lib/Analysis/ScalarEvolution.cpp

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