bug 122:
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolution.cpp
1 //===- ScalarEvolution.cpp - Scalar Evolution Analysis ----------*- C++ -*-===//
2 // 
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source 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.  These classes are reference counted, managed by the SCEVHandle
18 // class.  We only create one SCEV of a particular shape, so pointer-comparisons
19 // for equality are legal.
20 //
21 // One important aspect of the SCEV objects is that they are never cyclic, even
22 // if there is a cycle in the dataflow for an expression (ie, a PHI node).  If
23 // the PHI node is one of the idioms that we can represent (e.g., a polynomial
24 // recurrence) then we represent it directly as a recurrence node, otherwise we
25 // represent it as a SCEVUnknown node.
26 //
27 // In addition to being able to represent expressions of various types, we also
28 // have folders that are used to build the *canonical* representation for a
29 // particular expression.  These folders are capable of using a variety of
30 // rewrite rules to simplify the expressions.
31 // 
32 // Once the folders are defined, we can implement the more interesting
33 // higher-level code, such as the code that recognizes PHI nodes of various
34 // types, computes the execution count of a loop, etc.
35 //
36 // TODO: We should use these routines and value representations to implement
37 // dependence analysis!
38 //
39 //===----------------------------------------------------------------------===//
40 //
41 // There are several good references for the techniques used in this analysis.
42 //
43 //  Chains of recurrences -- a method to expedite the evaluation
44 //  of closed-form functions
45 //  Olaf Bachmann, Paul S. Wang, Eugene V. Zima
46 //
47 //  On computational properties of chains of recurrences
48 //  Eugene V. Zima
49 //
50 //  Symbolic Evaluation of Chains of Recurrences for Loop Optimization
51 //  Robert A. van Engelen
52 //
53 //  Efficient Symbolic Analysis for Optimizing Compilers
54 //  Robert A. van Engelen
55 //
56 //  Using the chains of recurrences algebra for data dependence testing and
57 //  induction variable substitution
58 //  MS Thesis, Johnie Birch
59 //
60 //===----------------------------------------------------------------------===//
61
62 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
63 #include "llvm/Constants.h"
64 #include "llvm/DerivedTypes.h"
65 #include "llvm/Instructions.h"
66 #include "llvm/Type.h"
67 #include "llvm/Value.h"
68 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
69 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
70 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
71 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
72 #include "llvm/Support/CFG.h"
73 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
74 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
75 #include "Support/CommandLine.h"
76 #include "Support/Statistic.h"
77 #include <cmath>
78 using namespace llvm;
79
80 namespace {
81   RegisterAnalysis<ScalarEvolution>
82   R("scalar-evolution", "Scalar Evolution Analysis");
83
84   Statistic<>
85   NumBruteForceEvaluations("scalar-evolution",
86                            "Number of brute force evaluations needed to calculate high-order polynomial exit values");
87   Statistic<>
88   NumTripCountsComputed("scalar-evolution",
89                         "Number of loops with predictable loop counts");
90   Statistic<>
91   NumTripCountsNotComputed("scalar-evolution",
92                            "Number of loops without predictable loop counts");
93   Statistic<>
94   NumBruteForceTripCountsComputed("scalar-evolution",
95                         "Number of loops with trip counts computed by force");
96
97   cl::opt<unsigned>
98   MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
99                           cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will symbolically execute a constant derived loop"),
100                           cl::init(100));
101 }
102
103 //===----------------------------------------------------------------------===//
104 //                           SCEV class definitions
105 //===----------------------------------------------------------------------===//
106
107 //===----------------------------------------------------------------------===//
108 // Implementation of the SCEV class.
109 //
110 SCEV::~SCEV() {}
111 void SCEV::dump() const {
112   print(std::cerr);
113 }
114
115 /// getValueRange - Return the tightest constant bounds that this value is
116 /// known to have.  This method is only valid on integer SCEV objects.
117 ConstantRange SCEV::getValueRange() const {
118   const Type *Ty = getType();
119   assert(Ty->isInteger() && "Can't get range for a non-integer SCEV!");
120   Ty = Ty->getUnsignedVersion();
121   // Default to a full range if no better information is available.
122   return ConstantRange(getType());
123 }
124
125
126 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() : SCEV(scCouldNotCompute) {}
127
128 bool SCEVCouldNotCompute::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
129   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
130   return false;
131 }
132
133 const Type *SCEVCouldNotCompute::getType() const {
134   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
135   return 0;
136 }
137
138 bool SCEVCouldNotCompute::hasComputableLoopEvolution(const Loop *L) const {
139   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
140   return false;
141 }
142
143 void SCEVCouldNotCompute::print(std::ostream &OS) const {
144   OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
145 }
146
147 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
148   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
149 }
150
151
152 // SCEVConstants - Only allow the creation of one SCEVConstant for any
153 // particular value.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will
154 // never be deleted!
155 static std::map<ConstantInt*, SCEVConstant*> SCEVConstants;
156   
157
158 SCEVConstant::~SCEVConstant() {
159   SCEVConstants.erase(V);
160 }
161
162 SCEVHandle SCEVConstant::get(ConstantInt *V) {
163   // Make sure that SCEVConstant instances are all unsigned.
164   if (V->getType()->isSigned()) {
165     const Type *NewTy = V->getType()->getUnsignedVersion();
166     V = cast<ConstantUInt>(ConstantExpr::getCast(V, NewTy));
167   }
168   
169   SCEVConstant *&R = SCEVConstants[V];
170   if (R == 0) R = new SCEVConstant(V);
171   return R;
172 }
173
174 ConstantRange SCEVConstant::getValueRange() const {
175   return ConstantRange(V);
176 }
177
178 const Type *SCEVConstant::getType() const { return V->getType(); }
179
180 void SCEVConstant::print(std::ostream &OS) const {
181   WriteAsOperand(OS, V, false);
182 }
183
184 // SCEVTruncates - Only allow the creation of one SCEVTruncateExpr for any
185 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will
186 // never be deleted!
187 static std::map<std::pair<SCEV*, const Type*>, SCEVTruncateExpr*> SCEVTruncates;
188
189 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
190   : SCEV(scTruncate), Op(op), Ty(ty) {
191   assert(Op->getType()->isInteger() && Ty->isInteger() &&
192          Ty->isUnsigned() &&
193          "Cannot truncate non-integer value!");
194   assert(Op->getType()->getPrimitiveSize() > Ty->getPrimitiveSize() &&
195          "This is not a truncating conversion!");
196 }
197
198 SCEVTruncateExpr::~SCEVTruncateExpr() {
199   SCEVTruncates.erase(std::make_pair(Op, Ty));
200 }
201
202 ConstantRange SCEVTruncateExpr::getValueRange() const {
203   return getOperand()->getValueRange().truncate(getType());
204 }
205
206 void SCEVTruncateExpr::print(std::ostream &OS) const {
207   OS << "(truncate " << *Op << " to " << *Ty << ")";
208 }
209
210 // SCEVZeroExtends - Only allow the creation of one SCEVZeroExtendExpr for any
211 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
212 // be deleted!
213 static std::map<std::pair<SCEV*, const Type*>,
214                 SCEVZeroExtendExpr*> SCEVZeroExtends;
215
216 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
217   : SCEV(scTruncate), Op(Op), Ty(ty) {
218   assert(Op->getType()->isInteger() && Ty->isInteger() &&
219          Ty->isUnsigned() &&
220          "Cannot zero extend non-integer value!");
221   assert(Op->getType()->getPrimitiveSize() < Ty->getPrimitiveSize() &&
222          "This is not an extending conversion!");
223 }
224
225 SCEVZeroExtendExpr::~SCEVZeroExtendExpr() {
226   SCEVZeroExtends.erase(std::make_pair(Op, Ty));
227 }
228
229 ConstantRange SCEVZeroExtendExpr::getValueRange() const {
230   return getOperand()->getValueRange().zeroExtend(getType());
231 }
232
233 void SCEVZeroExtendExpr::print(std::ostream &OS) const {
234   OS << "(zeroextend " << *Op << " to " << *Ty << ")";
235 }
236
237 // SCEVCommExprs - Only allow the creation of one SCEVCommutativeExpr for any
238 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
239 // be deleted!
240 static std::map<std::pair<unsigned, std::vector<SCEV*> >,
241                 SCEVCommutativeExpr*> SCEVCommExprs;
242
243 SCEVCommutativeExpr::~SCEVCommutativeExpr() {
244   SCEVCommExprs.erase(std::make_pair(getSCEVType(),
245                                      std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
246                                                         Operands.end())));
247 }
248
249 void SCEVCommutativeExpr::print(std::ostream &OS) const {
250   assert(Operands.size() > 1 && "This plus expr shouldn't exist!");
251   const char *OpStr = getOperationStr();
252   OS << "(" << *Operands[0];
253   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
254     OS << OpStr << *Operands[i];
255   OS << ")";
256 }
257
258 // SCEVUDivs - Only allow the creation of one SCEVUDivExpr for any particular
259 // input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never be
260 // deleted!
261 static std::map<std::pair<SCEV*, SCEV*>, SCEVUDivExpr*> SCEVUDivs;
262
263 SCEVUDivExpr::~SCEVUDivExpr() {
264   SCEVUDivs.erase(std::make_pair(LHS, RHS));
265 }
266
267 void SCEVUDivExpr::print(std::ostream &OS) const {
268   OS << "(" << *LHS << " /u " << *RHS << ")";
269 }
270
271 const Type *SCEVUDivExpr::getType() const {
272   const Type *Ty = LHS->getType();
273   if (Ty->isSigned()) Ty = Ty->getUnsignedVersion();
274   return Ty;
275 }
276
277 // SCEVAddRecExprs - Only allow the creation of one SCEVAddRecExpr for any
278 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
279 // be deleted!
280 static std::map<std::pair<const Loop *, std::vector<SCEV*> >,
281                 SCEVAddRecExpr*> SCEVAddRecExprs;
282
283 SCEVAddRecExpr::~SCEVAddRecExpr() {
284   SCEVAddRecExprs.erase(std::make_pair(L,
285                                        std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
286                                                           Operands.end())));
287 }
288
289 bool SCEVAddRecExpr::isLoopInvariant(const Loop *QueryLoop) const {
290   // This recurrence is invariant w.r.t to QueryLoop iff QueryLoop doesn't
291   // contain L.
292   return !QueryLoop->contains(L->getHeader());
293 }
294
295
296 void SCEVAddRecExpr::print(std::ostream &OS) const {
297   OS << "{" << *Operands[0];
298   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
299     OS << ",+," << *Operands[i];
300   OS << "}<" << L->getHeader()->getName() + ">";
301 }
302
303 // SCEVUnknowns - Only allow the creation of one SCEVUnknown for any particular
304 // value.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never be
305 // deleted!
306 static std::map<Value*, SCEVUnknown*> SCEVUnknowns;
307
308 SCEVUnknown::~SCEVUnknown() { SCEVUnknowns.erase(V); }
309
310 bool SCEVUnknown::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
311   // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
312   // invariant if they are not contained in the specified loop.
313   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
314     return !L->contains(I->getParent());
315   return true;
316 }
317
318 const Type *SCEVUnknown::getType() const {
319   return V->getType();
320 }
321
322 void SCEVUnknown::print(std::ostream &OS) const {
323   WriteAsOperand(OS, V, false);
324 }
325
326 //===----------------------------------------------------------------------===//
327 //                               SCEV Utilities
328 //===----------------------------------------------------------------------===//
329
330 namespace {
331   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
332   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
333   /// expressions.
334   struct SCEVComplexityCompare {
335     bool operator()(SCEV *LHS, SCEV *RHS) {
336       return LHS->getSCEVType() < RHS->getSCEVType();
337     }
338   };
339 }
340
341 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
342 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
343 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
344 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
345 ///
346 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get determinstic
347 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
348 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
349 /// land in memory.
350 ///
351 static void GroupByComplexity(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
352   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
353   if (Ops.size() == 2) {
354     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
355     // Special case it.
356     if (Ops[0]->getSCEVType() > Ops[1]->getSCEVType())
357       std::swap(Ops[0], Ops[1]);
358     return;
359   }
360
361   // Do the rough sort by complexity.
362   std::sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare());
363
364   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
365   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
366   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
367   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
368   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
369     SCEV *S = Ops[i];
370     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
371
372     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
373     // one, group them.
374     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
375       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
376         // Move it to immediately after i'th element.
377         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
378         ++i;   // no need to rescan it.
379         if (i == e-2) return;  // Done!
380       }
381     }
382   }
383 }
384
385
386
387 //===----------------------------------------------------------------------===//
388 //                      Simple SCEV method implementations
389 //===----------------------------------------------------------------------===//
390
391 /// getIntegerSCEV - Given an integer or FP type, create a constant for the
392 /// specified signed integer value and return a SCEV for the constant.
393 SCEVHandle SCEVUnknown::getIntegerSCEV(int Val, const Type *Ty) {
394   Constant *C;
395   if (Val == 0) 
396     C = Constant::getNullValue(Ty);
397   else if (Ty->isFloatingPoint())
398     C = ConstantFP::get(Ty, Val);
399   else if (Ty->isSigned())
400     C = ConstantSInt::get(Ty, Val);
401   else {
402     C = ConstantSInt::get(Ty->getSignedVersion(), Val);
403     C = ConstantExpr::getCast(C, Ty);
404   }
405   return SCEVUnknown::get(C);
406 }
407
408 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
409 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
410 /// extended.
411 static SCEVHandle getTruncateOrZeroExtend(const SCEVHandle &V, const Type *Ty) {
412   const Type *SrcTy = V->getType();
413   assert(SrcTy->isInteger() && Ty->isInteger() &&
414          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
415   if (SrcTy->getPrimitiveSize() == Ty->getPrimitiveSize())
416     return V;  // No conversion
417   if (SrcTy->getPrimitiveSize() > Ty->getPrimitiveSize())
418     return SCEVTruncateExpr::get(V, Ty);
419   return SCEVZeroExtendExpr::get(V, Ty);
420 }
421
422 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
423 ///
424 static SCEVHandle getNegativeSCEV(const SCEVHandle &V) {
425   if (SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
426     return SCEVUnknown::get(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue()));
427   
428   return SCEVMulExpr::get(V, SCEVUnknown::getIntegerSCEV(-1, V->getType()));
429 }
430
431 /// getMinusSCEV - Return a SCEV corresponding to LHS - RHS.
432 ///
433 static SCEVHandle getMinusSCEV(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
434   // X - Y --> X + -Y
435   return SCEVAddExpr::get(LHS, getNegativeSCEV(RHS));
436 }
437
438
439 /// Binomial - Evaluate N!/((N-M)!*M!)  .  Note that N is often large and M is
440 /// often very small, so we try to reduce the number of N! terms we need to
441 /// evaluate by evaluating this as  (N!/(N-M)!)/M!
442 static ConstantInt *Binomial(ConstantInt *N, unsigned M) {
443   uint64_t NVal = N->getRawValue();
444   uint64_t FirstTerm = 1;
445   for (unsigned i = 0; i != M; ++i)
446     FirstTerm *= NVal-i;
447
448   unsigned MFactorial = 1;
449   for (; M; --M)
450     MFactorial *= M;
451
452   Constant *Result = ConstantUInt::get(Type::ULongTy, FirstTerm/MFactorial);
453   Result = ConstantExpr::getCast(Result, N->getType());
454   assert(isa<ConstantInt>(Result) && "Cast of integer not folded??");
455   return cast<ConstantInt>(Result);
456 }
457
458 /// PartialFact - Compute V!/(V-NumSteps)!
459 static SCEVHandle PartialFact(SCEVHandle V, unsigned NumSteps) {
460   // Handle this case efficiently, it is common to have constant iteration
461   // counts while computing loop exit values.
462   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
463     uint64_t Val = SC->getValue()->getRawValue();
464     uint64_t Result = 1;
465     for (; NumSteps; --NumSteps)
466       Result *= Val-(NumSteps-1);
467     Constant *Res = ConstantUInt::get(Type::ULongTy, Result);
468     return SCEVUnknown::get(ConstantExpr::getCast(Res, V->getType()));
469   }
470
471   const Type *Ty = V->getType();
472   if (NumSteps == 0)
473     return SCEVUnknown::getIntegerSCEV(1, Ty);
474   
475   SCEVHandle Result = V;
476   for (unsigned i = 1; i != NumSteps; ++i)
477     Result = SCEVMulExpr::get(Result, getMinusSCEV(V,
478                                           SCEVUnknown::getIntegerSCEV(i, Ty)));
479   return Result;
480 }
481
482
483 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
484 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
485 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
486 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
487 ///
488 ///   A*choose(It, 0) + B*choose(It, 1) + C*choose(It, 2) + D*choose(It, 3)
489 ///
490 /// FIXME/VERIFY: I don't trust that this is correct in the face of overflow.
491 /// Is the binomial equation safe using modular arithmetic??
492 ///
493 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(SCEVHandle It) const {
494   SCEVHandle Result = getStart();
495   int Divisor = 1;
496   const Type *Ty = It->getType();
497   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
498     SCEVHandle BC = PartialFact(It, i);
499     Divisor *= i;
500     SCEVHandle Val = SCEVUDivExpr::get(SCEVMulExpr::get(BC, getOperand(i)),
501                                        SCEVUnknown::getIntegerSCEV(Divisor,Ty));
502     Result = SCEVAddExpr::get(Result, Val);
503   }
504   return Result;
505 }
506
507
508 //===----------------------------------------------------------------------===//
509 //                    SCEV Expression folder implementations
510 //===----------------------------------------------------------------------===//
511
512 SCEVHandle SCEVTruncateExpr::get(const SCEVHandle &Op, const Type *Ty) {
513   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
514     return SCEVUnknown::get(ConstantExpr::getCast(SC->getValue(), Ty));
515
516   // If the input value is a chrec scev made out of constants, truncate
517   // all of the constants.
518   if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
519     std::vector<SCEVHandle> Operands;
520     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
521       // FIXME: This should allow truncation of other expression types!
522       if (isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(i)))
523         Operands.push_back(get(AddRec->getOperand(i), Ty));
524       else
525         break;
526     if (Operands.size() == AddRec->getNumOperands())
527       return SCEVAddRecExpr::get(Operands, AddRec->getLoop());
528   }
529
530   SCEVTruncateExpr *&Result = SCEVTruncates[std::make_pair(Op, Ty)];
531   if (Result == 0) Result = new SCEVTruncateExpr(Op, Ty);
532   return Result;
533 }
534
535 SCEVHandle SCEVZeroExtendExpr::get(const SCEVHandle &Op, const Type *Ty) {
536   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
537     return SCEVUnknown::get(ConstantExpr::getCast(SC->getValue(), Ty));
538
539   // FIXME: If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
540   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
541   // operands (often constants).  This would allow analysis of something like
542   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
543
544   SCEVZeroExtendExpr *&Result = SCEVZeroExtends[std::make_pair(Op, Ty)];
545   if (Result == 0) Result = new SCEVZeroExtendExpr(Op, Ty);
546   return Result;
547 }
548
549 // get - Get a canonical add expression, or something simpler if possible.
550 SCEVHandle SCEVAddExpr::get(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
551   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
552   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
553
554   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
555   GroupByComplexity(Ops);
556
557   // If there are any constants, fold them together.
558   unsigned Idx = 0;
559   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
560     ++Idx;
561     assert(Idx < Ops.size());
562     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
563       // We found two constants, fold them together!
564       Constant *Fold = ConstantExpr::getAdd(LHSC->getValue(), RHSC->getValue());
565       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Fold)) {
566         Ops[0] = SCEVConstant::get(CI);
567         Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
568         if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
569       } else {
570         // If we couldn't fold the expression, move to the next constant.  Note
571         // that this is impossible to happen in practice because we always
572         // constant fold constant ints to constant ints.
573         ++Idx;
574       }
575     }
576
577     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
578     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isNullValue()) {
579       Ops.erase(Ops.begin());
580       --Idx;
581     }
582   }
583
584   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
585   
586   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
587   // so, merge them together into an multiply expression.  Since we sorted the
588   // list, these values are required to be adjacent.
589   const Type *Ty = Ops[0]->getType();
590   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
591     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
592       // Found a match, merge the two values into a multiply, and add any
593       // remaining values to the result.
594       SCEVHandle Two = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(2, Ty);
595       SCEVHandle Mul = SCEVMulExpr::get(Ops[i], Two);
596       if (Ops.size() == 2)
597         return Mul;
598       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
599       Ops.push_back(Mul);
600       return SCEVAddExpr::get(Ops);
601     }
602
603   // Okay, now we know the first non-constant operand.  If there are add
604   // operands they would be next.
605   if (Idx < Ops.size()) {
606     bool DeletedAdd = false;
607     while (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
608       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
609       // list.
610       Ops.insert(Ops.end(), Add->op_begin(), Add->op_end());
611       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
612       DeletedAdd = true;
613     }
614
615     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
616     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
617     // any operands we just aquired.
618     if (DeletedAdd)
619       return get(Ops);
620   }
621
622   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
623   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
624     ++Idx;
625
626   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
627   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
628   // the multiply.
629   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
630     SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
631     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
632       SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
633       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
634         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp] &&
635             (Mul->getNumOperands() != 2 || !isa<SCEVConstant>(MulOpSCEV))) {
636           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
637           SCEVHandle InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
638           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
639             // If the multiply has more than two operands, we must get the
640             // Y*Z term.
641             std::vector<SCEVHandle> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
642             MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
643             InnerMul = SCEVMulExpr::get(MulOps);
644           }
645           SCEVHandle One = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(1, Ty);
646           SCEVHandle AddOne = SCEVAddExpr::get(InnerMul, One);
647           SCEVHandle OuterMul = SCEVMulExpr::get(AddOne, Ops[AddOp]);
648           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
649           if (AddOp < Idx) {
650             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
651             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
652           } else {
653             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
654             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
655           }
656           Ops.push_back(OuterMul);
657           return SCEVAddExpr::get(Ops);
658         }
659       
660       // Check this multiply against other multiplies being added together.
661       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
662            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
663            ++OtherMulIdx) {
664         SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
665         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
666         // together.
667         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
668              OMulOp != e; ++OMulOp)
669           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
670             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
671             SCEVHandle InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
672             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
673               std::vector<SCEVHandle> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
674               MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
675               InnerMul1 = SCEVMulExpr::get(MulOps);
676             }
677             SCEVHandle InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
678             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
679               std::vector<SCEVHandle> MulOps(OtherMul->op_begin(),
680                                              OtherMul->op_end());
681               MulOps.erase(MulOps.begin()+OMulOp);
682               InnerMul2 = SCEVMulExpr::get(MulOps);
683             }
684             SCEVHandle InnerMulSum = SCEVAddExpr::get(InnerMul1,InnerMul2);
685             SCEVHandle OuterMul = SCEVMulExpr::get(MulOpSCEV, InnerMulSum);
686             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
687             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
688             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
689             Ops.push_back(OuterMul);
690             return SCEVAddExpr::get(Ops);
691           }
692       }
693     }
694   }
695
696   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
697   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
698   // recurrence.
699   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
700     ++Idx;
701
702   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
703   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
704     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
705     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
706     std::vector<SCEVHandle> LIOps;
707     SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
708     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
709       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
710         LIOps.push_back(Ops[i]);
711         Ops.erase(Ops.begin()+i);
712         --i; --e;
713       }
714
715     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
716     if (!LIOps.empty()) {
717       //  NLI + LI + { Start,+,Step}  -->  NLI + { LI+Start,+,Step }
718       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
719
720       std::vector<SCEVHandle> AddRecOps(AddRec->op_begin(), AddRec->op_end());
721       AddRecOps[0] = SCEVAddExpr::get(LIOps);
722
723       SCEVHandle NewRec = SCEVAddRecExpr::get(AddRecOps, AddRec->getLoop());
724       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
725       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
726
727       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-liv parts.
728       for (unsigned i = 0;; ++i)
729         if (Ops[i] == AddRec) {
730           Ops[i] = NewRec;
731           break;
732         }
733       return SCEVAddExpr::get(Ops);
734     }
735
736     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
737     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
738     // added together.  If so, we can fold them.
739     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
740          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
741       if (OtherIdx != Idx) {
742         SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
743         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
744           // Other + {A,+,B} + {C,+,D}  -->  Other + {A+C,+,B+D}
745           std::vector<SCEVHandle> NewOps(AddRec->op_begin(), AddRec->op_end());
746           for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
747             if (i >= NewOps.size()) {
748               NewOps.insert(NewOps.end(), OtherAddRec->op_begin()+i,
749                             OtherAddRec->op_end());
750               break;
751             }
752             NewOps[i] = SCEVAddExpr::get(NewOps[i], OtherAddRec->getOperand(i));
753           }
754           SCEVHandle NewAddRec = SCEVAddRecExpr::get(NewOps, AddRec->getLoop());
755
756           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
757
758           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
759           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
760           Ops.push_back(NewAddRec);
761           return SCEVAddExpr::get(Ops);
762         }
763       }
764
765     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
766     // next one.
767   }
768
769   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
770   // already have one, otherwise create a new one.
771   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
772   SCEVCommutativeExpr *&Result = SCEVCommExprs[std::make_pair(scAddExpr,
773                                                               SCEVOps)];
774   if (Result == 0) Result = new SCEVAddExpr(Ops);
775   return Result;
776 }
777
778
779 SCEVHandle SCEVMulExpr::get(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
780   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
781
782   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
783   GroupByComplexity(Ops);
784
785   // If there are any constants, fold them together.
786   unsigned Idx = 0;
787   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
788
789     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
790     if (Ops.size() == 2)
791       if (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
792         if (Add->getNumOperands() == 2 &&
793             isa<SCEVConstant>(Add->getOperand(0)))
794           return SCEVAddExpr::get(SCEVMulExpr::get(LHSC, Add->getOperand(0)),
795                                   SCEVMulExpr::get(LHSC, Add->getOperand(1)));
796
797
798     ++Idx;
799     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
800       // We found two constants, fold them together!
801       Constant *Fold = ConstantExpr::getMul(LHSC->getValue(), RHSC->getValue());
802       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Fold)) {
803         Ops[0] = SCEVConstant::get(CI);
804         Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
805         if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
806       } else {
807         // If we couldn't fold the expression, move to the next constant.  Note
808         // that this is impossible to happen in practice because we always
809         // constant fold constant ints to constant ints.
810         ++Idx;
811       }
812     }
813
814     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
815     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
816       Ops.erase(Ops.begin());
817       --Idx;
818     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isNullValue()) {
819       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
820       return Ops[0];
821     }
822   }
823
824   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
825   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
826     ++Idx;
827
828   if (Ops.size() == 1)
829     return Ops[0];
830   
831   // If there are mul operands inline them all into this expression.
832   if (Idx < Ops.size()) {
833     bool DeletedMul = false;
834     while (SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
835       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
836       // list.
837       Ops.insert(Ops.end(), Mul->op_begin(), Mul->op_end());
838       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
839       DeletedMul = true;
840     }
841
842     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
843     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
844     // any operands we just aquired.
845     if (DeletedMul)
846       return get(Ops);
847   }
848
849   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
850   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
851   // recurrence.
852   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
853     ++Idx;
854
855   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
856   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
857     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
858     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
859     std::vector<SCEVHandle> LIOps;
860     SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
861     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
862       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
863         LIOps.push_back(Ops[i]);
864         Ops.erase(Ops.begin()+i);
865         --i; --e;
866       }
867
868     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
869     if (!LIOps.empty()) {
870       //  NLI * LI * { Start,+,Step}  -->  NLI * { LI*Start,+,LI*Step }
871       std::vector<SCEVHandle> NewOps;
872       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
873       if (LIOps.size() == 1) {
874         SCEV *Scale = LIOps[0];
875         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
876           NewOps.push_back(SCEVMulExpr::get(Scale, AddRec->getOperand(i)));
877       } else {
878         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
879           std::vector<SCEVHandle> MulOps(LIOps);
880           MulOps.push_back(AddRec->getOperand(i));
881           NewOps.push_back(SCEVMulExpr::get(MulOps));
882         }
883       }
884
885       SCEVHandle NewRec = SCEVAddRecExpr::get(NewOps, AddRec->getLoop());
886
887       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
888       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
889
890       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-liv parts.
891       for (unsigned i = 0;; ++i)
892         if (Ops[i] == AddRec) {
893           Ops[i] = NewRec;
894           break;
895         }
896       return SCEVMulExpr::get(Ops);
897     }
898
899     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
900     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
901     // multiplied together.  If so, we can fold them.
902     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
903          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
904       if (OtherIdx != Idx) {
905         SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
906         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
907           // F * G  -->  {A,+,B} * {C,+,D}  -->  {A*C,+,F*D + G*B + B*D}
908           SCEVAddRecExpr *F = AddRec, *G = OtherAddRec;
909           SCEVHandle NewStart = SCEVMulExpr::get(F->getStart(),
910                                                  G->getStart());
911           SCEVHandle B = F->getStepRecurrence();
912           SCEVHandle D = G->getStepRecurrence();
913           SCEVHandle NewStep = SCEVAddExpr::get(SCEVMulExpr::get(F, D),
914                                                 SCEVMulExpr::get(G, B),
915                                                 SCEVMulExpr::get(B, D));
916           SCEVHandle NewAddRec = SCEVAddRecExpr::get(NewStart, NewStep,
917                                                      F->getLoop());
918           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
919
920           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
921           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
922           Ops.push_back(NewAddRec);
923           return SCEVMulExpr::get(Ops);
924         }
925       }
926
927     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
928     // next one.
929   }
930
931   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
932   // already have one, otherwise create a new one.
933   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
934   SCEVCommutativeExpr *&Result = SCEVCommExprs[std::make_pair(scMulExpr,
935                                                               SCEVOps)];
936   if (Result == 0) Result = new SCEVMulExpr(Ops);
937   return Result;
938 }
939
940 SCEVHandle SCEVUDivExpr::get(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
941   if (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
942     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
943       return LHS;                            // X /u 1 --> x
944     if (RHSC->getValue()->isAllOnesValue())
945       return getNegativeSCEV(LHS);           // X /u -1  -->  -x
946
947     if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
948       Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
949       Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
950       if (LHSCV->getType()->isSigned())
951         LHSCV = ConstantExpr::getCast(LHSCV,
952                                       LHSCV->getType()->getUnsignedVersion());
953       if (RHSCV->getType()->isSigned())
954         RHSCV = ConstantExpr::getCast(RHSCV, LHSCV->getType());
955       return SCEVUnknown::get(ConstantExpr::getDiv(LHSCV, RHSCV));
956     }
957   }
958
959   // FIXME: implement folding of (X*4)/4 when we know X*4 doesn't overflow.
960
961   SCEVUDivExpr *&Result = SCEVUDivs[std::make_pair(LHS, RHS)];
962   if (Result == 0) Result = new SCEVUDivExpr(LHS, RHS);
963   return Result;
964 }
965
966
967 /// SCEVAddRecExpr::get - Get a add recurrence expression for the
968 /// specified loop.  Simplify the expression as much as possible.
969 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::get(const SCEVHandle &Start,
970                                const SCEVHandle &Step, const Loop *L) {
971   std::vector<SCEVHandle> Operands;
972   Operands.push_back(Start);
973   if (SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
974     if (StepChrec->getLoop() == L) {
975       Operands.insert(Operands.end(), StepChrec->op_begin(),
976                       StepChrec->op_end());
977       return get(Operands, L);
978     }
979
980   Operands.push_back(Step);
981   return get(Operands, L);
982 }
983
984 /// SCEVAddRecExpr::get - Get a add recurrence expression for the
985 /// specified loop.  Simplify the expression as much as possible.
986 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::get(std::vector<SCEVHandle> &Operands,
987                                const Loop *L) {
988   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
989
990   if (SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Operands.back()))
991     if (StepC->getValue()->isNullValue()) {
992       Operands.pop_back();
993       return get(Operands, L);             // { X,+,0 }  -->  X
994     }
995
996   SCEVAddRecExpr *&Result =
997     SCEVAddRecExprs[std::make_pair(L, std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
998                                                          Operands.end()))];
999   if (Result == 0) Result = new SCEVAddRecExpr(Operands, L);
1000   return Result;
1001 }
1002
1003 SCEVHandle SCEVUnknown::get(Value *V) {
1004   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
1005     return SCEVConstant::get(CI);
1006   SCEVUnknown *&Result = SCEVUnknowns[V];
1007   if (Result == 0) Result = new SCEVUnknown(V);
1008   return Result;
1009 }
1010
1011
1012 //===----------------------------------------------------------------------===//
1013 //             ScalarEvolutionsImpl Definition and Implementation
1014 //===----------------------------------------------------------------------===//
1015 //
1016 /// ScalarEvolutionsImpl - This class implements the main driver for the scalar
1017 /// evolution code.
1018 ///
1019 namespace {
1020   struct ScalarEvolutionsImpl {
1021     /// F - The function we are analyzing.
1022     ///
1023     Function &F;
1024
1025     /// LI - The loop information for the function we are currently analyzing.
1026     ///
1027     LoopInfo &LI;
1028
1029     /// UnknownValue - This SCEV is used to represent unknown trip counts and
1030     /// things.
1031     SCEVHandle UnknownValue;
1032
1033     /// Scalars - This is a cache of the scalars we have analyzed so far.
1034     ///
1035     std::map<Value*, SCEVHandle> Scalars;
1036
1037     /// IterationCounts - Cache the iteration count of the loops for this
1038     /// function as they are computed.
1039     std::map<const Loop*, SCEVHandle> IterationCounts;
1040
1041     /// ConstantEvolutionLoopExitValue - This map contains entries for all of
1042     /// the PHI instructions that we attempt to compute constant evolutions for.
1043     /// This allows us to avoid potentially expensive recomputation of these
1044     /// properties.  An instruction maps to null if we are unable to compute its
1045     /// exit value.
1046     std::map<PHINode*, Constant*> ConstantEvolutionLoopExitValue;
1047     
1048   public:
1049     ScalarEvolutionsImpl(Function &f, LoopInfo &li)
1050       : F(f), LI(li), UnknownValue(new SCEVCouldNotCompute()) {}
1051
1052     /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
1053     /// expression and create a new one.
1054     SCEVHandle getSCEV(Value *V);
1055
1056     /// getSCEVAtScope - Compute the value of the specified expression within
1057     /// the indicated loop (which may be null to indicate in no loop).  If the
1058     /// expression cannot be evaluated, return UnknownValue itself.
1059     SCEVHandle getSCEVAtScope(SCEV *V, const Loop *L);
1060
1061
1062     /// hasLoopInvariantIterationCount - Return true if the specified loop has
1063     /// an analyzable loop-invariant iteration count.
1064     bool hasLoopInvariantIterationCount(const Loop *L);
1065
1066     /// getIterationCount - If the specified loop has a predictable iteration
1067     /// count, return it.  Note that it is not valid to call this method on a
1068     /// loop without a loop-invariant iteration count.
1069     SCEVHandle getIterationCount(const Loop *L);
1070
1071     /// deleteInstructionFromRecords - This method should be called by the
1072     /// client before it removes an instruction from the program, to make sure
1073     /// that no dangling references are left around.
1074     void deleteInstructionFromRecords(Instruction *I);
1075
1076   private:
1077     /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
1078     /// Analyze the expression.
1079     SCEVHandle createSCEV(Value *V);
1080     SCEVHandle createNodeForCast(CastInst *CI);
1081
1082     /// createNodeForPHI - Provide the special handling we need to analyze PHI
1083     /// SCEVs.
1084     SCEVHandle createNodeForPHI(PHINode *PN);
1085     void UpdatePHIUserScalarEntries(Instruction *I, PHINode *PN,
1086                                     std::set<Instruction*> &UpdatedInsts);
1087
1088     /// ComputeIterationCount - Compute the number of times the specified loop
1089     /// will iterate.
1090     SCEVHandle ComputeIterationCount(const Loop *L);
1091
1092     /// ComputeIterationCountExhaustively - If the trip is known to execute a
1093     /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
1094     /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
1095     /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
1096     /// evaluate the trip count of the loop, return UnknownValue.
1097     SCEVHandle ComputeIterationCountExhaustively(const Loop *L, Value *Cond,
1098                                                  bool ExitWhen);
1099
1100     /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the
1101     /// specified value to zero will execute.  If not computable, return
1102     /// UnknownValue
1103     SCEVHandle HowFarToZero(SCEV *V, const Loop *L);
1104
1105     /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
1106     /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
1107     /// UnknownValue
1108     SCEVHandle HowFarToNonZero(SCEV *V, const Loop *L);
1109
1110     /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
1111     /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
1112     /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
1113     /// involving constants, fold it.
1114     Constant *getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN, uint64_t Its,
1115                                                 const Loop *L);
1116   };
1117 }
1118
1119 //===----------------------------------------------------------------------===//
1120 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
1121 //
1122
1123 /// deleteInstructionFromRecords - This method should be called by the
1124 /// client before it removes an instruction from the program, to make sure
1125 /// that no dangling references are left around.
1126 void ScalarEvolutionsImpl::deleteInstructionFromRecords(Instruction *I) {
1127   Scalars.erase(I);
1128   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
1129     ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
1130 }
1131
1132
1133 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
1134 /// expression and create a new one.
1135 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getSCEV(Value *V) {
1136   assert(V->getType() != Type::VoidTy && "Can't analyze void expressions!");
1137
1138   std::map<Value*, SCEVHandle>::iterator I = Scalars.find(V);
1139   if (I != Scalars.end()) return I->second;
1140   SCEVHandle S = createSCEV(V);
1141   Scalars.insert(std::make_pair(V, S));
1142   return S;
1143 }
1144
1145
1146 /// UpdatePHIUserScalarEntries - After PHI node analysis, we have a bunch of
1147 /// entries in the scalar map that refer to the "symbolic" PHI value instead of
1148 /// the recurrence value.  After we resolve the PHI we must loop over all of the
1149 /// using instructions that have scalar map entries and update them.
1150 void ScalarEvolutionsImpl::UpdatePHIUserScalarEntries(Instruction *I,
1151                                                       PHINode *PN,
1152                                         std::set<Instruction*> &UpdatedInsts) {
1153   std::map<Value*, SCEVHandle>::iterator SI = Scalars.find(I);
1154   if (SI == Scalars.end()) return;   // This scalar wasn't previous processed.
1155   if (UpdatedInsts.insert(I).second) {
1156     Scalars.erase(SI);                 // Remove the old entry
1157     getSCEV(I);                        // Calculate the new entry
1158     
1159     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
1160          UI != E; ++UI)
1161       UpdatePHIUserScalarEntries(cast<Instruction>(*UI), PN, UpdatedInsts);
1162   }
1163 }
1164
1165
1166 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
1167 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
1168 ///
1169 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
1170   if (PN->getNumIncomingValues() == 2)  // The loops have been canonicalized.
1171     if (const Loop *L = LI.getLoopFor(PN->getParent()))
1172       if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
1173         // If it lives in the loop header, it has two incoming values, one
1174         // from outside the loop, and one from inside.
1175         unsigned IncomingEdge = L->contains(PN->getIncomingBlock(0));
1176         unsigned BackEdge     = IncomingEdge^1;
1177         
1178         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
1179         SCEVHandle SymbolicName = SCEVUnknown::get(PN);
1180         assert(Scalars.find(PN) == Scalars.end() &&
1181                "PHI node already processed?");
1182         Scalars.insert(std::make_pair(PN, SymbolicName));
1183
1184         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
1185         // the back-edge.
1186         SCEVHandle BEValue = getSCEV(PN->getIncomingValue(BackEdge));
1187
1188         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
1189         // has a special value for the first iteration of the loop.
1190
1191         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
1192         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
1193         if (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
1194           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
1195           // with a recurrence.
1196           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
1197           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
1198             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
1199               if (FoundIndex == e) {
1200                 FoundIndex = i;
1201                 break;
1202               }
1203
1204           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
1205             // Create an add with everything but the specified operand.
1206             std::vector<SCEVHandle> Ops;
1207             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
1208               if (i != FoundIndex)
1209                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
1210             SCEVHandle Accum = SCEVAddExpr::get(Ops);
1211
1212             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
1213             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
1214             if (Accum->isLoopInvariant(L) ||
1215                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
1216                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
1217               SCEVHandle StartVal = getSCEV(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
1218               SCEVHandle PHISCEV  = SCEVAddRecExpr::get(StartVal, Accum, L);
1219
1220               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
1221               // to be symbolic.  We now need to go back and update all of the
1222               // entries for the scalars that use the PHI (except for the PHI
1223               // itself) to use the new analyzed value instead of the "symbolic"
1224               // value.
1225               Scalars.find(PN)->second = PHISCEV;       // Update the PHI value
1226               std::set<Instruction*> UpdatedInsts;
1227               UpdatedInsts.insert(PN);
1228               for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), E = PN->use_end();
1229                    UI != E; ++UI)
1230                 UpdatePHIUserScalarEntries(cast<Instruction>(*UI), PN,
1231                                            UpdatedInsts);
1232               return PHISCEV;
1233             }
1234           }
1235         }
1236
1237         return SymbolicName;
1238       }
1239   
1240   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
1241   return SCEVUnknown::get(PN);
1242 }
1243
1244 /// createNodeForCast - Handle the various forms of casts that we support.
1245 ///
1246 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::createNodeForCast(CastInst *CI) {
1247   const Type *SrcTy = CI->getOperand(0)->getType();
1248   const Type *DestTy = CI->getType();
1249   
1250   // If this is a noop cast (ie, conversion from int to uint), ignore it.
1251   if (SrcTy->isLosslesslyConvertibleTo(DestTy))
1252     return getSCEV(CI->getOperand(0));
1253   
1254   if (SrcTy->isInteger() && DestTy->isInteger()) {
1255     // Otherwise, if this is a truncating integer cast, we can represent this
1256     // cast.
1257     if (SrcTy->getPrimitiveSize() > DestTy->getPrimitiveSize())
1258       return SCEVTruncateExpr::get(getSCEV(CI->getOperand(0)),
1259                                    CI->getType()->getUnsignedVersion());
1260     if (SrcTy->isUnsigned() &&
1261         SrcTy->getPrimitiveSize() > DestTy->getPrimitiveSize())
1262       return SCEVZeroExtendExpr::get(getSCEV(CI->getOperand(0)),
1263                                      CI->getType()->getUnsignedVersion());
1264   }
1265
1266   // If this is an sign or zero extending cast and we can prove that the value
1267   // will never overflow, we could do similar transformations.
1268
1269   // Otherwise, we can't handle this cast!
1270   return SCEVUnknown::get(CI);
1271 }
1272
1273
1274 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
1275 /// Analyze the expression.
1276 ///
1277 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::createSCEV(Value *V) {
1278   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
1279     switch (I->getOpcode()) {
1280     case Instruction::Add:
1281       return SCEVAddExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)),
1282                               getSCEV(I->getOperand(1)));
1283     case Instruction::Mul:
1284       return SCEVMulExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)),
1285                               getSCEV(I->getOperand(1)));
1286     case Instruction::Div:
1287       if (V->getType()->isInteger() && V->getType()->isUnsigned())
1288         return SCEVUDivExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)),
1289                                  getSCEV(I->getOperand(1)));
1290       break;
1291
1292     case Instruction::Sub:
1293       return getMinusSCEV(getSCEV(I->getOperand(0)), getSCEV(I->getOperand(1)));
1294
1295     case Instruction::Shl:
1296       // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
1297       if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1298         Constant *X = ConstantInt::get(V->getType(), 1);
1299         X = ConstantExpr::getShl(X, SA);
1300         return SCEVMulExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)), getSCEV(X));
1301       }
1302       break;
1303
1304     case Instruction::Shr:
1305       if (ConstantUInt *SA = dyn_cast<ConstantUInt>(I->getOperand(1)))
1306         if (V->getType()->isUnsigned()) {
1307           Constant *X = ConstantInt::get(V->getType(), 1);
1308           X = ConstantExpr::getShl(X, SA);
1309           return SCEVUDivExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)), getSCEV(X));
1310         }
1311       break;
1312
1313     case Instruction::Cast:
1314       return createNodeForCast(cast<CastInst>(I));
1315
1316     case Instruction::PHI:
1317       return createNodeForPHI(cast<PHINode>(I));
1318
1319     default: // We cannot analyze this expression.
1320       break;
1321     }
1322   }
1323
1324   return SCEVUnknown::get(V);
1325 }
1326
1327
1328
1329 //===----------------------------------------------------------------------===//
1330 //                   Iteration Count Computation Code
1331 //
1332
1333 /// getIterationCount - If the specified loop has a predictable iteration
1334 /// count, return it.  Note that it is not valid to call this method on a
1335 /// loop without a loop-invariant iteration count.
1336 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getIterationCount(const Loop *L) {
1337   std::map<const Loop*, SCEVHandle>::iterator I = IterationCounts.find(L);
1338   if (I == IterationCounts.end()) {
1339     SCEVHandle ItCount = ComputeIterationCount(L);
1340     I = IterationCounts.insert(std::make_pair(L, ItCount)).first;
1341     if (ItCount != UnknownValue) {
1342       assert(ItCount->isLoopInvariant(L) &&
1343              "Computed trip count isn't loop invariant for loop!");
1344       ++NumTripCountsComputed;
1345     } else if (isa<PHINode>(L->getHeader()->begin())) {
1346       // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
1347       ++NumTripCountsNotComputed;
1348     }
1349   }
1350   return I->second;
1351 }
1352
1353 /// ComputeIterationCount - Compute the number of times the specified loop
1354 /// will iterate.
1355 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::ComputeIterationCount(const Loop *L) {
1356   // If the loop has a non-one exit block count, we can't analyze it.
1357   std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
1358   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
1359   if (ExitBlocks.size() != 1) return UnknownValue;
1360
1361   // Okay, there is one exit block.  Try to find the condition that causes the
1362   // loop to be exited.
1363   BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[0];
1364
1365   BasicBlock *ExitingBlock = 0;
1366   for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), E = pred_end(ExitBlock);
1367        PI != E; ++PI)
1368     if (L->contains(*PI)) {
1369       if (ExitingBlock == 0)
1370         ExitingBlock = *PI;
1371       else
1372         return UnknownValue;   // More than one block exiting!
1373     }
1374   assert(ExitingBlock && "No exits from loop, something is broken!");
1375
1376   // Okay, we've computed the exiting block.  See what condition causes us to
1377   // exit.
1378   //
1379   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
1380   // FIXME: We should handle cast of int to bool as well
1381   BranchInst *ExitBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
1382   if (ExitBr == 0) return UnknownValue;
1383   assert(ExitBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
1384   SetCondInst *ExitCond = dyn_cast<SetCondInst>(ExitBr->getCondition());
1385   if (ExitCond == 0)  // Not a setcc
1386     return ComputeIterationCountExhaustively(L, ExitBr->getCondition(),
1387                                           ExitBr->getSuccessor(0) == ExitBlock);
1388
1389   SCEVHandle LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
1390   SCEVHandle RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
1391
1392   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
1393   SCEVHandle Tmp = getSCEVAtScope(LHS, L);
1394   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) LHS = Tmp;
1395   Tmp = getSCEVAtScope(RHS, L);
1396   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) RHS = Tmp;
1397
1398   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false.
1399   Instruction::BinaryOps Cond;
1400   if (ExitBr->getSuccessor(1) == ExitBlock)
1401     Cond = ExitCond->getOpcode();
1402   else
1403     Cond = ExitCond->getInverseCondition();
1404
1405   // At this point, we would like to compute how many iterations of the loop the
1406   // predicate will return true for these inputs.
1407   if (isa<SCEVConstant>(LHS) && !isa<SCEVConstant>(RHS)) {
1408     // If there is a constant, force it into the RHS.
1409     std::swap(LHS, RHS);
1410     Cond = SetCondInst::getSwappedCondition(Cond);
1411   }
1412
1413   // FIXME: think about handling pointer comparisons!  i.e.:
1414   // while (P != P+100) ++P;
1415
1416   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
1417   // ranges to answer this query.
1418   if (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
1419     if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
1420       if (AddRec->getLoop() == L) {
1421         // Form the comparison range using the constant of the correct type so
1422         // that the ConstantRange class knows to do a signed or unsigned
1423         // comparison.
1424         ConstantInt *CompVal = RHSC->getValue();
1425         const Type *RealTy = ExitCond->getOperand(0)->getType();
1426         CompVal = dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getCast(CompVal, RealTy));
1427         if (CompVal) {
1428           // Form the constant range.
1429           ConstantRange CompRange(Cond, CompVal);
1430           
1431           // Now that we have it, if it's signed, convert it to an unsigned
1432           // range.
1433           if (CompRange.getLower()->getType()->isSigned()) {
1434             const Type *NewTy = RHSC->getValue()->getType();
1435             Constant *NewL = ConstantExpr::getCast(CompRange.getLower(), NewTy);
1436             Constant *NewU = ConstantExpr::getCast(CompRange.getUpper(), NewTy);
1437             CompRange = ConstantRange(NewL, NewU);
1438           }
1439           
1440           SCEVHandle Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange);
1441           if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
1442         }
1443       }
1444   
1445   switch (Cond) {
1446   case Instruction::SetNE:                     // while (X != Y)
1447     // Convert to: while (X-Y != 0)
1448     if (LHS->getType()->isInteger()) {
1449       SCEVHandle TC = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
1450       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1451     }
1452     break;
1453   case Instruction::SetEQ:
1454     // Convert to: while (X-Y == 0)           // while (X == Y)
1455     if (LHS->getType()->isInteger()) {
1456       SCEVHandle TC = HowFarToNonZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
1457       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1458     }
1459     break;
1460   default:
1461 #if 0
1462     std::cerr << "ComputeIterationCount ";
1463     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
1464       std::cerr << "[unsigned] ";
1465     std::cerr << *LHS << "   "
1466               << Instruction::getOpcodeName(Cond) << "   " << *RHS << "\n";
1467 #endif
1468     break;
1469   }
1470
1471   return ComputeIterationCountExhaustively(L, ExitCond,
1472                                          ExitBr->getSuccessor(0) == ExitBlock);
1473 }
1474
1475 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
1476 /// specified type, assuming that all operands were constants.
1477 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
1478   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<ShiftInst>(I) ||
1479       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I))
1480     return true;
1481   
1482   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
1483     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
1484       return canConstantFoldCallTo((Function*)F);  // FIXME: elim cast
1485   return false;
1486 }
1487
1488 /// ConstantFold - Constant fold an instruction of the specified type with the
1489 /// specified constant operands.  This function may modify the operands vector.
1490 static Constant *ConstantFold(const Instruction *I,
1491                               std::vector<Constant*> &Operands) {
1492   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<ShiftInst>(I))
1493     return ConstantExpr::get(I->getOpcode(), Operands[0], Operands[1]);
1494
1495   switch (I->getOpcode()) {
1496   case Instruction::Cast:
1497     return ConstantExpr::getCast(Operands[0], I->getType());
1498   case Instruction::Select:
1499     return ConstantExpr::getSelect(Operands[0], Operands[1], Operands[2]);
1500   case Instruction::Call:
1501     if (Function *GV = dyn_cast<Function>(Operands[0])) {
1502       Operands.erase(Operands.begin());
1503       return ConstantFoldCall(cast<Function>(GV), Operands);
1504     }
1505
1506     return 0;
1507   case Instruction::GetElementPtr:
1508     Constant *Base = Operands[0];
1509     Operands.erase(Operands.begin());
1510     return ConstantExpr::getGetElementPtr(Base, Operands);
1511   }
1512   return 0;
1513 }
1514
1515
1516 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
1517 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
1518 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
1519 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
1520 /// constraints, return null.
1521 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
1522   // If this is not an instruction, or if this is an instruction outside of the
1523   // loop, it can't be derived from a loop PHI.
1524   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
1525   if (I == 0 || !L->contains(I->getParent())) return 0;
1526
1527   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
1528     if (L->getHeader() == I->getParent())
1529       return PN;
1530     else
1531       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
1532       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
1533       return 0;
1534
1535   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
1536   // are constants, return early.
1537   if (!CanConstantFold(I)) return 0;
1538   
1539   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
1540   // constant or derived from a PHI node themselves.
1541   PHINode *PHI = 0;
1542   for (unsigned Op = 0, e = I->getNumOperands(); Op != e; ++Op)
1543     if (!(isa<Constant>(I->getOperand(Op)) ||
1544           isa<GlobalValue>(I->getOperand(Op)))) {
1545       PHINode *P = getConstantEvolvingPHI(I->getOperand(Op), L);
1546       if (P == 0) return 0;  // Not evolving from PHI
1547       if (PHI == 0)
1548         PHI = P;
1549       else if (PHI != P)
1550         return 0;  // Evolving from multiple different PHIs.
1551     }
1552
1553   // This is a expression evolving from a constant PHI!
1554   return PHI;
1555 }
1556
1557 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
1558 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
1559 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
1560 /// reason, return null.
1561 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, Constant *PHIVal) {
1562   if (isa<PHINode>(V)) return PHIVal;
1563   if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V))
1564     return GV;
1565   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
1566   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
1567
1568   std::vector<Constant*> Operands;
1569   Operands.resize(I->getNumOperands());
1570
1571   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1572     Operands[i] = EvaluateExpression(I->getOperand(i), PHIVal);
1573     if (Operands[i] == 0) return 0;
1574   }
1575
1576   return ConstantFold(I, Operands);
1577 }
1578
1579 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
1580 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
1581 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
1582 /// involving constants, fold it.
1583 Constant *ScalarEvolutionsImpl::
1584 getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN, uint64_t Its, const Loop *L) {
1585   std::map<PHINode*, Constant*>::iterator I =
1586     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
1587   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
1588     return I->second;
1589
1590   if (Its > MaxBruteForceIterations) 
1591     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = 0;  // Not going to evaluate it.
1592
1593   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
1594
1595   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
1596   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
1597   // second must be derived from the same PHI.
1598   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
1599   Constant *StartCST =
1600     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
1601   if (StartCST == 0)
1602     return RetVal = 0;  // Must be a constant.
1603
1604   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
1605   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
1606   if (PN2 != PN)
1607     return RetVal = 0;  // Not derived from same PHI.
1608
1609   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
1610   unsigned IterationNum = 0;
1611   unsigned NumIterations = Its;
1612   if (NumIterations != Its)
1613     return RetVal = 0;  // More than 2^32 iterations??
1614
1615   for (Constant *PHIVal = StartCST; ; ++IterationNum) {
1616     if (IterationNum == NumIterations)
1617       return RetVal = PHIVal;  // Got exit value!
1618
1619     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
1620     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
1621     if (NextPHI == PHIVal)
1622       return RetVal = NextPHI;  // Stopped evolving!
1623     if (NextPHI == 0)
1624       return 0;        // Couldn't evaluate!
1625     PHIVal = NextPHI;
1626   }
1627 }
1628
1629 /// ComputeIterationCountExhaustively - If the trip is known to execute a
1630 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
1631 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
1632 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
1633 /// evaluate the trip count of the loop, return UnknownValue.
1634 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::
1635 ComputeIterationCountExhaustively(const Loop *L, Value *Cond, bool ExitWhen) {
1636   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
1637   if (PN == 0) return UnknownValue;
1638
1639   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
1640   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
1641   // second must be derived from the same PHI.
1642   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
1643   Constant *StartCST =
1644     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
1645   if (StartCST == 0) return UnknownValue;  // Must be a constant.
1646
1647   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
1648   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
1649   if (PN2 != PN) return UnknownValue;  // Not derived from same PHI.
1650
1651   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
1652   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
1653   // "ExitWhen".
1654   unsigned IterationNum = 0;
1655   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
1656   for (Constant *PHIVal = StartCST;
1657        IterationNum != MaxIterations; ++IterationNum) {
1658     ConstantBool *CondVal =
1659       dyn_cast_or_null<ConstantBool>(EvaluateExpression(Cond, PHIVal));
1660     if (!CondVal) return UnknownValue;     // Couldn't symbolically evaluate.
1661
1662     if (CondVal->getValue() == ExitWhen) {
1663       ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = PHIVal;
1664       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
1665       return SCEVConstant::get(ConstantUInt::get(Type::UIntTy, IterationNum));
1666     }
1667     
1668     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
1669     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
1670     if (NextPHI == 0 || NextPHI == PHIVal)
1671       return UnknownValue;  // Couldn't evaluate or not making progress...
1672     PHIVal = NextPHI;
1673   }
1674
1675   // Too many iterations were needed to evaluate.
1676   return UnknownValue;
1677 }
1678
1679 /// getSCEVAtScope - Compute the value of the specified expression within the
1680 /// indicated loop (which may be null to indicate in no loop).  If the
1681 /// expression cannot be evaluated, return UnknownValue.
1682 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getSCEVAtScope(SCEV *V, const Loop *L) {
1683   // FIXME: this should be turned into a virtual method on SCEV!
1684
1685   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
1686   
1687   // If this instruction is evolves from a constant-evolving PHI, compute the
1688   // exit value from the loop without using SCEVs.
1689   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
1690     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
1691       const Loop *LI = this->LI[I->getParent()];
1692       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
1693         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
1694           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
1695             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
1696             // to see if the loop that contains it has a known iteration count.
1697             // If so, we may be able to force computation of the exit value.
1698             SCEVHandle IterationCount = getIterationCount(LI);
1699             if (SCEVConstant *ICC = dyn_cast<SCEVConstant>(IterationCount)) {
1700               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
1701               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
1702               // the specified iteration number.
1703               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
1704                                                ICC->getValue()->getRawValue(),
1705                                                                LI);
1706               if (RV) return SCEVUnknown::get(RV);
1707             }
1708           }
1709
1710       // Okay, this is a some expression that we cannot symbolically evaluate
1711       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
1712       // the arguments into constants, and if see, try to constant propagate the
1713       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
1714       if (CanConstantFold(I)) {
1715         std::vector<Constant*> Operands;
1716         Operands.reserve(I->getNumOperands());
1717         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1718           Value *Op = I->getOperand(i);
1719           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
1720             Operands.push_back(C);
1721           } else {
1722             SCEVHandle OpV = getSCEVAtScope(getSCEV(Op), L);
1723             if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OpV))
1724               Operands.push_back(ConstantExpr::getCast(SC->getValue(),
1725                                                        Op->getType()));
1726             else if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(OpV)) {
1727               if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(SU->getValue()))
1728                 Operands.push_back(ConstantExpr::getCast(C, Op->getType()));
1729               else
1730                 return V;
1731             } else {
1732               return V;
1733             }
1734           }
1735         }
1736         return SCEVUnknown::get(ConstantFold(I, Operands));
1737       }
1738     }
1739
1740     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
1741     return V;
1742   }
1743
1744   if (SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
1745     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
1746     // expression has no loop-variant portions.
1747     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1748       SCEVHandle OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
1749       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
1750         if (OpAtScope == UnknownValue) return UnknownValue;
1751         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
1752         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
1753         std::vector<SCEVHandle> NewOps(Comm->op_begin(), Comm->op_begin()+i);
1754         NewOps.push_back(OpAtScope);
1755
1756         for (++i; i != e; ++i) {
1757           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
1758           if (OpAtScope == UnknownValue) return UnknownValue;
1759           NewOps.push_back(OpAtScope);
1760         }
1761         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
1762           return SCEVAddExpr::get(NewOps);
1763         assert(isa<SCEVMulExpr>(Comm) && "Only know about add and mul!");
1764         return SCEVMulExpr::get(NewOps);
1765       }
1766     }
1767     // If we got here, all operands are loop invariant.
1768     return Comm;
1769   }
1770
1771   if (SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(V)) {
1772     SCEVHandle LHS = getSCEVAtScope(UDiv->getLHS(), L);
1773     if (LHS == UnknownValue) return LHS;
1774     SCEVHandle RHS = getSCEVAtScope(UDiv->getRHS(), L);
1775     if (RHS == UnknownValue) return RHS;
1776     if (LHS == UDiv->getLHS() && RHS == UDiv->getRHS())
1777       return UDiv;   // must be loop invariant
1778     return SCEVUDivExpr::get(LHS, RHS);
1779   }
1780
1781   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
1782   // are dealing with the final value computed by the loop.
1783   if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
1784     if (!L || !AddRec->getLoop()->contains(L->getHeader())) {
1785       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
1786       // loop iterates.  Compute this now.
1787       SCEVHandle IterationCount = getIterationCount(AddRec->getLoop());
1788       if (IterationCount == UnknownValue) return UnknownValue;
1789       IterationCount = getTruncateOrZeroExtend(IterationCount,
1790                                                AddRec->getType());
1791       
1792       // If the value is affine, simplify the expression evaluation to just
1793       // Start + Step*IterationCount.
1794       if (AddRec->isAffine())
1795         return SCEVAddExpr::get(AddRec->getStart(),
1796                                 SCEVMulExpr::get(IterationCount,
1797                                                  AddRec->getOperand(1)));
1798
1799       // Otherwise, evaluate it the hard way.
1800       return AddRec->evaluateAtIteration(IterationCount);
1801     }
1802     return UnknownValue;
1803   }
1804
1805   //assert(0 && "Unknown SCEV type!");
1806   return UnknownValue;
1807 }
1808
1809
1810 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
1811 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
1812 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
1813 ///
1814 static std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle>
1815 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec) {
1816   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
1817   SCEVConstant *L = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
1818   SCEVConstant *M = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
1819   SCEVConstant *N = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
1820   
1821   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
1822   if (!L || !M || !N) {
1823     SCEV *CNC = new SCEVCouldNotCompute();
1824     return std::make_pair(CNC, CNC);
1825   }
1826
1827   Constant *Two = ConstantInt::get(L->getValue()->getType(), 2);
1828   
1829   // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
1830   Constant *C = L->getValue();
1831   // The B coefficient is M-N/2
1832   Constant *B = ConstantExpr::getSub(M->getValue(),
1833                                      ConstantExpr::getDiv(N->getValue(),
1834                                                           Two));
1835   // The A coefficient is N/2
1836   Constant *A = ConstantExpr::getDiv(N->getValue(), Two);
1837         
1838   // Compute the B^2-4ac term.
1839   Constant *SqrtTerm =
1840     ConstantExpr::getMul(ConstantInt::get(C->getType(), 4),
1841                          ConstantExpr::getMul(A, C));
1842   SqrtTerm = ConstantExpr::getSub(ConstantExpr::getMul(B, B), SqrtTerm);
1843
1844   // Compute floor(sqrt(B^2-4ac))
1845   ConstantUInt *SqrtVal =
1846     cast<ConstantUInt>(ConstantExpr::getCast(SqrtTerm,
1847                                    SqrtTerm->getType()->getUnsignedVersion()));
1848   uint64_t SqrtValV = SqrtVal->getValue();
1849   uint64_t SqrtValV2 = (uint64_t)sqrt(SqrtValV);
1850   // The square root might not be precise for arbitrary 64-bit integer
1851   // values.  Do some sanity checks to ensure it's correct.
1852   if (SqrtValV2*SqrtValV2 > SqrtValV ||
1853       (SqrtValV2+1)*(SqrtValV2+1) <= SqrtValV) {
1854     SCEV *CNC = new SCEVCouldNotCompute();
1855     return std::make_pair(CNC, CNC);
1856   }
1857
1858   SqrtVal = ConstantUInt::get(Type::ULongTy, SqrtValV2);
1859   SqrtTerm = ConstantExpr::getCast(SqrtVal, SqrtTerm->getType());
1860   
1861   Constant *NegB = ConstantExpr::getNeg(B);
1862   Constant *TwoA = ConstantExpr::getMul(A, Two);
1863   
1864   // The divisions must be performed as signed divisions.
1865   const Type *SignedTy = NegB->getType()->getSignedVersion();
1866   NegB = ConstantExpr::getCast(NegB, SignedTy);
1867   TwoA = ConstantExpr::getCast(TwoA, SignedTy);
1868   SqrtTerm = ConstantExpr::getCast(SqrtTerm, SignedTy);
1869   
1870   Constant *Solution1 =
1871     ConstantExpr::getDiv(ConstantExpr::getAdd(NegB, SqrtTerm), TwoA);
1872   Constant *Solution2 =
1873     ConstantExpr::getDiv(ConstantExpr::getSub(NegB, SqrtTerm), TwoA);
1874   return std::make_pair(SCEVUnknown::get(Solution1),
1875                         SCEVUnknown::get(Solution2));
1876 }
1877
1878 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
1879 /// value to zero will execute.  If not computable, return UnknownValue
1880 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::HowFarToZero(SCEV *V, const Loop *L) {
1881   // If the value is a constant
1882   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
1883     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
1884     if (C->getValue()->isNullValue()) return C;
1885     return UnknownValue;  // Otherwise it will loop infinitely.
1886   }
1887
1888   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
1889   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
1890     return UnknownValue;
1891
1892   if (AddRec->isAffine()) {
1893     // If this is an affine expression the execution count of this branch is
1894     // equal to:
1895     //
1896     //     (0 - Start/Step)    iff   Start % Step == 0
1897     //
1898     // Get the initial value for the loop.
1899     SCEVHandle Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(), L->getParentLoop());
1900     SCEVHandle Step = AddRec->getOperand(1);
1901
1902     Step = getSCEVAtScope(Step, L->getParentLoop());
1903
1904     // Figure out if Start % Step == 0.
1905     // FIXME: We should add DivExpr and RemExpr operations to our AST.
1906     if (SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step)) {
1907       if (StepC->getValue()->equalsInt(1))      // N % 1 == 0
1908         return getNegativeSCEV(Start);  // 0 - Start/1 == -Start
1909       if (StepC->getValue()->isAllOnesValue())  // N % -1 == 0
1910         return Start;                   // 0 - Start/-1 == Start
1911
1912       // Check to see if Start is divisible by SC with no remainder.
1913       if (SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start)) {
1914         ConstantInt *StartCC = StartC->getValue();
1915         Constant *StartNegC = ConstantExpr::getNeg(StartCC);
1916         Constant *Rem = ConstantExpr::getRem(StartNegC, StepC->getValue());
1917         if (Rem->isNullValue()) {
1918           Constant *Result =ConstantExpr::getDiv(StartNegC,StepC->getValue());
1919           return SCEVUnknown::get(Result);
1920         }
1921       }
1922     }
1923   } else if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isInteger()) {
1924     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
1925     // the quadratic equation to solve it.
1926     std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle> Roots = SolveQuadraticEquation(AddRec);
1927     SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
1928     SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
1929     if (R1) {
1930 #if 0
1931       std::cerr << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
1932                 << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
1933 #endif
1934       // Pick the smallest positive root value.
1935       assert(R1->getType()->isUnsigned()&&"Didn't canonicalize to unsigned?");
1936       if (ConstantBool *CB =
1937           dyn_cast<ConstantBool>(ConstantExpr::getSetLT(R1->getValue(),
1938                                                         R2->getValue()))) {
1939         if (CB != ConstantBool::True)
1940           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
1941           
1942         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
1943         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
1944         // should not accept a root of 2.
1945         SCEVHandle Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1);
1946         if (SCEVConstant *EvalVal = dyn_cast<SCEVConstant>(Val))
1947           if (EvalVal->getValue()->isNullValue())
1948             return R1;  // We found a quadratic root!
1949       }
1950     }
1951   }
1952   
1953   return UnknownValue;
1954 }
1955
1956 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
1957 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
1958 /// UnknownValue
1959 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::HowFarToNonZero(SCEV *V, const Loop *L) {
1960   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
1961   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
1962   // future as needed.
1963  
1964   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
1965   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
1966   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
1967     Constant *Zero = Constant::getNullValue(C->getValue()->getType());
1968     Constant *NonZero = ConstantExpr::getSetNE(C->getValue(), Zero);
1969     if (NonZero == ConstantBool::True)
1970       return getSCEV(Zero);
1971     return UnknownValue;  // Otherwise it will loop infinitely.
1972   }
1973   
1974   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
1975   // this, and if they did, they would already be constant folded.
1976   return UnknownValue;
1977 }
1978
1979 static ConstantInt *
1980 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, Constant *C) {
1981   SCEVHandle InVal = SCEVConstant::get(cast<ConstantInt>(C));
1982   SCEVHandle Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal);
1983   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
1984          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
1985   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
1986 }
1987
1988
1989 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
1990 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
1991 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
1992 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
1993 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
1994 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range) const {
1995   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
1996     return new SCEVCouldNotCompute();
1997
1998   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
1999   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
2000     if (!SC->getValue()->isNullValue()) {
2001       std::vector<SCEVHandle> Operands(op_begin(), op_end());
2002       Operands[0] = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, SC->getType());
2003       SCEVHandle Shifted = SCEVAddRecExpr::get(Operands, getLoop());
2004       if (SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
2005         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
2006                                               Range.subtract(SC->getValue()));
2007       // This is strange and shouldn't happen.
2008       return new SCEVCouldNotCompute();
2009     }
2010
2011   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
2012   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
2013   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
2014     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
2015       return new SCEVCouldNotCompute();
2016
2017
2018   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
2019   // that the start element is zero.
2020
2021   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
2022   // iteration exits.
2023   ConstantInt *Zero = ConstantInt::get(getType(), 0);
2024   if (!Range.contains(Zero)) return SCEVConstant::get(Zero);
2025   
2026   if (isAffine()) {
2027     // If this is an affine expression then we have this situation:
2028     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
2029
2030     // Since we know that zero is in the range, we know that the upper value of
2031     // the range must be the first possible exit value.  Also note that we
2032     // already checked for a full range.
2033     ConstantInt *Upper = cast<ConstantInt>(Range.getUpper());
2034     ConstantInt *A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue();
2035     ConstantInt *One   = ConstantInt::get(getType(), 1);
2036
2037     // The exit value should be (Upper+A-1)/A.
2038     Constant *ExitValue = Upper;
2039     if (A != One) {
2040       ExitValue = ConstantExpr::getSub(ConstantExpr::getAdd(Upper, A), One);
2041       ExitValue = ConstantExpr::getDiv(ExitValue, A);
2042     }
2043     assert(isa<ConstantInt>(ExitValue) &&
2044            "Constant folding of integers not implemented?");
2045
2046     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
2047     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
2048     // things must have happened.
2049     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue);
2050     if (Range.contains(Val))
2051       return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
2052
2053     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
2054     assert(Range.contains(EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
2055                               ConstantExpr::getSub(ExitValue, One))) &&
2056            "Linear scev computation is off in a bad way!");
2057     return SCEVConstant::get(cast<ConstantInt>(ExitValue));
2058   } else if (isQuadratic()) {
2059     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
2060     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
2061     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
2062     // Range.getUpper() is crossed.
2063     std::vector<SCEVHandle> NewOps(op_begin(), op_end());
2064     NewOps[0] = getNegativeSCEV(SCEVUnknown::get(Range.getUpper()));
2065     SCEVHandle NewAddRec = SCEVAddRecExpr::get(NewOps, getLoop());
2066
2067     // Next, solve the constructed addrec
2068     std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle> Roots =
2069       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec));
2070     SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
2071     SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
2072     if (R1) {
2073       // Pick the smallest positive root value.
2074       assert(R1->getType()->isUnsigned() && "Didn't canonicalize to unsigned?");
2075       if (ConstantBool *CB =
2076           dyn_cast<ConstantBool>(ConstantExpr::getSetLT(R1->getValue(),
2077                                                         R2->getValue()))) {
2078         if (CB != ConstantBool::True)
2079           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
2080           
2081         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
2082         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
2083         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
2084         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
2085                                                              R1->getValue());
2086         if (Range.contains(R1Val)) {
2087           // The next iteration must be out of the range...
2088           Constant *NextVal =
2089             ConstantExpr::getAdd(R1->getValue(),
2090                                  ConstantInt::get(R1->getType(), 1));
2091           
2092           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal);
2093           if (!Range.contains(R1Val))
2094             return SCEVUnknown::get(NextVal);
2095           return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
2096         }
2097    
2098         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
2099         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
2100         Constant *NextVal =
2101           ConstantExpr::getSub(R1->getValue(),
2102                                ConstantInt::get(R1->getType(), 1));
2103         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal);
2104         if (Range.contains(R1Val))
2105           return R1;
2106         return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
2107       }
2108     }
2109   }
2110
2111   // Fallback, if this is a general polynomial, figure out the progression
2112   // through brute force: evaluate until we find an iteration that fails the
2113   // test.  This is likely to be slow, but getting an accurate trip count is
2114   // incredibly important, we will be able to simplify the exit test a lot, and
2115   // we are almost guaranteed to get a trip count in this case.
2116   ConstantInt *TestVal = ConstantInt::get(getType(), 0);
2117   ConstantInt *One     = ConstantInt::get(getType(), 1);
2118   ConstantInt *EndVal  = TestVal;  // Stop when we wrap around.
2119   do {
2120     ++NumBruteForceEvaluations;
2121     SCEVHandle Val = evaluateAtIteration(SCEVConstant::get(TestVal));
2122     if (!isa<SCEVConstant>(Val))  // This shouldn't happen.
2123       return new SCEVCouldNotCompute();
2124
2125     // Check to see if we found the value!
2126     if (!Range.contains(cast<SCEVConstant>(Val)->getValue()))
2127       return SCEVConstant::get(TestVal);
2128
2129     // Increment to test the next index.
2130     TestVal = cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getAdd(TestVal, One));
2131   } while (TestVal != EndVal);
2132   
2133   return new SCEVCouldNotCompute();
2134 }
2135
2136
2137
2138 //===----------------------------------------------------------------------===//
2139 //                   ScalarEvolution Class Implementation
2140 //===----------------------------------------------------------------------===//
2141
2142 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
2143   Impl = new ScalarEvolutionsImpl(F, getAnalysis<LoopInfo>());
2144   return false;
2145 }
2146
2147 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
2148   delete (ScalarEvolutionsImpl*)Impl;
2149   Impl = 0;
2150 }
2151
2152 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
2153   AU.setPreservesAll();
2154   AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
2155   AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
2156 }
2157
2158 SCEVHandle ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) const {
2159   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getSCEV(V);
2160 }
2161
2162 SCEVHandle ScalarEvolution::getIterationCount(const Loop *L) const {
2163   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getIterationCount(L);
2164 }
2165
2166 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantIterationCount(const Loop *L) const {
2167   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getIterationCount(L));
2168 }
2169
2170 SCEVHandle ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) const {
2171   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
2172 }
2173
2174 void ScalarEvolution::deleteInstructionFromRecords(Instruction *I) const {
2175   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->deleteInstructionFromRecords(I);
2176 }
2177
2178 static void PrintLoopInfo(std::ostream &OS, const ScalarEvolution *SE, 
2179                           const Loop *L) {
2180   // Print all inner loops first
2181   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
2182     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
2183   
2184   std::cerr << "Loop " << L->getHeader()->getName() << ": ";
2185
2186   std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
2187   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
2188   if (ExitBlocks.size() != 1)
2189     std::cerr << "<multiple exits> ";
2190
2191   if (SE->hasLoopInvariantIterationCount(L)) {
2192     std::cerr << *SE->getIterationCount(L) << " iterations! ";
2193   } else {
2194     std::cerr << "Unpredictable iteration count. ";
2195   }
2196
2197   std::cerr << "\n";
2198 }
2199
2200 void ScalarEvolution::print(std::ostream &OS) const {
2201   Function &F = ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->F;
2202   LoopInfo &LI = ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->LI;
2203
2204   OS << "Classifying expressions for: " << F.getName() << "\n";
2205   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
2206     if (I->getType()->isInteger()) {
2207       OS << *I;
2208       OS << "  --> ";
2209       SCEVHandle SV = getSCEV(&*I);
2210       SV->print(OS);
2211       OS << "\t\t";
2212       
2213       if ((*I).getType()->isIntegral()) {
2214         ConstantRange Bounds = SV->getValueRange();
2215         if (!Bounds.isFullSet())
2216           OS << "Bounds: " << Bounds << " ";
2217       }
2218
2219       if (const Loop *L = LI.getLoopFor((*I).getParent())) {
2220         OS << "Exits: ";
2221         SCEVHandle ExitValue = getSCEVAtScope(&*I, L->getParentLoop());
2222         if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ExitValue)) {
2223           OS << "<<Unknown>>";
2224         } else {
2225           OS << *ExitValue;
2226         }
2227       }
2228
2229
2230       OS << "\n";
2231     }
2232
2233   OS << "Determining loop execution counts for: " << F.getName() << "\n";
2234   for (LoopInfo::iterator I = LI.begin(), E = LI.end(); I != E; ++I)
2235     PrintLoopInfo(OS, this, *I);
2236 }
2237