }
1792
1793     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1794   }
1795
1796   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list more than
1797   // once.  If so, merge them together into an multiply expression.  Since we
1798   // sorted the list, these values are required to be adjacent.
1799   Type *Ty = Ops[0]->getType();
1800   bool FoundMatch = false;
1801   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-1; ++i)
1802     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
1803       // Scan ahead to count how many equal operands there are.
1804       unsigned Count = 2;
1805       while (i+Count != e && Ops[i+Count] == Ops[i])
1806         ++Count;
1807       // Merge the values into a multiply.
1808       const SCEV *Scale = getConstant(Ty, Count);
1809       const SCEV *Mul = getMulExpr(Scale, Ops[i]);
1810       if (Ops.size() == Count)
1811         return Mul;
1812       Ops[i] = Mul;
1813       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+Count);
1814       --i; e -= Count - 1;
1815       FoundMatch = true;
1816     }
1817   if (FoundMatch)
1818     return getAddExpr(Ops, Flags);
1819
1820   // Check for truncates. If all the operands are truncated from the same
1821   // type, see if factoring out the truncate would permit the result to be
1822   // folded. eg., trunc(x) + m*trunc(n) --> trunc(x + trunc(m)*n)
1823   // if the contents of the resulting outer trunc fold to something simple.
1824   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1825     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]);
1826     Type *DstType = Trunc->getType();
1827     Type *SrcType = Trunc->getOperand()->getType();
1828     SmallVector<const SCEV *, 8> LargeOps;
1829     bool Ok = true;
1830     // Check all the operands to see if they can be represented in the
1831     // source type of the truncate.
1832     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1833       if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[i])) {
1834         if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1835           Ok = false;
1836           break;
1837         }
1838         LargeOps.push_back(T->getOperand());
1839       } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1840         LargeOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
1841       } else if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i])) {
1842         SmallVector<const SCEV *, 8> LargeMulOps;
1843         for (unsigned j = 0, f = M->getNumOperands(); j != f && Ok; ++j) {
1844           if (const SCEVTruncateExpr *T =
1845                 dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(M->getOperand(j))) {
1846             if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1847               Ok = false;
1848               break;
1849             }
1850             LargeMulOps.push_back(T->getOperand());
1851           } else if (const SCEVConstant *C =
1852                        dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(j))) {
1853             LargeMulOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
1854           } else {
1855             Ok = false;
1856             break;
1857           }
1858         }
1859         if (Ok)
1860           LargeOps.push_back(getMulExpr(LargeMulOps));
1861       } else {
1862         Ok = false;
1863         break;
1864       }
1865     }
1866     if (Ok) {
1867       // Evaluate the expression in the larger type.
1868       const SCEV *Fold = getAddExpr(LargeOps, Flags);
1869       // If it folds to something simple, use it. Otherwise, don't.
1870       if (isa<SCEVConstant>(Fold) || isa<SCEVUnknown>(Fold))
1871         return getTruncateExpr(Fold, DstType);
1872     }
1873   }
1874
1875   // Skip past any other cast SCEVs.
1876   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
1877     ++Idx;
1878
1879   // If there are add operands they would be next.
1880   if (Idx < Ops.size()) {
1881     bool DeletedAdd = false;
1882     while (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
1883       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
1884       // list.
1885       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1886       Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
1887       DeletedAdd = true;
1888     }
1889
1890     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
1891     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1892     // any operands we just acquired.
1893     if (DeletedAdd)
1894       return getAddExpr(Ops);
1895   }
1896
1897   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1898   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1899     ++Idx;
1900
1901   // Check to see if there are any folding opportunities present with
1902   // operands multiplied by constant values.
1903   if (Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1904     uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(Ty);
1905     DenseMap<const SCEV *, APInt> M;
1906     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
1907     APInt AccumulatedConstant(BitWidth, 0);
1908     if (CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1909                                      Ops.data(), Ops.size(),
1910                                      APInt(BitWidth, 1), *this)) {
1911       // Some interesting folding opportunity is present, so its worthwhile to
1912       // re-generate the operands list. Group the operands by constant scale,
1913       // to avoid multiplying by the same constant scale multiple times.
1914       std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare> MulOpLists;
1915       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = NewOps.begin(),
1916            E = NewOps.end(); I != E; ++I)
1917         MulOpLists[M.find(*I)->second].push_back(*I);
1918       // Re-generate the operands list.
1919       Ops.clear();
1920       if (AccumulatedConstant != 0)
1921         Ops.push_back(getConstant(AccumulatedConstant));
1922       for (std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare>::iterator
1923            I = MulOpLists.begin(), E = MulOpLists.end(); I != E; ++I)
1924         if (I->first != 0)
1925           Ops.push_back(getMulExpr(getConstant(I->first),
1926                                    getAddExpr(I->second)));
1927       if (Ops.empty())
1928         return getConstant(Ty, 0);
1929       if (Ops.size() == 1)
1930         return Ops[0];
1931       return getAddExpr(Ops);
1932     }
1933   }
1934
1935   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
1936   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
1937   // the multiply.
1938   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1939     const SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
1940     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
1941       const SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
1942       if (isa<SCEVConstant>(MulOpSCEV))
1943         continue;
1944       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
1945         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp]) {
1946           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
1947           const SCEV *InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1948           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1949             // If the multiply has more than two operands, we must get the
1950             // Y*Z term.
1951             SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
1952                                                 Mul->op_begin()+MulOp);
1953             MulOps.append(Mul->op_begin()+MulOp+1, Mul->op_end());
1954             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
1955           }
1956           const SCEV *One = getConstant(Ty, 1);
1957           const SCEV *AddOne = getAddExpr(One, InnerMul);
1958           const SCEV *OuterMul = getMulExpr(AddOne, MulOpSCEV);
1959           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1960           if (AddOp < Idx) {
1961             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
1962             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
1963           } else {
1964             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1965             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
1966           }
1967           Ops.push_back(OuterMul);
1968           return getAddExpr(Ops);
1969         }
1970
1971       // Check this multiply against other multiplies being added together.
1972       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
1973            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1974            ++OtherMulIdx) {
1975         const SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1976         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
1977         // together.
1978         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
1979              OMulOp != e; ++OMulOp)
1980           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
1981             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
1982             const SCEV *InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1983             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1984               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
1985                                                   Mul->op_begin()+MulOp);
1986               MulOps.append(Mul->op_begin()+MulOp+1, Mul->op_end());
1987               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
1988             }
1989             const SCEV *InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
1990             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
1991               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(OtherMul->op_begin(),
1992                                                   OtherMul->op_begin()+OMulOp);
1993               MulOps.append(OtherMul->op_begin()+OMulOp+1, OtherMul->op_end());
1994               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
1995             }
1996             const SCEV *InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
1997             const SCEV *OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
1998             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1999             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2000             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
2001             Ops.push_back(OuterMul);
2002             return getAddExpr(Ops);
2003           }
2004       }
2005     }
2006   }
2007
2008   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
2009   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
2010   // recurrence.
2011   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
2012     ++Idx;
2013
2014   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
2015   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
2016     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
2017     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
2018     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
2019     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
2020     const Loop *AddRecLoop = AddRec->getLoop();
2021     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2022       if (isLoopInvariant(Ops[i], AddRecLoop)) {
2023         LIOps.push_back(Ops[i]);
2024         Ops.erase(Ops.begin()+i);
2025         --i; --e;
2026       }
2027
2028     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
2029     if (!LIOps.empty()) {
2030       //  NLI + LI + {Start,+,Step}  -->  NLI + {LI+Start,+,Step}
2031       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
2032
2033       SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
2034                                              AddRec->op_end());
2035       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
2036
2037       // Build the new addrec. Propagate the NUW and NSW flags if both the
2038       // outer add and the inner addrec are guaranteed to have no overflow.
2039       // Always propagate NW.
2040       Flags = AddRec->getNoWrapFlags(setFlags(Flags, SCEV::FlagNW));
2041       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRecLoop, Flags);
2042
2043       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
2044       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
2045
2046       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-invariant parts.
2047       for (unsigned i = 0;; ++i)
2048         if (Ops[i] == AddRec) {
2049           Ops[i] = NewRec;
2050           break;
2051         }
2052       return getAddExpr(Ops);
2053     }
2054
2055     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
2056     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
2057     // added together.  If so, we can fold them.
2058     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
2059          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
2060          ++OtherIdx)
2061       if (AddRecLoop == cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx])->getLoop()) {
2062         // Other + {A,+,B}<L> + {C,+,D}<L>  -->  Other + {A+C,+,B+D}<L>
2063         SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
2064                                                AddRec->op_end());
2065         for (; OtherIdx != Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
2066              ++OtherIdx)
2067           if (const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec =
2068                 dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]))
2069             if (OtherAddRec->getLoop() == AddRecLoop) {
2070               for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands();
2071                    i != e; ++i) {
2072                 if (i >= AddRecOps.size()) {
2073                   AddRecOps.append(OtherAddRec->op_begin()+i,
2074                                    OtherAddRec->op_end());
2075                   break;
2076                 }
2077                 AddRecOps[i] = getAddExpr(AddRecOps[i],
2078                                           OtherAddRec->getOperand(i));
2079               }
2080               Ops.erase(Ops.begin() + OtherIdx); --OtherIdx;
2081             }
2082         // Step size has changed, so we cannot guarantee no self-wraparound.
2083         Ops[Idx] = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRecLoop, SCEV::FlagAnyWrap);
2084         return getAddExpr(Ops);
2085       }
2086
2087     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
2088     // next one.
2089   }
2090
2091   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
2092   // already have one, otherwise create a new one.
2093   FoldingSetNodeID ID;
2094   ID.AddInteger(scAddExpr);
2095   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2096     ID.AddPointer(Ops[i]);
2097   void *IP = nullptr;
2098   SCEVAddExpr *S =
2099     static_cast<SCEVAddExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2100   if (!S) {
2101     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2102     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2103     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2104                                         O, Ops.size());
2105     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2106   }
2107   S->setNoWrapFlags(Flags);
2108   return S;
2109 }
2110
2111 static uint64_t umul_ov(uint64_t i, uint64_t j, bool &Overflow) {
2112   uint64_t k = i*j;
2113   if (j > 1 && k / j != i) Overflow = true;
2114   return k;
2115 }
2116
2117 /// Compute the result of "n choose k", the binomial coefficient.  If an
2118 /// intermediate computation overflows, Overflow will be set and the return will
2119 /// be garbage. Overflow is not cleared on absence of overflow.
2120 static uint64_t Choose(uint64_t n, uint64_t k, bool &Overflow) {
2121   // We use the multiplicative formula:
2122   //     n(n-1)(n-2)...(n-(k-1)) / k(k-1)(k-2)...1 .
2123   // At each iteration, we take the n-th term of the numeral and divide by the
2124   // (k-n)th term of the denominator.  This division will always produce an
2125   // integral result, and helps reduce the chance of overflow in the
2126   // intermediate computations. However, we can still overflow even when the
2127   // final result would fit.
2128
2129   if (n == 0 || n == k) return 1;
2130   if (k > n) return 0;
2131
2132   if (k > n/2)
2133     k = n-k;
2134
2135   uint64_t r = 1;
2136   for (uint64_t i = 1; i <= k; ++i) {
2137     r = umul_ov(r, n-(i-1), Overflow);
2138     r /= i;
2139   }
2140   return r;
2141 }
2142
2143 /// Determine if any of the operands in this SCEV are a constant or if
2144 /// any of the add or multiply expressions in this SCEV contain a constant.
2145 static bool containsConstantSomewhere(const SCEV *StartExpr) {
2146   SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
2147   Ops.push_back(StartExpr);
2148   while (!Ops.empty()) {
2149     const SCEV *CurrentExpr = Ops.pop_back_val();
2150     if (isa<SCEVConstant>(*CurrentExpr))
2151       return true;
2152
2153     if (isa<SCEVAddExpr>(*CurrentExpr) || isa<SCEVMulExpr>(*CurrentExpr)) {
2154       const auto *CurrentNAry = cast<SCEVNAryExpr>(CurrentExpr);
2155       for (const SCEV *Operand : CurrentNAry->operands())
2156         Ops.push_back(Operand);
2157     }
2158   }
2159   return false;
2160 }
2161
2162 /// getMulExpr - Get a canonical multiply expression, or something simpler if
2163 /// possible.
2164 const SCEV *ScalarEvolution::getMulExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
2165                                         SCEV::NoWrapFlags Flags) {
2166   assert(Flags == maskFlags(Flags, SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW) &&
2167          "only nuw or nsw allowed");
2168   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
2169   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2170 #ifndef NDEBUG
2171   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
2172   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2173     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
2174            "SCEVMulExpr operand types don't match!");
2175 #endif
2176
2177   // If FlagNSW is true and all the operands are non-negative, infer FlagNUW.
2178   // And vice-versa.
2179   int SignOrUnsignMask = SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW;
2180   SCEV::NoWrapFlags SignOrUnsignWrap = maskFlags(Flags, SignOrUnsignMask);
2181   if (SignOrUnsignWrap && (SignOrUnsignWrap != SignOrUnsignMask)) {
2182     bool All = true;
2183     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = Ops.begin(),
2184          E = Ops.end(); I != E; ++I)
2185       if (!isKnownNonNegative(*I)) {
2186         All = false;
2187         break;
2188       }
2189     if (All) Flags = setFlags(Flags, (SCEV::NoWrapFlags)SignOrUnsignMask);
2190   }
2191
2192   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2193   GroupByComplexity(Ops, LI);
2194
2195   // If there are any constants, fold them together.
2196   unsigned Idx = 0;
2197   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2198
2199     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
2200     if (Ops.size() == 2)
2201         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
2202           // If any of Add's ops are Adds or Muls with a constant,
2203           // apply this transformation as well.
2204           if (Add->getNumOperands() == 2)
2205             if (containsConstantSomewhere(Add))
2206               return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
2207                                 getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
2208
2209     ++Idx;
2210     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2211       // We found two constants, fold them together!
2212       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2213                                            LHSC->getValue()->getValue() *
2214                                            RHSC->getValue()->getValue());
2215       Ops[0] = getConstant(Fold);
2216       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2217       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2218       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2219     }
2220
2221     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
2222     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
2223       Ops.erase(Ops.begin());
2224       --Idx;
2225     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
2226       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
2227       return Ops[0];
2228     } else if (Ops[0]->isAllOnesValue()) {
2229       // If we have a mul by -1 of an add, try distributing the -1 among the
2230       // add operands.
2231       if (Ops.size() == 2) {
2232         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1])) {
2233           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
2234           bool AnyFolded = false;
2235           for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = Add->op_begin(),
2236                  E = Add->op_end(); I != E; ++I) {
2237             const SCEV *Mul = getMulExpr(Ops[0], *I);
2238             if (!isa<SCEVMulExpr>(Mul)) AnyFolded = true;
2239             NewOps.push_back(Mul);
2240           }
2241           if (AnyFolded)
2242             return getAddExpr(NewOps);
2243         }
2244         else if (const SCEVAddRecExpr *
2245                  AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[1])) {
2246           // Negation preserves a recurrence's no self-wrap property.
2247           SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2248           for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = AddRec->op_begin(),
2249                  E = AddRec->op_end(); I != E; ++I) {
2250             Operands.push_back(getMulExpr(Ops[0], *I));
2251           }
2252           return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop(),
2253                                AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
2254         }
2255       }
2256     }
2257
2258     if (Ops.size() == 1)
2259       return Ops[0];
2260   }
2261
2262   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
2263   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
2264     ++Idx;
2265
2266   // If there are mul operands inline them all into this expression.
2267   if (Idx < Ops.size()) {
2268     bool DeletedMul = false;
2269     while (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
2270       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
2271       // list.
2272       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2273       Ops.append(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
2274       DeletedMul = true;
2275     }
2276
2277     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
2278     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
2279     // any operands we just acquired.
2280     if (DeletedMul)
2281       return getMulExpr(Ops);
2282   }
2283
2284   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
2285   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
2286   // recurrence.
2287   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
2288     ++Idx;
2289
2290   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
2291   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
2292     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
2293     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
2294     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
2295     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
2296     const Loop *AddRecLoop = AddRec->getLoop();
2297     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2298       if (isLoopInvariant(Ops[i], AddRecLoop)) {
2299         LIOps.push_back(Ops[i]);
2300         Ops.erase(Ops.begin()+i);
2301         --i; --e;
2302       }
2303
2304     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
2305     if (!LIOps.empty()) {
2306       //  NLI * LI * {Start,+,Step}  -->  NLI * {LI*Start,+,LI*Step}
2307       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
2308       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
2309       const SCEV *Scale = getMulExpr(LIOps);
2310       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
2311         NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
2312
2313       // Build the new addrec. Propagate the NUW and NSW flags if both the
2314       // outer mul and the inner addrec are guaranteed to have no overflow.
2315       //
2316       // No self-wrap cannot be guaranteed after changing the step size, but
2317       // will be inferred if either NUW or NSW is true.
2318       Flags = AddRec->getNoWrapFlags(clearFlags(Flags, SCEV::FlagNW));
2319       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRecLoop, Flags);
2320
2321       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
2322       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
2323
2324       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-invariant parts.
2325       for (unsigned i = 0;; ++i)
2326         if (Ops[i] == AddRec) {
2327           Ops[i] = NewRec;
2328           break;
2329         }
2330       return getMulExpr(Ops);
2331     }
2332
2333     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
2334     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
2335     // multiplied together.  If so, we can fold them.
2336
2337     // {A1,+,A2,+,...,+,An}<L> * {B1,+,B2,+,...,+,Bn}<L>
2338     // = {x=1 in [ sum y=x..2x [ sum z=max(y-x, y-n)..min(x,n) [
2339     //       choose(x, 2x)*choose(2x-y, x-z)*A_{y-z}*B_z
2340     //   ]]],+,...up to x=2n}.
2341     // Note that the arguments to choose() are always integers with values
2342     // known at compile time, never SCEV objects.
2343     //
2344     // The implementation avoids pointless extra computations when the two
2345     // addrec's are of different length (mathematically, it's equivalent to
2346     // an infinite stream of zeros on the right).
2347     bool OpsModified = false;
2348     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
2349          OtherIdx != Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
2350          ++OtherIdx) {
2351       const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec =
2352         dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
2353       if (!OtherAddRec || OtherAddRec->getLoop() != AddRecLoop)
2354         continue;
2355
2356       bool Overflow = false;
2357       Type *Ty = AddRec->getType();
2358       bool LargerThan64Bits = getTypeSizeInBits(Ty) > 64;
2359       SmallVector<const SCEV*, 7> AddRecOps;
2360       for (int x = 0, xe = AddRec->getNumOperands() +
2361              OtherAddRec->getNumOperands() - 1; x != xe && !Overflow; ++x) {
2362         const SCEV *Term = getConstant(Ty, 0);
2363         for (int y = x, ye = 2*x+1; y != ye && !Overflow; ++y) {
2364           uint64_t Coeff1 = Choose(x, 2*x - y, Overflow);
2365           for (int z = std::max(y-x, y-(int)AddRec->getNumOperands()+1),
2366                  ze = std::min(x+1, (int)OtherAddRec->getNumOperands());
2367                z < ze && !Overflow; ++z) {
2368             uint64_t Coeff2 = Choose(2*x - y, x-z, Overflow);
2369             uint64_t Coeff;
2370             if (LargerThan64Bits)
2371               Coeff = umul_ov(Coeff1, Coeff2, Overflow);
2372             else
2373               Coeff = Coeff1*Coeff2;
2374             const SCEV *CoeffTerm = getConstant(Ty, Coeff);
2375             const SCEV *Term1 = AddRec->getOperand(y-z);
2376             const SCEV *Term2 = OtherAddRec->getOperand(z);
2377             Term = getAddExpr(Term, getMulExpr(CoeffTerm, Term1,Term2));
2378           }
2379         }
2380         AddRecOps.push_back(Term);
2381       }
2382       if (!Overflow) {
2383         const SCEV *NewAddRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRec->getLoop(),
2384                                               SCEV::FlagAnyWrap);
2385         if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
2386         Ops[Idx] = NewAddRec;
2387         Ops.erase(Ops.begin() + OtherIdx); --OtherIdx;
2388         OpsModified = true;
2389         AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec);
2390         if (!AddRec)
2391           break;
2392       }
2393     }
2394     if (OpsModified)
2395       return getMulExpr(Ops);
2396
2397     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
2398     // next one.
2399   }
2400
2401   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
2402   // already have one, otherwise create a new one.
2403   FoldingSetNodeID ID;
2404   ID.AddInteger(scMulExpr);
2405   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2406     ID.AddPointer(Ops[i]);
2407   void *IP = nullptr;
2408   SCEVMulExpr *S =
2409     static_cast<SCEVMulExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2410   if (!S) {
2411     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2412     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2413     S = new (SCEVAllocator) SCEVMulExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2414                                         O, Ops.size());
2415     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2416   }
2417   S->setNoWrapFlags(Flags);
2418   return S;
2419 }
2420
2421 /// getUDivExpr - Get a canonical unsigned division expression, or something
2422 /// simpler if possible.
2423 const SCEV *ScalarEvolution::getUDivExpr(const SCEV *LHS,
2424                                          const SCEV *RHS) {
2425   assert(getEffectiveSCEVType(LHS->getType()) ==
2426          getEffectiveSCEVType(RHS->getType()) &&
2427          "SCEVUDivExpr operand types don't match!");
2428
2429   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
2430     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
2431       return LHS;                               // X udiv 1 --> x
2432     // If the denominator is zero, the result of the udiv is undefined. Don't
2433     // try to analyze it, because the resolution chosen here may differ from
2434     // the resolution chosen in other parts of the compiler.
2435     if (!RHSC->getValue()->isZero()) {
2436       // Determine if the division can be folded into the operands of
2437       // its operands.
2438       // TODO: Generalize this to non-constants by using known-bits information.
2439       Type *Ty = LHS->getType();
2440       unsigned LZ = RHSC->getValue()->getValue().countLeadingZeros();
2441       unsigned MaxShiftAmt = getTypeSizeInBits(Ty) - LZ - 1;
2442       // For non-power-of-two values, effectively round the value up to the
2443       // nearest power of two.
2444       if (!RHSC->getValue()->getValue().isPowerOf2())
2445         ++MaxShiftAmt;
2446       IntegerType *ExtTy =
2447         IntegerType::get(getContext(), getTypeSizeInBits(Ty) + MaxShiftAmt);
2448       if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
2449         if (const SCEVConstant *Step =
2450             dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*this))) {
2451           // {X,+,N}/C --> {X/C,+,N/C} if safe and N/C can be folded.
2452           const APInt &StepInt = Step->getValue()->getValue();
2453           const APInt &DivInt = RHSC->getValue()->getValue();
2454           if (!StepInt.urem(DivInt) &&
2455               getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
2456               getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
2457                             getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
2458                             AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap)) {
2459             SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2460             for (unsigned i = 0, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
2461               Operands.push_back(getUDivExpr(AR->getOperand(i), RHS));
2462             return getAddRecExpr(Operands, AR->getLoop(),
2463                                  SCEV::FlagNW);
2464           }
2465           /// Get a canonical UDivExpr for a recurrence.
2466           /// {X,+,N}/C => {Y,+,N}/C where Y=X-(X%N). Safe when C%N=0.
2467           // We can currently only fold X%N if X is constant.
2468           const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStart());
2469           if (StartC && !DivInt.urem(StepInt) &&
2470               getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
2471               getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
2472                             getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
2473                             AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap)) {
2474             const APInt &StartInt = StartC->getValue()->getValue();
2475             const APInt &StartRem = StartInt.urem(StepInt);
2476             if (StartRem != 0)
2477               LHS = getAddRecExpr(getConstant(StartInt - StartRem), Step,
2478                                   AR->getLoop(), SCEV::FlagNW);
2479           }
2480         }
2481       // (A*B)/C --> A*(B/C) if safe and B/C can be folded.
2482       if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
2483         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2484         for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i)
2485           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(M->getOperand(i), ExtTy));
2486         if (getZeroExtendExpr(M, ExtTy) == getMulExpr(Operands))
2487           // Find an operand that's safely divisible.
2488           for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2489             const SCEV *Op = M->getOperand(i);
2490             const SCEV *Div = getUDivExpr(Op, RHSC);
2491             if (!isa<SCEVUDivExpr>(Div) && getMulExpr(Div, RHSC) == Op) {
2492               Operands = SmallVector<const SCEV *, 4>(M->op_begin(),
2493                                                       M->op_end());
2494               Operands[i] = Div;
2495               return getMulExpr(Operands);
2496             }
2497           }
2498       }
2499       // (A+B)/C --> (A/C + B/C) if safe and A/C and B/C can be folded.
2500       if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS)) {
2501         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2502         for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i)
2503           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(A->getOperand(i), ExtTy));
2504         if (getZeroExtendExpr(A, ExtTy) == getAddExpr(Operands)) {
2505           Operands.clear();
2506           for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2507             const SCEV *Op = getUDivExpr(A->getOperand(i), RHS);
2508             if (isa<SCEVUDivExpr>(Op) ||
2509                 getMulExpr(Op, RHS) != A->getOperand(i))
2510               break;
2511             Operands.push_back(Op);
2512           }
2513           if (Operands.size() == A->getNumOperands())
2514             return getAddExpr(Operands);
2515         }
2516       }
2517
2518       // Fold if both operands are constant.
2519       if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
2520         Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
2521         Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
2522         return getConstant(cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getUDiv(LHSCV,
2523                                                                    RHSCV)));
2524       }
2525     }
2526   }
2527
2528   FoldingSetNodeID ID;
2529   ID.AddInteger(scUDivExpr);
2530   ID.AddPointer(LHS);
2531   ID.AddPointer(RHS);
2532   void *IP = nullptr;
2533   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2534   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUDivExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2535                                              LHS, RHS);
2536   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2537   return S;
2538 }
2539
2540 static const APInt gcd(const SCEVConstant *C1, const SCEVConstant *C2) {
2541   APInt A = C1->getValue()->getValue().abs();
2542   APInt B = C2->getValue()->getValue().abs();
2543   uint32_t ABW = A.getBitWidth();
2544   uint32_t BBW = B.getBitWidth();
2545
2546   if (ABW > BBW)
2547     B = B.zext(ABW);
2548   else if (ABW < BBW)
2549     A = A.zext(BBW);
2550
2551   return APIntOps::GreatestCommonDivisor(A, B);
2552 }
2553
2554 /// getUDivExactExpr - Get a canonical unsigned division expression, or
2555 /// something simpler if possible. There is no representation for an exact udiv
2556 /// in SCEV IR, but we can attempt to remove factors from the LHS and RHS.
2557 /// We can't do this when it's not exact because the udiv may be clearing bits.
2558 const SCEV *ScalarEvolution::getUDivExactExpr(const SCEV *LHS,
2559                                               const SCEV *RHS) {
2560   // TODO: we could try to find factors in all sorts of things, but for now we
2561   // just deal with u/exact (multiply, constant). See SCEVDivision towards the
2562   // end of this file for inspiration.
2563
2564   const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS);
2565   if (!Mul)
2566     return getUDivExpr(LHS, RHS);
2567
2568   if (const SCEVConstant *RHSCst = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
2569     // If the mulexpr multiplies by a constant, then that constant must be the
2570     // first element of the mulexpr.
2571     if (const SCEVConstant *LHSCst =
2572             dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
2573       if (LHSCst == RHSCst) {
2574         SmallVector<const SCEV *, 2> Operands;
2575         Operands.append(Mul->op_begin() + 1, Mul->op_end());
2576         return getMulExpr(Operands);
2577       }
2578
2579       // We can't just assume that LHSCst divides RHSCst cleanly, it could be
2580       // that there's a factor provided by one of the other terms. We need to
2581       // check.
2582       APInt Factor = gcd(LHSCst, RHSCst);
2583       if (!Factor.isIntN(1)) {
2584         LHSCst = cast<SCEVConstant>(
2585             getConstant(LHSCst->getValue()->getValue().udiv(Factor)));
2586         RHSCst = cast<SCEVConstant>(
2587             getConstant(RHSCst->getValue()->getValue().udiv(Factor)));
2588         SmallVector<const SCEV *, 2> Operands;
2589         Operands.push_back(LHSCst);
2590         Operands.append(Mul->op_begin() + 1, Mul->op_end());
2591         LHS = getMulExpr(Operands);
2592         RHS = RHSCst;
2593         Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS);
2594         if (!Mul)
2595           return getUDivExactExpr(LHS, RHS);
2596       }
2597     }
2598   }
2599
2600   for (int i = 0, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2601     if (Mul->getOperand(i) == RHS) {
2602       SmallVector<const SCEV *, 2> Operands;
2603       Operands.append(Mul->op_begin(), Mul->op_begin() + i);
2604       Operands.append(Mul->op_begin() + i + 1, Mul->op_end());
2605       return getMulExpr(Operands);
2606     }
2607   }
2608
2609   return getUDivExpr(LHS, RHS);
2610 }
2611
2612 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
2613 /// Simplify the expression as much as possible.
2614 const SCEV *ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEV *Start, const SCEV *Step,
2615                                            const Loop *L,
2616                                            SCEV::NoWrapFlags Flags) {
2617   SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2618   Operands.push_back(Start);
2619   if (const SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
2620     if (StepChrec->getLoop() == L) {
2621       Operands.append(StepChrec->op_begin(), StepChrec->op_end());
2622       return getAddRecExpr(Operands, L, maskFlags(Flags, SCEV::FlagNW));
2623     }
2624
2625   Operands.push_back(Step);
2626   return getAddRecExpr(Operands, L, Flags);
2627 }
2628
2629 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
2630 /// Simplify the expression as much as possible.
2631 const SCEV *
2632 ScalarEvolution::getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
2633                                const Loop *L, SCEV::NoWrapFlags Flags) {
2634   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
2635 #ifndef NDEBUG
2636   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Operands[0]->getType());
2637   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2638     assert(getEffectiveSCEVType(Operands[i]->getType()) == ETy &&
2639            "SCEVAddRecExpr operand types don't match!");
2640   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2641     assert(isLoopInvariant(Operands[i], L) &&
2642            "SCEVAddRecExpr operand is not loop-invariant!");
2643 #endif
2644
2645   if (Operands.back()->isZero()) {
2646     Operands.pop_back();
2647     return getAddRecExpr(Operands, L, SCEV::FlagAnyWrap); // {X,+,0}  -->  X
2648   }
2649
2650   // It's tempting to want to call getMaxBackedgeTakenCount count here and
2651   // use that information to infer NUW and NSW flags. However, computing a
2652   // BE count requires calling getAddRecExpr, so we may not yet have a
2653   // meaningful BE count at this point (and if we don't, we'd be stuck
2654   // with a SCEVCouldNotCompute as the cached BE count).
2655
2656   // If FlagNSW is true and all the operands are non-negative, infer FlagNUW.
2657   // And vice-versa.
2658   int SignOrUnsignMask = SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW;
2659   SCEV::NoWrapFlags SignOrUnsignWrap = maskFlags(Flags, SignOrUnsignMask);
2660   if (SignOrUnsignWrap && (SignOrUnsignWrap != SignOrUnsignMask)) {
2661     bool All = true;
2662     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = Operands.begin(),
2663          E = Operands.end(); I != E; ++I)
2664       if (!isKnownNonNegative(*I)) {
2665         All = false;
2666         break;
2667       }
2668     if (All) Flags = setFlags(Flags, (SCEV::NoWrapFlags)SignOrUnsignMask);
2669   }
2670
2671   // Canonicalize nested AddRecs in by nesting them in order of loop depth.
2672   if (const SCEVAddRecExpr *NestedAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Operands[0])) {
2673     const Loop *NestedLoop = NestedAR->getLoop();
2674     if (L->contains(NestedLoop) ?
2675         (L->getLoopDepth() < NestedLoop->getLoopDepth()) :
2676         (!NestedLoop->contains(L) &&
2677          DT->dominates(L->getHeader(), NestedLoop->getHeader()))) {
2678       SmallVector<const SCEV *, 4> NestedOperands(NestedAR->op_begin(),
2679                                                   NestedAR->op_end());
2680       Operands[0] = NestedAR->getStart();
2681       // AddRecs require their operands be loop-invariant with respect to their
2682       // loops. Don't perform this transformation if it would break this
2683       // requirement.
2684       bool AllInvariant = true;
2685       for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2686         if (!isLoopInvariant(Operands[i], L)) {
2687           AllInvariant = false;
2688           break;
2689         }
2690       if (AllInvariant) {
2691         // Create a recurrence for the outer loop with the same step size.
2692         //
2693         // The outer recurrence keeps its NW flag but only keeps NUW/NSW if the
2694         // inner recurrence has the same property.
2695         SCEV::NoWrapFlags OuterFlags =
2696           maskFlags(Flags, SCEV::FlagNW | NestedAR->getNoWrapFlags());
2697
2698         NestedOperands[0] = getAddRecExpr(Operands, L, OuterFlags);
2699         AllInvariant = true;
2700         for (unsigned i = 0, e = NestedOperands.size(); i != e; ++i)
2701           if (!isLoopInvariant(NestedOperands[i], NestedLoop)) {
2702             AllInvariant = false;
2703             break;
2704           }
2705         if (AllInvariant) {
2706           // Ok, both add recurrences are valid after the transformation.
2707           //
2708           // The inner recurrence keeps its NW flag but only keeps NUW/NSW if
2709           // the outer recurrence has the same property.
2710           SCEV::NoWrapFlags InnerFlags =
2711             maskFlags(NestedAR->getNoWrapFlags(), SCEV::FlagNW | Flags);
2712           return getAddRecExpr(NestedOperands, NestedLoop, InnerFlags);
2713         }
2714       }
2715       // Reset Operands to its original state.
2716       Operands[0] = NestedAR;
2717     }
2718   }
2719
2720   // Okay, it looks like we really DO need an addrec expr.  Check to see if we
2721   // already have one, otherwise create a new one.
2722   FoldingSetNodeID ID;
2723   ID.AddInteger(scAddRecExpr);
2724   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2725     ID.AddPointer(Operands[i]);
2726   ID.AddPointer(L);
2727   void *IP = nullptr;
2728   SCEVAddRecExpr *S =
2729     static_cast<SCEVAddRecExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2730   if (!S) {
2731     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Operands.size());
2732     std::uninitialized_copy(Operands.begin(), Operands.end(), O);
2733     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddRecExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2734                                            O, Operands.size(), L);
2735     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2736   }
2737   S->setNoWrapFlags(Flags);
2738   return S;
2739 }
2740
2741 const SCEV *ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEV *LHS,
2742                                          const SCEV *RHS) {
2743   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2744   Ops.push_back(LHS);
2745   Ops.push_back(RHS);
2746   return getSMaxExpr(Ops);
2747 }
2748
2749 const SCEV *
2750 ScalarEvolution::getSMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2751   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
2752   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2753 #ifndef NDEBUG
2754   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
2755   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2756     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
2757            "SCEVSMaxExpr operand types don't match!");
2758 #endif
2759
2760   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2761   GroupByComplexity(Ops, LI);
2762
2763   // If there are any constants, fold them together.
2764   unsigned Idx = 0;
2765   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2766     ++Idx;
2767     assert(Idx < Ops.size());
2768     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2769       // We found two constants, fold them together!
2770       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2771                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
2772                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2773       Ops[0] = getConstant(Fold);
2774       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2775       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2776       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2777     }
2778
2779     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2780     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
2781       Ops.erase(Ops.begin());
2782       --Idx;
2783     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(true)) {
2784       // If we have an smax with a constant maximum-int, it will always be
2785       // maximum-int.
2786       return Ops[0];
2787     }
2788
2789     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2790   }
2791
2792   // Find the first SMax
2793   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
2794     ++Idx;
2795
2796   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
2797   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2798   if (Idx < Ops.size()) {
2799     bool DeletedSMax = false;
2800     while (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2801       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2802       Ops.append(SMax->op_begin(), SMax->op_end());
2803       DeletedSMax = true;
2804     }
2805
2806     if (DeletedSMax)
2807       return getSMaxExpr(Ops);
2808   }
2809
2810   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2811   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2812   // be adjacent.
2813   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2814     //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
2815     //  X smax Y         -->  X, if X is always greater than Y
2816     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
2817         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2818       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
2819       --i; --e;
2820     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SLE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2821       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2822       --i; --e;
2823     }
2824
2825   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2826
2827   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
2828
2829   // Okay, it looks like we really DO need an smax expr.  Check to see if we
2830   // already have one, otherwise create a new one.
2831   FoldingSetNodeID ID;
2832   ID.AddInteger(scSMaxExpr);
2833   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2834     ID.AddPointer(Ops[i]);
2835   void *IP = nullptr;
2836   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2837   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2838   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2839   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2840                                              O, Ops.size());
2841   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2842   return S;
2843 }
2844
2845 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxExpr(const SCEV *LHS,
2846                                          const SCEV *RHS) {
2847   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2848   Ops.push_back(LHS);
2849   Ops.push_back(RHS);
2850   return getUMaxExpr(Ops);
2851 }
2852
2853 const SCEV *
2854 ScalarEvolution::getUMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2855   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty umax!");
2856   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2857 #ifndef NDEBUG
2858   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
2859   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2860     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
2861            "SCEVUMaxExpr operand types don't match!");
2862 #endif
2863
2864   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2865   GroupByComplexity(Ops, LI);
2866
2867   // If there are any constants, fold them together.
2868   unsigned Idx = 0;
2869   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2870     ++Idx;
2871     assert(Idx < Ops.size());
2872     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2873       // We found two constants, fold them together!
2874       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2875                               APIntOps::umax(LHSC->getValue()->getValue(),
2876                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2877       Ops[0] = getConstant(Fold);
2878       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2879       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2880       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2881     }
2882
2883     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2884     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(false)) {
2885       Ops.erase(Ops.begin());
2886       --Idx;
2887     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(false)) {
2888       // If we have an umax with a constant maximum-int, it will always be
2889       // maximum-int.
2890       return Ops[0];
2891     }
2892
2893     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2894   }
2895
2896   // Find the first UMax
2897   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scUMaxExpr)
2898     ++Idx;
2899
2900   // Check to see if one of the operands is a UMax. If so, expand its operands
2901   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2902   if (Idx < Ops.size()) {
2903     bool DeletedUMax = false;
2904     while (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2905       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2906       Ops.append(UMax->op_begin(), UMax->op_end());
2907       DeletedUMax = true;
2908     }
2909
2910     if (DeletedUMax)
2911       return getUMaxExpr(Ops);
2912   }
2913
2914   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2915   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2916   // be adjacent.
2917   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2918     //  X umax Y umax Y  -->  X umax Y
2919     //  X umax Y         -->  X, if X is always greater than Y
2920     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
2921         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_UGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2922       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
2923       --i; --e;
2924     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_ULE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2925       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2926       --i; --e;
2927     }
2928
2929   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2930
2931   assert(!Ops.empty() && "Reduced umax down to nothing!");
2932
2933   // Okay, it looks like we really DO need a umax expr.  Check to see if we
2934   // already have one, otherwise create a new one.
2935   FoldingSetNodeID ID;
2936   ID.AddInteger(scUMaxExpr);
2937   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2938     ID.AddPointer(Ops[i]);
2939   void *IP = nullptr;
2940   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2941   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2942   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2943   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2944                                              O, Ops.size());
2945   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2946   return S;
2947 }
2948
2949 const SCEV *ScalarEvolution::getSMinExpr(const SCEV *LHS,
2950                                          const SCEV *RHS) {
2951   // ~smax(~x, ~y) == smin(x, y).
2952   return getNotSCEV(getSMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2953 }
2954
2955 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinExpr(const SCEV *LHS,
2956                                          const SCEV *RHS) {
2957   // ~umax(~x, ~y) == umin(x, y)
2958   return getNotSCEV(getUMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2959 }
2960
2961 const SCEV *ScalarEvolution::getSizeOfExpr(Type *IntTy, Type *AllocTy) {
2962   // If we have DataLayout, we can bypass creating a target-independent
2963   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
2964   // This is just a compile-time optimization.
2965   if (DL)
2966     return getConstant(IntTy, DL->getTypeAllocSize(AllocTy));
2967
2968   Constant *C = ConstantExpr::getSizeOf(AllocTy);
2969   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2970     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI))
2971       C = Folded;
2972   Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(AllocTy));
2973   assert(Ty == IntTy && "Effective SCEV type doesn't match");
2974   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2975 }
2976
2977 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(Type *IntTy,
2978                                              StructType *STy,
2979                                              unsigned FieldNo) {
2980   // If we have DataLayout, we can bypass creating a target-independent
2981   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
2982   // This is just a compile-time optimization.
2983   if (DL) {
2984     return getConstant(IntTy,
2985                        DL->getStructLayout(STy)->getElementOffset(FieldNo));
2986   }
2987
2988   Constant *C = ConstantExpr::getOffsetOf(STy, FieldNo);
2989   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2990     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI))
2991       C = Folded;
2992
2993   Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(STy));
2994   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2995 }
2996
2997 const SCEV *ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
2998   // Don't attempt to do anything other than create a SCEVUnknown object
2999   // here.  createSCEV only calls getUnknown after checking for all other
3000   // interesting possibilities, and any other code that calls getUnknown
3001   // is doing so in order to hide a value from SCEV canonicalization.
3002
3003   FoldingSetNodeID ID;
3004   ID.AddInteger(scUnknown);
3005   ID.AddPointer(V);
3006   void *IP = nullptr;
3007   if (SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) {
3008     assert(cast<SCEVUnknown>(S)->getValue() == V &&
3009            "Stale SCEVUnknown in uniquing map!");
3010     return S;
3011   }
3012   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUnknown(ID.Intern(SCEVAllocator), V, this,
3013                                             FirstUnknown);
3014   FirstUnknown = cast<SCEVUnknown>(S);
3015   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
3016   return S;
3017 }
3018
3019 //===----------------------------------------------------------------------===//
3020 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
3021 //
3022
3023 /// isSCEVable - Test if values of the given type are analyzable within
3024 /// the SCEV framework. This primarily includes integer types, and it
3025 /// can optionally include pointer types if the ScalarEvolution class
3026 /// has access to target-specific information.
3027 bool ScalarEvolution::isSCEVable(Type *Ty) const {
3028   // Integers and pointers are always SCEVable.
3029   return Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy();
3030 }
3031
3032 /// getTypeSizeInBits - Return the size in bits of the specified type,
3033 /// for which isSCEVable must return true.
3034 uint64_t ScalarEvolution::getTypeSizeInBits(Type *Ty) const {
3035   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
3036
3037   // If we have a DataLayout, use it!
3038   if (DL)
3039     return DL->getTypeSizeInBits(Ty);
3040
3041   // Integer types have fixed sizes.
3042   if (Ty->isIntegerTy())
3043     return Ty->getPrimitiveSizeInBits();
3044
3045   // The only other support type is pointer. Without DataLayout, conservatively
3046   // assume pointers are 64-bit.
3047   assert(Ty->isPointerTy() && "isSCEVable permitted a non-SCEVable type!");
3048   return 64;
3049 }
3050
3051 /// getEffectiveSCEVType - Return a type with the same bitwidth as
3052 /// the given type and which represents how SCEV will treat the given
3053 /// type, for which isSCEVable must return true. For pointer types,
3054 /// this is the pointer-sized integer type.
3055 Type *ScalarEvolution::getEffectiveSCEVType(Type *Ty) const {
3056   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
3057
3058   if (Ty->isIntegerTy()) {
3059     return Ty;
3060   }
3061
3062   // The only other support type is pointer.
3063   assert(Ty->isPointerTy() && "Unexpected non-pointer non-integer type!");
3064
3065   if (DL)
3066     return DL->getIntPtrType(Ty);
3067
3068   // Without DataLayout, conservatively assume pointers are 64-bit.
3069   return Type::getInt64Ty(getContext());
3070 }
3071
3072 const SCEV *ScalarEvolution::getCouldNotCompute() {
3073   return &CouldNotCompute;
3074 }
3075
3076 namespace {
3077   // Helper class working with SCEVTraversal to figure out if a SCEV contains
3078   // a SCEVUnknown with null value-pointer. FindInvalidSCEVUnknown::FindOne
3079   // is set iff if find such SCEVUnknown.
3080   //
3081   struct FindInvalidSCEVUnknown {
3082     bool FindOne;
3083     FindInvalidSCEVUnknown() { FindOne = false; }
3084     bool follow(const SCEV *S) {
3085       switch (static_cast<SCEVTypes>(S->getSCEVType())) {
3086       case scConstant:
3087         return false;
3088       case scUnknown:
3089         if (!cast<SCEVUnknown>(S)->getValue())
3090           FindOne = true;
3091         return false;
3092       default:
3093         return true;
3094       }
3095     }
3096     bool isDone() const { return FindOne; }
3097   };
3098 }
3099
3100 bool ScalarEvolution::checkValidity(const SCEV *S) const {
3101   FindInvalidSCEVUnknown F;
3102   SCEVTraversal<FindInvalidSCEVUnknown> ST(F);
3103   ST.visitAll(S);
3104
3105   return !F.FindOne;
3106 }
3107
3108 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
3109 /// expression and create a new one.
3110 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) {
3111   assert(isSCEVable(V->getType()) && "Value is not SCEVable!");
3112
3113   ValueExprMapType::iterator I = ValueExprMap.find_as(V);
3114   if (I != ValueExprMap.end()) {
3115     const SCEV *S = I->second;
3116     if (checkValidity(S))
3117       return S;
3118     else
3119       ValueExprMap.erase(I);
3120   }
3121   const SCEV *S = createSCEV(V);
3122
3123   // The process of creating a SCEV for V may have caused other SCEVs
3124   // to have been created, so it's necessary to insert the new entry
3125   // from scratch, rather than trying to remember the insert position
3126   // above.
3127   ValueExprMap.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(V, this), S));
3128   return S;
3129 }
3130
3131 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
3132 ///
3133 const SCEV *ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEV *V) {
3134   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
3135     return getConstant(
3136                cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue())));
3137
3138   Type *Ty = V->getType();
3139   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
3140   return getMulExpr(V,
3141                   getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty))));
3142 }
3143
3144 /// getNotSCEV - Return a SCEV corresponding to ~V = -1-V
3145 const SCEV *ScalarEvolution::getNotSCEV(const SCEV *V) {
3146   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
3147     return getConstant(
3148                 cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(VC->getValue())));
3149
3150   Type *Ty = V->getType();
3151   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
3152   const SCEV *AllOnes =
3153                    getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty)));
3154   return getMinusSCEV(AllOnes, V);
3155 }
3156
3157 /// getMinusSCEV - Return LHS-RHS.  Minus is represented in SCEV as A+B*-1.
3158 const SCEV *ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
3159                                           SCEV::NoWrapFlags Flags) {
3160   assert(!maskFlags(Flags, SCEV::FlagNUW) && "subtraction does not have NUW");
3161
3162   // Fast path: X - X --> 0.
3163   if (LHS == RHS)
3164     return getConstant(LHS->getType(), 0);
3165
3166   // X - Y --> X + -Y
3167   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS), Flags);
3168 }
3169
3170 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3171 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
3172 /// extended.
3173 const SCEV *
3174 ScalarEvolution::getTruncateOrZeroExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
3175   Type *SrcTy = V->getType();
3176   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3177          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3178          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
3179   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3180     return V;  // No conversion
3181   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
3182     return getTruncateExpr(V, Ty);
3183   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
3184 }
3185
3186 /// getTruncateOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3187 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
3188 /// extended.
3189 const SCEV *
3190 ScalarEvolution::getTruncateOrSignExtend(const SCEV *V,
3191                                          Type *Ty) {
3192   Type *SrcTy = V->getType();
3193   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3194          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3195          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
3196   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3197     return V;  // No conversion
3198   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
3199     return getTruncateExpr(V, Ty);
3200   return getSignExtendExpr(V, Ty);
3201 }
3202
3203 /// getNoopOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3204 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
3205 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
3206 const SCEV *
3207 ScalarEvolution::getNoopOrZeroExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
3208   Type *SrcTy = V->getType();
3209   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3210          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3211          "Cannot noop or zero extend with non-integer arguments!");
3212   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
3213          "getNoopOrZeroExtend cannot truncate!");
3214   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3215     return V;  // No conversion
3216   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
3217 }
3218
3219 /// getNoopOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3220 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
3221 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
3222 const SCEV *
3223 ScalarEvolution::getNoopOrSignExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
3224   Type *SrcTy = V->getType();
3225   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3226          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3227          "Cannot noop or sign extend with non-integer arguments!");
3228   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
3229          "getNoopOrSignExtend cannot truncate!");
3230   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3231     return V;  // No conversion
3232   return getSignExtendExpr(V, Ty);
3233 }
3234
3235 /// getNoopOrAnyExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
3236 /// the input value to the specified type. If the type must be extended,
3237 /// it is extended with unspecified bits. The conversion must not be
3238 /// narrowing.
3239 const SCEV *
3240 ScalarEvolution::getNoopOrAnyExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
3241   Type *SrcTy = V->getType();
3242   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3243          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3244          "Cannot noop or any extend with non-integer arguments!");
3245   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
3246          "getNoopOrAnyExtend cannot truncate!");
3247   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3248     return V;  // No conversion
3249   return getAnyExtendExpr(V, Ty);
3250 }
3251
3252 /// getTruncateOrNoop - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3253 /// input value to the specified type.  The conversion must not be widening.
3254 const SCEV *
3255 ScalarEvolution::getTruncateOrNoop(const SCEV *V, Type *Ty) {
3256   Type *SrcTy = V->getType();
3257   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3258          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3259          "Cannot truncate or noop with non-integer arguments!");
3260   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) >= getTypeSizeInBits(Ty) &&
3261          "getTruncateOrNoop cannot extend!");
3262   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3263     return V;  // No conversion
3264   return getTruncateExpr(V, Ty);
3265 }
3266
3267 /// getUMaxFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
3268 /// the types using zero-extension, and then perform a umax operation
3269 /// with them.
3270 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
3271                                                         const SCEV *RHS) {
3272   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
3273   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
3274
3275   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
3276     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
3277   else
3278     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
3279
3280   return getUMaxExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
3281 }
3282
3283 /// getUMinFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
3284 /// the types using zero-extension, and then perform a umin operation
3285 /// with them.
3286 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
3287                                                         const SCEV *RHS) {
3288   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
3289   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
3290
3291   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
3292     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
3293   else
3294     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
3295
3296   return getUMinExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
3297 }
3298
3299 /// getPointerBase - Transitively follow the chain of pointer-type operands
3300 /// until reaching a SCEV that does not have a single pointer operand. This
3301 /// returns a SCEVUnknown pointer for well-formed pointer-type expressions,
3302 /// but corner cases do exist.
3303 const SCEV *ScalarEvolution::getPointerBase(const SCEV *V) {
3304   // A pointer operand may evaluate to a nonpointer expression, such as null.
3305   if (!V->getType()->isPointerTy())
3306     return V;
3307
3308   if (const SCEVCastExpr *Cast = dyn_cast<SCEVCastExpr>(V)) {
3309     return getPointerBase(Cast->getOperand());
3310   }
3311   else if (const SCEVNAryExpr *NAry = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(V)) {
3312     const SCEV *PtrOp = nullptr;
3313     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
3314          I != E; ++I) {
3315       if ((*I)->getType()->isPointerTy()) {
3316         // Cannot find the base of an expression with multiple pointer operands.
3317         if (PtrOp)
3318           return V;
3319         PtrOp = *I;
3320       }
3321     }
3322     if (!PtrOp)
3323       return V;
3324     return getPointerBase(PtrOp);
3325   }
3326   return V;
3327 }
3328
3329 /// PushDefUseChildren - Push users of the given Instruction
3330 /// onto the given Worklist.
3331 static void
3332 PushDefUseChildren(Instruction *I,
3333                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
3334   // Push the def-use children onto the Worklist stack.
3335   for (User *U : I->users())
3336     Worklist.push_back(cast<Instruction>(U));
3337 }
3338
3339 /// ForgetSymbolicValue - This looks up computed SCEV values for all
3340 /// instructions that depend on the given instruction and removes them from
3341 /// the ValueExprMapType map if they reference SymName. This is used during PHI
3342 /// resolution.
3343 void
3344 ScalarEvolution::ForgetSymbolicName(Instruction *PN, const SCEV *SymName) {
3345   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3346   PushDefUseChildren(PN, Worklist);
3347
3348   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3349   Visited.insert(PN);
3350   while (!Worklist.empty()) {
3351     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3352     if (!Visited.insert(I).second)
3353       continue;
3354
3355     ValueExprMapType::iterator It =
3356       ValueExprMap.find_as(static_cast<Value *>(I));
3357     if (It != ValueExprMap.end()) {
3358       const SCEV *Old = It->second;
3359
3360       // Short-circuit the def-use traversal if the symbolic name
3361       // ceases to appear in expressions.
3362       if (Old != SymName && !hasOperand(Old, SymName))
3363         continue;
3364
3365       // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
3366       // structure, it's a PHI that's in the progress of being computed
3367       // by createNodeForPHI, or it's a single-value PHI. In the first case,
3368       // additional loop trip count information isn't going to change anything.
3369       // In the second case, createNodeForPHI will perform the necessary
3370       // updates on its own when it gets to that point. In the third, we do
3371       // want to forget the SCEVUnknown.
3372       if (!isa<PHINode>(I) ||
3373           !isa<SCEVUnknown>(Old) ||
3374           (I != PN && Old == SymName)) {
3375         forgetMemoizedResults(Old);
3376         ValueExprMap.erase(It);
3377       }
3378     }
3379
3380     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3381   }
3382 }
3383
3384 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
3385 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
3386 ///
3387 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
3388   if (const Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent()))
3389     if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
3390       // The loop may have multiple entrances or multiple exits; we can analyze
3391       // this phi as an addrec if it has a unique entry value and a unique
3392       // backedge value.
3393       Value *BEValueV = nullptr, *StartValueV = nullptr;
3394       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
3395         Value *V = PN->getIncomingValue(i);
3396         if (L->contains(PN->getIncomingBlock(i))) {
3397           if (!BEValueV) {
3398             BEValueV = V;
3399           } else if (BEValueV != V) {
3400             BEValueV = nullptr;
3401             break;
3402           }
3403         } else if (!StartValueV) {
3404           StartValueV = V;
3405         } else if (StartValueV != V) {
3406           StartValueV = nullptr;
3407           break;
3408         }
3409       }
3410       if (BEValueV && StartValueV) {
3411         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
3412         const SCEV *SymbolicName = getUnknown(PN);
3413         assert(ValueExprMap.find_as(PN) == ValueExprMap.end() &&
3414                "PHI node already processed?");
3415         ValueExprMap.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(PN, this), SymbolicName));
3416
3417         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
3418         // the back-edge.
3419         const SCEV *BEValue = getSCEV(BEValueV);
3420
3421         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
3422         // has a special value for the first iteration of the loop.
3423
3424         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
3425         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
3426         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
3427           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
3428           // with a recurrence.
3429           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
3430           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3431             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
3432               if (FoundIndex == e) {
3433                 FoundIndex = i;
3434                 break;
3435               }
3436
3437           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
3438             // Create an add with everything but the specified operand.
3439             SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
3440             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3441               if (i != FoundIndex)
3442                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
3443             const SCEV *Accum = getAddExpr(Ops);
3444
3445             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
3446             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
3447             if (isLoopInvariant(Accum, L) ||
3448                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
3449                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
3450               SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap;
3451
3452               // If the increment doesn't overflow, then neither the addrec nor
3453               // the post-increment will overflow.
3454               if (const AddOperator *OBO = dyn_cast<AddOperator>(BEValueV)) {
3455                 if (OBO->hasNoUnsignedWrap())
3456                   Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNUW);
3457                 if (OBO->hasNoSignedWrap())
3458                   Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNSW);
3459               } else if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(BEValueV)) {
3460                 // If the increment is an inbounds GEP, then we know the address
3461                 // space cannot be wrapped around. We cannot make any guarantee
3462                 // about signed or unsigned overflow because pointers are
3463                 // unsigned but we may have a negative index from the base
3464                 // pointer. We can guarantee that no unsigned wrap occurs if the
3465                 // indices form a positive value.
3466                 if (GEP->isInBounds()) {
3467                   Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNW);
3468
3469                   const SCEV *Ptr = getSCEV(GEP->getPointerOperand());
3470                   if (isKnownPositive(getMinusSCEV(getSCEV(GEP), Ptr)))
3471                     Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNUW);
3472                 }
3473               } else if (const SubOperator *OBO =
3474                            dyn_cast<SubOperator>(BEValueV)) {
3475                 if (OBO->hasNoUnsignedWrap())
3476                   Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNUW);
3477                 if (OBO->hasNoSignedWrap())
3478                   Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNSW);
3479               }
3480
3481               const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
3482               const SCEV *PHISCEV = getAddRecExpr(StartVal, Accum, L, Flags);
3483
3484               // Since the no-wrap flags are on the increment, they apply to the
3485               // post-incremented value as well.
3486               if (isLoopInvariant(Accum, L))
3487                 (void)getAddRecExpr(getAddExpr(StartVal, Accum),
3488                                     Accum, L, Flags);
3489
3490               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
3491               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
3492               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
3493               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
3494               ValueExprMap[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
3495               return PHISCEV;
3496             }
3497           }
3498         } else if (const SCEVAddRecExpr *AddRec =
3499                      dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
3500           // Otherwise, this could be a loop like this:
3501           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
3502           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
3503           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
3504           // i really is an addrec evolution.
3505           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
3506             const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
3507
3508             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
3509             // initial step of the addrec evolution.
3510             if (StartVal == getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
3511                                          AddRec->getOperand(1))) {
3512               // FIXME: For constant StartVal, we should be able to infer
3513               // no-wrap flags.
3514               const SCEV *PHISCEV =
3515                 getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1), L,
3516                               SCEV::FlagAnyWrap);
3517
3518               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
3519               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
3520               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
3521               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
3522               ValueExprMap[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
3523               return PHISCEV;
3524             }
3525           }
3526         }
3527       }
3528     }
3529
3530   // If the PHI has a single incoming value, follow that value, unless the
3531   // PHI's incoming blocks are in a different loop, in which case doing so
3532   // risks breaking LCSSA form. Instcombine would normally zap these, but
3533   // it doesn't have DominatorTree information, so it may miss cases.
3534   if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, DL, TLI, DT, AT))
3535     if (LI->replacementPreservesLCSSAForm(PN, V))
3536       return getSCEV(V);
3537
3538   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
3539   return getUnknown(PN);
3540 }
3541
3542 /// createNodeForGEP - Expand GEP instructions into add and multiply
3543 /// operations. This allows them to be analyzed by regular SCEV code.
3544 ///
3545 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForGEP(GEPOperator *GEP) {
3546   Type *IntPtrTy = getEffectiveSCEVType(GEP->getType());
3547   Value *Base = GEP->getOperand(0);
3548   // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
3549   if (!Base->getType()->getPointerElementType()->isSized())
3550     return getUnknown(GEP);
3551
3552   // Don't blindly transfer the inbounds flag from the GEP instruction to the
3553   // Add expression, because the Instruction may be guarded by control flow
3554   // and the no-overflow bits may not be valid for the expression in any
3555   // context.
3556   SCEV::NoWrapFlags Wrap = GEP->isInBounds() ? SCEV::FlagNSW : SCEV::FlagAnyWrap;
3557
3558   const SCEV *TotalOffset = getConstant(IntPtrTy, 0);
3559   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
3560   for (GetElementPtrInst::op_iterator I = std::next(GEP->op_begin()),
3561                                       E = GEP->op_end();
3562        I != E; ++I) {
3563     Value *Index = *I;
3564     // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
3565     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
3566       // For a struct, add the member offset.
3567       unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
3568       const SCEV *FieldOffset = getOffsetOfExpr(IntPtrTy, STy, FieldNo);
3569
3570       // Add the field offset to the running total offset.
3571       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, FieldOffset);
3572     } else {
3573       // For an array, add the element offset, explicitly scaled.
3574       const SCEV *ElementSize = getSizeOfExpr(IntPtrTy, *GTI);
3575       const SCEV *IndexS = getSCEV(Index);
3576       // Getelementptr indices are signed.
3577       IndexS = getTruncateOrSignExtend(IndexS, IntPtrTy);
3578
3579       // Multiply the index by the element size to compute the element offset.
3580       const SCEV *LocalOffset = getMulExpr(IndexS, ElementSize, Wrap);
3581
3582       // Add the element offset to the running total offset.
3583       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, LocalOffset);
3584     }
3585   }
3586
3587   // Get the SCEV for the GEP base.
3588   const SCEV *BaseS = getSCEV(Base);
3589
3590   // Add the total offset from all the GEP indices to the base.
3591   return getAddExpr(BaseS, TotalOffset, Wrap);
3592 }
3593
3594 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
3595 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
3596 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
3597 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
3598 uint32_t
3599 ScalarEvolution::GetMinTrailingZeros(const SCEV *S) {
3600   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3601     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
3602
3603   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
3604     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand()),
3605                     (uint32_t)getTypeSizeInBits(T->getType()));
3606
3607   if (const SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3608     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
3609     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
3610              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
3611   }
3612
3613   if (const SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3614     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
3615     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
3616              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
3617   }
3618
3619   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3620     // The result is the min of all operands results.
3621     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
3622     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
3623       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
3624     return MinOpRes;
3625   }
3626
3627   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3628     // The result is the sum of all operands results.
3629     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
3630     uint32_t BitWidth = getTypeSizeInBits(M->getType());
3631     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
3632          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
3633       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)),
3634                           BitWidth);
3635     return SumOpRes;
3636   }
3637
3638   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3639     // The result is the min of all operands results.
3640     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
3641     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
3642       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
3643     return MinOpRes;
3644   }
3645
3646   if (const SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3647     // The result is the min of all operands results.
3648     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
3649     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
3650       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
3651     return MinOpRes;
3652   }
3653
3654   if (const SCEVUMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3655     // The result is the min of all operands results.
3656     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
3657     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
3658       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
3659     return MinOpRes;
3660   }
3661
3662   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3663     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3664     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
3665     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
3666     computeKnownBits(U->getValue(), Zeros, Ones, DL, 0, AT, nullptr, DT);
3667     return Zeros.countTrailingOnes();
3668   }
3669
3670   // SCEVUDivExpr
3671   return 0;
3672 }
3673
3674 /// GetRangeFromMetadata - Helper method to assign a range to V from
3675 /// metadata present in the IR.
3676 static Optional<ConstantRange> GetRangeFromMetadata(Value *V) {
3677   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
3678     if (MDNode *MD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_range)) {
3679       ConstantRange TotalRange(
3680           cast<IntegerType>(I->getType())->getBitWidth(), false);
3681
3682       unsigned NumRanges = MD->getNumOperands() / 2;
3683       assert(NumRanges >= 1);
3684
3685       for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
3686         ConstantInt *Lower =
3687             mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(2 * i + 0));
3688         ConstantInt *Upper =
3689             mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(2 * i + 1));
3690         ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
3691         TotalRange = TotalRange.unionWith(Range);
3692       }
3693
3694       return TotalRange;
3695     }
3696   }
3697
3698   return None;
3699 }
3700
3701 /// getUnsignedRange - Determine the unsigned range for a particular SCEV.
3702 ///
3703 ConstantRange
3704 ScalarEvolution::getUnsignedRange(const SCEV *S) {
3705   // See if we've computed this range already.
3706   DenseMap<const SCEV *, ConstantRange>::iterator I = UnsignedRanges.find(S);
3707   if (I != UnsignedRanges.end())
3708     return I->second;
3709
3710   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3711     return setUnsignedRange(C, ConstantRange(C->getValue()->getValue()));
3712
3713   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
3714   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
3715
3716   // If the value has known zeros, the maximum unsigned value will have those
3717   // known zeros as well.
3718   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
3719   if (TZ != 0)
3720     ConservativeResult =
3721       ConstantRange(APInt::getMinValue(BitWidth),
3722                     APInt::getMaxValue(BitWidth).lshr(TZ).shl(TZ) + 1);
3723
3724   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3725     ConstantRange X = getUnsignedRange(Add->getOperand(0));
3726     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3727       X = X.add(getUnsignedRange(Add->getOperand(i)));
3728     return setUnsignedRange(Add, ConservativeResult.intersectWith(X));
3729   }
3730
3731   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3732     ConstantRange X = getUnsignedRange(Mul->getOperand(0));
3733     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
3734       X = X.multiply(getUnsignedRange(Mul->getOperand(i)));
3735     return setUnsignedRange(Mul, ConservativeResult.intersectWith(X));
3736   }
3737
3738   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3739     ConstantRange X = getUnsignedRange(SMax->getOperand(0));
3740     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3741       X = X.smax(getUnsignedRange(SMax->getOperand(i)));
3742     return setUnsignedRange(SMax, ConservativeResult.intersectWith(X));
3743   }
3744
3745   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3746     ConstantRange X = getUnsignedRange(UMax->getOperand(0));
3747     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3748       X = X.umax(getUnsignedRange(UMax->getOperand(i)));
3749     return setUnsignedRange(UMax, ConservativeResult.intersectWith(X));
3750   }
3751
3752   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3753     ConstantRange X = getUnsignedRange(UDiv->getLHS());
3754     ConstantRange Y = getUnsignedRange(UDiv->getRHS());
3755     return setUnsignedRange(UDiv, ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y)));
3756   }
3757
3758   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3759     ConstantRange X = getUnsignedRange(ZExt->getOperand());
3760     return setUnsignedRange(ZExt,
3761       ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth)));
3762   }
3763
3764   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3765     ConstantRange X = getUnsignedRange(SExt->getOperand());
3766     return setUnsignedRange(SExt,
3767       ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth)));
3768   }
3769
3770   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
3771     ConstantRange X = getUnsignedRange(Trunc->getOperand());
3772     return setUnsignedRange(Trunc,
3773       ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth)));
3774   }
3775
3776   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3777     // If there's no unsigned wrap, the value will never be less than its
3778     // initial value.
3779     if (AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW))
3780       if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getStart()))
3781         if (!C->getValue()->isZero())
3782           ConservativeResult =
3783             ConservativeResult.intersectWith(
3784               ConstantRange(C->getValue()->getValue(), APInt(BitWidth, 0)));
3785
3786     // TODO: non-affine addrec
3787     if (AddRec->isAffine()) {
3788       Type *Ty = AddRec->getType();
3789       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
3790       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
3791           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
3792         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
3793
3794         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
3795         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
3796
3797         ConstantRange StartRange = getUnsignedRange(Start);
3798         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
3799         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
3800         ConstantRange EndRange =
3801           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
3802
3803         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
3804         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
3805         // checking code.
3806         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3807         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3808         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
3809           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3810         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3811         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
3812             ExtEndRange)
3813           return setUnsignedRange(AddRec, ConservativeResult);
3814
3815         APInt Min = APIntOps::umin(StartRange.getUnsignedMin(),
3816                                    EndRange.getUnsignedMin());
3817         APInt Max = APIntOps::umax(StartRange.getUnsignedMax(),
3818                                    EndRange.getUnsignedMax());
3819         if (Min.isMinValue() && Max.isMaxValue())
3820           return setUnsignedRange(AddRec, ConservativeResult);
3821         return setUnsignedRange(AddRec,
3822           ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1)));
3823       }
3824     }
3825
3826     return setUnsignedRange(AddRec, ConservativeResult);
3827   }
3828
3829   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3830     // Check if the IR explicitly contains !range metadata.
3831     Optional<ConstantRange> MDRange = GetRangeFromMetadata(U->getValue());
3832     if (MDRange.hasValue())
3833       ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(MDRange.getValue());
3834
3835     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3836     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
3837     computeKnownBits(U->getValue(), Zeros, Ones, DL, 0, AT, nullptr, DT);
3838     if (Ones == ~Zeros + 1)
3839       return setUnsignedRange(U, ConservativeResult);
3840     return setUnsignedRange(U,
3841       ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Ones, ~Zeros + 1)));
3842   }
3843
3844   return setUnsignedRange(S, ConservativeResult);
3845 }
3846
3847 /// getSignedRange - Determine the signed range for a particular SCEV.
3848 ///
3849 ConstantRange
3850 ScalarEvolution::getSignedRange(const SCEV *S) {
3851   // See if we've computed this range already.
3852   DenseMap<const SCEV *, ConstantRange>::iterator I = SignedRanges.find(S);
3853   if (I != SignedRanges.end())
3854     return I->second;
3855
3856   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3857     return setSignedRange(C, ConstantRange(C->getValue()->getValue()));
3858
3859   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
3860   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
3861
3862   // If the value has known zeros, the maximum signed value will have those
3863   // known zeros as well.
3864   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
3865   if (TZ != 0)
3866     ConservativeResult =
3867       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3868                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(TZ).shl(TZ) + 1);
3869
3870   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3871     ConstantRange X = getSignedRange(Add->getOperand(0));
3872     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3873       X = X.add(getSignedRange(Add->getOperand(i)));
3874     return setSignedRange(Add, ConservativeResult.intersectWith(X));
3875   }
3876
3877   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3878     ConstantRange X = getSignedRange(Mul->getOperand(0));
3879     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
3880       X = X.multiply(getSignedRange(Mul->getOperand(i)));
3881     return setSignedRange(Mul, ConservativeResult.intersectWith(X));
3882   }
3883
3884   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3885     ConstantRange X = getSignedRange(SMax->getOperand(0));
3886     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3887       X = X.smax(getSignedRange(SMax->getOperand(i)));
3888     return setSignedRange(SMax, ConservativeResult.intersectWith(X));
3889   }
3890
3891   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3892     ConstantRange X = getSignedRange(UMax->getOperand(0));
3893     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3894       X = X.umax(getSignedRange(UMax->getOperand(i)));
3895     return setSignedRange(UMax, ConservativeResult.intersectWith(X));
3896   }
3897
3898   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3899     ConstantRange X = getSignedRange(UDiv->getLHS());
3900     ConstantRange Y = getSignedRange(UDiv->getRHS());
3901     return setSignedRange(UDiv, ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y)));
3902   }
3903
3904   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3905     ConstantRange X = getSignedRange(ZExt->getOperand());
3906     return setSignedRange(ZExt,
3907       ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth)));
3908   }
3909
3910   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3911     ConstantRange X = getSignedRange(SExt->getOperand());
3912     return setSignedRange(SExt,
3913       ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth)));
3914   }
3915
3916   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
3917     ConstantRange X = getSignedRange(Trunc->getOperand());
3918     return setSignedRange(Trunc,
3919       ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth)));
3920   }
3921
3922   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3923     // If there's no signed wrap, and all the operands have the same sign or
3924     // zero, the value won't ever change sign.
3925     if (AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW)) {
3926       bool AllNonNeg = true;
3927       bool AllNonPos = true;
3928       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3929         if (!isKnownNonNegative(AddRec->getOperand(i))) AllNonNeg = false;
3930         if (!isKnownNonPositive(AddRec->getOperand(i))) AllNonPos = false;
3931       }
3932       if (AllNonNeg)
3933         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3934           ConstantRange(APInt(BitWidth, 0),
3935                         APInt::getSignedMinValue(BitWidth)));
3936       else if (AllNonPos)
3937         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3938           ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3939                         APInt(BitWidth, 1)));
3940     }
3941
3942     // TODO: non-affine addrec
3943     if (AddRec->isAffine()) {
3944       Type *Ty = AddRec->getType();
3945       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
3946       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
3947           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
3948         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
3949
3950         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
3951         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
3952
3953         ConstantRange StartRange = getSignedRange(Start);
3954         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
3955         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
3956         ConstantRange EndRange =
3957           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
3958
3959         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
3960         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
3961         // checking code.
3962         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3963         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3964         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
3965           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3966         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3967         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
3968             ExtEndRange)
3969           return setSignedRange(AddRec, ConservativeResult);
3970
3971         APInt Min = APIntOps::smin(StartRange.getSignedMin(),
3972                                    EndRange.getSignedMin());
3973         APInt Max = APIntOps::smax(StartRange.getSignedMax(),
3974                                    EndRange.getSignedMax());
3975         if (Min.isMinSignedValue() && Max.isMaxSignedValue())
3976           return setSignedRange(AddRec, ConservativeResult);
3977         return setSignedRange(AddRec,
3978           ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1)));
3979       }
3980     }
3981
3982     return setSignedRange(AddRec, ConservativeResult);
3983   }
3984
3985   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3986     // Check if the IR explicitly contains !range metadata.
3987     Optional<ConstantRange> MDRange = GetRangeFromMetadata(U->getValue());
3988     if (MDRange.hasValue())
3989       ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(MDRange.getValue());
3990
3991     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3992     if (!U->getValue()->getType()->isIntegerTy() && !DL)
3993       return setSignedRange(U, ConservativeResult);
3994     unsigned NS = ComputeNumSignBits(U->getValue(), DL, 0, AT, nullptr, DT);
3995     if (NS <= 1)
3996       return setSignedRange(U, ConservativeResult);
3997     return setSignedRange(U, ConservativeResult.intersectWith(
3998       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth).ashr(NS - 1),
3999                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(NS - 1)+1)));
4000   }
4001
4002   return setSignedRange(S, ConservativeResult);
4003 }
4004
4005 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
4006 /// Analyze the expression.
4007 ///
4008 const SCEV *ScalarEvolution::createSCEV(Value *V) {
4009   if (!isSCEVable(V->getType()))
4010     return getUnknown(V);
4011
4012   unsigned Opcode = Instruction::UserOp1;
4013   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
4014     Opcode = I->getOpcode();
4015
4016     // Don't attempt to analyze instructions in blocks that aren't
4017     // reachable. Such instructions don't matter, and they aren't required
4018     // to obey basic rules for definitions dominating uses which this
4019     // analysis depends on.
4020     if (!DT->isReachableFromEntry(I->getParent()))
4021       return getUnknown(V);
4022   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
4023     Opcode = CE->getOpcode();
4024   else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
4025     return getConstant(CI);
4026   else if (isa<ConstantPointerNull>(V))
4027     return getConstant(V->getType(), 0);
4028   else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V))
4029     return GA->mayBeOverridden() ? getUnknown(V) : getSCEV(GA->getAliasee());
4030   else
4031     return getUnknown(V);
4032
4033   Operator *U = cast<Operator>(V);
4034   switch (Opcode) {
4035   case Instruction::Add: {
4036     // The simple thing to do would be to just call getSCEV on both operands
4037     // and call getAddExpr with the result. However if we're looking at a
4038     // bunch of things all added together, this can be quite inefficient,
4039     // because it leads to N-1 getAddExpr calls for N ultimate operands.
4040     // Instead, gather up all the operands and make a single getAddExpr call.
4041     // LLVM IR canonical form means we need only traverse the left operands.
4042     //
4043     // Don't apply this instruction's NSW or NUW flags to the new
4044     // expression. The instruction may be guarded by control flow that the
4045     // no-wrap behavior depends on. Non-control-equivalent instructions can be
4046     // mapped to the same SCEV expression, and it would be incorrect to transfer
4047     // NSW/NUW semantics to those operations.
4048     SmallVector<const SCEV *, 4> AddOps;
4049     AddOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
4050     for (Value *Op = U->getOperand(0); ; Op = U->getOperand(0)) {
4051       unsigned Opcode = Op->getValueID() - Value::InstructionVal;
4052       if (Opcode != Instruction::Add && Opcode != Instruction::Sub)
4053         break;
4054       U = cast<Operator>(Op);
4055       const SCEV *Op1 = getSCEV(U->getOperand(1));
4056       if (Opcode == Instruction::Sub)
4057         AddOps.push_back(getNegativeSCEV(Op1));
4058       else
4059         AddOps.push_back(Op1);
4060     }
4061     AddOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(0)));
4062     return getAddExpr(AddOps);
4063   }
4064   case Instruction::Mul: {
4065     // Don't transfer NSW/NUW for the same reason as AddExpr.
4066     SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps;
4067     MulOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
4068     for (Value *Op = U->getOperand(0);
4069          Op->getValueID() == Instruction::Mul + Value::InstructionVal;
4070          Op = U->getOperand(0)) {
4071       U = cast<Operator>(Op);
4072       MulOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
4073     }
4074     MulOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(0)));
4075     return getMulExpr(MulOps);
4076   }
4077   case Instruction::UDiv:
4078     return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
4079                        getSCEV(U->getOperand(1)));
4080   case Instruction::Sub:
4081     return getMinusSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)),
4082                         getSCEV(U->getOperand(1)));
4083   case Instruction::And:
4084     // For an expression like x&255 that merely masks off the high bits,
4085     // use zext(trunc(x)) as the SCEV expression.
4086     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4087       if (CI->isNullValue())
4088         return getSCEV(U->getOperand(1));
4089       if (CI->isAllOnesValue())
4090         return getSCEV(U->getOperand(0));
4091       const APInt &A = CI->getValue();
4092
4093       // Instcombine's ShrinkDemandedConstant may strip bits out of
4094       // constants, obscuring what would otherwise be a low-bits mask.
4095       // Use computeKnownBits to compute what ShrinkDemandedConstant
4096       // knew about to reconstruct a low-bits mask value.
4097       unsigned LZ = A.countLeadingZeros();
4098       unsigned TZ = A.countTrailingZeros();
4099       unsigned BitWidth = A.getBitWidth();
4100       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
4101       computeKnownBits(U->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL,
4102                        0, AT, nullptr, DT);
4103
4104       APInt EffectiveMask =
4105           APInt::getLowBitsSet(BitWidth, BitWidth - LZ - TZ).shl(TZ);
4106       if ((LZ != 0 || TZ != 0) && !((~A & ~KnownZero) & EffectiveMask)) {
4107         const SCEV *MulCount = getConstant(
4108             ConstantInt::get(getContext(), APInt::getOneBitSet(BitWidth, TZ)));
4109         return getMulExpr(
4110             getZeroExtendExpr(
4111                 getTruncateExpr(
4112                     getUDivExactExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), MulCount),
4113                     IntegerType::get(getContext(), BitWidth - LZ - TZ)),
4114                 U->getType()),
4115             MulCount);
4116       }
4117     }
4118     break;
4119
4120   case Instruction::Or:
4121     // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
4122     // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
4123     // optimizations will transparently handle this case.
4124     //
4125     // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
4126     // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
4127     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4128       const SCEV *LHS = getSCEV(U->getOperand(0));
4129       const APInt &CIVal = CI->getValue();
4130       if (GetMinTrailingZeros(LHS) >=
4131           (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros())) {
4132         // Build a plain add SCEV.
4133         const SCEV *S = getAddExpr(LHS, getSCEV(CI));
4134         // If the LHS of the add was an addrec and it has no-wrap flags,
4135         // transfer the no-wrap flags, since an or won't introduce a wrap.
4136         if (const SCEVAddRecExpr *NewAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
4137           const SCEVAddRecExpr *OldAR = cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
4138           const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setNoWrapFlags(
4139             OldAR->getNoWrapFlags());
4140         }
4141         return S;
4142       }
4143     }
4144     break;
4145   case Instruction::Xor:
4146     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4147       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
4148       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
4149       if (CI->getValue().isSignBit())
4150         return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
4151                           getSCEV(U->getOperand(1)));
4152
4153       // If the RHS of xor is -1, then this is a not operation.
4154       if (CI->isAllOnesValue())
4155         return getNotSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)));
4156
4157       // Model xor(and(x, C), C) as and(~x, C), if C is a low-bits mask.
4158       // This is a variant of the check for xor with -1, and it handles
4159       // the case where instcombine has trimmed non-demanded bits out
4160       // of an xor with -1.
4161       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U->getOperand(0)))
4162         if (ConstantInt *LCI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
4163           if (BO->getOpcode() == Instruction::And &&
4164               LCI->getValue() == CI->getValue())
4165             if (const SCEVZeroExtendExpr *Z =
4166                   dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(getSCEV(U->getOperand(0)))) {
4167               Type *UTy = U->getType();
4168               const SCEV *Z0 = Z->getOperand();
4169               Type *Z0Ty = Z0->getType();
4170               unsigned Z0TySize = getTypeSizeInBits(Z0Ty);
4171
4172               // If C is a low-bits mask, the zero extend is serving to
4173               // mask off the high bits. Complement the operand and
4174               // re-apply the zext.
4175               if (APIntOps::isMask(Z0TySize, CI->getValue()))
4176                 return getZeroExtendExpr(getNotSCEV(Z0), UTy);
4177
4178               // If C is a single bit, it may be in the sign-bit position
4179               // before the zero-extend. In this case, represent the xor
4180               // using an add, which is equivalent, and re-apply the zext.
4181               APInt Trunc = CI->getValue().trunc(Z0TySize);
4182               if (Trunc.zext(getTypeSizeInBits(UTy)) == CI->getValue() &&
4183                   Trunc.isSignBit())
4184                 return getZeroExtendExpr(getAddExpr(Z0, getConstant(Trunc)),
4185                                          UTy);
4186             }
4187     }
4188     break;
4189
4190   case Instruction::Shl:
4191     // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
4192     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4193       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
4194
4195       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
4196       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
4197       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
4198       // other parts of the compiler.
4199       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
4200         break;
4201
4202       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
4203         APInt::getOneBitSet(BitWidth, SA->getZExtValue()));
4204       return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
4205     }
4206     break;
4207
4208   case Instruction::LShr:
4209     // Turn logical shift right of a constant into a unsigned divide.
4210     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4211       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
4212
4213       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
4214       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
4215       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
4216       // other parts of the compiler.
4217       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
4218         break;
4219
4220       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
4221         APInt::getOneBitSet(BitWidth, SA->getZExtValue()));
4222       return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
4223     }
4224     break;
4225
4226   case Instruction::AShr:
4227     // For a two-shift sext-inreg, use sext(trunc(x)) as the SCEV expression.
4228     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
4229       if (Operator *L = dyn_cast<Operator>(U->getOperand(0)))
4230         if (L->getOpcode() == Instruction::Shl &&
4231             L->getOperand(1) == U->getOperand(1)) {
4232           uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
4233
4234           // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
4235           // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
4236           // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
4237           // other parts of the compiler.
4238           if (CI->getValue().uge(BitWidth))
4239             break;
4240
4241           uint64_t Amt = BitWidth - CI->getZExtValue();
4242           if (Amt == BitWidth)
4243             return getSCEV(L->getOperand(0));       // shift by zero --> noop
4244           return
4245             getSignExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(L->getOperand(0)),
4246                                               IntegerType::get(getContext(),
4247                                                                Amt)),
4248                               U->getType());
4249         }
4250     break;
4251
4252   case Instruction::Trunc:
4253     return getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
4254
4255   case Instruction::ZExt:
4256     return getZeroExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
4257
4258   case Instruction::SExt:
4259     return getSignExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
4260
4261   case Instruction::BitCast:
4262     // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
4263     if (isSCEVable(U->getType()) && isSCEVable(U->getOperand(0)->getType()))
4264       return getSCEV(U->getOperand(0));
4265     break;
4266
4267   // It's tempting to handle inttoptr and ptrtoint as no-ops, however this can
4268   // lead to pointer expressions which cannot safely be expanded to GEPs,
4269   // because ScalarEvolution doesn't respect the GEP aliasing rules when
4270   // simplifying integer expressions.
4271
4272   case Instruction::GetElementPtr:
4273     return createNodeForGEP(cast<GEPOperator>(U));
4274
4275   case Instruction::PHI:
4276     return createNodeForPHI(cast<PHINode>(U));
4277
4278   case Instruction::Select:
4279     // This could be a smax or umax that was lowered earlier.
4280     // Try to recover it.
4281     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U->getOperand(0))) {
4282       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
4283       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
4284       switch (ICI->getPredicate()) {
4285       case ICmpInst::ICMP_SLT:
4286       case ICmpInst::ICMP_SLE:
4287         std::swap(LHS, RHS);
4288         // fall through
4289       case ICmpInst::ICMP_SGT:
4290       case ICmpInst::ICMP_SGE:
4291         // a >s b ? a+x : b+x  ->  smax(a, b)+x
4292         // a >s b ? b+x : a+x  ->  smin(a, b)+x
4293         if (LHS->getType() == U->getType()) {
4294           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
4295           const SCEV *RS = getSCEV(RHS);
4296           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
4297           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
4298           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
4299           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
4300           if (LDiff == RDiff)
4301             return getAddExpr(getSMaxExpr(LS, RS), LDiff);
4302           LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
4303           RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
4304           if (LDiff == RDiff)
4305             return getAddExpr(getSMinExpr(LS, RS), LDiff);
4306         }
4307         break;
4308       case ICmpInst::ICMP_ULT:
4309       case ICmpInst::ICMP_ULE:
4310         std::swap(LHS, RHS);
4311         // fall through
4312       case ICmpInst::ICMP_UGT:
4313       case ICmpInst::ICMP_UGE:
4314         // a >u b ? a+x : b+x  ->  umax(a, b)+x
4315         // a >u b ? b+x : a+x  ->  umin(a, b)+x
4316         if (LHS->getType() == U->getType()) {
4317           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
4318           const SCEV *RS = getSCEV(RHS);
4319           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
4320           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
4321           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
4322           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
4323           if (LDiff == RDiff)
4324             return getAddExpr(getUMaxExpr(LS, RS), LDiff);
4325           LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
4326           RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
4327           if (LDiff == RDiff)
4328             return getAddExpr(getUMinExpr(LS, RS), LDiff);
4329         }
4330         break;
4331       case ICmpInst::ICMP_NE:
4332         // n != 0 ? n+x : 1+x  ->  umax(n, 1)+x
4333         if (LHS->getType() == U->getType() &&
4334             isa<ConstantInt>(RHS) &&
4335             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
4336           const SCEV *One = getConstant(LHS->getType(), 1);
4337           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
4338           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
4339           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
4340           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
4341           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, One);
4342           if (LDiff == RDiff)
4343             return getAddExpr(getUMaxExpr(One, LS), LDiff);
4344         }
4345         break;
4346       case ICmpInst::ICMP_EQ:
4347         // n == 0 ? 1+x : n+x  ->  umax(n, 1)+x
4348         if (LHS->getType() == U->getType() &&
4349             isa<ConstantInt>(RHS) &&
4350             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
4351           const SCEV *One = getConstant(LHS->getType(), 1);
4352           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
4353           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
4354           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
4355           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, One);
4356           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
4357           if (LDiff == RDiff)
4358             return getAddExpr(getUMaxExpr(One, LS), LDiff);
4359         }
4360         break;
4361       default:
4362         break;
4363       }
4364     }
4365
4366   default: // We cannot analyze this expression.
4367     break;
4368   }
4369
4370   return getUnknown(V);
4371 }
4372
4373
4374
4375 //===----------------------------------------------------------------------===//
4376 //                   Iteration Count Computation Code
4377 //
4378
4379 unsigned ScalarEvolution::getSmallConstantTripCount(Loop *L) {
4380   if (BasicBlock *ExitingBB = L->getExitingBlock())
4381     return getSmallConstantTripCount(L, ExitingBB);
4382
4383   // No trip count information for multiple exits.
4384   return 0;
4385 }
4386
4387 /// getSmallConstantTripCount - Returns the maximum trip count of this loop as a
4388 /// normal unsigned value. Returns 0 if the trip count is unknown or not
4389 /// constant. Will also return 0 if the maximum trip count is very large (>=
4390 /// 2^32).
4391 ///
4392 /// This "trip count" assumes that control exits via ExitingBlock. More
4393 /// precisely, it is the number of times that control may reach ExitingBlock
4394 /// before taking the branch. For loops with multiple exits, it may not be the
4395 /// number times that the loop header executes because the loop may exit
4396 /// prematurely via another branch.
4397 unsigned ScalarEvolution::getSmallConstantTripCount(Loop *L,
4398                                                     BasicBlock *ExitingBlock) {
4399   assert(ExitingBlock && "Must pass a non-null exiting block!");
4400   assert(L->isLoopExiting(ExitingBlock) &&
4401          "Exiting block must actually branch out of the loop!");
4402   const SCEVConstant *ExitCount =
4403       dyn_cast<SCEVConstant>(getExitCount(L, ExitingBlock));
4404   if (!ExitCount)
4405     return 0;
4406
4407   ConstantInt *ExitConst = ExitCount->getValue();
4408
4409   // Guard against huge trip counts.
4410   if (ExitConst->getValue().getActiveBits() > 32)
4411     return 0;
4412
4413   // In case of integer overflow, this returns 0, which is correct.
4414   return ((unsigned)ExitConst->getZExtValue()) + 1;
4415 }
4416
4417 unsigned ScalarEvolution::getSmallConstantTripMultiple(Loop *L) {
4418   if (BasicBlock *ExitingBB = L->getExitingBlock())
4419     return getSmallConstantTripMultiple(L, ExitingBB);
4420
4421   // No trip multiple information for multiple exits.
4422   return 0;
4423 }
4424
4425 /// getSmallConstantTripMultiple - Returns the largest constant divisor of the
4426 /// trip count of this loop as a normal unsigned value, if possible. This
4427 /// means that the actual trip count is always a multiple of the returned
4428 /// value (don't forget the trip count could very well be zero as well!).
4429 ///
4430 /// Returns 1 if the trip count is unknown or not guaranteed to be the
4431 /// multiple of a constant (which is also the case if the trip count is simply
4432 /// constant, use getSmallConstantTripCount for that case), Will also return 1
4433 /// if the trip count is very large (>= 2^32).
4434 ///
4435 /// As explained in the comments for getSmallConstantTripCount, this assumes
4436 /// that control exits the loop via ExitingBlock.
4437 unsigned
4438 ScalarEvolution::getSmallConstantTripMultiple(Loop *L,
4439                                               BasicBlock *ExitingBlock) {
4440   assert(ExitingBlock && "Must pass a non-null exiting block!");
4441   assert(L->isLoopExiting(ExitingBlock) &&
4442          "Exiting block must actually branch out of the loop!");
4443   const SCEV *ExitCount = getExitCount(L, ExitingBlock);
4444   if (ExitCount == getCouldNotCompute())
4445     return 1;
4446
4447   // Get the trip count from the BE count by adding 1.
4448   const SCEV *TCMul = getAddExpr(ExitCount,
4449                                  getConstant(ExitCount->getType(), 1));
4450   // FIXME: SCEV distributes multiplication as V1*C1 + V2*C1. We could attempt
4451   // to factor simple cases.
4452   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(TCMul))
4453     TCMul = Mul->getOperand(0);
4454
4455   const SCEVConstant *MulC = dyn_cast<SCEVConstant>(TCMul);
4456   if (!MulC)
4457     return 1;
4458
4459   ConstantInt *Result = MulC->getValue();
4460
4461   // Guard against huge trip counts (this requires checking
4462   // for zero to handle the case where the trip count == -1 and the
4463   // addition wraps).
4464   if (!Result || Result->getValue().getActiveBits() > 32 ||
4465       Result->getValue().getActiveBits() == 0)
4466     return 1;
4467
4468   return (unsigned)Result->getZExtValue();
4469 }
4470
4471 // getExitCount - Get the expression for the number of loop iterations for which
4472 // this loop is guaranteed not to exit via ExitingBlock. Otherwise return
4473 // SCEVCouldNotCompute.
4474 const SCEV *ScalarEvolution::getExitCount(Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock) {
4475   return getBackedgeTakenInfo(L).getExact(ExitingBlock, this);
4476 }
4477
4478 /// getBackedgeTakenCount - If the specified loop has a predictable
4479 /// backedge-taken count, return it, otherwise return a SCEVCouldNotCompute
4480 /// object. The backedge-taken count is the number of times the loop header
4481 /// will be branched to from within the loop. This is one less than the
4482 /// trip count of the loop, since it doesn't count the first iteration,
4483 /// when the header is branched to from outside the loop.
4484 ///
4485 /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
4486 /// loop-invariant backedge-taken count (see
4487 /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
4488 ///
4489 const SCEV *ScalarEvolution::getBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
4490   return getBackedgeTakenInfo(L).getExact(this);
4491 }
4492
4493 /// getMaxBackedgeTakenCount - Similar to getBackedgeTakenCount, except
4494 /// return the least SCEV value that is known never to be less than the
4495 /// actual backedge taken count.
4496 const SCEV *ScalarEvolution::getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
4497   return getBackedgeTakenInfo(L).getMax(this);
4498 }
4499
4500 /// PushLoopPHIs - Push PHI nodes in the header of the given loop
4501 /// onto the given Worklist.
4502 static void
4503 PushLoopPHIs(const Loop *L, SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
4504   BasicBlock *Header = L->getHeader();
4505
4506   // Push all Loop-header PHIs onto the Worklist stack.
4507   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
4508        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
4509     Worklist.push_back(PN);
4510 }
4511
4512 const ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo &
4513 ScalarEvolution::getBackedgeTakenInfo(const Loop *L) {
4514   // Initially insert an invalid entry for this loop. If the insertion
4515   // succeeds, proceed to actually compute a backedge-taken count and
4516   // update the value. The temporary CouldNotCompute value tells SCEV
4517   // code elsewhere that it shouldn't attempt to request a new
4518   // backedge-taken count, which could result in infinite recursion.
4519   std::pair<DenseMap<const Loop *, BackedgeTakenInfo>::iterator, bool> Pair =
4520     BackedgeTakenCounts.insert(std::make_pair(L, BackedgeTakenInfo()));
4521   if (!Pair.second)
4522     return Pair.first->second;
4523
4524   // ComputeBackedgeTakenCount may allocate memory for its result. Inserting it
4525   // into the BackedgeTakenCounts map transfers ownership. Otherwise, the result
4526   // must be cleared in this scope.
4527   BackedgeTakenInfo Result = ComputeBackedgeTakenCount(L);
4528
4529   if (Result.getExact(this) != getCouldNotCompute()) {
4530     assert(isLoopInvariant(Result.getExact(this), L) &&
4531            isLoopInvariant(Result.getMax(this), L) &&
4532            "Computed backedge-taken count isn't loop invariant for loop!");
4533     ++NumTripCountsComputed;
4534   }
4535   else if (Result.getMax(this) == getCouldNotCompute() &&
4536            isa<PHINode>(L->getHeader()->begin())) {
4537     // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
4538     ++NumTripCountsNotComputed;
4539   }
4540
4541   // Now that we know more about the trip count for this loop, forget any
4542   // existing SCEV values for PHI nodes in this loop since they are only
4543   // conservative estimates made without the benefit of trip count
4544   // information. This is similar to the code in forgetLoop, except that
4545   // it handles SCEVUnknown PHI nodes specially.
4546   if (Result.hasAnyInfo()) {
4547     SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
4548     PushLoopPHIs(L, Worklist);
4549
4550     SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
4551     while (!Worklist.empty()) {
4552       Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
4553       if (!Visited.insert(I).second)
4554         continue;
4555
4556       ValueExprMapType::iterator It =
4557         ValueExprMap.find_as(static_cast<Value *>(I));
4558       if (It != ValueExprMap.end()) {
4559         const SCEV *Old = It->second;
4560
4561         // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
4562         // structure, or it's a PHI that's in the progress of being computed
4563         // by createNodeForPHI.  In the former case, additional loop trip
4564         // count information isn't going to change anything. In the later
4565         // case, createNodeForPHI will perform the necessary updates on its
4566         // own when it gets to that point.
4567         if (!isa<PHINode>(I) || !isa<SCEVUnknown>(Old)) {
4568           forgetMemoizedResults(Old);
4569           ValueExprMap.erase(It);
4570         }
4571         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4572           ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4573       }
4574
4575       PushDefUseChildren(I, Worklist);
4576     }
4577   }
4578
4579   // Re-lookup the insert position, since the call to
4580   // ComputeBackedgeTakenCount above could result in a
4581   // recusive call to getBackedgeTakenInfo (on a different
4582   // loop), which would invalidate the iterator computed
4583   // earlier.
4584   return BackedgeTakenCounts.find(L)->second = Result;
4585 }
4586
4587 /// forgetLoop - This method should be called by the client when it has
4588 /// changed a loop in a way that may effect ScalarEvolution's ability to
4589 /// compute a trip count, or if the loop is deleted.
4590 void ScalarEvolution::forgetLoop(const Loop *L) {
4591   // Drop any stored trip count value.
4592   DenseMap<const Loop*, BackedgeTakenInfo>::iterator BTCPos =
4593     BackedgeTakenCounts.find(L);
4594   if (BTCPos != BackedgeTakenCounts.end()) {
4595     BTCPos->second.clear();
4596     BackedgeTakenCounts.erase(BTCPos);
4597   }
4598
4599   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
4600   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
4601   PushLoopPHIs(L, Worklist);
4602
4603   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
4604   while (!Worklist.empty()) {
4605     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
4606     if (!Visited.insert(I).second)
4607       continue;
4608
4609     ValueExprMapType::iterator It =
4610       ValueExprMap.find_as(static_cast<Value *>(I));
4611     if (It != ValueExprMap.end()) {
4612       forgetMemoizedResults(It->second);
4613       ValueExprMap.erase(It);
4614       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4615         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4616     }
4617
4618     PushDefUseChildren(I, Worklist);
4619   }
4620
4621   // Forget all contained loops too, to avoid dangling entries in the
4622   // ValuesAtScopes map.
4623   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
4624     forgetLoop(*I);
4625 }
4626
4627 /// forgetValue - This method should be called by the client when it has
4628 /// changed a value in a way that may effect its value, or which may
4629 /// disconnect it from a def-use chain linking it to a loop.
4630 void ScalarEvolution::forgetValue(Value *V) {
4631   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
4632   if (!I) return;
4633
4634   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
4635   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
4636   Worklist.push_back(I);
4637
4638   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
4639   while (!Worklist.empty()) {
4640     I = Worklist.pop_back_val();
4641     if (!Visited.insert(I).second)
4642       continue;
4643
4644     ValueExprMapType::iterator It =
4645       ValueExprMap.find_as(static_cast<Value *>(I));
4646     if (It != ValueExprMap.end()) {
4647       forgetMemoizedResults(It->second);
4648       ValueExprMap.erase(It);
4649       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4650         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4651     }
4652
4653     PushDefUseChildren(I, Worklist);
4654   }
4655 }
4656
4657 /// getExact - Get the exact loop backedge taken count considering all loop
4658 /// exits. A computable result can only be return for loops with a single exit.
4659 /// Returning the minimum taken count among all exits is incorrect because one
4660 /// of the loop's exit limit's may have been skipped. HowFarToZero assumes that
4661 /// the limit of each loop test is never skipped. This is a valid assumption as
4662 /// long as the loop exits via that test. For precise results, it is the
4663 /// caller's responsibility to specify the relevant loop exit using
4664 /// getExact(ExitingBlock, SE).
4665 const SCEV *
4666 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::getExact(ScalarEvolution *SE) const {
4667   // If any exits were not computable, the loop is not computable.
4668   if (!ExitNotTaken.isCompleteList()) return SE->getCouldNotCompute();
4669
4670   // We need exactly one computable exit.
4671   if (!ExitNotTaken.ExitingBlock) return SE->getCouldNotCompute();
4672   assert(ExitNotTaken.ExactNotTaken && "uninitialized not-taken info");
4673
4674   const SCEV *BECount = nullptr;
4675   for (const ExitNotTakenInfo *ENT = &ExitNotTaken;
4676        ENT != nullptr; ENT = ENT->getNextExit()) {
4677
4678     assert(ENT->ExactNotTaken != SE->getCouldNotCompute() && "bad exit SCEV");
4679
4680     if (!BECount)
4681       BECount = ENT->ExactNotTaken;
4682     else if (BECount != ENT->ExactNotTaken)
4683       return SE->getCouldNotCompute();
4684   }
4685   assert(BECount && "Invalid not taken count for loop exit");
4686   return BECount;
4687 }
4688
4689 /// getExact - Get the exact not taken count for this loop exit.
4690 const SCEV *
4691 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::getExact(BasicBlock *ExitingBlock,
4692                                              ScalarEvolution *SE) const {
4693   for (const ExitNotTakenInfo *ENT = &ExitNotTaken;
4694        ENT != nullptr; ENT = ENT->getNextExit()) {
4695
4696     if (ENT->ExitingBlock == ExitingBlock)
4697       return ENT->ExactNotTaken;
4698   }
4699   return SE->getCouldNotCompute();
4700 }
4701
4702 /// getMax - Get the max backedge taken count for the loop.
4703 const SCEV *
4704 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::getMax(ScalarEvolution *SE) const {
4705   return Max ? Max : SE->getCouldNotCompute();
4706 }
4707
4708 bool ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::hasOperand(const SCEV *S,
4709                                                     ScalarEvolution *SE) const {
4710   if (Max && Max != SE->getCouldNotCompute() && SE->hasOperand(Max, S))
4711     return true;
4712
4713   if (!ExitNotTaken.ExitingBlock)
4714     return false;
4715
4716   for (const ExitNotTakenInfo *ENT = &ExitNotTaken;
4717        ENT != nullptr; ENT = ENT->getNextExit()) {
4718
4719     if (ENT->ExactNotTaken != SE->getCouldNotCompute()
4720         && SE->hasOperand(ENT->ExactNotTaken, S)) {
4721       return true;
4722     }
4723   }
4724   return false;
4725 }
4726
4727 /// Allocate memory for BackedgeTakenInfo and copy the not-taken count of each
4728 /// computable exit into a persistent ExitNotTakenInfo array.
4729 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::BackedgeTakenInfo(
4730   SmallVectorImpl< std::pair<BasicBlock *, const SCEV *> > &ExitCounts,
4731   bool Complete, const SCEV *MaxCount) : Max(MaxCount) {
4732
4733   if (!Complete)
4734     ExitNotTaken.setIncomplete();
4735
4736   unsigned NumExits = ExitCounts.size();
4737   if (NumExits == 0) return;
4738
4739   ExitNotTaken.ExitingBlock = ExitCounts[0].first;
4740   ExitNotTaken.ExactNotTaken = ExitCounts[0].second;
4741   if (NumExits == 1) return;
4742
4743   // Handle the rare case of multiple computable exits.
4744   ExitNotTakenInfo *ENT = new ExitNotTakenInfo[NumExits-1];
4745
4746   ExitNotTakenInfo *PrevENT = &ExitNotTaken;
4747   for (unsigned i = 1; i < NumExits; ++i, PrevENT = ENT, ++ENT) {
4748     PrevENT->setNextExit(ENT);
4749     ENT->ExitingBlock = ExitCounts[i].first;
4750     ENT->ExactNotTaken = ExitCounts[i].second;
4751   }
4752 }
4753
4754 /// clear - Invalidate this result and free the ExitNotTakenInfo array.
4755 void ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::clear() {
4756   ExitNotTaken.ExitingBlock = nullptr;
4757   ExitNotTaken.ExactNotTaken = nullptr;
4758   delete[] ExitNotTaken.getNextExit();
4759 }
4760
4761 /// ComputeBackedgeTakenCount - Compute the number of times the backedge
4762 /// of the specified loop will execute.
4763 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4764 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
4765   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitingBlocks;
4766   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
4767
4768   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, const SCEV *>, 4> ExitCounts;
4769   bool CouldComputeBECount = true;
4770   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch(); // may be NULL.
4771   const SCEV *MustExitMaxBECount = nullptr;
4772   const SCEV *MayExitMaxBECount = nullptr;
4773
4774   // Compute the ExitLimit for each loop exit. Use this to populate ExitCounts
4775   // and compute maxBECount.
4776   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
4777     BasicBlock *ExitBB = ExitingBlocks[i];
4778     ExitLimit EL = ComputeExitLimit(L, ExitBB);
4779
4780     // 1. For each exit that can be computed, add an entry to ExitCounts.
4781     // CouldComputeBECount is true only if all exits can be computed.
4782     if (EL.Exact == getCouldNotCompute())
4783       // We couldn't compute an exact value for this exit, so
4784       // we won't be able to compute an exact value for the loop.
4785       CouldComputeBECount = false;
4786     else
4787       ExitCounts.push_back(std::make_pair(ExitBB, EL.Exact));
4788
4789     // 2. Derive the loop's MaxBECount from each exit's max number of
4790     // non-exiting iterations. Partition the loop exits into two kinds:
4791     // LoopMustExits and LoopMayExits.
4792     //
4793     // If the exit dominates the loop latch, it is a LoopMustExit otherwise it
4794     // is a LoopMayExit.  If any computable LoopMustExit is found, then
4795     // MaxBECount is the minimum EL.Max of computable LoopMustExits. Otherwise,
4796     // MaxBECount is conservatively the maximum EL.Max, where CouldNotCompute is
4797     // considered greater than any computable EL.Max.
4798     if (EL.Max != getCouldNotCompute() && Latch &&
4799         DT->dominates(ExitBB, Latch)) {
4800       if (!MustExitMaxBECount)
4801         MustExitMaxBECount = EL.Max;
4802       else {
4803         MustExitMaxBECount =
4804           getUMinFromMismatchedTypes(MustExitMaxBECount, EL.Max);
4805       }
4806     } else if (MayExitMaxBECount != getCouldNotCompute()) {
4807       if (!MayExitMaxBECount || EL.Max == getCouldNotCompute())
4808         MayExitMaxBECount = EL.Max;
4809       else {
4810         MayExitMaxBECount =
4811           getUMaxFromMismatchedTypes(MayExitMaxBECount, EL.Max);
4812       }
4813     }
4814   }
4815   const SCEV *MaxBECount = MustExitMaxBECount ? MustExitMaxBECount :
4816     (MayExitMaxBECount ? MayExitMaxBECount : getCouldNotCompute());
4817   return BackedgeTakenInfo(ExitCounts, CouldComputeBECount, MaxBECount);
4818 }
4819
4820 /// ComputeExitLimit - Compute the number of times the backedge of the specified
4821 /// loop will execute if it exits via the specified block.
4822 ScalarEvolution::ExitLimit
4823 ScalarEvolution::ComputeExitLimit(const Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock) {
4824
4825   // Okay, we've chosen an exiting block.  See what condition causes us to
4826   // exit at this block and remember the exit block and whether all other targets
4827   // lead to the loop header.
4828   bool MustExecuteLoopHeader = true;
4829   BasicBlock *Exit = nullptr;
4830   for (succ_iterator SI = succ_begin(ExitingBlock), SE = succ_end(ExitingBlock);
4831        SI != SE; ++SI)
4832     if (!L->contains(*SI)) {
4833       if (Exit) // Multiple exit successors.
4834         return getCouldNotCompute();
4835       Exit = *SI;
4836     } else if (*SI != L->getHeader()) {
4837       MustExecuteLoopHeader = false;
4838     }
4839
4840   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
4841   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
4842   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
4843   // not be equal to the trip count of the loop.
4844   //
4845   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
4846   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
4847   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
4848   // loop header.  This is common for un-rotated loops.
4849   //
4850   // If both of those tests fail, walk up the unique predecessor chain to the
4851   // header, stopping if there is an edge that doesn't exit the loop. If the
4852   // header is reached, the execution count of the branch will be equal to the
4853   // trip count of the loop.
4854   //
4855   //  More extensive analysis could be done to handle more cases here.
4856   //
4857   if (!MustExecuteLoopHeader && ExitingBlock != L->getHeader()) {
4858     // The simple checks failed, try climbing the unique predecessor chain
4859     // up to the header.
4860     bool Ok = false;
4861     for (BasicBlock *BB = ExitingBlock; BB; ) {
4862       BasicBlock *Pred = BB->getUniquePredecessor();
4863       if (!Pred)
4864         return getCouldNotCompute();
4865       TerminatorInst *PredTerm = Pred->getTerminator();
4866       for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
4867         BasicBlock *PredSucc = PredTerm->getSuccessor(i);
4868         if (PredSucc == BB)
4869           continue;
4870         // If the predecessor has a successor that isn't BB and isn't
4871         // outside the loop, assume the worst.
4872         if (L->contains(PredSucc))
4873           return getCouldNotCompute();
4874       }
4875       if (Pred == L->getHeader()) {
4876         Ok = true;
4877         break;
4878       }
4879       BB = Pred;
4880     }
4881     if (!Ok)
4882       return getCouldNotCompute();
4883   }
4884
4885   bool IsOnlyExit = (L->getExitingBlock() != nullptr);
4886   TerminatorInst *Term = ExitingBlock->getTerminator();
4887   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Term)) {
4888     assert(BI->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
4889     // Proceed to the next level to examine the exit condition expression.
4890     return ComputeExitLimitFromCond(L, BI->getCondition(), BI->getSuccessor(0),
4891                                     BI->getSuccessor(1),
4892                                     /*ControlsExit=*/IsOnlyExit);
4893   }
4894
4895   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(Term))
4896     return ComputeExitLimitFromSingleExitSwitch(L, SI, Exit,
4897                                                 /*ControlsExit=*/IsOnlyExit);
4898
4899   return getCouldNotCompute();
4900 }
4901
4902 /// ComputeExitLimitFromCond - Compute the number of times the
4903 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
4904 /// were a conditional branch of ExitCond, TBB, and FBB.
4905 ///
4906 /// @param ControlsExit is true if ExitCond directly controls the exit
4907 /// branch. In this case, we can assume that the loop exits only if the
4908 /// condition is true and can infer that failing to meet the condition prior to
4909 /// integer wraparound results in undefined behavior.
4910 ScalarEvolution::ExitLimit
4911 ScalarEvolution::ComputeExitLimitFromCond(const Loop *L,
4912                                           Value *ExitCond,
4913                                           BasicBlock *TBB,
4914                                           BasicBlock *FBB,
4915                                           bool ControlsExit) {
4916   // Check if the controlling expression for this loop is an And or Or.
4917   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(ExitCond)) {
4918     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
4919       // Recurse on the operands of the and.
4920       bool EitherMayExit = L->contains(TBB);
4921       ExitLimit EL0 = ComputeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB,
4922                                                ControlsExit && !EitherMayExit);
4923       ExitLimit EL1 = ComputeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB,
4924                                                ControlsExit && !EitherMayExit);
4925       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
4926       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
4927       if (EitherMayExit) {
4928         // Both conditions must be true for the loop to continue executing.
4929         // Choose the less conservative count.
4930         if (EL0.Exact == getCouldNotCompute() ||
4931             EL1.Exact == getCouldNotCompute())
4932           BECount = getCouldNotCompute();
4933         else
4934           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Exact, EL1.Exact);
4935         if (EL0.Max == getCouldNotCompute())
4936           MaxBECount = EL1.Max;
4937         else if (EL1.Max == getCouldNotCompute())
4938           MaxBECount = EL0.Max;
4939         else
4940           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Max, EL1.Max);
4941       } else {
4942         // Both conditions must be true at the same time for the loop to exit.
4943         // For now, be conservative.
4944         assert(L->contains(FBB) && "Loop block has no successor in loop!");
4945         if (EL0.Max == EL1.Max)
4946           MaxBECount = EL0.Max;
4947         if (EL0.Exact == EL1.Exact)
4948           BECount = EL0.Exact;
4949       }
4950
4951       return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
4952     }
4953     if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
4954       // Recurse on the operands of the or.
4955       bool EitherMayExit = L->contains(FBB);
4956       ExitLimit EL0 = ComputeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB,
4957                                                ControlsExit && !EitherMayExit);
4958       ExitLimit EL1 = ComputeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB,
4959                                                ControlsExit && !EitherMayExit);
4960       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
4961       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
4962       if (EitherMayExit) {
4963         // Both conditions must be false for the loop to continue executing.
4964         // Choose the less conservative count.
4965         if (EL0.Exact == getCouldNotCompute() ||
4966             EL1.Exact == getCouldNotCompute())
4967           BECount = getCouldNotCompute();
4968         else
4969           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Exact, EL1.Exact);
4970         if (EL0.Max == getCouldNotCompute())
4971           MaxBECount = EL1.Max;
4972         else if (EL1.Max == getCouldNotCompute())
4973           MaxBECount = EL0.Max;
4974         else
4975           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Max, EL1.Max);
4976       } else {
4977         // Both conditions must be false at the same time for the loop to exit.
4978         // For now, be conservative.
4979         assert(L->contains(TBB) && "Loop block has no successor in loop!");
4980         if (EL0.Max == EL1.Max)
4981           MaxBECount = EL0.Max;
4982         if (EL0.Exact == EL1.Exact)
4983           BECount = EL0.Exact;
4984       }
4985
4986       return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
4987     }
4988   }
4989
4990   // With an icmp, it may be feasible to compute an exact backedge-taken count.
4991   // Proceed to the next level to examine the icmp.
4992   if (ICmpInst *ExitCondICmp = dyn_cast<ICmpInst>(ExitCond))
4993     return ComputeExitLimitFromICmp(L, ExitCondICmp, TBB, FBB, ControlsExit);
4994
4995   // Check for a constant condition. These are normally stripped out by
4996   // SimplifyCFG, but ScalarEvolution may be used by a pass which wishes to
4997   // preserve the CFG and is temporarily leaving constant conditions
4998   // in place.
4999   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(ExitCond)) {
5000     if (L->contains(FBB) == !CI->getZExtValue())
5001       // The backedge is always taken.
5002       return getCouldNotCompute();
5003     else
5004       // The backedge is never taken.
5005       return getConstant(CI->getType(), 0);
5006   }
5007
5008   // If it's not an integer or pointer comparison then compute it the hard way.
5009   return ComputeExitCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
5010 }
5011
5012 /// ComputeExitLimitFromICmp - Compute the number of times the
5013 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
5014 /// were a conditional branch of the ICmpInst ExitCond, TBB, and FBB.
5015 ScalarEvolution::ExitLimit
5016 ScalarEvolution::ComputeExitLimitFromICmp(const Loop *L,
5017                                           ICmpInst *ExitCond,
5018                                           BasicBlock *TBB,
5019                                           BasicBlock *FBB,
5020                                           bool ControlsExit) {
5021
5022   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
5023   ICmpInst::Predicate Cond;
5024   if (!L->contains(FBB))
5025     Cond = ExitCond->getPredicate();
5026   else
5027     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
5028
5029   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
5030   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
5031     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
5032       ExitLimit ItCnt =
5033         ComputeLoadConstantCompareExitLimit(LI, RHS, L, Cond);
5034       if (ItCnt.hasAnyInfo())
5035         return ItCnt;
5036     }
5037
5038   const SCEV *LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
5039   const SCEV *RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
5040
5041   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
5042   LHS = getSCEVAtScope(LHS, L);
5043   RHS = getSCEVAtScope(RHS, L);
5044
5045   // At this point, we would like to compute how many iterations of the
5046   // loop the predicate will return true for these inputs.
5047   if (isLoopInvariant(LHS, L) && !isLoopInvariant(RHS, L)) {
5048     // If there is a loop-invariant, force it into the RHS.
5049     std::swap(LHS, RHS);
5050     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
5051   }
5052
5053   // Simplify the operands before analyzing them.
5054   (void)SimplifyICmpOperands(Cond, LHS, RHS);
5055
5056   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
5057   // ranges to answer this query.
5058   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
5059     if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
5060       if (AddRec->getLoop() == L) {
5061         // Form the constant range.
5062         ConstantRange CompRange(
5063             ICmpInst::makeConstantRange(Cond, RHSC->getValue()->getValue()));
5064
5065         const SCEV *Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, *this);
5066         if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
5067       }
5068
5069   switch (Cond) {
5070   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
5071     // Convert to: while (X-Y != 0)
5072     ExitLimit EL = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L, ControlsExit);
5073     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
5074     break;
5075   }
5076   case ICmpInst::ICMP_EQ: {                     // while (X == Y)
5077     // Convert to: while (X-Y == 0)
5078     ExitLimit EL = HowFarToNonZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
5079     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
5080     break;
5081   }
5082   case ICmpInst::ICMP_SLT:
5083   case ICmpInst::ICMP_ULT: {                    // while (X < Y)
5084     bool IsSigned = Cond == ICmpInst::ICMP_SLT;
5085     ExitLimit EL = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, IsSigned, ControlsExit);
5086     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
5087     break;
5088   }
5089   case ICmpInst::ICMP_SGT:
5090   case ICmpInst::ICMP_UGT: {                    // while (X > Y)
5091     bool IsSigned = Cond == ICmpInst::ICMP_SGT;
5092     ExitLimit EL = HowManyGreaterThans(LHS, RHS, L, IsSigned, ControlsExit);
5093     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
5094     break;
5095   }
5096   default:
5097 #if 0
5098     dbgs() << "ComputeBackedgeTakenCount ";
5099     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
5100       dbgs() << "[unsigned] ";
5101     dbgs() << *LHS << "   "
5102          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp)
5103          << "   " << *RHS << "\n";
5104 #endif
5105     break;
5106   }
5107   return ComputeExitCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
5108 }
5109
5110 ScalarEvolution::ExitLimit
5111 ScalarEvolution::ComputeExitLimitFromSingleExitSwitch(const Loop *L,
5112                                                       SwitchInst *Switch,
5113                                                       BasicBlock *ExitingBlock,
5114                                                       bool ControlsExit) {
5115   assert(!L->contains(ExitingBlock) && "Not an exiting block!");
5116
5117   // Give up if the exit is the default dest of a switch.
5118   if (Switch->getDefaultDest() == ExitingBlock)
5119     return getCouldNotCompute();
5120
5121   assert(L->contains(Switch->getDefaultDest()) &&
5122          "Default case must not exit the loop!");
5123   const SCEV *LHS = getSCEVAtScope(Switch->getCondition(), L);
5124   const SCEV *RHS = getConstant(Switch->findCaseDest(ExitingBlock));
5125
5126   // while (X != Y) --> while (X-Y != 0)
5127   ExitLimit EL = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L, ControlsExit);
5128   if (EL.hasAnyInfo())
5129     return EL;
5130
5131   return getCouldNotCompute();
5132 }
5133
5134 static ConstantInt *
5135 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
5136                                 ScalarEvolution &SE) {
5137   const SCEV *InVal = SE.getConstant(C);
5138   const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
5139   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
5140          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
5141   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
5142 }
5143
5144 /// ComputeLoadConstantCompareExitLimit - Given an exit condition of
5145 /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the backedge
5146 /// execution count.
5147 ScalarEvolution::ExitLimit
5148 ScalarEvolution::ComputeLoadConstantCompareExitLimit(
5149   LoadInst *LI,
5150   Constant *RHS,
5151   const Loop *L,
5152   ICmpInst::Predicate predicate) {
5153
5154   if (LI->isVolatile()) return getCouldNotCompute();
5155
5156   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
5157   // TODO: Use SCEV instead of manually grubbing with GEPs.
5158   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
5159   if (!GEP) return getCouldNotCompute();
5160
5161   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
5162   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
5163   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
5164   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer() ||
5165       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
5166       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
5167     return getCouldNotCompute();
5168
5169   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
5170   Value *VarIdx = nullptr;
5171   std::vector<Constant*> Indexes;
5172   unsigned VarIdxNum = 0;
5173   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
5174     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
5175       Indexes.push_back(CI);
5176     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
5177       if (VarIdx) return getCouldNotCompute();  // Multiple non-constant idx's.
5178       VarIdx = GEP->getOperand(i);
5179       VarIdxNum = i-2;
5180       Indexes.push_back(nullptr);
5181     }
5182
5183   // Loop-invariant loads may be a byproduct of loop optimization. Skip them.
5184   if (!VarIdx)
5185     return getCouldNotCompute();
5186
5187   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
5188   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
5189   const SCEV *Idx = getSCEV(VarIdx);
5190   Idx = getSCEVAtScope(Idx, L);
5191
5192   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
5193   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
5194   const SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
5195   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || isLoopInvariant(IdxExpr, L) ||
5196       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
5197       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
5198     return getCouldNotCompute();
5199
5200   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
5201   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
5202     ConstantInt *ItCst = ConstantInt::get(
5203                            cast<IntegerType>(IdxExpr->getType()), IterationNum);
5204     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, *this);
5205
5206     // Form the GEP offset.
5207     Indexes[VarIdxNum] = Val;
5208
5209     Constant *Result = ConstantFoldLoadThroughGEPIndices(GV->getInitializer(),
5210                                                          Indexes);
5211     if (!Result) break;  // Cannot compute!
5212
5213     // Evaluate the condition for this iteration.
5214     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
5215     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
5216     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
5217 #if 0
5218       dbgs() << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
5219              << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
5220              << "***\n";
5221 #endif
5222       ++NumArrayLenItCounts;
5223       return getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
5224     }
5225   }
5226   return getCouldNotCompute();
5227 }
5228
5229
5230 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
5231 /// specified type, assuming that all operands were constants.
5232 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
5233   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
5234       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) ||
5235       isa<LoadInst>(I))
5236     return true;
5237
5238   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
5239     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
5240       return canConstantFoldCallTo(F);
5241   return false;
5242 }
5243
5244 /// Determine whether this instruction can constant evolve within this loop
5245 /// assuming its operands can all constant evolve.
5246 static bool canConstantEvolve(Instruction *I, const Loop *L) {
5247   // An instruction outside of the loop can't be derived from a loop PHI.
5248   if (!L->contains(I)) return false;
5249
5250   if (isa<PHINode>(I)) {
5251     if (L->getHeader() == I->getParent())
5252       return true;
5253     else
5254       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
5255       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
5256       return false;
5257   }
5258
5259   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
5260   // are constants, bail early.
5261   return CanConstantFold(I);
5262 }
5263
5264 /// getConstantEvolvingPHIOperands - Implement getConstantEvolvingPHI by
5265 /// recursing through each instruction operand until reaching a loop header phi.
5266 static PHINode *
5267 getConstantEvolvingPHIOperands(Instruction *UseInst, const Loop *L,
5268                                DenseMap<Instruction *, PHINode *> &PHIMap) {
5269
5270   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
5271   // constant or derived from a PHI node themselves.
5272   PHINode *PHI = nullptr;
5273   for (Instruction::op_iterator OpI = UseInst->op_begin(),
5274          OpE = UseInst->op_end(); OpI != OpE; ++OpI) {
5275
5276     if (isa<Constant>(*OpI)) continue;
5277
5278     Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(*OpI);
5279     if (!OpInst || !canConstantEvolve(OpInst, L)) return nullptr;
5280
5281     PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(OpInst);
5282     if (!P)
5283       // If this operand is already visited, reuse the prior result.
5284       // We may have P != PHI if this is the deepest point at which the
5285       // inconsistent paths meet.
5286       P = PHIMap.lookup(OpInst);
5287     if (!P) {
5288       // Recurse and memoize the results, whether a phi is found or not.
5289       // This recursive call invalidates pointers into PHIMap.
5290       P = getConstantEvolvingPHIOperands(OpInst, L, PHIMap);
5291       PHIMap[OpInst] = P;
5292     }
5293     if (!P)
5294       return nullptr;  // Not evolving from PHI
5295     if (PHI && PHI != P)
5296       return nullptr;  // Evolving from multiple different PHIs.
5297     PHI = P;
5298   }
5299   // This is a expression evolving from a constant PHI!
5300   return PHI;
5301 }
5302
5303 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
5304 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
5305 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
5306 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
5307 /// constraints, return null.
5308 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
5309   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
5310   if (!I || !canConstantEvolve(I, L)) return nullptr;
5311
5312   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
5313     return PN;
5314   }
5315
5316   // Record non-constant instructions contained by the loop.
5317   DenseMap<Instruction *, PHINode *> PHIMap;
5318   return getConstantEvolvingPHIOperands(I, L, PHIMap);
5319 }
5320
5321 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
5322 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
5323 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
5324 /// reason, return null.
5325 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, const Loop *L,
5326                                     DenseMap<Instruction *, Constant *> &Vals,
5327                                     const DataLayout *DL,
5328                                     const TargetLibraryInfo *TLI) {
5329   // Convenient constant check, but redundant for recursive calls.
5330   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
5331   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
5332   if (!I) return nullptr;
5333
5334   if (Constant *C = Vals.lookup(I)) return C;
5335
5336   // An instruction inside the loop depends on a value outside the loop that we
5337   // weren't given a mapping for, or a value such as a call inside the loop.
5338   if (!canConstantEvolve(I, L)) return nullptr;
5339
5340   // An unmapped PHI can be due to a branch or another loop inside this loop,
5341   // or due to this not being the initial iteration through a loop where we
5342   // couldn't compute the evolution of this particular PHI last time.
5343   if (isa<PHINode>(I)) return nullptr;
5344
5345   std::vector<Constant*> Operands(I->getNumOperands());
5346
5347   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5348     Instruction *Operand = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i));
5349     if (!Operand) {
5350       Operands[i] = dyn_cast<Constant>(I->getOperand(i));
5351       if (!Operands[i]) return nullptr;
5352       continue;
5353     }
5354     Constant *C = EvaluateExpression(Operand, L, Vals, DL, TLI);
5355     Vals[Operand] = C;
5356     if (!C) return nullptr;
5357     Operands[i] = C;
5358   }
5359
5360   if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
5361     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(), Operands[0],
5362                                            Operands[1], DL, TLI);
5363   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
5364     if (!LI->isVolatile())
5365       return ConstantFoldLoadFromConstPtr(Operands[0], DL);
5366   }
5367   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(), Operands, DL,
5368                                   TLI);
5369 }
5370
5371 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
5372 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
5373 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
5374 /// involving constants, fold it.
5375 Constant *
5376 ScalarEvolution::getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN,
5377                                                    const APInt &BEs,
5378                                                    const Loop *L) {
5379   DenseMap<PHINode*, Constant*>::const_iterator I =
5380     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
5381   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
5382     return I->second;
5383
5384   if (BEs.ugt(MaxBruteForceIterations))
5385     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = nullptr;  // Not going to evaluate it.
5386
5387   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
5388
5389   DenseMap<Instruction *, Constant *> CurrentIterVals;
5390   BasicBlock *Header = L->getHeader();
5391   assert(PN->getParent() == Header && "Can't evaluate PHI not in loop header!");
5392
5393   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
5394   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
5395   // second must be derived from the same PHI.
5396   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
5397   PHINode *PHI = nullptr;
5398   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
5399        (PHI = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I) {
5400     Constant *StartCST =
5401       dyn_cast<Constant>(PHI->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
5402     if (!StartCST) continue;
5403     CurrentIterVals[PHI] = StartCST;
5404   }
5405   if (!CurrentIterVals.count(PN))
5406     return RetVal = nullptr;
5407
5408   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
5409
5410   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
5411   if (BEs.getActiveBits() >= 32)
5412     return RetVal = nullptr; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
5413
5414   unsigned NumIterations = BEs.getZExtValue(); // must be in range
5415   unsigned IterationNum = 0;
5416   for (; ; ++IterationNum) {
5417     if (IterationNum == NumIterations)
5418       return RetVal = CurrentIterVals[PN];  // Got exit value!
5419
5420     // Compute the value of the PHIs for the next iteration.
5421     // EvaluateExpression adds non-phi values to the CurrentIterVals map.
5422     DenseMap<Instruction *, Constant *> NextIterVals;
5423     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, L, CurrentIterVals, DL,
5424                                            TLI);
5425     if (!NextPHI)
5426       return nullptr;        // Couldn't evaluate!
5427     NextIterVals[PN] = NextPHI;
5428
5429     bool StoppedEvolving = NextPHI == CurrentIterVals[PN];
5430
5431     // Also evaluate the other PHI nodes.  However, we don't get to stop if we
5432     // cease to be able to evaluate one of them or if they stop evolving,
5433     // because that doesn't necessarily prevent us from computing PN.
5434     SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 8> PHIsToCompute;
5435     for (DenseMap<Instruction *, Constant *>::const_iterator
5436            I = CurrentIterVals.begin(), E = CurrentIterVals.end(); I != E; ++I){
5437       PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I->first);
5438       if (!PHI || PHI == PN || PHI->getParent() != Header) continue;
5439       PHIsToCompute.push_back(std::make_pair(PHI, I->second));
5440     }
5441     // We use two distinct loops because EvaluateExpression may invalidate any
5442     // iterators into CurrentIterVals.
5443     for (SmallVectorImpl<std::pair<PHINode *, Constant*> >::const_iterator
5444              I = PHIsToCompute.begin(), E = PHIsToCompute.end(); I != E; ++I) {
5445       PHINode *PHI = I->first;
5446       Constant *&NextPHI = NextIterVals[PHI];
5447       if (!NextPHI) {   // Not already computed.
5448         Value *BEValue = PHI->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
5449         NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, L, CurrentIterVals, DL, TLI);
5450       }
5451       if (NextPHI != I->second)
5452         StoppedEvolving = false;
5453     }
5454
5455     // If all entries in CurrentIterVals == NextIterVals then we can stop
5456     // iterating, the loop can't continue to change.
5457     if (StoppedEvolving)
5458       return RetVal = CurrentIterVals[PN];
5459
5460     CurrentIterVals.swap(NextIterVals);
5461   }
5462 }
5463
5464 /// ComputeExitCountExhaustively - If the loop is known to execute a
5465 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
5466 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
5467 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
5468 /// evaluate the trip count of the loop, return getCouldNotCompute().
5469 const SCEV *ScalarEvolution::ComputeExitCountExhaustively(const Loop *L,
5470                                                           Value *Cond,
5471                                                           bool ExitWhen) {
5472   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
5473   if (!PN) return getCouldNotCompute();
5474
5475   // If the loop is canonicalized, the PHI will have exactly two entries.
5476   // That's the only form we support here.
5477   if (PN->getNumIncomingValues() != 2) return getCouldNotCompute();
5478
5479   DenseMap<Instruction *, Constant *> CurrentIterVals;
5480   BasicBlock *Header = L->getHeader();
5481   assert(PN->getParent() == Header && "Can't evaluate PHI not in loop header!");
5482
5483   // One entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
5484   // second must be derived from the same PHI.
5485   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
5486   PHINode *PHI = nullptr;
5487   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
5488        (PHI = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I) {
5489     Constant *StartCST =
5490       dyn_cast<Constant>(PHI->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
5491     if (!StartCST) continue;
5492     CurrentIterVals[PHI] = StartCST;
5493   }
5494   if (!CurrentIterVals.count(PN))
5495     return getCouldNotCompute();
5496
5497   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
5498   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
5499   // "ExitWhen".
5500
5501   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
5502   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxIterations;++IterationNum){
5503     ConstantInt *CondVal =
5504       dyn_cast_or_null<ConstantInt>(EvaluateExpression(Cond, L, CurrentIterVals,
5505                                                        DL, TLI));
5506
5507     // Couldn't symbolically evaluate.
5508     if (!CondVal) return getCouldNotCompute();
5509
5510     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
5511       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
5512       return getConstant(Type::getInt32Ty(getContext()), IterationNum);
5513     }
5514
5515     // Update all the PHI nodes for the next iteration.
5516     DenseMap<Instruction *, Constant *> NextIterVals;
5517
5518     // Create a list of which PHIs we need to compute. We want to do this before
5519     // calling EvaluateExpression on them because that may invalidate iterators
5520     // into CurrentIterVals.
5521     SmallVector<PHINode *, 8> PHIsToCompute;
5522     for (DenseMap<Instruction *, Constant *>::const_iterator
5523            I = CurrentIterVals.begin(), E = CurrentIterVals.end(); I != E; ++I){
5524       PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I->first);
5525       if (!PHI || PHI->getParent() != Header) continue;
5526       PHIsToCompute.push_back(PHI);
5527     }
5528     for (SmallVectorImpl<PHINode *>::const_iterator I = PHIsToCompute.begin(),
5529              E = PHIsToCompute.end(); I != E; ++I) {
5530       PHINode *PHI = *I;
5531       Constant *&NextPHI = NextIterVals[PHI];
5532       if (NextPHI) continue;    // Already computed!
5533
5534       Value *BEValue = PHI->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
5535       NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, L, CurrentIterVals, DL, TLI);
5536     }
5537     CurrentIterVals.swap(NextIterVals);
5538   }
5539
5540   // Too many iterations were needed to evaluate.
5541   return getCouldNotCompute();
5542 }
5543
5544 /// getSCEVAtScope - Return a SCEV expression for the specified value
5545 /// at the specified scope in the program.  The L value specifies a loop
5546 /// nest to evaluate the expression at, where null is the top-level or a
5547 /// specified loop is immediately inside of the loop.
5548 ///
5549 /// This method can be used to compute the exit value for a variable defined
5550 /// in a loop by querying what the value will hold in the parent loop.
5551 ///
5552 /// In the case that a relevant loop exit value cannot be computed, the
5553 /// original value V is returned.
5554 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
5555   // Check to see if we've folded this expression at this loop before.
5556   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 2> &Values = ValuesAtScopes[V];
5557   for (unsigned u = 0; u < Values.size(); u++) {
5558     if (Values[u].first == L)
5559       return Values[u].second ? Values[u].second : V;
5560   }
5561   Values.push_back(std::make_pair(L, static_cast<const SCEV *>(nullptr)));
5562   // Otherwise compute it.
5563   const SCEV *C = computeSCEVAtScope(V, L);
5564   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 2> &Values2 = ValuesAtScopes[V];
5565   for (unsigned u = Values2.size(); u > 0; u--) {
5566     if (Values2[u - 1].first == L) {
5567       Values2[u - 1].second = C;
5568       break;
5569     }
5570   }
5571   return C;
5572 }
5573
5574 /// This builds up a Constant using the ConstantExpr interface.  That way, we
5575 /// will return Constants for objects which aren't represented by a
5576 /// SCEVConstant, because SCEVConstant is restricted to ConstantInt.
5577 /// Returns NULL if the SCEV isn't representable as a Constant.
5578 static Constant *BuildConstantFromSCEV(const SCEV *V) {
5579   switch (static_cast<SCEVTypes>(V->getSCEVType())) {
5580     case scCouldNotCompute:
5581     case scAddRecExpr:
5582       break;
5583     case scConstant:
5584       return cast<SCEVConstant>(V)->getValue();
5585     case scUnknown:
5586       return dyn_cast<Constant>(cast<SCEVUnknown>(V)->getValue());
5587     case scSignExtend: {
5588       const SCEVSignExtendExpr *SS = cast<SCEVSignExtendExpr>(V);
5589       if (Constant *CastOp = BuildConstantFromSCEV(SS->getOperand()))
5590         return ConstantExpr::getSExt(CastOp, SS->getType());
5591       break;
5592     }
5593     case scZeroExtend: {
5594       const SCEVZeroExtendExpr *SZ = cast<SCEVZeroExtendExpr>(V);
5595       if (Constant *CastOp = BuildConstantFromSCEV(SZ->getOperand()))
5596         return ConstantExpr::getZExt(CastOp, SZ->getType());
5597       break;
5598     }
5599     case scTruncate: {
5600       const SCEVTruncateExpr *ST = cast<SCEVTruncateExpr>(V);
5601       if (Constant *CastOp = BuildConstantFromSCEV(ST->getOperand()))
5602         return ConstantExpr::getTrunc(CastOp, ST->getType());
5603       break;
5604     }
5605     case scAddExpr: {
5606       const SCEVAddExpr *SA = cast<SCEVAddExpr>(V);
5607       if (Constant *C = BuildConstantFromSCEV(SA->getOperand(0))) {
5608         if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(C->getType())) {
5609           unsigned AS = PTy->getAddressSpace();
5610           Type *DestPtrTy = Type::getInt8PtrTy(C->getContext(), AS);
5611           C = ConstantExpr::getBitCast(C, DestPtrTy);
5612         }
5613         for (unsigned i = 1, e = SA->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5614           Constant *C2 = BuildConstantFromSCEV(SA->getOperand(i));
5615           if (!C2) return nullptr;
5616
5617           // First pointer!
5618           if (!C->getType()->isPointerTy() && C2->getType()->isPointerTy()) {
5619             unsigned AS = C2->getType()->getPointerAddressSpace();
5620             std::swap(C, C2);
5621             Type *DestPtrTy = Type::getInt8PtrTy(C->getContext(), AS);
5622             // The offsets have been converted to bytes.  We can add bytes to an
5623             // i8* by GEP with the byte count in the first index.
5624             C = ConstantExpr::getBitCast(C, DestPtrTy);
5625           }
5626
5627           // Don't bother trying to sum two pointers. We probably can't
5628           // statically compute a load that results from it anyway.
5629           if (C2->getType()->isPointerTy())
5630             return nullptr;
5631
5632           if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(C->getType())) {
5633             if (PTy->getElementType()->isStructTy())
5634               C2 = ConstantExpr::getIntegerCast(
5635                   C2, Type::getInt32Ty(C->getContext()), true);
5636             C = ConstantExpr::getGetElementPtr(C, C2);
5637           } else
5638             C = ConstantExpr::getAdd(C, C2);
5639         }
5640         return C;
5641       }
5642       break;
5643     }
5644     case scMulExpr: {
5645       const SCEVMulExpr *SM = cast<SCEVMulExpr>(V);
5646       if (Constant *C = BuildConstantFromSCEV(SM->getOperand(0))) {
5647         // Don't bother with pointers at all.
5648         if (C->getType()->isPointerTy()) return nullptr;
5649         for (unsigned i = 1, e = SM->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5650           Constant *C2 = BuildConstantFromSCEV(SM->getOperand(i));
5651           if (!C2 || C2->getType()->isPointerTy()) return nullptr;
5652           C = ConstantExpr::getMul(C, C2);
5653         }
5654         return C;
5655       }
5656       break;
5657     }
5658     case scUDivExpr: {
5659       const SCEVUDivExpr *SU = cast<SCEVUDivExpr>(V);
5660       if (Constant *LHS = BuildConstantFromSCEV(SU->getLHS()))
5661         if (Constant *RHS = BuildConstantFromSCEV(SU->getRHS()))
5662           if (LHS->getType() == RHS->getType())
5663             return ConstantExpr::getUDiv(LHS, RHS);
5664       break;
5665     }
5666     case scSMaxExpr:
5667     case scUMaxExpr:
5668       break; // TODO: smax, umax.
5669   }
5670   return nullptr;
5671 }
5672
5673 const SCEV *ScalarEvolution::computeSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
5674   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
5675
5676   // If this instruction is evolved from a constant-evolving PHI, compute the
5677   // exit value from the loop without using SCEVs.
5678   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
5679     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
5680       const Loop *LI = (*this->LI)[I->getParent()];
5681       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
5682         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
5683           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
5684             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
5685             // to see if the loop that contains it has a known backedge-taken
5686             // count.  If so, we may be able to force computation of the exit
5687             // value.
5688             const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(LI);
5689             if (const SCEVConstant *BTCC =
5690                   dyn_cast<SCEVConstant>(BackedgeTakenCount)) {
5691               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
5692               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
5693               // the specified iteration number.
5694               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
5695                                                    BTCC->getValue()->getValue(),
5696                                                                LI);
5697               if (RV) return getSCEV(RV);
5698             }
5699           }
5700
5701       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
5702       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
5703       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
5704       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
5705       if (CanConstantFold(I)) {
5706         SmallVector<Constant *, 4> Operands;
5707         bool MadeImprovement = false;
5708         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5709           Value *Op = I->getOperand(i);
5710           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
5711             Operands.push_back(C);
5712             continue;
5713           }
5714
5715           // If any of the operands is non-constant and if they are
5716           // non-integer and non-pointer, don't even try to analyze them
5717           // with scev techniques.
5718           if (!isSCEVable(Op->getType()))
5719             return V;
5720
5721           const SCEV *OrigV = getSCEV(Op);
5722           const SCEV *OpV = getSCEVAtScope(OrigV, L);
5723           MadeImprovement |= OrigV != OpV;
5724
5725           Constant *C = BuildConstantFromSCEV(OpV);
5726           if (!C) return V;
5727           if (C->getType() != Op->getType())
5728             C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
5729                                                               Op->getType(),
5730                                                               false),
5731                                       C, Op->getType());
5732           Operands.push_back(C);
5733         }
5734
5735         // Check to see if getSCEVAtScope actually made an improvement.
5736         if (MadeImprovement) {
5737           Constant *C = nullptr;
5738           if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
5739             C = ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
5740                                                 Operands[0], Operands[1], DL,
5741                                                 TLI);
5742           else if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
5743             if (!LI->isVolatile())
5744               C = ConstantFoldLoadFromConstPtr(Operands[0], DL);
5745           } else
5746             C = ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
5747                                          Operands, DL, TLI);
5748           if (!C) return V;
5749           return getSCEV(C);
5750         }
5751       }
5752     }
5753
5754     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
5755     return V;
5756   }
5757
5758   if (const SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
5759     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
5760     // expression has no loop-variant portions.
5761     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5762       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
5763       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
5764         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
5765         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
5766         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Comm->op_begin(),
5767                                             Comm->op_begin()+i);
5768         NewOps.push_back(OpAtScope);
5769
5770         for (++i; i != e; ++i) {
5771           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
5772           NewOps.push_back(OpAtScope);
5773         }
5774         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
5775           return getAddExpr(NewOps);
5776         if (isa<SCEVMulExpr>(Comm))
5777           return getMulExpr(NewOps);
5778         if (isa<SCEVSMaxExpr>(Comm))
5779           return getSMaxExpr(NewOps);
5780         if (isa<SCEVUMaxExpr>(Comm))
5781           return getUMaxExpr(NewOps);
5782         llvm_unreachable("Unknown commutative SCEV type!");
5783       }
5784     }
5785     // If we got here, all operands are loop invariant.
5786     return Comm;
5787   }
5788
5789   if (const SCEVUDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(V)) {
5790     const SCEV *LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
5791     const SCEV *RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
5792     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
5793       return Div;   // must be loop invariant
5794     return getUDivExpr(LHS, RHS);
5795   }
5796
5797   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
5798   // are dealing with the final value computed by the loop.
5799   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
5800     // First, attempt to evaluate each operand.
5801     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
5802     // expression has no loop-variant portions.
5803     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5804       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(i), L);
5805       if (OpAtScope == AddRec->getOperand(i))
5806         continue;
5807
5808       // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
5809       // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
5810       SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AddRec->op_begin(),
5811                                           AddRec->op_begin()+i);
5812       NewOps.push_back(OpAtScope);
5813       for (++i; i != e; ++i)
5814         NewOps.push_back(getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(i), L));
5815
5816       const SCEV *FoldedRec =
5817         getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop(),
5818                       AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
5819       AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(FoldedRec);
5820       // The addrec may be folded to a nonrecurrence, for example, if the
5821       // induction variable is multiplied by zero after constant folding. Go
5822       // ahead and return the folded value.
5823       if (!AddRec)
5824         return FoldedRec;
5825       break;
5826     }
5827
5828     // If the scope is outside the addrec's loop, evaluate it by using the
5829     // loop exit value of the addrec.
5830     if (!AddRec->getLoop()->contains(L)) {
5831       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
5832       // loop iterates.  Compute this now.
5833       const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
5834       if (BackedgeTakenCount == getCouldNotCompute()) return AddRec;
5835
5836       // Then, evaluate the AddRec.
5837       return AddRec->evaluateAtIteration(BackedgeTakenCount, *this);
5838     }
5839
5840     return AddRec;
5841   }
5842
5843   if (const SCEVZeroExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(V)) {
5844     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
5845     if (Op == Cast->getOperand())
5846       return Cast;  // must be loop invariant
5847     return getZeroExtendExpr(Op, Cast->getType());
5848   }
5849
5850   if (const SCEVSignExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(V)) {
5851     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
5852     if (Op == Cast->getOperand())
5853       return Cast;  // must be loop invariant
5854     return getSignExtendExpr(Op, Cast->getType());
5855   }
5856
5857   if (const SCEVTruncateExpr *Cast = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(V)) {
5858     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
5859     if (Op == Cast->getOperand())
5860       return Cast;  // must be loop invariant
5861     return getTruncateExpr(Op, Cast->getType());
5862   }
5863
5864   llvm_unreachable("Unknown SCEV type!");
5865 }
5866
5867 /// getSCEVAtScope - This is a convenience function which does
5868 /// getSCEVAtScope(getSCEV(V), L).
5869 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) {
5870   return getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
5871 }
5872
5873 /// SolveLinEquationWithOverflow - Finds the minimum unsigned root of the
5874 /// following equation:
5875 ///
5876 ///     A * X = B (mod N)
5877 ///
5878 /// where N = 2^BW and BW is the common bit width of A and B. The signedness of
5879 /// A and B isn't important.
5880 ///
5881 /// If the equation does not have a solution, SCEVCouldNotCompute is returned.
5882 static const SCEV *SolveLinEquationWithOverflow(const APInt &A, const APInt &B,
5883                                                ScalarEvolution &SE) {
5884   uint32_t BW = A.getBitWidth();
5885   assert(BW == B.getBitWidth() && "Bit widths must be the same.");
5886   assert(A != 0 && "A must be non-zero.");
5887
5888   // 1. D = gcd(A, N)
5889   //
5890   // The gcd of A and N may have only one prime factor: 2. The number of
5891   // trailing zeros in A is its multiplicity
5892   uint32_t Mult2 = A.countTrailingZeros();
5893   // D = 2^Mult2
5894
5895   // 2. Check if B is divisible by D.
5896   //
5897   // B is divisible by D if and only if the multiplicity of prime factor 2 for B
5898   // is not less than multiplicity of this prime factor for D.
5899   if (B.countTrailingZeros() < Mult2)
5900     return SE.getCouldNotCompute();
5901
5902   // 3. Compute I: the multiplicative inverse of (A / D) in arithmetic
5903   // modulo (N / D).
5904   //
5905   // (N / D) may need BW+1 bits in its representation.  Hence, we'll use this
5906   // bit width during computations.
5907   APInt AD = A.lshr(Mult2).zext(BW + 1);  // AD = A / D
5908   APInt Mod(BW + 1, 0);
5909   Mod.setBit(BW - Mult2);  // Mod = N / D
5910   APInt I = AD.multiplicativeInverse(Mod);
5911
5912   // 4. Compute the minimum unsigned root of the equation:
5913   // I * (B / D) mod (N / D)
5914   APInt Result = (I * B.lshr(Mult2).zext(BW + 1)).urem(Mod);
5915
5916   // The result is guaranteed to be less than 2^BW so we may truncate it to BW
5917   // bits.
5918   return SE.getConstant(Result.trunc(BW));
5919 }
5920
5921 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
5922 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
5923 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
5924 ///
5925 static std::pair<const SCEV *,const SCEV *>
5926 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ScalarEvolution &SE) {
5927   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
5928   const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
5929   const SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
5930   const SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
5931
5932   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
5933   if (!LC || !MC || !NC) {
5934     const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
5935     return std::make_pair(CNC, CNC);
5936   }
5937
5938   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
5939   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
5940   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
5941   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
5942   APInt Two(BitWidth, 2);
5943   APInt Four(BitWidth, 4);
5944
5945   {
5946     using namespace APIntOps;
5947     const APInt& C = L;
5948     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
5949     // The B coefficient is M-N/2
5950     APInt B(M);
5951     B -= sdiv(N,Two);
5952
5953     // The A coefficient is N/2
5954     APInt A(N.sdiv(Two));
5955
5956     // Compute the B^2-4ac term.
5957     APInt SqrtTerm(B);
5958     SqrtTerm *= B;
5959     SqrtTerm -= Four * (A * C);
5960
5961     if (SqrtTerm.isNegative()) {
5962       // The loop is provably infinite.
5963       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
5964       return std::make_pair(CNC, CNC);
5965     }
5966
5967     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
5968     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
5969     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
5970
5971     // Compute the two solutions for the quadratic formula.
5972     // The divisions must be performed as signed divisions.
5973     APInt NegB(-B);
5974     APInt TwoA(A << 1);
5975     if (TwoA.isMinValue()) {
5976       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
5977       return std::make_pair(CNC, CNC);
5978     }
5979
5980     LLVMContext &Context = SE.getContext();
5981
5982     ConstantInt *Solution1 =
5983       ConstantInt::get(Context, (NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
5984     ConstantInt *Solution2 =
5985       ConstantInt::get(Context, (NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
5986
5987     return std::make_pair(SE.getConstant(Solution1),
5988                           SE.getConstant(Solution2));
5989   } // end APIntOps namespace
5990 }
5991
5992 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
5993 /// value to zero will execute.  If not computable, return CouldNotCompute.
5994 ///
5995 /// This is only used for loops with a "x != y" exit test. The exit condition is
5996 /// now expressed as a single expression, V = x-y. So the exit test is
5997 /// effectively V != 0.  We know and take advantage of the fact that this
5998 /// expression only being used in a comparison by zero context.
5999 ScalarEvolution::ExitLimit
6000 ScalarEvolution::HowFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L, bool ControlsExit) {
6001   // If the value is a constant
6002   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
6003     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
6004     if (C->getValue()->isZero()) return C;
6005     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
6006   }
6007
6008   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
6009   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
6010     return getCouldNotCompute();
6011
6012   // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
6013   // the quadratic equation to solve it.
6014   if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isIntegerTy()) {
6015     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots =
6016       SolveQuadraticEquation(AddRec, *this);
6017     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
6018     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
6019     if (R1 && R2) {
6020 #if 0
6021       dbgs() << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
6022              << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
6023 #endif
6024       // Pick the smallest positive root value.
6025       if (ConstantInt *CB =
6026           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(CmpInst::ICMP_ULT,
6027                                                       R1->getValue(),
6028                                                       R2->getValue()))) {
6029         if (CB->getZExtValue() == false)
6030           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
6031
6032         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
6033         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
6034         // should not accept a root of 2.
6035         const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1, *this);
6036         if (Val->isZero())
6037           return R1;  // We found a quadratic root!
6038       }
6039     }
6040     return getCouldNotCompute();
6041   }
6042
6043   // Otherwise we can only handle this if it is affine.
6044   if (!AddRec->isAffine())
6045     return getCouldNotCompute();
6046
6047   // If this is an affine expression, the execution count of this branch is
6048   // the minimum unsigned root of the following equation:
6049   //
6050   //     Start + Step*N = 0 (mod 2^BW)
6051   //
6052   // equivalent to:
6053   //
6054   //             Step*N = -Start (mod 2^BW)
6055   //
6056   // where BW is the common bit width of Start and Step.
6057
6058   // Get the initial value for the loop.
6059   const SCEV *Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(), L->getParentLoop());
6060   const SCEV *Step = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(1), L->getParentLoop());
6061
6062   // For now we handle only constant steps.
6063   //
6064   // TODO: Handle a nonconstant Step given AddRec<NUW>. If the
6065   // AddRec is NUW, then (in an unsigned sense) it cannot be counting up to wrap
6066   // to 0, it must be counting down to equal 0. Consequently, N = Start / -Step.
6067   // We have not yet seen any such cases.
6068   const SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
6069   if (!StepC || StepC->getValue()->equalsInt(0))
6070     return getCouldNotCompute();
6071
6072   // For positive steps (counting up until unsigned overflow):
6073   //   N = -Start/Step (as unsigned)
6074   // For negative steps (counting down to zero):
6075   //   N = Start/-Step
6076   // First compute the unsigned distance from zero in the direction of Step.
6077   bool CountDown = StepC->getValue()->getValue().isNegative();
6078   const SCEV *Distance = CountDown ? Start : getNegativeSCEV(Start);
6079
6080   // Handle unitary steps, which cannot wraparound.
6081   // 1*N = -Start; -1*N = Start (mod 2^BW), so:
6082   //   N = Distance (as unsigned)
6083   if (StepC->getValue()->equalsInt(1) || StepC->getValue()->isAllOnesValue()) {
6084     ConstantRange CR = getUnsignedRange(Start);
6085     const SCEV *MaxBECount;
6086     if (!CountDown && CR.getUnsignedMin().isMinValue())
6087       // When counting up, the worst starting value is 1, not 0.
6088       MaxBECount = CR.getUnsignedMax().isMinValue()
6089         ? getConstant(APInt::getMinValue(CR.getBitWidth()))
6090         : getConstant(APInt::getMaxValue(CR.getBitWidth()));
6091     else
6092       MaxBECount = getConstant(CountDown ? CR.getUnsignedMax()
6093                                          : -CR.getUnsignedMin());
6094     return ExitLimit(Distance, MaxBECount);
6095   }
6096
6097   // As a special case, handle the instance where Step is a positive power of
6098   // two. In this case, determining whether Step divides Distance evenly can be
6099   // done by counting and comparing the number of trailing zeros of Step and
6100   // Distance.
6101   if (!CountDown) {
6102     const APInt &StepV = StepC->getValue()->getValue();
6103     // StepV.isPowerOf2() returns true if StepV is an positive power of two.  It
6104     // also returns true if StepV is maximally negative (eg, INT_MIN), but that
6105     // case is not handled as this code is guarded by !CountDown.
6106     if (StepV.isPowerOf2() &&
6107         GetMinTrailingZeros(Distance) >= StepV.countTrailingZeros())
6108       return getUDivExactExpr(Distance, Step);
6109   }
6110
6111   // If the condition controls loop exit (the loop exits only if the expression
6112   // is true) and the addition is no-wrap we can use unsigned divide to
6113   // compute the backedge count.  In this case, the step may not divide the
6114   // distance, but we don't care because if the condition is "missed" the loop
6115   // will have undefined behavior due to wrapping.
6116   if (ControlsExit && AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)) {
6117     const SCEV *Exact =
6118         getUDivExpr(Distance, CountDown ? getNegativeSCEV(Step) : Step);
6119     return ExitLimit(Exact, Exact);
6120   }
6121
6122   // Then, try to solve the above equation provided that Start is constant.
6123   if (const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start))
6124     return SolveLinEquationWithOverflow(StepC->getValue()->getValue(),
6125                                         -StartC->getValue()->getValue(),
6126                                         *this);
6127   return getCouldNotCompute();
6128 }
6129
6130 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
6131 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
6132 /// CouldNotCompute
6133 ScalarEvolution::ExitLimit
6134 ScalarEvolution::HowFarToNonZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
6135   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
6136   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
6137   // future as needed.
6138
6139   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
6140   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
6141   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
6142     if (!C->getValue()->isNullValue())
6143       return getConstant(C->getType(), 0);
6144     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
6145   }
6146
6147   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
6148   // this, and if they did, they would already be constant folded.
6149   return getCouldNotCompute();
6150 }
6151
6152 /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
6153 /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
6154 /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
6155 /// found.
6156 ///
6157 std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
6158 ScalarEvolution::getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB) {
6159   // If the block has a unique predecessor, then there is no path from the
6160   // predecessor to the block that does not go through the direct edge
6161   // from the predecessor to the block.
6162   if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor())
6163     return std::make_pair(Pred, BB);
6164
6165   // A loop's header is defined to be a block that dominates the loop.
6166   // If the header has a unique predecessor outside the loop, it must be
6167   // a block that has exactly one successor that can reach the loop.
6168   if (Loop *L = LI->getLoopFor(BB))
6169     return std::make_pair(L->getLoopPredecessor(), L->getHeader());
6170
6171   return std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>();
6172 }
6173
6174 /// HasSameValue - SCEV structural equivalence is usually sufficient for
6175 /// testing whether two expressions are equal, however for the purposes of
6176 /// looking for a condition guarding a loop, it can be useful to be a little
6177 /// more general, since a front-end may have replicated the controlling
6178 /// expression.
6179 ///
6180 static bool HasSameValue(const SCEV *A, const SCEV *B) {
6181   // Quick check to see if they are the same SCEV.
6182   if (A == B) return true;
6183
6184   // Otherwise, if they're both SCEVUnknown, it's possible that they hold
6185   // two different instructions with the same value. Check for this case.
6186   if (const SCEVUnknown *AU = dyn_cast<SCEVUnknown>(A))
6187     if (const SCEVUnknown *BU = dyn_cast<SCEVUnknown>(B))
6188       if (const Instruction *AI = dyn_cast<Instruction>(AU->getValue()))
6189         if (const Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(BU->getValue()))
6190           if (AI->isIdenticalTo(BI) && !AI->mayReadFromMemory())
6191             return true;
6192
6193   // Otherwise assume they may have a different value.
6194   return false;
6195 }
6196
6197 /// SimplifyICmpOperands - Simplify LHS and RHS in a comparison with
6198 /// predicate Pred. Return true iff any changes were made.
6199 ///
6200 bool ScalarEvolution::SimplifyICmpOperands(ICmpInst::Predicate &Pred,
6201                                            const SCEV *&LHS, const SCEV *&RHS,
6202                                            unsigned Depth) {
6203   bool Changed = false;
6204
6205   // If we hit the max recursion limit bail out.
6206   if (Depth >= 3)
6207     return false;
6208
6209   // Canonicalize a constant to the right side.
6210   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
6211     // Check for both operands constant.
6212     if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
6213       if (ConstantExpr::getICmp(Pred,
6214                                 LHSC->getValue(),
6215                                 RHSC->getValue())->isNullValue())
6216         goto trivially_false;
6217       else
6218         goto trivially_true;
6219     }
6220     // Otherwise swap the operands to put the constant on the right.
6221     std::swap(LHS, RHS);
6222     Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
6223     Changed = true;
6224   }
6225
6226   // If we're comparing an addrec with a value which is loop-invariant in the
6227   // addrec's loop, put the addrec on the left. Also make a dominance check,
6228   // as both operands could be addrecs loop-invariant in each other's loop.
6229   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS)) {
6230     const Loop *L = AR->getLoop();
6231     if (isLoopInvariant(LHS, L) && properlyDominates(LHS, L->getHeader())) {
6232       std::swap(LHS, RHS);
6233       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
6234       Changed = true;
6235     }
6236   }
6237
6238   // If there's a constant operand, canonicalize comparisons with boundary
6239   // cases, and canonicalize *-or-equal comparisons to regular comparisons.
6240   if (const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
6241     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
6242     switch (Pred) {
6243     default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
6244     case ICmpInst::ICMP_EQ:
6245     case ICmpInst::ICMP_NE:
6246       // Fold ((-1) * %a) + %b == 0 (equivalent to %b-%a == 0) into %a == %b.
6247       if (!RA)
6248         if (const SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS))
6249           if (const SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(AE->getOperand(0)))
6250             if (AE->getNumOperands() == 2 && ME->getNumOperands() == 2 &&
6251                 ME->getOperand(0)->isAllOnesValue()) {
6252               RHS = AE->getOperand(1);
6253               LHS = ME->getOperand(1);
6254               Changed = true;
6255             }
6256       break;
6257     case ICmpInst::ICMP_UGE:
6258       if ((RA - 1).isMinValue()) {
6259         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6260         RHS = getConstant(RA - 1);
6261         Changed = true;
6262         break;
6263       }
6264       if (RA.isMaxValue()) {
6265         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6266         Changed = true;
6267         break;
6268       }
6269       if (RA.isMinValue()) goto trivially_true;
6270
6271       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
6272       RHS = getConstant(RA - 1);
6273       Changed = true;
6274       break;
6275     case ICmpInst::ICMP_ULE:
6276       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
6277         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6278         RHS = getConstant(RA + 1);
6279         Changed = true;
6280         break;
6281       }
6282       if (RA.isMinValue()) {
6283         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6284         Changed = true;
6285         break;
6286       }
6287       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_true;
6288
6289       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
6290       RHS = getConstant(RA + 1);
6291       Changed = true;
6292       break;
6293     case ICmpInst::ICMP_SGE:
6294       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
6295         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6296         RHS = getConstant(RA - 1);
6297         Changed = true;
6298         break;
6299       }
6300       if (RA.isMaxSignedValue()) {
6301         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6302         Changed = true;
6303         break;
6304       }
6305       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_true;
6306
6307       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
6308       RHS = getConstant(RA - 1);
6309       Changed = true;
6310       break;
6311     case ICmpInst::ICMP_SLE:
6312       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
6313         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6314         RHS = getConstant(RA + 1);
6315         Changed = true;
6316         break;
6317       }
6318       if (RA.isMinSignedValue()) {
6319         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6320         Changed = true;
6321         break;
6322       }
6323       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_true;
6324
6325       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
6326       RHS = getConstant(RA + 1);
6327       Changed = true;
6328       break;
6329     case ICmpInst::ICMP_UGT:
6330       if (RA.isMinValue()) {
6331         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6332         Changed = true;
6333         break;
6334       }
6335       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
6336         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6337         RHS = getConstant(RA + 1);
6338         Changed = true;
6339         break;
6340       }
6341       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_false;
6342       break;
6343     case ICmpInst::ICMP_ULT:
6344       if (RA.isMaxValue()) {
6345         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6346         Changed = true;
6347         break;
6348       }
6349       if ((RA - 1).isMinValue()) {
6350         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6351         RHS = getConstant(RA - 1);
6352         Changed = true;
6353         break;
6354       }
6355       if (RA.isMinValue()) goto trivially_false;
6356       break;
6357     case ICmpInst::ICMP_SGT:
6358       if (RA.isMinSignedValue()) {
6359         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6360         Changed = true;
6361         break;
6362       }
6363       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
6364         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6365         RHS = getConstant(RA + 1);
6366         Changed = true;
6367         break;
6368       }
6369       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_false;
6370       break;
6371     case ICmpInst::ICMP_SLT:
6372       if (RA.isMaxSignedValue()) {
6373         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6374         Changed = true;
6375         break;
6376       }
6377       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
6378        Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6379        RHS = getConstant(RA - 1);
6380         Changed = true;
6381        break;
6382       }
6383       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_false;
6384       break;
6385     }
6386   }
6387
6388   // Check for obvious equality.
6389   if (HasSameValue(LHS, RHS)) {
6390     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
6391       goto trivially_true;
6392     if (ICmpInst::isFalseWhenEqual(Pred))
6393       goto trivially_false;
6394   }
6395
6396   // If possible, canonicalize GE/LE comparisons to GT/LT comparisons, by
6397   // adding or subtracting 1 from one of the operands.
6398   switch (Pred) {
6399   case ICmpInst::ICMP_SLE:
6400     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
6401       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
6402                        SCEV::FlagNSW);
6403       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
6404       Changed = true;
6405     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
6406       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
6407                        SCEV::FlagNSW);
6408       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
6409       Changed = true;
6410     }
6411     break;
6412   case ICmpInst::ICMP_SGE:
6413     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
6414       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
6415                        SCEV::FlagNSW);
6416       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
6417       Changed = true;
6418     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
6419       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
6420                        SCEV::FlagNSW);
6421       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
6422       Changed = true;
6423     }
6424     break;
6425   case ICmpInst::ICMP_ULE:
6426     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
6427       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
6428                        SCEV::FlagNUW);
6429       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
6430       Changed = true;
6431     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
6432       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
6433                        SCEV::FlagNUW);
6434       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
6435       Changed = true;
6436     }
6437     break;
6438   case ICmpInst::ICMP_UGE:
6439     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
6440       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
6441                        SCEV::FlagNUW);
6442       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
6443       Changed = true;
6444     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
6445       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
6446                        SCEV::FlagNUW);
6447       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
6448       Changed = true;
6449     }
6450     break;
6451   default:
6452     break;
6453   }
6454
6455   // TODO: More simplifications are possible here.
6456
6457   // Recursively simplify until we either hit a recursion limit or nothing
6458   // changes.
6459   if (Changed)
6460     return SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS, Depth+1);
6461
6462   return Changed;
6463
6464 trivially_true:
6465   // Return 0 == 0.
6466   LHS = RHS = getConstant(ConstantInt::getFalse(getContext()));
6467   Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6468   return true;
6469
6470 trivially_false:
6471   // Return 0 != 0.
6472   LHS = RHS = getConstant(ConstantInt::getFalse(getContext()));
6473   Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6474   return true;
6475 }
6476
6477 bool ScalarEvolution::isKnownNegative(const SCEV *S) {
6478   return getSignedRange(S).getSignedMax().isNegative();
6479 }
6480
6481 bool ScalarEvolution::isKnownPositive(const SCEV *S) {
6482   return getSignedRange(S).getSignedMin().isStrictlyPositive();
6483 }
6484
6485 bool ScalarEvolution::isKnownNonNegative(const SCEV *S) {
6486   return !getSignedRange(S).getSignedMin().isNegative();
6487 }
6488
6489 bool ScalarEvolution::isKnownNonPositive(const SCEV *S) {
6490   return !getSignedRange(S).getSignedMax().isStrictlyPositive();
6491 }
6492
6493 bool ScalarEvolution::isKnownNonZero(const SCEV *S) {
6494   return isKnownNegative(S) || isKnownPositive(S);
6495 }
6496
6497 bool ScalarEvolution::isKnownPredicate(ICmpInst::Predicate Pred,
6498                                        const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
6499   // Canonicalize the inputs first.
6500   (void)SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS);
6501
6502   // If LHS or RHS is an addrec, check to see if the condition is true in
6503   // every iteration of the loop.
6504   // If LHS and RHS are both addrec, both conditions must be true in
6505   // every iteration of the loop.
6506   const SCEVAddRecExpr *LAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
6507   const SCEVAddRecExpr *RAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
6508   bool LeftGuarded = false;
6509   bool RightGuarded = false;
6510   if (LAR) {
6511     const Loop *L = LAR->getLoop();
6512     if (isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, LAR->getStart(), RHS) &&
6513         isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, LAR->getPostIncExpr(*this), RHS)) {
6514       if (!RAR) return true;
6515       LeftGuarded = true;
6516     }
6517   }
6518   if (RAR) {
6519     const Loop *L = RAR->getLoop();
6520     if (isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, LHS, RAR->getStart()) &&
6521         isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, LHS, RAR->getPostIncExpr(*this))) {
6522       if (!LAR) return true;
6523       RightGuarded = true;
6524     }
6525   }
6526   if (LeftGuarded && RightGuarded)
6527     return true;
6528
6529   // Otherwise see what can be done with known constant ranges.
6530   return isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS);
6531 }
6532
6533 bool
6534 ScalarEvolution::isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
6535                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
6536   if (HasSameValue(LHS, RHS))
6537     return ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
6538
6539   // This code is split out from isKnownPredicate because it is called from
6540   // within isLoopEntryGuardedByCond.
6541   switch (Pred) {
6542   default:
6543     llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
6544   case ICmpInst::ICMP_SGT:
6545     std::swap(LHS, RHS);
6546   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
6547     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
6548     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
6549     if (LHSRange.getSignedMax().slt(RHSRange.getSignedMin()))
6550       return true;
6551     if (LHSRange.getSignedMin().sge(RHSRange.getSignedMax()))
6552       return false;
6553     break;
6554   }
6555   case ICmpInst::ICMP_SGE:
6556     std::swap(LHS, RHS);
6557   case ICmpInst::ICMP_SLE: {
6558     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
6559     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
6560     if (LHSRange.getSignedMax().sle(RHSRange.getSignedMin()))
6561       return true;
6562     if (LHSRange.getSignedMin().sgt(RHSRange.getSignedMax()))
6563       return false;
6564     break;
6565   }
6566   case ICmpInst::ICMP_UGT:
6567     std::swap(LHS, RHS);
6568   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
6569     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
6570     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
6571     if (LHSRange.getUnsignedMax().ult(RHSRange.getUnsignedMin()))
6572       return true;
6573     if (LHSRange.getUnsignedMin().uge(RHSRange.getUnsignedMax()))
6574       return false;
6575     break;
6576   }
6577   case ICmpInst::ICMP_UGE:
6578     std::swap(LHS, RHS);
6579   case ICmpInst::ICMP_ULE: {
6580     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
6581     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
6582     if (LHSRange.getUnsignedMax().ule(RHSRange.getUnsignedMin()))
6583       return true;
6584     if (LHSRange.getUnsignedMin().ugt(RHSRange.getUnsignedMax()))
6585       return false;
6586     break;
6587   }
6588   case ICmpInst::ICMP_NE: {
6589     if (getUnsignedRange(LHS).intersectWith(getUnsignedRange(RHS)).isEmptySet())
6590       return true;
6591     if (getSignedRange(LHS).intersectWith(getSignedRange(RHS)).isEmptySet())
6592       return true;
6593
6594     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(LHS, RHS);
6595     if (isKnownNonZero(Diff))
6596       return true;
6597     break;
6598   }
6599   case ICmpInst::ICMP_EQ:
6600     // The check at the top of the function catches the case where
6601     // the values are known to be equal.
6602     break;
6603   }
6604   return false;
6605 }
6606
6607 /// isLoopBackedgeGuardedByCond - Test whether the backedge of the loop is
6608 /// protected by a conditional between LHS and RHS.  This is used to
6609 /// to eliminate casts.
6610 bool
6611 ScalarEvolution::isLoopBackedgeGuardedByCond(const Loop *L,
6612                                              ICmpInst::Predicate Pred,
6613                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
6614   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
6615   // (interprocedural conditions notwithstanding).
6616   if (!L) return true;
6617
6618   if (isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS)) return true;
6619
6620   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
6621   if (!Latch)
6622     return false;
6623
6624   BranchInst *LoopContinuePredicate =
6625     dyn_cast<BranchInst>(Latch->getTerminator());
6626   if (LoopContinuePredicate && LoopContinuePredicate->isConditional() &&
6627       isImpliedCond(Pred, LHS, RHS,
6628                     LoopContinuePredicate->getCondition(),
6629                     LoopContinuePredicate->getSuccessor(0) != L->getHeader()))
6630     return true;
6631
6632   // Check conditions due to any @llvm.assume intrinsics.
6633   for (auto &CI : AT->assumptions(F)) {
6634     if (!DT->dominates(CI, Latch->getTerminator()))
6635       continue;
6636
6637     if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, CI->getArgOperand(0), false))
6638       return true;
6639   }
6640
6641   return false;
6642 }
6643
6644 /// isLoopEntryGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected
6645 /// by a conditional between LHS and RHS.  This is used to help avoid max
6646 /// expressions in loop trip counts, and to eliminate casts.
6647 bool
6648 ScalarEvolution::isLoopEntryGuardedByCond(const Loop *L,
6649                                           ICmpInst::Predicate Pred,
6650                                           const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
6651   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
6652   // (interprocedural conditions notwithstanding).
6653   if (!L) return false;
6654
6655   if (isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS)) return true;
6656
6657   // Starting at the loop predecessor, climb up the predecessor chain, as long
6658   // as there are predecessors that can be found that have unique successors
6659   // leading to the original header.
6660   for (std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
6661          Pair(L->getLoopPredecessor(), L->getHeader());
6662        Pair.first;
6663        Pair = getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(Pair.first)) {
6664
6665     BranchInst *LoopEntryPredicate =
6666       dyn_cast<BranchInst>(Pair.first->getTerminator());
6667     if (!LoopEntryPredicate ||
6668         LoopEntryPredicate->isUnconditional())
6669       continue;
6670
6671     if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS,
6672                       LoopEntryPredicate->getCondition(),
6673                       LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) != Pair.second))
6674       return true;
6675   }
6676
6677   // Check conditions due to any @llvm.assume intrinsics.
6678   for (auto &CI : AT->assumptions(F)) {
6679     if (!DT->dominates(CI, L->getHeader()))
6680       continue;
6681
6682     if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, CI->getArgOperand(0), false))
6683       return true;
6684   }
6685
6686   return false;
6687 }
6688
6689 /// RAII wrapper to prevent recursive application of isImpliedCond.
6690 /// ScalarEvolution's PendingLoopPredicates set must be empty unless we are
6691 /// currently evaluating isImpliedCond.
6692 struct MarkPendingLoopPredicate {
6693   Value *Cond;
6694   DenseSet<Value*> &LoopPreds;
6695   bool Pending;
6696
6697   MarkPendingLoopPredicate(Value *C, DenseSet<Value*> &LP)
6698     : Cond(C), LoopPreds(LP) {
6699     Pending = !LoopPreds.insert(Cond).second;
6700   }
6701   ~MarkPendingLoopPredicate() {
6702     if (!Pending)
6703       LoopPreds.erase(Cond);
6704   }
6705 };
6706
6707 /// isImpliedCond - Test whether the condition described by Pred, LHS,
6708 /// and RHS is true whenever the given Cond value evaluates to true.
6709 bool ScalarEvolution::isImpliedCond(ICmpInst::Predicate Pred,
6710                                     const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
6711                                     Value *FoundCondValue,
6712                                     bool Inverse) {
6713   MarkPendingLoopPredicate Mark(FoundCondValue, PendingLoopPredicates);
6714   if (Mark.Pending)
6715     return false;
6716
6717   // Recursively handle And and Or conditions.
6718   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(FoundCondValue)) {
6719     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
6720       if (!Inverse)
6721         return isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(0), Inverse) ||
6722                isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(1), Inverse);
6723     } else if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
6724       if (Inverse)
6725         return isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(0), Inverse) ||
6726                isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(1), Inverse);
6727     }
6728   }
6729
6730   ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(FoundCondValue);
6731   if (!ICI) return false;
6732
6733   // Bail if the ICmp's operands' types are wider than the needed type
6734   // before attempting to call getSCEV on them. This avoids infinite
6735   // recursion, since the analysis of widening casts can require loop
6736   // exit condition information for overflow checking, which would
6737   // lead back here.
6738   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <
6739       getTypeSizeInBits(ICI->getOperand(0)->getType()))
6740     return false;
6741
6742   // Now that we found a conditional branch that dominates the loop or controls
6743   // the loop latch. Check to see if it is the comparison we are looking for.
6744   ICmpInst::Predicate FoundPred;
6745   if (Inverse)
6746     FoundPred = ICI->getInversePredicate();
6747   else
6748     FoundPred = ICI->getPredicate();
6749
6750   const SCEV *FoundLHS = getSCEV(ICI->getOperand(0));
6751   const SCEV *FoundRHS = getSCEV(ICI->getOperand(1));
6752
6753   // Balance the types. The case where FoundLHS' type is wider than
6754   // LHS' type is checked for above.
6755   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) >
6756       getTypeSizeInBits(FoundLHS->getType())) {
6757     if (CmpInst::isSigned(FoundPred)) {
6758       FoundLHS = getSignExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
6759       FoundRHS = getSignExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
6760     } else {
6761       FoundLHS = getZeroExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
6762       FoundRHS = getZeroExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
6763     }
6764   }
6765
6766   // Canonicalize the query to match the way instcombine will have
6767   // canonicalized the comparison.
6768   if (SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS))
6769     if (LHS == RHS)
6770       return CmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
6771   if (SimplifyICmpOperands(FoundPred, FoundLHS, FoundRHS))
6772     if (FoundLHS == FoundRHS)
6773       return CmpInst::isFalseWhenEqual(FoundPred);
6774
6775   // Check to see if we can make the LHS or RHS match.
6776   if (LHS == FoundRHS || RHS == FoundLHS) {
6777     if (isa<SCEVConstant>(RHS)) {
6778       std::swap(FoundLHS, FoundRHS);
6779       FoundPred = ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred);
6780     } else {
6781       std::swap(LHS, RHS);
6782       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
6783     }
6784   }
6785
6786   // Check whether the found predicate is the same as the desired predicate.
6787   if (FoundPred == Pred)
6788     return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS);
6789
6790   // Check whether swapping the found predicate makes it the same as the
6791   // desired predicate.
6792   if (ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred) == Pred) {
6793     if (isa<SCEVConstant>(RHS))
6794       return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundRHS, FoundLHS);
6795     else
6796       return isImpliedCondOperands(ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred),
6797                                    RHS, LHS, FoundLHS, FoundRHS);
6798   }
6799
6800   // Check if we can make progress by sharpening ranges.
6801   if (FoundPred == ICmpInst::ICMP_NE &&
6802       (isa<SCEVConstant>(FoundLHS) || isa<SCEVConstant>(FoundRHS))) {
6803
6804     const SCEVConstant *C = nullptr;
6805     const SCEV *V = nullptr;
6806
6807     if (isa<SCEVConstant>(FoundLHS)) {
6808       C = cast<SCEVConstant>(FoundLHS);
6809       V = FoundRHS;
6810     } else {
6811       C = cast<SCEVConstant>(FoundRHS);
6812       V = FoundLHS;
6813     }
6814
6815     // The guarding predicate tells us that C != V. If the known range
6816     // of V is [C, t), we can sharpen the range to [C + 1, t).  The
6817     // range we consider has to correspond to same signedness as the
6818     // predicate we're interested in folding.
6819
6820     APInt Min = ICmpInst::isSigned(Pred) ?
6821         getSignedRange(V).getSignedMin() : getUnsignedRange(V).getUnsignedMin();
6822
6823     if (Min == C->getValue()->getValue()) {
6824       // Given (V >= Min && V != Min) we conclude V >= (Min + 1).
6825       // This is true even if (Min + 1) wraps around -- in case of
6826       // wraparound, (Min + 1) < Min, so (V >= Min => V >= (Min + 1)).
6827
6828       APInt SharperMin = Min + 1;
6829
6830       switch (Pred) {
6831         case ICmpInst::ICMP_SGE:
6832         case ICmpInst::ICMP_UGE:
6833           // We know V `Pred` SharperMin.  If this implies LHS `Pred`
6834           // RHS, we're done.
6835           if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, V,
6836                                     getConstant(SharperMin)))
6837             return true;
6838
6839         case ICmpInst::ICMP_SGT:
6840         case ICmpInst::ICMP_UGT:
6841           // We know from the range information that (V `Pred` Min ||
6842           // V == Min).  We know from the guarding condition that !(V
6843           // == Min).  This gives us
6844           //
6845           //       V `Pred` Min || V == Min && !(V == Min)
6846           //   =>  V `Pred` Min
6847           //
6848           // If V `Pred` Min implies LHS `Pred` RHS, we're done.
6849
6850           if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, V, getConstant(Min)))
6851             return true;
6852
6853         default:
6854           // No change
6855           break;
6856       }
6857     }
6858   }
6859
6860   // Check whether the actual condition is beyond sufficient.
6861   if (FoundPred == ICmpInst::ICMP_EQ)
6862     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
6863       if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
6864         return true;
6865   if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
6866     if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(FoundPred))
6867       if (isImpliedCondOperands(FoundPred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
6868         return true;
6869
6870   // Otherwise assume the worst.
6871   return false;
6872 }
6873
6874 /// isImpliedCondOperands - Test whether the condition described by Pred,
6875 /// LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred, FoundLHS,
6876 /// and FoundRHS is true.
6877 bool ScalarEvolution::isImpliedCondOperands(ICmpInst::Predicate Pred,
6878                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
6879                                             const SCEV *FoundLHS,
6880                                             const SCEV *FoundRHS) {
6881   return isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
6882                                      FoundLHS, FoundRHS) ||
6883          // ~x < ~y --> x > y
6884          isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
6885                                      getNotSCEV(FoundRHS),
6886                                      getNotSCEV(FoundLHS));
6887 }
6888
6889 /// isImpliedCondOperandsHelper - Test whether the condition described by
6890 /// Pred, LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred,
6891 /// FoundLHS, and FoundRHS is true.
6892 bool
6893 ScalarEvolution::isImpliedCondOperandsHelper(ICmpInst::Predicate Pred,
6894                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
6895                                              const SCEV *FoundLHS,
6896                                              const SCEV *FoundRHS) {
6897   switch (Pred) {
6898   default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
6899   case ICmpInst::ICMP_EQ:
6900   case ICmpInst::ICMP_NE:
6901     if (HasSameValue(LHS, FoundLHS) && HasSameValue(RHS, FoundRHS))
6902       return true;
6903     break;
6904   case ICmpInst::ICMP_SLT:
6905   case ICmpInst::ICMP_SLE:
6906     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SLE, LHS, FoundLHS) &&
6907         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SGE, RHS, FoundRHS))
6908       return true;
6909     break;
6910   case ICmpInst::ICMP_SGT:
6911   case ICmpInst::ICMP_SGE:
6912     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SGE, LHS, FoundLHS) &&
6913         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SLE, RHS, FoundRHS))
6914       return true;
6915     break;
6916   case ICmpInst::ICMP_ULT:
6917   case ICmpInst::ICMP_ULE:
6918     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_ULE, LHS, FoundLHS) &&
6919         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_UGE, RHS, FoundRHS))
6920       return true;
6921     break;
6922   case ICmpInst::ICMP_UGT:
6923   case ICmpInst::ICMP_UGE:
6924     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_UGE, LHS, FoundLHS) &&
6925         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_ULE, RHS, FoundRHS))
6926       return true;
6927     break;
6928   }
6929
6930   return false;
6931 }
6932
6933 // Verify if an linear IV with positive stride can overflow when in a 
6934 // less-than comparison, knowing the invariant term of the comparison, the 
6935 // stride and the knowledge of NSW/NUW flags on the recurrence.
6936 bool ScalarEvolution::doesIVOverflowOnLT(const SCEV *RHS, const SCEV *Stride,
6937                                          bool IsSigned, bool NoWrap) {
6938   if (NoWrap) return false;
6939
6940   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(RHS->getType());
6941   const SCEV *One = getConstant(Stride->getType(), 1);
6942
6943   if (IsSigned) {
6944     APInt MaxRHS = getSignedRange(RHS).getSignedMax();
6945     APInt MaxValue = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
6946     APInt MaxStrideMinusOne = getSignedRange(getMinusSCEV(Stride, One))
6947                                 .getSignedMax();
6948
6949     // SMaxRHS + SMaxStrideMinusOne > SMaxValue => overflow!
6950     return (MaxValue - MaxStrideMinusOne).slt(MaxRHS);
6951   }
6952
6953   APInt MaxRHS = getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax();
6954   APInt MaxValue = APInt::getMaxValue(BitWidth);
6955   APInt MaxStrideMinusOne = getUnsignedRange(getMinusSCEV(Stride, One))
6956                               .getUnsignedMax();
6957
6958   // UMaxRHS + UMaxStrideMinusOne > UMaxValue => overflow!
6959   return (MaxValue - MaxStrideMinusOne).ult(MaxRHS);
6960 }
6961
6962 // Verify if an linear IV with negative stride can overflow when in a 
6963 // greater-than comparison, knowing the invariant term of the comparison,
6964 // the stride and the knowledge of NSW/NUW flags on the recurrence.
6965 bool ScalarEvolution::doesIVOverflowOnGT(const SCEV *RHS, const SCEV *Stride,
6966                                          bool IsSigned, bool NoWrap) {
6967   if (NoWrap) return false;
6968
6969   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(RHS->getType());
6970   const SCEV *One = getConstant(Stride->getType(), 1);
6971
6972   if (IsSigned) {
6973     APInt MinRHS = getSignedRange(RHS).getSignedMin();
6974     APInt MinValue = APInt::getSignedMinValue(BitWidth);
6975     APInt MaxStrideMinusOne = getSignedRange(getMinusSCEV(Stride, One))
6976                                .getSignedMax();
6977
6978     // SMinRHS - SMaxStrideMinusOne < SMinValue => overflow!
6979     return (MinValue + MaxStrideMinusOne).sgt(MinRHS);
6980   }
6981
6982   APInt MinRHS = getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMin();
6983   APInt MinValue = APInt::getMinValue(BitWidth);
6984   APInt MaxStrideMinusOne = getUnsignedRange(getMinusSCEV(Stride, One))
6985                             .getUnsignedMax();
6986
6987   // UMinRHS - UMaxStrideMinusOne < UMinValue => overflow!
6988   return (MinValue + MaxStrideMinusOne).ugt(MinRHS);
6989 }
6990
6991 // Compute the backedge taken count knowing the interval difference, the
6992 // stride and presence of the equality in the comparison.
6993 const SCEV *ScalarEvolution::computeBECount(const SCEV *Delta, const SCEV *Step, 
6994                                             bool Equality) {
6995   const SCEV *One = getConstant(Step->getType(), 1);
6996   Delta = Equality ? getAddExpr(Delta, Step)
6997                    : getAddExpr(Delta, getMinusSCEV(Step, One));
6998   return getUDivExpr(Delta, Step);
6999 }
7000
7001 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
7002 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
7003 /// CouldNotCompute.
7004 ///
7005 /// @param ControlsExit is true when the LHS < RHS condition directly controls
7006 /// the branch (loops exits only if condition is true). In this case, we can use
7007 /// NoWrapFlags to skip overflow checks.
7008 ScalarEvolution::ExitLimit
7009 ScalarEvolution::HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
7010                                   const Loop *L, bool IsSigned,
7011                                   bool ControlsExit) {
7012   // We handle only IV < Invariant
7013   if (!isLoopInvariant(RHS, L))
7014     return getCouldNotCompute();
7015
7016   const SCEVAddRecExpr *IV = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
7017
7018   // Avoid weird loops
7019   if (!IV || IV->getLoop() != L || !IV->isAffine())
7020     return getCouldNotCompute();
7021
7022   bool NoWrap = ControlsExit &&
7023                 IV->getNoWrapFlags(IsSigned ? SCEV::FlagNSW : SCEV::FlagNUW);
7024
7025   const SCEV *Stride = IV->getStepRecurrence(*this);
7026
7027   // Avoid negative or zero stride values
7028   if (!isKnownPositive(Stride))
7029     return getCouldNotCompute();
7030
7031   // Avoid proven overflow cases: this will ensure that the backedge taken count
7032   // will not generate any unsigned overflow. Relaxed no-overflow conditions
7033   // exploit NoWrapFlags, allowing to optimize in presence of undefined 
7034   // behaviors like the case of C language.
7035   if (!Stride->isOne() && doesIVOverflowOnLT(RHS, Stride, IsSigned, NoWrap))
7036     return getCouldNotCompute();
7037
7038   ICmpInst::Predicate Cond = IsSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT
7039                                       : ICmpInst::ICMP_ULT;
7040   const SCEV *Start = IV->getStart();
7041   const SCEV *End = RHS;
7042   if (!isLoopEntryGuardedByCond(L, Cond, getMinusSCEV(Start, Stride), RHS)) {
7043     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(RHS, Start);
7044     // If we have NoWrap set, then we can assume that the increment won't
7045     // overflow, in which case if RHS - Start is a constant, we don't need to
7046     // do a max operation since we can just figure it out statically
7047     if (NoWrap && isa<SCEVConstant>(Diff)) {
7048       APInt D = dyn_cast<const SCEVConstant>(Diff)->getValue()->getValue();
7049       if (D.isNegative())
7050         End = Start;
7051     } else
7052       End = IsSigned ? getSMaxExpr(RHS, Start)
7053                      : getUMaxExpr(RHS, Start);
7054   }
7055
7056   const SCEV *BECount = computeBECount(getMinusSCEV(End, Start), Stride, false);
7057
7058   APInt MinStart = IsSigned ? getSignedRange(Start).getSignedMin()
7059                             : getUnsignedRange(Start).getUnsignedMin();
7060
7061   APInt MinStride = IsSigned ? getSignedRange(Stride).getSignedMin()
7062                              : getUnsignedRange(Stride).getUnsignedMin();
7063
7064   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(LHS->getType());
7065   APInt Limit = IsSigned ? APInt::getSignedMaxValue(BitWidth) - (MinStride - 1)
7066                          : APInt::getMaxValue(BitWidth) - (MinStride - 1);
7067
7068   // Although End can be a MAX expression we estimate MaxEnd considering only
7069   // the case End = RHS. This is safe because in the other case (End - Start)
7070   // is zero, leading to a zero maximum backedge taken count.
7071   APInt MaxEnd =
7072     IsSigned ? APIntOps::smin(getSignedRange(RHS).getSignedMax(), Limit)
7073              : APIntOps::umin(getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax(), Limit);
7074
7075   const SCEV *MaxBECount;
7076   if (isa<SCEVConstant>(BECount))
7077     MaxBECount = BECount;
7078   else
7079     MaxBECount = computeBECount(getConstant(MaxEnd - MinStart),
7080                                 getConstant(MinStride), false);
7081
7082   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount))
7083     MaxBECount = BECount;
7084
7085   return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
7086 }
7087
7088 ScalarEvolution::ExitLimit
7089 ScalarEvolution::HowManyGreaterThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
7090                                      const Loop *L, bool IsSigned,
7091                                      bool ControlsExit) {
7092   // We handle only IV > Invariant
7093   if (!isLoopInvariant(RHS, L))
7094     return getCouldNotCompute();
7095
7096   const SCEVAddRecExpr *IV = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
7097
7098   // Avoid weird loops
7099   if (!IV || IV->getLoop() != L || !IV->isAffine())
7100     return getCouldNotCompute();
7101
7102   bool NoWrap = ControlsExit &&
7103                 IV->getNoWrapFlags(IsSigned ? SCEV::FlagNSW : SCEV::FlagNUW);
7104
7105   const SCEV *Stride = getNegativeSCEV(IV->getStepRecurrence(*this));
7106
7107   // Avoid negative or zero stride values
7108   if (!isKnownPositive(Stride))
7109     return getCouldNotCompute();
7110
7111   // Avoid proven overflow cases: this will ensure that the backedge taken count
7112   // will not generate any unsigned overflow. Relaxed no-overflow conditions
7113   // exploit NoWrapFlags, allowing to optimize in presence of undefined 
7114   // behaviors like the case of C language.
7115   if (!Stride->isOne() && doesIVOverflowOnGT(RHS, Stride, IsSigned, NoWrap))
7116     return getCouldNotCompute();
7117
7118   ICmpInst::Predicate Cond = IsSigned ? ICmpInst::ICMP_SGT
7119                                       : ICmpInst::ICMP_UGT;
7120
7121   const SCEV *Start = IV->getStart();
7122   const SCEV *End = RHS;
7123   if (!isLoopEntryGuardedByCond(L, Cond, getAddExpr(Start, Stride), RHS)) {
7124     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(RHS, Start);
7125     // If we have NoWrap set, then we can assume that the increment won't
7126     // overflow, in which case if RHS - Start is a constant, we don't need to
7127     // do a max operation since we can just figure it out statically
7128     if (NoWrap && isa<SCEVConstant>(Diff)) {
7129       APInt D = dyn_cast<const SCEVConstant>(Diff)->getValue()->getValue();
7130       if (!D.isNegative())
7131         End = Start;
7132     } else
7133       End = IsSigned ? getSMinExpr(RHS, Start)
7134                      : getUMinExpr(RHS, Start);
7135   }
7136
7137   const SCEV *BECount = computeBECount(getMinusSCEV(Start, End), Stride, false);
7138
7139   APInt MaxStart = IsSigned ? getSignedRange(Start).getSignedMax()
7140                             : getUnsignedRange(Start).getUnsignedMax();
7141
7142   APInt MinStride = IsSigned ? getSignedRange(Stride).getSignedMin()
7143                              : getUnsignedRange(Stride).getUnsignedMin();
7144
7145   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(LHS->getType());
7146   APInt Limit = IsSigned ? APInt::getSignedMinValue(BitWidth) + (MinStride - 1)
7147                          : APInt::getMinValue(BitWidth) + (MinStride - 1);
7148
7149   // Although End can be a MIN expression we estimate MinEnd considering only
7150   // the case End = RHS. This is safe because in the other case (Start - End)
7151   // is zero, leading to a zero maximum backedge taken count.
7152   APInt MinEnd =
7153     IsSigned ? APIntOps::smax(getSignedRange(RHS).getSignedMin(), Limit)
7154              : APIntOps::umax(getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMin(), Limit);
7155
7156
7157   const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
7158   if (isa<SCEVConstant>(BECount))
7159     MaxBECount = BECount;
7160   else
7161     MaxBECount = computeBECount(getConstant(MaxStart - MinEnd), 
7162                                 getConstant(MinStride), false);
7163
7164   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount))
7165     MaxBECount = BECount;
7166
7167   return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
7168 }
7169
7170 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
7171 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
7172 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
7173 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
7174 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
7175 const SCEV *SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
7176                                                     ScalarEvolution &SE) const {
7177   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
7178     return SE.getCouldNotCompute();
7179
7180   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
7181   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
7182     if (!SC->getValue()->isZero()) {
7183       SmallVector<const SCEV *, 4> Operands(op_begin(), op_end());
7184       Operands[0] = SE.getConstant(SC->getType(), 0);
7185       const SCEV *Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop(),
7186                                              getNoWrapFlags(FlagNW));
7187       if (const SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec =
7188             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
7189         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
7190                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
7191       // This is strange and shouldn't happen.
7192       return SE.getCouldNotCompute();
7193     }
7194
7195   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
7196   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
7197   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
7198     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
7199       return SE.getCouldNotCompute();
7200
7201
7202   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
7203   // that the start element is zero.
7204
7205   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
7206   // iteration exits.
7207   unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(getType());
7208   if (!Range.contains(APInt(BitWidth, 0)))
7209     return SE.getConstant(getType(), 0);
7210
7211   if (isAffine()) {
7212     // If this is an affine expression then we have this situation:
7213     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
7214
7215     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
7216     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
7217     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
7218     // value.  Also note that we already checked for a full range.
7219     APInt One(BitWidth,1);
7220     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
7221     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
7222
7223     // The exit value should be (End+A)/A.
7224     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
7225     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal);
7226
7227     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
7228     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
7229     // things must have happened.
7230     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
7231     if (Range.contains(Val->getValue()))
7232       return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
7233
7234     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
7235     assert(Range.contains(
7236            EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
7237            ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
7238            "Linear scev computation is off in a bad way!");
7239     return SE.getConstant(ExitValue);
7240   } else if (isQuadratic()) {
7241     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
7242     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
7243     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
7244     // Range.getUpper() is crossed.
7245     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(op_begin(), op_end());
7246     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
7247     const SCEV *NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop(),
7248                                              // getNoWrapFlags(FlagNW)
7249                                              FlagAnyWrap);
7250
7251     // Next, solve the constructed addrec
7252     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots =
7253       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
7254     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
7255     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
7256     if (R1) {
7257       // Pick the smallest positive root value.
7258       if (ConstantInt *CB =
7259           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
7260                          R1->getValue(), R2->getValue()))) {
7261         if (CB->getZExtValue() == false)
7262           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
7263
7264         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
7265         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
7266         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
7267         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
7268                                                              R1->getValue(),
7269                                                              SE);
7270         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
7271           // The next iteration must be out of the range...
7272           ConstantInt *NextVal =
7273                 ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()+1);
7274
7275           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
7276           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
7277             return SE.getConstant(NextVal);
7278           return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
7279         }
7280
7281         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
7282         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
7283         ConstantInt *NextVal =
7284                ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()-1);
7285         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
7286         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
7287           return R1;
7288         return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
7289       }
7290     }
7291   }
7292
7293   return SE.getCouldNotCompute();
7294 }
7295
7296 namespace {
7297 struct FindUndefs {
7298   bool Found;
7299   FindUndefs() : Found(false) {}
7300
7301   bool follow(const SCEV *S) {
7302     if (const SCEVUnknown *C = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
7303       if (isa<UndefValue>(C->getValue()))
7304         Found = true;
7305     } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
7306       if (isa<UndefValue>(C->getValue()))
7307         Found = true;
7308     }
7309
7310     // Keep looking if we haven't found it yet.
7311     return !Found;
7312   }
7313   bool isDone() const {
7314     // Stop recursion if we have found an undef.
7315     return Found;
7316   }
7317 };
7318 }
7319
7320 // Return true when S contains at least an undef value.
7321 static inline bool
7322 containsUndefs(const SCEV *S) {
7323   FindUndefs F;
7324   SCEVTraversal<FindUndefs> ST(F);
7325   ST.visitAll(S);
7326
7327   return F.Found;
7328 }
7329
7330 namespace {
7331 // Collect all steps of SCEV expressions.
7332 struct SCEVCollectStrides {
7333   ScalarEvolution &SE;
7334   SmallVectorImpl<const SCEV *> &Strides;
7335
7336   SCEVCollectStrides(ScalarEvolution &SE, SmallVectorImpl<const SCEV *> &S)
7337       : SE(SE), Strides(S) {}
7338
7339   bool follow(const SCEV *S) {
7340     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
7341       Strides.push_back(AR->getStepRecurrence(SE));
7342     return true;
7343   }
7344   bool isDone() const { return false; }
7345 };
7346
7347 // Collect all SCEVUnknown and SCEVMulExpr expressions.
7348 struct SCEVCollectTerms {
7349   SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms;
7350
7351   SCEVCollectTerms(SmallVectorImpl<const SCEV *> &T)
7352       : Terms(T) {}
7353
7354   bool follow(const SCEV *S) {
7355     if (isa<SCEVUnknown>(S) || isa<SCEVMulExpr>(S)) {
7356       if (!containsUndefs(S))
7357         Terms.push_back(S);
7358
7359       // Stop recursion: once we collected a term, do not walk its operands.
7360       return false;
7361     }
7362
7363     // Keep looking.
7364     return true;
7365   }
7366   bool isDone() const { return false; }
7367 };
7368 }
7369
7370 /// Find parametric terms in this SCEVAddRecExpr.
7371 void SCEVAddRecExpr::collectParametricTerms(
7372     ScalarEvolution &SE, SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms) const {
7373   SmallVector<const SCEV *, 4> Strides;
7374   SCEVCollectStrides StrideCollector(SE, Strides);
7375   visitAll(this, StrideCollector);
7376
7377   DEBUG({
7378       dbgs() << "Strides:\n";
7379       for (const SCEV *S : Strides)
7380         dbgs() << *S << "\n";
7381     });
7382
7383   for (const SCEV *S : Strides) {
7384     SCEVCollectTerms TermCollector(Terms);
7385     visitAll(S, TermCollector);
7386   }
7387
7388   DEBUG({
7389       dbgs() << "Terms:\n";
7390       for (const SCEV *T : Terms)
7391         dbgs() << *T << "\n";
7392     });
7393 }
7394
7395 static bool findArrayDimensionsRec(ScalarEvolution &SE,
7396                                    SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms,
7397                                    SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes) {
7398   int Last = Terms.size() - 1;
7399   const SCEV *Step = Terms[Last];
7400
7401   // End of recursion.
7402   if (Last == 0) {
7403     if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Step)) {
7404       SmallVector<const SCEV *, 2> Qs;
7405       for (const SCEV *Op : M->operands())
7406         if (!isa<SCEVConstant>(Op))
7407           Qs.push_back(Op);
7408
7409       Step = SE.getMulExpr(Qs);
7410     }
7411
7412     Sizes.push_back(Step);
7413     return true;
7414   }
7415
7416   for (const SCEV *&Term : Terms) {
7417     // Normalize the terms before the next call to findArrayDimensionsRec.
7418     const SCEV *Q, *R;
7419     SCEVDivision::divide(SE, Term, Step, &Q, &R);
7420
7421     // Bail out when GCD does not evenly divide one of the terms.
7422     if (!R->isZero())
7423       return false;
7424
7425     Term = Q;
7426   }
7427
7428   // Remove all SCEVConstants.
7429   Terms.erase(std::remove_if(Terms.begin(), Terms.end(), [](const SCEV *E) {
7430                 return isa<SCEVConstant>(E);
7431               }),
7432               Terms.end());
7433
7434   if (Terms.size() > 0)
7435     if (!findArrayDimensionsRec(SE, Terms, Sizes))
7436       return false;
7437
7438   Sizes.push_back(Step);
7439   return true;
7440 }
7441
7442 namespace {
7443 struct FindParameter {
7444   bool FoundParameter;
7445   FindParameter() : FoundParameter(false) {}
7446
7447   bool follow(const SCEV *S) {
7448     if (isa<SCEVUnknown>(S)) {
7449       FoundParameter = true;
7450       // Stop recursion: we found a parameter.
7451       return false;
7452     }
7453     // Keep looking.
7454     return true;
7455   }
7456   bool isDone() const {
7457     // Stop recursion if we have found a parameter.
7458     return FoundParameter;
7459   }
7460 };
7461 }
7462
7463 // Returns true when S contains at least a SCEVUnknown parameter.
7464 static inline bool
7465 containsParameters(const SCEV *S) {
7466   FindParameter F;
7467   SCEVTraversal<FindParameter> ST(F);
7468   ST.visitAll(S);
7469
7470   return F.FoundParameter;
7471 }
7472
7473 // Returns true when one of the SCEVs of Terms contains a SCEVUnknown parameter.
7474 static inline bool
7475 containsParameters(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms) {
7476   for (const SCEV *T : Terms)
7477     if (containsParameters(T))
7478       return true;
7479   return false;
7480 }
7481
7482 // Return the number of product terms in S.
7483 static inline int numberOfTerms(const SCEV *S) {
7484   if (const SCEVMulExpr *Expr = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S))
7485     return Expr->getNumOperands();
7486   return 1;
7487 }
7488
7489 static const SCEV *removeConstantFactors(ScalarEvolution &SE, const SCEV *T) {
7490   if (isa<SCEVConstant>(T))
7491     return nullptr;
7492
7493   if (isa<SCEVUnknown>(T))
7494     return T;
7495
7496   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(T)) {
7497     SmallVector<const SCEV *, 2> Factors;
7498     for (const SCEV *Op : M->operands())
7499       if (!isa<SCEVConstant>(Op))
7500         Factors.push_back(Op);
7501
7502     return SE.getMulExpr(Factors);
7503   }
7504
7505   return T;
7506 }
7507
7508 /// Return the size of an element read or written by Inst.
7509 const SCEV *ScalarEvolution::getElementSize(Instruction *Inst) {
7510   Type *Ty;
7511   if (StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
7512     Ty = Store->getValueOperand()->getType();
7513   else if (LoadInst *Load = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
7514     Ty = Load->getType();
7515   else
7516     return nullptr;
7517
7518   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(Ty));
7519   return getSizeOfExpr(ETy, Ty);
7520 }
7521
7522 /// Second step of delinearization: compute the array dimensions Sizes from the
7523 /// set of Terms extracted from the memory access function of this SCEVAddRec.
7524 void ScalarEvolution::findArrayDimensions(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms,
7525                                           SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes,
7526                                           const SCEV *ElementSize) const {
7527
7528   if (Terms.size() < 1 || !ElementSize)
7529     return;
7530
7531   // Early return when Terms do not contain parameters: we do not delinearize
7532   // non parametric SCEVs.
7533   if (!containsParameters(Terms))
7534     return;
7535
7536   DEBUG({
7537       dbgs() << "Terms:\n";
7538       for (const SCEV *T : Terms)
7539         dbgs() << *T << "\n";
7540     });
7541
7542   // Remove duplicates.
7543   std::sort(Terms.begin(), Terms.end());
7544   Terms.erase(std::unique(Terms.begin(), Terms.end()), Terms.end());
7545
7546   // Put larger terms first.
7547   std::sort(Terms.begin(), Terms.end(), [](const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
7548     return numberOfTerms(LHS) > numberOfTerms(RHS);
7549   });
7550
7551   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
7552
7553   // Divide all terms by the element size.
7554   for (const SCEV *&Term : Terms) {
7555     const SCEV *Q, *R;
7556     SCEVDivision::divide(SE, Term, ElementSize, &Q, &R);
7557     Term = Q;
7558   }
7559
7560   SmallVector<const SCEV *, 4> NewTerms;
7561
7562   // Remove constant factors.
7563   for (const SCEV *T : Terms)
7564     if (const SCEV *NewT = removeConstantFactors(SE, T))
7565       NewTerms.push_back(NewT);
7566
7567   DEBUG({
7568       dbgs() << "Terms after sorting:\n";
7569       for (const SCEV *T : NewTerms)
7570         dbgs() << *T << "\n";
7571     });
7572
7573   if (NewTerms.empty() ||
7574       !findArrayDimensionsRec(SE, NewTerms, Sizes)) {
7575     Sizes.clear();
7576     return;
7577   }
7578
7579   // The last element to be pushed into Sizes is the size of an element.
7580   Sizes.push_back(ElementSize);
7581
7582   DEBUG({
7583       dbgs() << "Sizes:\n";
7584       for (const SCEV *S : Sizes)
7585         dbgs() << *S << "\n";
7586     });
7587 }
7588
7589 /// Third step of delinearization: compute the access functions for the
7590 /// Subscripts based on the dimensions in Sizes.
7591 void SCEVAddRecExpr::computeAccessFunctions(
7592     ScalarEvolution &SE, SmallVectorImpl<const SCEV *> &Subscripts,
7593     SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes) const {
7594
7595   // Early exit in case this SCEV is not an affine multivariate function.
7596   if (Sizes.empty() || !this->isAffine())
7597     return;
7598
7599   const SCEV *Res = this;
7600   int Last = Sizes.size() - 1;
7601   for (int i = Last; i >= 0; i--) {
7602     const SCEV *Q, *R;
7603     SCEVDivision::divide(SE, Res, Sizes[i], &Q, &R);
7604
7605     DEBUG({
7606         dbgs() << "Res: " << *Res << "\n";
7607         dbgs() << "Sizes[i]: " << *Sizes[i] << "\n";
7608         dbgs() << "Res divided by Sizes[i]:\n";
7609         dbgs() << "Quotient: " << *Q << "\n";
7610         dbgs() << "Remainder: " << *R << "\n";
7611       });
7612
7613     Res = Q;
7614
7615     // Do not record the last subscript corresponding to the size of elements in
7616     // the array.
7617     if (i == Last) {
7618
7619       // Bail out if the remainder is too complex.
7620       if (isa<SCEVAddRecExpr>(R)) {
7621         Subscripts.clear();
7622         Sizes.clear();
7623         return;
7624       }
7625
7626       continue;
7627     }
7628
7629     // Record the access function for the current subscript.
7630     Subscripts.push_back(R);
7631   }
7632
7633   // Also push in last position the remainder of the last division: it will be
7634   // the access function of the innermost dimension.
7635   Subscripts.push_back(Res);
7636
7637   std::reverse(Subscripts.begin(), Subscripts.end());
7638
7639   DEBUG({
7640       dbgs() << "Subscripts:\n";
7641       for (const SCEV *S : Subscripts)
7642         dbgs() << *S << "\n";
7643     });
7644 }
7645
7646 /// Splits the SCEV into two vectors of SCEVs representing the subscripts and
7647 /// sizes of an array access. Returns the remainder of the delinearization that
7648 /// is the offset start of the array.  The SCEV->delinearize algorithm computes
7649 /// the multiples of SCEV coefficients: that is a pattern matching of sub
7650 /// expressions in the stride and base of a SCEV corresponding to the
7651 /// computation of a GCD (greatest common divisor) of base and stride.  When
7652 /// SCEV->delinearize fails, it returns the SCEV unchanged.
7653 ///
7654 /// For example: when analyzing the memory access A[i][j][k] in this loop nest
7655 ///
7656 ///  void foo(long n, long m, long o, double A[n][m][o]) {
7657 ///
7658 ///    for (long i = 0; i < n; i++)
7659 ///      for (long j = 0; j < m; j++)
7660 ///        for (long k = 0; k < o; k++)
7661 ///          A[i][j][k] = 1.0;
7662 ///  }
7663 ///
7664 /// the delinearization input is the following AddRec SCEV:
7665 ///
7666 ///  AddRec: {{{%A,+,(8 * %m * %o)}<%for.i>,+,(8 * %o)}<%for.j>,+,8}<%for.k>
7667 ///
7668 /// From this SCEV, we are able to say that the base offset of the access is %A
7669 /// because it appears as an offset that does not divide any of the strides in
7670 /// the loops:
7671 ///
7672 ///  CHECK: Base offset: %A
7673 ///
7674 /// and then SCEV->delinearize determines the size of some of the dimensions of
7675 /// the array as these are the multiples by which the strides are happening:
7676 ///
7677 ///  CHECK: ArrayDecl[UnknownSize][%m][%o] with elements of sizeof(double) bytes.
7678 ///
7679 /// Note that the outermost dimension remains of UnknownSize because there are
7680 /// no strides that would help identifying the size of the last dimension: when
7681 /// the array has been statically allocated, one could compute the size of that
7682 /// dimension by dividing the overall size of the array by the size of the known
7683 /// dimensions: %m * %o * 8.
7684 ///
7685 /// Finally delinearize provides the access functions for the array reference
7686 /// that does correspond to A[i][j][k] of the above C testcase:
7687 ///
7688 ///  CHECK: ArrayRef[{0,+,1}<%for.i>][{0,+,1}<%for.j>][{0,+,1}<%for.k>]
7689 ///
7690 /// The testcases are checking the output of a function pass:
7691 /// DelinearizationPass that walks through all loads and stores of a function
7692 /// asking for the SCEV of the memory access with respect to all enclosing
7693 /// loops, calling SCEV->delinearize on that and printing the results.
7694
7695 void SCEVAddRecExpr::delinearize(ScalarEvolution &SE,
7696                                  SmallVectorImpl<const SCEV *> &Subscripts,
7697                                  SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes,
7698                                  const SCEV *ElementSize) const {
7699   // First step: collect parametric terms.
7700   SmallVector<const SCEV *, 4> Terms;
7701   collectParametricTerms(SE, Terms);
7702
7703   if (Terms.empty())
7704     return;
7705
7706   // Second step: find subscript sizes.
7707   SE.findArrayDimensions(Terms, Sizes, ElementSize);
7708
7709   if (Sizes.empty())
7710     return;
7711
7712   // Third step: compute the access functions for each subscript.
7713   computeAccessFunctions(SE, Subscripts, Sizes);
7714
7715   if (Subscripts.empty())
7716     return;
7717
7718   DEBUG({
7719       dbgs() << "succeeded to delinearize " << *this << "\n";
7720       dbgs() << "ArrayDecl[UnknownSize]";
7721       for (const SCEV *S : Sizes)
7722         dbgs() << "[" << *S << "]";
7723
7724       dbgs() << "\nArrayRef";
7725       for (const SCEV *S : Subscripts)
7726         dbgs() << "[" << *S << "]";
7727       dbgs() << "\n";
7728     });
7729 }
7730
7731 //===----------------------------------------------------------------------===//
7732 //                   SCEVCallbackVH Class Implementation
7733 //===----------------------------------------------------------------------===//
7734
7735 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::deleted() {
7736   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
7737   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(getValPtr()))
7738     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
7739   SE->ValueExprMap.erase(getValPtr());
7740   // this now dangles!
7741 }
7742
7743 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::allUsesReplacedWith(Value *V) {
7744   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
7745
7746   // Forget all the expressions associated with users of the old value,
7747   // so that future queries will recompute the expressions using the new
7748   // value.
7749   Value *Old = getValPtr();
7750   SmallVector<User *, 16> Worklist(Old->user_begin(), Old->user_end());
7751   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
7752   while (!Worklist.empty()) {
7753     User *U = Worklist.pop_back_val();
7754     // Deleting the Old value will cause this to dangle. Postpone
7755     // that until everything else is done.
7756     if (U == Old)
7757       continue;
7758     if (!Visited.insert(U).second)
7759       continue;
7760     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U))
7761       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
7762     SE->ValueExprMap.erase(U);
7763     Worklist.insert(Worklist.end(), U->user_begin(), U->user_end());
7764   }
7765   // Delete the Old value.
7766   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Old))
7767     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
7768   SE->ValueExprMap.erase(Old);
7769   // this now dangles!
7770 }
7771
7772 ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *se)
7773   : CallbackVH(V), SE(se) {}
7774
7775 //===----------------------------------------------------------------------===//
7776 //                   ScalarEvolution Class Implementation
7777 //===----------------------------------------------------------------------===//
7778
7779 ScalarEvolution::ScalarEvolution()
7780   : FunctionPass(ID), ValuesAtScopes(64), LoopDispositions(64),
7781     BlockDispositions(64), FirstUnknown(nullptr) {
7782   initializeScalarEvolutionPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
7783 }
7784
7785 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
7786   this->F = &F;
7787   AT = &getAnalysis<AssumptionTracker>();
7788   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
7789   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
7790   DL = DLP ? &DLP->getDataLayout() : nullptr;
7791   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
7792   DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
7793   return false;
7794 }
7795
7796 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
7797   // Iterate through all the SCEVUnknown instances and call their
7798   // destructors, so that they release their references to their values.
7799   for (SCEVUnknown *U = FirstUnknown; U; U = U->Next)
7800     U->~SCEVUnknown();
7801   FirstUnknown = nullptr;
7802
7803   ValueExprMap.clear();
7804
7805   // Free any extra memory created for ExitNotTakenInfo in the unlikely event
7806   // that a loop had multiple computable exits.
7807   for (DenseMap<const Loop*, BackedgeTakenInfo>::iterator I =
7808          BackedgeTakenCounts.begin(), E = BackedgeTakenCounts.end();
7809        I != E; ++I) {
7810     I->second.clear();
7811   }
7812
7813   assert(PendingLoopPredicates.empty() && "isImpliedCond garbage");
7814
7815   BackedgeTakenCounts.clear();
7816   ConstantEvolutionLoopExitValue.clear();
7817   ValuesAtScopes.clear();
7818   LoopDispositions.clear();
7819   BlockDispositions.clear();
7820   UnsignedRanges.clear();
7821   SignedRanges.clear();
7822   UniqueSCEVs.clear();
7823   SCEVAllocator.Reset();
7824 }
7825
7826 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
7827   AU.setPreservesAll();
7828   AU.addRequired<AssumptionTracker>();
7829   AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
7830   AU.addRequiredTransitive<DominatorTreeWrapperPass>();
7831   AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
7832 }
7833
7834 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
7835   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getBackedgeTakenCount(L));
7836 }
7837
7838 static void PrintLoopInfo(raw_ostream &OS, ScalarEvolution *SE,
7839                           const Loop *L) {
7840   // Print all inner loops first
7841   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
7842     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
7843
7844   OS << "Loop ";
7845   L->getHeader()->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
7846   OS << ": ";
7847
7848   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
7849   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
7850   if (ExitBlocks.size() != 1)
7851     OS << "<multiple exits> ";
7852
7853   if (SE->hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(L)) {
7854     OS << "backedge-taken count is " << *SE->getBackedgeTakenCount(L);
7855   } else {
7856     OS << "Unpredictable backedge-taken count. ";
7857   }
7858
7859   OS << "\n"
7860         "Loop ";
7861   L->getHeader()->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
7862   OS << ": ";
7863
7864   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(SE->getMaxBackedgeTakenCount(L))) {
7865     OS << "max backedge-taken count is " << *SE->getMaxBackedgeTakenCount(L);
7866   } else {
7867     OS << "Unpredictable max backedge-taken count. ";
7868   }
7869
7870   OS << "\n";
7871 }
7872
7873 void ScalarEvolution::print(raw_ostream &OS, const Module *) const {
7874   // ScalarEvolution's implementation of the print method is to print
7875   // out SCEV values of all instructions that are interesting. Doing
7876   // this potentially causes it to create new SCEV objects though,
7877   // which technically conflicts with the const qualifier. This isn't
7878   // observable from outside the class though, so casting away the
7879   // const isn't dangerous.
7880   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
7881
7882   OS << "Classifying expressions for: ";
7883   F->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
7884   OS << "\n";
7885   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
7886     if (isSCEVable(I->getType()) && !isa<CmpInst>(*I)) {
7887       OS << *I << '\n';
7888       OS << "  -->  ";
7889       const SCEV *SV = SE.getSCEV(&*I);
7890       SV->print(OS);
7891
7892       const Loop *L = LI->getLoopFor((*I).getParent());
7893
7894       const SCEV *AtUse = SE.getSCEVAtScope(SV, L);
7895       if (AtUse != SV) {
7896         OS << "  -->  ";
7897         AtUse->print(OS);
7898       }
7899
7900       if (L) {
7901         OS << "\t\t" "Exits: ";
7902         const SCEV *ExitValue = SE.getSCEVAtScope(SV, L->getParentLoop());
7903         if (!SE.isLoopInvariant(ExitValue, L)) {
7904           OS << "<<Unknown>>";
7905         } else {
7906           OS << *ExitValue;
7907         }
7908       }
7909
7910       OS << "\n";
7911     }
7912
7913   OS << "Determining loop execution counts for: ";
7914   F->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
7915   OS << "\n";
7916   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
7917     PrintLoopInfo(OS, &SE, *I);
7918 }
7919
7920 ScalarEvolution::LoopDisposition
7921 ScalarEvolution::getLoopDisposition(const SCEV *S, const Loop *L) {
7922   SmallVector<std::pair<const Loop *, LoopDisposition>, 2> &Values = LoopDispositions[S];
7923   for (unsigned u = 0; u < Values.size(); u++) {
7924     if (Values[u].first == L)
7925       return Values[u].second;
7926   }
7927   Values.push_back(std::make_pair(L, LoopVariant));
7928   LoopDisposition D = computeLoopDisposition(S, L);
7929   SmallVector<std::pair<const Loop *, LoopDisposition>, 2> &Values2 = LoopDispositions[S];
7930   for (unsigned u = Values2.size(); u > 0; u--) {
7931     if (Values2[u - 1].first == L) {
7932       Values2[u - 1].second = D;
7933       break;
7934     }
7935   }
7936   return D;
7937 }
7938
7939 ScalarEvolution::LoopDisposition
7940 ScalarEvolution::computeLoopDisposition(const SCEV *S, const Loop *L) {
7941   switch (static_cast<SCEVTypes>(S->getSCEVType())) {
7942   case scConstant:
7943     return LoopInvariant;
7944   case scTruncate:
7945   case scZeroExtend:
7946   case scSignExtend:
7947     return getLoopDisposition(cast<SCEVCastExpr>(S)->getOperand(), L);
7948   case scAddRecExpr: {
7949     const SCEVAddRecExpr *AR = cast<SCEVAddRecExpr>(S);
7950
7951     // If L is the addrec's loop, it's computable.
7952     if (AR->getLoop() == L)
7953       return LoopComputable;
7954
7955     // Add recurrences are never invariant in the function-body (null loop).
7956     if (!L)
7957       return LoopVariant;
7958
7959     // This recurrence is variant w.r.t. L if L contains AR's loop.
7960     if (L->contains(AR->getLoop()))
7961       return LoopVariant;
7962
7963     // This recurrence is invariant w.r.t. L if AR's loop contains L.
7964     if (AR->getLoop()->contains(L))
7965       return LoopInvariant;
7966
7967     // This recurrence is variant w.r.t. L if any of its operands
7968     // are variant.
7969     for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = AR->op_begin(), E = AR->op_end();
7970          I != E; ++I)
7971       if (!isLoopInvariant(*I, L))
7972         return LoopVariant;
7973
7974     // Otherwise it's loop-invariant.
7975     return LoopInvariant;
7976   }
7977   case scAddExpr:
7978   case scMulExpr:
7979   case scUMaxExpr:
7980   case scSMaxExpr: {
7981     const SCEVNAryExpr *NAry = cast<SCEVNAryExpr>(S);
7982     bool HasVarying = false;
7983     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
7984          I != E; ++I) {
7985       LoopDisposition D = getLoopDisposition(*I, L);
7986       if (D == LoopVariant)
7987         return LoopVariant;
7988       if (D == LoopComputable)
7989         HasVarying = true;
7990     }
7991     return HasVarying ? LoopComputable : LoopInvariant;
7992   }
7993   case scUDivExpr: {
7994     const SCEVUDivExpr *UDiv = cast<SCEVUDivExpr>(S);
7995     LoopDisposition LD = getLoopDisposition(UDiv->getLHS(), L);
7996     if (LD == LoopVariant)
7997       return LoopVariant;
7998     LoopDisposition RD = getLoopDisposition(UDiv->getRHS(), L);
7999     if (RD == LoopVariant)
8000       return LoopVariant;
8001     return (LD == LoopInvariant && RD == LoopInvariant) ?
8002            LoopInvariant : LoopComputable;
8003   }
8004   case scUnknown:
8005     // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
8006     // invariant if they are not contained in the specified loop.
8007     // Instructions are never considered invariant in the function body
8008     // (null loop) because they are defined within the "loop".
8009     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(cast<SCEVUnknown>(S)->getValue()))
8010       return (L && !L->contains(I)) ? LoopInvariant : LoopVariant;
8011     return LoopInvariant;
8012   case scCouldNotCompute:
8013     llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
8014   }
8015   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
8016 }
8017
8018 bool ScalarEvolution::isLoopInvariant(const SCEV *S, const Loop *L) {
8019   return getLoopDisposition(S, L) == LoopInvariant;
8020 }
8021
8022 bool ScalarEvolution::hasComputableLoopEvolution(const SCEV *S, const Loop *L) {
8023   return getLoopDisposition(S, L) == LoopComputable;
8024 }
8025
8026 ScalarEvolution::BlockDisposition
8027 ScalarEvolution::getBlockDisposition(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
8028   SmallVector<std::pair<const BasicBlock *, BlockDisposition>, 2> &Values = BlockDispositions[S];
8029   for (unsigned u = 0; u < Values.size(); u++) {
8030     if (Values[u].first == BB)
8031       return Values[u].second;
8032   }
8033   Values.push_back(std::make_pair(BB, DoesNotDominateBlock));
8034   BlockDisposition D = computeBlockDisposition(S, BB);
8035   SmallVector<std::pair<const BasicBlock *, BlockDisposition>, 2> &Values2 = BlockDispositions[S];
8036   for (unsigned u = Values2.size(); u > 0; u--) {
8037     if (Values2[u - 1].first == BB) {
8038       Values2[u - 1].second = D;
8039       break;
8040     }
8041   }
8042   return D;
8043 }
8044
8045 ScalarEvolution::BlockDisposition
8046 ScalarEvolution::computeBlockDisposition(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
8047   switch (static_cast<SCEVTypes>(S->getSCEVType())) {
8048   case scConstant:
8049     return ProperlyDominatesBlock;
8050   case scTruncate:
8051   case scZeroExtend:
8052   case scSignExtend:
8053     return getBlockDisposition(cast<SCEVCastExpr>(S)->getOperand(), BB);
8054   case scAddRecExpr: {
8055     // This uses a "dominates" query instead of "properly dominates" query
8056     // to test for proper dominance too, because the instruction which
8057     // produces the addrec's value is a PHI, and a PHI effectively properly
8058     // dominates its entire containing block.
8059     const SCEVAddRecExpr *AR = cast<SCEVAddRecExpr>(S);
8060     if (!DT->dominates(AR->getLoop()->getHeader(), BB))
8061       return DoesNotDominateBlock;
8062   }
8063   // FALL THROUGH into SCEVNAryExpr handling.
8064   case scAddExpr:
8065   case scMulExpr:
8066   case scUMaxExpr:
8067   case scSMaxExpr: {
8068     const SCEVNAryExpr *NAry = cast<SCEVNAryExpr>(S);
8069     bool Proper = true;
8070     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
8071          I != E; ++I) {
8072       BlockDisposition D = getBlockDisposition(*I, BB);
8073       if (D == DoesNotDominateBlock)
8074         return DoesNotDominateBlock;
8075       if (D == DominatesBlock)
8076         Proper = false;
8077     }
8078     return Proper ? ProperlyDominatesBlock : DominatesBlock;
8079   }
8080   case scUDivExpr: {
8081     const SCEVUDivExpr *UDiv = cast<SCEVUDivExpr>(S);
8082     const SCEV *LHS = UDiv->getLHS(), *RHS = UDiv->getRHS();
8083     BlockDisposition LD = getBlockDisposition(LHS, BB);
8084     if (LD == DoesNotDominateBlock)
8085       return DoesNotDominateBlock;
8086     BlockDisposition RD = getBlockDisposition(RHS, BB);
8087     if (RD == DoesNotDominateBlock)
8088       return DoesNotDominateBlock;
8089     return (LD == ProperlyDominatesBlock && RD == ProperlyDominatesBlock) ?
8090       ProperlyDominatesBlock : DominatesBlock;
8091   }
8092   case scUnknown:
8093     if (Instruction *I =
8094           dyn_cast<Instruction>(cast<SCEVUnknown>(S)->getValue())) {
8095       if (I->getParent() == BB)
8096         return DominatesBlock;
8097       if (DT->properlyDominates(I->getParent(), BB))
8098         return ProperlyDominatesBlock;
8099       return DoesNotDominateBlock;
8100     }
8101     return ProperlyDominatesBlock;
8102   case scCouldNotCompute:
8103     llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
8104   }
8105   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
8106 }
8107
8108 bool ScalarEvolution::dominates(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
8109   return getBlockDisposition(S, BB) >= DominatesBlock;
8110 }
8111
8112 bool ScalarEvolution::properlyDominates(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
8113   return getBlockDisposition(S, BB) == ProperlyDominatesBlock;
8114 }
8115
8116 namespace {
8117 // Search for a SCEV expression node within an expression tree.
8118 // Implements SCEVTraversal::Visitor.
8119 struct SCEVSearch {
8120   const SCEV *Node;
8121   bool IsFound;
8122
8123   SCEVSearch(const SCEV *N): Node(N), IsFound(false) {}
8124
8125   bool follow(const SCEV *S) {
8126     IsFound |= (S == Node);
8127     return !IsFound;
8128   }
8129   bool isDone() const { return IsFound; }
8130 };
8131 }
8132
8133 bool ScalarEvolution::hasOperand(const SCEV *S, const SCEV *Op) const {
8134   SCEVSearch Search(Op);
8135   visitAll(S, Search);
8136   return Search.IsFound;
8137 }
8138
8139 void ScalarEvolution::forgetMemoizedResults(const SCEV *S) {
8140   ValuesAtScopes.erase(S);
8141   LoopDispositions.erase(S);
8142   BlockDispositions.erase(S);
8143   UnsignedRanges.erase(S);
8144   SignedRanges.erase(S);
8145
8146   for (DenseMap<const Loop*, BackedgeTakenInfo>::iterator I =
8147          BackedgeTakenCounts.begin(), E = BackedgeTakenCounts.end(); I != E; ) {
8148     BackedgeTakenInfo &BEInfo = I->second;
8149     if (BEInfo.hasOperand(S, this)) {
8150       BEInfo.clear();
8151       BackedgeTakenCounts.erase(I++);
8152     }
8153     else
8154       ++I;
8155   }
8156 }
8157
8158 typedef DenseMap<const Loop *, std::string> VerifyMap;
8159
8160 /// replaceSubString - Replaces all occurrences of From in Str with To.
8161 static void replaceSubString(std::string &Str, StringRef From, StringRef To) {
8162   size_t Pos = 0;
8163   while ((Pos = Str.find(From, Pos)) != std::string::npos) {
8164     Str.replace(Pos, From.size(), To.data(), To.size());
8165     Pos += To.size();
8166   }
8167 }
8168
8169 /// getLoopBackedgeTakenCounts - Helper method for verifyAnalysis.
8170 static void
8171 getLoopBackedgeTakenCounts(Loop *L, VerifyMap &Map, ScalarEvolution &SE) {
8172   for (Loop::reverse_iterator I = L->rbegin(), E = L->rend(); I != E; ++I) {
8173     getLoopBackedgeTakenCounts(*I, Map, SE); // recurse.
8174
8175     std::string &S = Map[L];
8176     if (S.empty()) {
8177       raw_string_ostream OS(S);
8178       SE.getBackedgeTakenCount(L)->print(OS);
8179
8180       // false and 0 are semantically equivalent. This can happen in dead loops.
8181       replaceSubString(OS.str(), "false", "0");
8182       // Remove wrap flags, their use in SCEV is highly fragile.
8183       // FIXME: Remove this when SCEV gets smarter about them.
8184       replaceSubString(OS.str(), "<nw>", "");
8185       replaceSubString(OS.str(), "<nsw>", "");
8186       replaceSubString(OS.str(), "<nuw>", "");
8187     }
8188   }
8189 }
8190
8191 void ScalarEvolution::verifyAnalysis() const {
8192   if (!VerifySCEV)
8193     return;
8194
8195   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
8196
8197   // Gather stringified backedge taken counts for all loops using SCEV's caches.
8198   // FIXME: It would be much better to store actual values instead of strings,
8199   //        but SCEV pointers will change if we drop the caches.
8200   VerifyMap BackedgeDumpsOld, BackedgeDumpsNew;
8201   for (LoopInfo::reverse_iterator I = LI->rbegin(), E = LI->rend(); I != E; ++I)
8202     getLoopBackedgeTakenCounts(*I, BackedgeDumpsOld, SE);
8203
8204   // Gather stringified backedge taken counts for all loops without using
8205   // SCEV's caches.
8206   SE.releaseMemory();
8207   for (LoopInfo::reverse_iterator I = LI->rbegin(), E = LI->rend(); I != E; ++I)
8208     getLoopBackedgeTakenCounts(*I, BackedgeDumpsNew, SE);
8209
8210   // Now compare whether they're the same with and without caches. This allows
8211   // verifying that no pass changed the cache.
8212   assert(BackedgeDumpsOld.size() == BackedgeDumpsNew.size() &&
8213          "New loops suddenly appeared!");
8214
8215   for (VerifyMap::iterator OldI = BackedgeDumpsOld.begin(),
8216                            OldE = BackedgeDumpsOld.end(),
8217                            NewI = BackedgeDumpsNew.begin();
8218        OldI != OldE; ++OldI, ++NewI) {
8219     assert(OldI->first == NewI->first && "Loop order changed!");
8220
8221     // Compare the stringified SCEVs. We don't care if undef backedgetaken count
8222     // changes.
8223     // FIXME: We currently ignore SCEV changes from/to CouldNotCompute. This
8224     // means that a pass is buggy or SCEV has to learn a new pattern but is
8225     // usually not harmful.
8226     if (OldI->second != NewI->second &&
8227         OldI->second.find("undef") == std::string::npos &&
8228         NewI->second.find("undef") == std::string::npos &&
8229         OldI->second != "***COULDNOTCOMPUTE***" &&
8230         NewI->second != "***COULDNOTCOMPUTE***") {
8231       dbgs() << "SCEVValidator: SCEV for loop '"
8232              << OldI->first->getHeader()->getName()
8233              << "' changed from '" << OldI->second
8234              << "' to '" << NewI->second << "'!\n";
8235       std::abort();
8236     }
8237   }
8238
8239   // TODO: Verify more things.
8240 }