86c2f50ac295e0ab84f192e4d799e3bccd928b38
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolutionExpander.cpp
1 //===- ScalarEvolutionExpander.cpp - Scalar Evolution Analysis --*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains the implementation of the scalar evolution expander,
11 // which is used to generate the code corresponding to a given scalar evolution
12 // expression.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
17 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
19 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
20 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
21 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
22 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
23 #include "llvm/IR/Dominators.h"
24 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
25 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
26 #include "llvm/IR/Module.h"
27 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
28 #include "llvm/Support/Debug.h"
29 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
30
31 using namespace llvm;
32 using namespace PatternMatch;
33
34 /// ReuseOrCreateCast - Arrange for there to be a cast of V to Ty at IP,
35 /// reusing an existing cast if a suitable one exists, moving an existing
36 /// cast if a suitable one exists but isn't in the right place, or
37 /// creating a new one.
38 Value *SCEVExpander::ReuseOrCreateCast(Value *V, Type *Ty,
39                                        Instruction::CastOps Op,
40                                        BasicBlock::iterator IP) {
41   // This function must be called with the builder having a valid insertion
42   // point. It doesn't need to be the actual IP where the uses of the returned
43   // cast will be added, but it must dominate such IP.
44   // We use this precondition to produce a cast that will dominate all its
45   // uses. In particular, this is crucial for the case where the builder's
46   // insertion point *is* the point where we were asked to put the cast.
47   // Since we don't know the builder's insertion point is actually
48   // where the uses will be added (only that it dominates it), we are
49   // not allowed to move it.
50   BasicBlock::iterator BIP = Builder.GetInsertPoint();
51
52   Instruction *Ret = nullptr;
53
54   // Check to see if there is already a cast!
55   for (User *U : V->users())
56     if (U->getType() == Ty)
57       if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(U))
58         if (CI->getOpcode() == Op) {
59           // If the cast isn't where we want it, create a new cast at IP.
60           // Likewise, do not reuse a cast at BIP because it must dominate
61           // instructions that might be inserted before BIP.
62           if (BasicBlock::iterator(CI) != IP || BIP == IP) {
63             // Create a new cast, and leave the old cast in place in case
64             // it is being used as an insert point. Clear its operand
65             // so that it doesn't hold anything live.
66             Ret = CastInst::Create(Op, V, Ty, "", &*IP);
67             Ret->takeName(CI);
68             CI->replaceAllUsesWith(Ret);
69             CI->setOperand(0, UndefValue::get(V->getType()));
70             break;
71           }
72           Ret = CI;
73           break;
74         }
75
76   // Create a new cast.
77   if (!Ret)
78     Ret = CastInst::Create(Op, V, Ty, V->getName(), &*IP);
79
80   // We assert at the end of the function since IP might point to an
81   // instruction with different dominance properties than a cast
82   // (an invoke for example) and not dominate BIP (but the cast does).
83   assert(SE.DT.dominates(Ret, &*BIP));
84
85   rememberInstruction(Ret);
86   return Ret;
87 }
88
89 /// InsertNoopCastOfTo - Insert a cast of V to the specified type,
90 /// which must be possible with a noop cast, doing what we can to share
91 /// the casts.
92 Value *SCEVExpander::InsertNoopCastOfTo(Value *V, Type *Ty) {
93   Instruction::CastOps Op = CastInst::getCastOpcode(V, false, Ty, false);
94   assert((Op == Instruction::BitCast ||
95           Op == Instruction::PtrToInt ||
96           Op == Instruction::IntToPtr) &&
97          "InsertNoopCastOfTo cannot perform non-noop casts!");
98   assert(SE.getTypeSizeInBits(V->getType()) == SE.getTypeSizeInBits(Ty) &&
99          "InsertNoopCastOfTo cannot change sizes!");
100
101   // Short-circuit unnecessary bitcasts.
102   if (Op == Instruction::BitCast) {
103     if (V->getType() == Ty)
104       return V;
105     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V)) {
106       if (CI->getOperand(0)->getType() == Ty)
107         return CI->getOperand(0);
108     }
109   }
110   // Short-circuit unnecessary inttoptr<->ptrtoint casts.
111   if ((Op == Instruction::PtrToInt || Op == Instruction::IntToPtr) &&
112       SE.getTypeSizeInBits(Ty) == SE.getTypeSizeInBits(V->getType())) {
113     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V))
114       if ((CI->getOpcode() == Instruction::PtrToInt ||
115            CI->getOpcode() == Instruction::IntToPtr) &&
116           SE.getTypeSizeInBits(CI->getType()) ==
117           SE.getTypeSizeInBits(CI->getOperand(0)->getType()))
118         return CI->getOperand(0);
119     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
120       if ((CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt ||
121            CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr) &&
122           SE.getTypeSizeInBits(CE->getType()) ==
123           SE.getTypeSizeInBits(CE->getOperand(0)->getType()))
124         return CE->getOperand(0);
125   }
126
127   // Fold a cast of a constant.
128   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
129     return ConstantExpr::getCast(Op, C, Ty);
130
131   // Cast the argument at the beginning of the entry block, after
132   // any bitcasts of other arguments.
133   if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
134     BasicBlock::iterator IP = A->getParent()->getEntryBlock().begin();
135     while ((isa<BitCastInst>(IP) &&
136             isa<Argument>(cast<BitCastInst>(IP)->getOperand(0)) &&
137             cast<BitCastInst>(IP)->getOperand(0) != A) ||
138            isa<DbgInfoIntrinsic>(IP) ||
139            isa<LandingPadInst>(IP))
140       ++IP;
141     return ReuseOrCreateCast(A, Ty, Op, IP);
142   }
143
144   // Cast the instruction immediately after the instruction.
145   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
146   BasicBlock::iterator IP = ++I->getIterator();
147   if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(I))
148     IP = II->getNormalDest()->begin();
149   if (CatchPadInst *CPI = dyn_cast<CatchPadInst>(I))
150     IP = CPI->getNormalDest()->begin();
151   while (isa<PHINode>(IP) || isa<LandingPadInst>(IP))
152     ++IP;
153   return ReuseOrCreateCast(I, Ty, Op, IP);
154 }
155
156 /// InsertBinop - Insert the specified binary operator, doing a small amount
157 /// of work to avoid inserting an obviously redundant operation.
158 Value *SCEVExpander::InsertBinop(Instruction::BinaryOps Opcode,
159                                  Value *LHS, Value *RHS) {
160   // Fold a binop with constant operands.
161   if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(LHS))
162     if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(RHS))
163       return ConstantExpr::get(Opcode, CLHS, CRHS);
164
165   // Do a quick scan to see if we have this binop nearby.  If so, reuse it.
166   unsigned ScanLimit = 6;
167   BasicBlock::iterator BlockBegin = Builder.GetInsertBlock()->begin();
168   // Scanning starts from the last instruction before the insertion point.
169   BasicBlock::iterator IP = Builder.GetInsertPoint();
170   if (IP != BlockBegin) {
171     --IP;
172     for (; ScanLimit; --IP, --ScanLimit) {
173       // Don't count dbg.value against the ScanLimit, to avoid perturbing the
174       // generated code.
175       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP))
176         ScanLimit++;
177       if (IP->getOpcode() == (unsigned)Opcode && IP->getOperand(0) == LHS &&
178           IP->getOperand(1) == RHS)
179         return &*IP;
180       if (IP == BlockBegin) break;
181     }
182   }
183
184   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
185   DebugLoc Loc = Builder.GetInsertPoint()->getDebugLoc();
186   BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
187
188   // Move the insertion point out of as many loops as we can.
189   while (const Loop *L = SE.LI.getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
190     if (!L->isLoopInvariant(LHS) || !L->isLoopInvariant(RHS)) break;
191     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
192     if (!Preheader) break;
193
194     // Ok, move up a level.
195     Builder.SetInsertPoint(Preheader->getTerminator());
196   }
197
198   // If we haven't found this binop, insert it.
199   Instruction *BO = cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opcode, LHS, RHS));
200   BO->setDebugLoc(Loc);
201   rememberInstruction(BO);
202
203   return BO;
204 }
205
206 /// FactorOutConstant - Test if S is divisible by Factor, using signed
207 /// division. If so, update S with Factor divided out and return true.
208 /// S need not be evenly divisible if a reasonable remainder can be
209 /// computed.
210 /// TODO: When ScalarEvolution gets a SCEVSDivExpr, this can be made
211 /// unnecessary; in its place, just signed-divide Ops[i] by the scale and
212 /// check to see if the divide was folded.
213 static bool FactorOutConstant(const SCEV *&S, const SCEV *&Remainder,
214                               const SCEV *Factor, ScalarEvolution &SE,
215                               const DataLayout &DL) {
216   // Everything is divisible by one.
217   if (Factor->isOne())
218     return true;
219
220   // x/x == 1.
221   if (S == Factor) {
222     S = SE.getConstant(S->getType(), 1);
223     return true;
224   }
225
226   // For a Constant, check for a multiple of the given factor.
227   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
228     // 0/x == 0.
229     if (C->isZero())
230       return true;
231     // Check for divisibility.
232     if (const SCEVConstant *FC = dyn_cast<SCEVConstant>(Factor)) {
233       ConstantInt *CI =
234         ConstantInt::get(SE.getContext(),
235                          C->getValue()->getValue().sdiv(
236                                                    FC->getValue()->getValue()));
237       // If the quotient is zero and the remainder is non-zero, reject
238       // the value at this scale. It will be considered for subsequent
239       // smaller scales.
240       if (!CI->isZero()) {
241         const SCEV *Div = SE.getConstant(CI);
242         S = Div;
243         Remainder =
244           SE.getAddExpr(Remainder,
245                         SE.getConstant(C->getValue()->getValue().srem(
246                                                   FC->getValue()->getValue())));
247         return true;
248       }
249     }
250   }
251
252   // In a Mul, check if there is a constant operand which is a multiple
253   // of the given factor.
254   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
255     // Size is known, check if there is a constant operand which is a multiple
256     // of the given factor. If so, we can factor it.
257     const SCEVConstant *FC = cast<SCEVConstant>(Factor);
258     if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(0)))
259       if (!C->getValue()->getValue().srem(FC->getValue()->getValue())) {
260         SmallVector<const SCEV *, 4> NewMulOps(M->op_begin(), M->op_end());
261         NewMulOps[0] = SE.getConstant(
262             C->getValue()->getValue().sdiv(FC->getValue()->getValue()));
263         S = SE.getMulExpr(NewMulOps);
264         return true;
265       }
266   }
267
268   // In an AddRec, check if both start and step are divisible.
269   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
270     const SCEV *Step = A->getStepRecurrence(SE);
271     const SCEV *StepRem = SE.getConstant(Step->getType(), 0);
272     if (!FactorOutConstant(Step, StepRem, Factor, SE, DL))
273       return false;
274     if (!StepRem->isZero())
275       return false;
276     const SCEV *Start = A->getStart();
277     if (!FactorOutConstant(Start, Remainder, Factor, SE, DL))
278       return false;
279     S = SE.getAddRecExpr(Start, Step, A->getLoop(),
280                          A->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
281     return true;
282   }
283
284   return false;
285 }
286
287 /// SimplifyAddOperands - Sort and simplify a list of add operands. NumAddRecs
288 /// is the number of SCEVAddRecExprs present, which are kept at the end of
289 /// the list.
290 ///
291 static void SimplifyAddOperands(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
292                                 Type *Ty,
293                                 ScalarEvolution &SE) {
294   unsigned NumAddRecs = 0;
295   for (unsigned i = Ops.size(); i > 0 && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[i-1]); --i)
296     ++NumAddRecs;
297   // Group Ops into non-addrecs and addrecs.
298   SmallVector<const SCEV *, 8> NoAddRecs(Ops.begin(), Ops.end() - NumAddRecs);
299   SmallVector<const SCEV *, 8> AddRecs(Ops.end() - NumAddRecs, Ops.end());
300   // Let ScalarEvolution sort and simplify the non-addrecs list.
301   const SCEV *Sum = NoAddRecs.empty() ?
302                     SE.getConstant(Ty, 0) :
303                     SE.getAddExpr(NoAddRecs);
304   // If it returned an add, use the operands. Otherwise it simplified
305   // the sum into a single value, so just use that.
306   Ops.clear();
307   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Sum))
308     Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
309   else if (!Sum->isZero())
310     Ops.push_back(Sum);
311   // Then append the addrecs.
312   Ops.append(AddRecs.begin(), AddRecs.end());
313 }
314
315 /// SplitAddRecs - Flatten a list of add operands, moving addrec start values
316 /// out to the top level. For example, convert {a + b,+,c} to a, b, {0,+,d}.
317 /// This helps expose more opportunities for folding parts of the expressions
318 /// into GEP indices.
319 ///
320 static void SplitAddRecs(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
321                          Type *Ty,
322                          ScalarEvolution &SE) {
323   // Find the addrecs.
324   SmallVector<const SCEV *, 8> AddRecs;
325   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
326     while (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[i])) {
327       const SCEV *Start = A->getStart();
328       if (Start->isZero()) break;
329       const SCEV *Zero = SE.getConstant(Ty, 0);
330       AddRecs.push_back(SE.getAddRecExpr(Zero,
331                                          A->getStepRecurrence(SE),
332                                          A->getLoop(),
333                                          A->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
334       if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Start)) {
335         Ops[i] = Zero;
336         Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
337         e += Add->getNumOperands();
338       } else {
339         Ops[i] = Start;
340       }
341     }
342   if (!AddRecs.empty()) {
343     // Add the addrecs onto the end of the list.
344     Ops.append(AddRecs.begin(), AddRecs.end());
345     // Resort the operand list, moving any constants to the front.
346     SimplifyAddOperands(Ops, Ty, SE);
347   }
348 }
349
350 /// expandAddToGEP - Expand an addition expression with a pointer type into
351 /// a GEP instead of using ptrtoint+arithmetic+inttoptr. This helps
352 /// BasicAliasAnalysis and other passes analyze the result. See the rules
353 /// for getelementptr vs. inttoptr in
354 /// http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointeraliasing
355 /// for details.
356 ///
357 /// Design note: The correctness of using getelementptr here depends on
358 /// ScalarEvolution not recognizing inttoptr and ptrtoint operators, as
359 /// they may introduce pointer arithmetic which may not be safely converted
360 /// into getelementptr.
361 ///
362 /// Design note: It might seem desirable for this function to be more
363 /// loop-aware. If some of the indices are loop-invariant while others
364 /// aren't, it might seem desirable to emit multiple GEPs, keeping the
365 /// loop-invariant portions of the overall computation outside the loop.
366 /// However, there are a few reasons this is not done here. Hoisting simple
367 /// arithmetic is a low-level optimization that often isn't very
368 /// important until late in the optimization process. In fact, passes
369 /// like InstructionCombining will combine GEPs, even if it means
370 /// pushing loop-invariant computation down into loops, so even if the
371 /// GEPs were split here, the work would quickly be undone. The
372 /// LoopStrengthReduction pass, which is usually run quite late (and
373 /// after the last InstructionCombining pass), takes care of hoisting
374 /// loop-invariant portions of expressions, after considering what
375 /// can be folded using target addressing modes.
376 ///
377 Value *SCEVExpander::expandAddToGEP(const SCEV *const *op_begin,
378                                     const SCEV *const *op_end,
379                                     PointerType *PTy,
380                                     Type *Ty,
381                                     Value *V) {
382   Type *OriginalElTy = PTy->getElementType();
383   Type *ElTy = OriginalElTy;
384   SmallVector<Value *, 4> GepIndices;
385   SmallVector<const SCEV *, 8> Ops(op_begin, op_end);
386   bool AnyNonZeroIndices = false;
387
388   // Split AddRecs up into parts as either of the parts may be usable
389   // without the other.
390   SplitAddRecs(Ops, Ty, SE);
391
392   Type *IntPtrTy = DL.getIntPtrType(PTy);
393
394   // Descend down the pointer's type and attempt to convert the other
395   // operands into GEP indices, at each level. The first index in a GEP
396   // indexes into the array implied by the pointer operand; the rest of
397   // the indices index into the element or field type selected by the
398   // preceding index.
399   for (;;) {
400     // If the scale size is not 0, attempt to factor out a scale for
401     // array indexing.
402     SmallVector<const SCEV *, 8> ScaledOps;
403     if (ElTy->isSized()) {
404       const SCEV *ElSize = SE.getSizeOfExpr(IntPtrTy, ElTy);
405       if (!ElSize->isZero()) {
406         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
407         for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
408           const SCEV *Op = Ops[i];
409           const SCEV *Remainder = SE.getConstant(Ty, 0);
410           if (FactorOutConstant(Op, Remainder, ElSize, SE, DL)) {
411             // Op now has ElSize factored out.
412             ScaledOps.push_back(Op);
413             if (!Remainder->isZero())
414               NewOps.push_back(Remainder);
415             AnyNonZeroIndices = true;
416           } else {
417             // The operand was not divisible, so add it to the list of operands
418             // we'll scan next iteration.
419             NewOps.push_back(Ops[i]);
420           }
421         }
422         // If we made any changes, update Ops.
423         if (!ScaledOps.empty()) {
424           Ops = NewOps;
425           SimplifyAddOperands(Ops, Ty, SE);
426         }
427       }
428     }
429
430     // Record the scaled array index for this level of the type. If
431     // we didn't find any operands that could be factored, tentatively
432     // assume that element zero was selected (since the zero offset
433     // would obviously be folded away).
434     Value *Scaled = ScaledOps.empty() ?
435                     Constant::getNullValue(Ty) :
436                     expandCodeFor(SE.getAddExpr(ScaledOps), Ty);
437     GepIndices.push_back(Scaled);
438
439     // Collect struct field index operands.
440     while (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElTy)) {
441       bool FoundFieldNo = false;
442       // An empty struct has no fields.
443       if (STy->getNumElements() == 0) break;
444       // Field offsets are known. See if a constant offset falls within any of
445       // the struct fields.
446       if (Ops.empty())
447         break;
448       if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0]))
449         if (SE.getTypeSizeInBits(C->getType()) <= 64) {
450           const StructLayout &SL = *DL.getStructLayout(STy);
451           uint64_t FullOffset = C->getValue()->getZExtValue();
452           if (FullOffset < SL.getSizeInBytes()) {
453             unsigned ElIdx = SL.getElementContainingOffset(FullOffset);
454             GepIndices.push_back(
455                 ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()), ElIdx));
456             ElTy = STy->getTypeAtIndex(ElIdx);
457             Ops[0] =
458                 SE.getConstant(Ty, FullOffset - SL.getElementOffset(ElIdx));
459             AnyNonZeroIndices = true;
460             FoundFieldNo = true;
461           }
462         }
463       // If no struct field offsets were found, tentatively assume that
464       // field zero was selected (since the zero offset would obviously
465       // be folded away).
466       if (!FoundFieldNo) {
467         ElTy = STy->getTypeAtIndex(0u);
468         GepIndices.push_back(
469           Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(Ty->getContext())));
470       }
471     }
472
473     if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(ElTy))
474       ElTy = ATy->getElementType();
475     else
476       break;
477   }
478
479   // If none of the operands were convertible to proper GEP indices, cast
480   // the base to i8* and do an ugly getelementptr with that. It's still
481   // better than ptrtoint+arithmetic+inttoptr at least.
482   if (!AnyNonZeroIndices) {
483     // Cast the base to i8*.
484     V = InsertNoopCastOfTo(V,
485        Type::getInt8PtrTy(Ty->getContext(), PTy->getAddressSpace()));
486
487     assert(!isa<Instruction>(V) ||
488            SE.DT.dominates(cast<Instruction>(V), &*Builder.GetInsertPoint()));
489
490     // Expand the operands for a plain byte offset.
491     Value *Idx = expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty);
492
493     // Fold a GEP with constant operands.
494     if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(V))
495       if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(Idx))
496         return ConstantExpr::getGetElementPtr(Type::getInt8Ty(Ty->getContext()),
497                                               CLHS, CRHS);
498
499     // Do a quick scan to see if we have this GEP nearby.  If so, reuse it.
500     unsigned ScanLimit = 6;
501     BasicBlock::iterator BlockBegin = Builder.GetInsertBlock()->begin();
502     // Scanning starts from the last instruction before the insertion point.
503     BasicBlock::iterator IP = Builder.GetInsertPoint();
504     if (IP != BlockBegin) {
505       --IP;
506       for (; ScanLimit; --IP, --ScanLimit) {
507         // Don't count dbg.value against the ScanLimit, to avoid perturbing the
508         // generated code.
509         if (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP))
510           ScanLimit++;
511         if (IP->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
512             IP->getOperand(0) == V && IP->getOperand(1) == Idx)
513           return &*IP;
514         if (IP == BlockBegin) break;
515       }
516     }
517
518     // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
519     BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
520
521     // Move the insertion point out of as many loops as we can.
522     while (const Loop *L = SE.LI.getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
523       if (!L->isLoopInvariant(V) || !L->isLoopInvariant(Idx)) break;
524       BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
525       if (!Preheader) break;
526
527       // Ok, move up a level.
528       Builder.SetInsertPoint(Preheader->getTerminator());
529     }
530
531     // Emit a GEP.
532     Value *GEP = Builder.CreateGEP(Builder.getInt8Ty(), V, Idx, "uglygep");
533     rememberInstruction(GEP);
534
535     return GEP;
536   }
537
538   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
539   BuilderType::InsertPoint SaveInsertPt = Builder.saveIP();
540
541   // Move the insertion point out of as many loops as we can.
542   while (const Loop *L = SE.LI.getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
543     if (!L->isLoopInvariant(V)) break;
544
545     bool AnyIndexNotLoopInvariant = false;
546     for (SmallVectorImpl<Value *>::const_iterator I = GepIndices.begin(),
547          E = GepIndices.end(); I != E; ++I)
548       if (!L->isLoopInvariant(*I)) {
549         AnyIndexNotLoopInvariant = true;
550         break;
551       }
552     if (AnyIndexNotLoopInvariant)
553       break;
554
555     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
556     if (!Preheader) break;
557
558     // Ok, move up a level.
559     Builder.SetInsertPoint(Preheader->getTerminator());
560   }
561
562   // Insert a pretty getelementptr. Note that this GEP is not marked inbounds,
563   // because ScalarEvolution may have changed the address arithmetic to
564   // compute a value which is beyond the end of the allocated object.
565   Value *Casted = V;
566   if (V->getType() != PTy)
567     Casted = InsertNoopCastOfTo(Casted, PTy);
568   Value *GEP = Builder.CreateGEP(OriginalElTy, Casted,
569                                  GepIndices,
570                                  "scevgep");
571   Ops.push_back(SE.getUnknown(GEP));
572   rememberInstruction(GEP);
573
574   // Restore the original insert point.
575   Builder.restoreIP(SaveInsertPt);
576
577   return expand(SE.getAddExpr(Ops));
578 }
579
580 /// PickMostRelevantLoop - Given two loops pick the one that's most relevant for
581 /// SCEV expansion. If they are nested, this is the most nested. If they are
582 /// neighboring, pick the later.
583 static const Loop *PickMostRelevantLoop(const Loop *A, const Loop *B,
584                                         DominatorTree &DT) {
585   if (!A) return B;
586   if (!B) return A;
587   if (A->contains(B)) return B;
588   if (B->contains(A)) return A;
589   if (DT.dominates(A->getHeader(), B->getHeader())) return B;
590   if (DT.dominates(B->getHeader(), A->getHeader())) return A;
591   return A; // Arbitrarily break the tie.
592 }
593
594 /// getRelevantLoop - Get the most relevant loop associated with the given
595 /// expression, according to PickMostRelevantLoop.
596 const Loop *SCEVExpander::getRelevantLoop(const SCEV *S) {
597   // Test whether we've already computed the most relevant loop for this SCEV.
598   std::pair<DenseMap<const SCEV *, const Loop *>::iterator, bool> Pair =
599     RelevantLoops.insert(std::make_pair(S, nullptr));
600   if (!Pair.second)
601     return Pair.first->second;
602
603   if (isa<SCEVConstant>(S))
604     // A constant has no relevant loops.
605     return nullptr;
606   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
607     if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U->getValue()))
608       return Pair.first->second = SE.LI.getLoopFor(I->getParent());
609     // A non-instruction has no relevant loops.
610     return nullptr;
611   }
612   if (const SCEVNAryExpr *N = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S)) {
613     const Loop *L = nullptr;
614     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
615       L = AR->getLoop();
616     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = N->op_begin(), E = N->op_end();
617          I != E; ++I)
618       L = PickMostRelevantLoop(L, getRelevantLoop(*I), SE.DT);
619     return RelevantLoops[N] = L;
620   }
621   if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S)) {
622     const Loop *Result = getRelevantLoop(C->getOperand());
623     return RelevantLoops[C] = Result;
624   }
625   if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
626     const Loop *Result = PickMostRelevantLoop(
627         getRelevantLoop(D->getLHS()), getRelevantLoop(D->getRHS()), SE.DT);
628     return RelevantLoops[D] = Result;
629   }
630   llvm_unreachable("Unexpected SCEV type!");
631 }
632
633 namespace {
634
635 /// LoopCompare - Compare loops by PickMostRelevantLoop.
636 class LoopCompare {
637   DominatorTree &DT;
638 public:
639   explicit LoopCompare(DominatorTree &dt) : DT(dt) {}
640
641   bool operator()(std::pair<const Loop *, const SCEV *> LHS,
642                   std::pair<const Loop *, const SCEV *> RHS) const {
643     // Keep pointer operands sorted at the end.
644     if (LHS.second->getType()->isPointerTy() !=
645         RHS.second->getType()->isPointerTy())
646       return LHS.second->getType()->isPointerTy();
647
648     // Compare loops with PickMostRelevantLoop.
649     if (LHS.first != RHS.first)
650       return PickMostRelevantLoop(LHS.first, RHS.first, DT) != LHS.first;
651
652     // If one operand is a non-constant negative and the other is not,
653     // put the non-constant negative on the right so that a sub can
654     // be used instead of a negate and add.
655     if (LHS.second->isNonConstantNegative()) {
656       if (!RHS.second->isNonConstantNegative())
657         return false;
658     } else if (RHS.second->isNonConstantNegative())
659       return true;
660
661     // Otherwise they are equivalent according to this comparison.
662     return false;
663   }
664 };
665
666 }
667
668 Value *SCEVExpander::visitAddExpr(const SCEVAddExpr *S) {
669   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
670
671   // Collect all the add operands in a loop, along with their associated loops.
672   // Iterate in reverse so that constants are emitted last, all else equal, and
673   // so that pointer operands are inserted first, which the code below relies on
674   // to form more involved GEPs.
675   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 8> OpsAndLoops;
676   for (std::reverse_iterator<SCEVAddExpr::op_iterator> I(S->op_end()),
677        E(S->op_begin()); I != E; ++I)
678     OpsAndLoops.push_back(std::make_pair(getRelevantLoop(*I), *I));
679
680   // Sort by loop. Use a stable sort so that constants follow non-constants and
681   // pointer operands precede non-pointer operands.
682   std::stable_sort(OpsAndLoops.begin(), OpsAndLoops.end(), LoopCompare(SE.DT));
683
684   // Emit instructions to add all the operands. Hoist as much as possible
685   // out of loops, and form meaningful getelementptrs where possible.
686   Value *Sum = nullptr;
687   for (SmallVectorImpl<std::pair<const Loop *, const SCEV *> >::iterator
688        I = OpsAndLoops.begin(), E = OpsAndLoops.end(); I != E; ) {
689     const Loop *CurLoop = I->first;
690     const SCEV *Op = I->second;
691     if (!Sum) {
692       // This is the first operand. Just expand it.
693       Sum = expand(Op);
694       ++I;
695     } else if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Sum->getType())) {
696       // The running sum expression is a pointer. Try to form a getelementptr
697       // at this level with that as the base.
698       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
699       for (; I != E && I->first == CurLoop; ++I) {
700         // If the operand is SCEVUnknown and not instructions, peek through
701         // it, to enable more of it to be folded into the GEP.
702         const SCEV *X = I->second;
703         if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(X))
704           if (!isa<Instruction>(U->getValue()))
705             X = SE.getSCEV(U->getValue());
706         NewOps.push_back(X);
707       }
708       Sum = expandAddToGEP(NewOps.begin(), NewOps.end(), PTy, Ty, Sum);
709     } else if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Op->getType())) {
710       // The running sum is an integer, and there's a pointer at this level.
711       // Try to form a getelementptr. If the running sum is instructions,
712       // use a SCEVUnknown to avoid re-analyzing them.
713       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
714       NewOps.push_back(isa<Instruction>(Sum) ? SE.getUnknown(Sum) :
715                                                SE.getSCEV(Sum));
716       for (++I; I != E && I->first == CurLoop; ++I)
717         NewOps.push_back(I->second);
718       Sum = expandAddToGEP(NewOps.begin(), NewOps.end(), PTy, Ty, expand(Op));
719     } else if (Op->isNonConstantNegative()) {
720       // Instead of doing a negate and add, just do a subtract.
721       Value *W = expandCodeFor(SE.getNegativeSCEV(Op), Ty);
722       Sum = InsertNoopCastOfTo(Sum, Ty);
723       Sum = InsertBinop(Instruction::Sub, Sum, W);
724       ++I;
725     } else {
726       // A simple add.
727       Value *W = expandCodeFor(Op, Ty);
728       Sum = InsertNoopCastOfTo(Sum, Ty);
729       // Canonicalize a constant to the RHS.
730       if (isa<Constant>(Sum)) std::swap(Sum, W);
731       Sum = InsertBinop(Instruction::Add, Sum, W);
732       ++I;
733     }
734   }
735
736   return Sum;
737 }
738
739 Value *SCEVExpander::visitMulExpr(const SCEVMulExpr *S) {
740   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
741
742   // Collect all the mul operands in a loop, along with their associated loops.
743   // Iterate in reverse so that constants are emitted last, all else equal.
744   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 8> OpsAndLoops;
745   for (std::reverse_iterator<SCEVMulExpr::op_iterator> I(S->op_end()),
746        E(S->op_begin()); I != E; ++I)
747     OpsAndLoops.push_back(std::make_pair(getRelevantLoop(*I), *I));
748
749   // Sort by loop. Use a stable sort so that constants follow non-constants.
750   std::stable_sort(OpsAndLoops.begin(), OpsAndLoops.end(), LoopCompare(SE.DT));
751
752   // Emit instructions to mul all the operands. Hoist as much as possible
753   // out of loops.
754   Value *Prod = nullptr;
755   for (SmallVectorImpl<std::pair<const Loop *, const SCEV *> >::iterator
756        I = OpsAndLoops.begin(), E = OpsAndLoops.end(); I != E; ++I) {
757     const SCEV *Op = I->second;
758     if (!Prod) {
759       // This is the first operand. Just expand it.
760       Prod = expand(Op);
761     } else if (Op->isAllOnesValue()) {
762       // Instead of doing a multiply by negative one, just do a negate.
763       Prod = InsertNoopCastOfTo(Prod, Ty);
764       Prod = InsertBinop(Instruction::Sub, Constant::getNullValue(Ty), Prod);
765     } else {
766       // A simple mul.
767       Value *W = expandCodeFor(Op, Ty);
768       Prod = InsertNoopCastOfTo(Prod, Ty);
769       // Canonicalize a constant to the RHS.
770       if (isa<Constant>(Prod)) std::swap(Prod, W);
771       const APInt *RHS;
772       if (match(W, m_Power2(RHS))) {
773         // Canonicalize Prod*(1<<C) to Prod<<C.
774         assert(!Ty->isVectorTy() && "vector types are not SCEVable");
775         Prod = InsertBinop(Instruction::Shl, Prod,
776                            ConstantInt::get(Ty, RHS->logBase2()));
777       } else {
778         Prod = InsertBinop(Instruction::Mul, Prod, W);
779       }
780     }
781   }
782
783   return Prod;
784 }
785
786 Value *SCEVExpander::visitUDivExpr(const SCEVUDivExpr *S) {
787   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
788
789   Value *LHS = expandCodeFor(S->getLHS(), Ty);
790   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(S->getRHS())) {
791     const APInt &RHS = SC->getValue()->getValue();
792     if (RHS.isPowerOf2())
793       return InsertBinop(Instruction::LShr, LHS,
794                          ConstantInt::get(Ty, RHS.logBase2()));
795   }
796
797   Value *RHS = expandCodeFor(S->getRHS(), Ty);
798   return InsertBinop(Instruction::UDiv, LHS, RHS);
799 }
800
801 /// Move parts of Base into Rest to leave Base with the minimal
802 /// expression that provides a pointer operand suitable for a
803 /// GEP expansion.
804 static void ExposePointerBase(const SCEV *&Base, const SCEV *&Rest,
805                               ScalarEvolution &SE) {
806   while (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Base)) {
807     Base = A->getStart();
808     Rest = SE.getAddExpr(Rest,
809                          SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(A->getType(), 0),
810                                           A->getStepRecurrence(SE),
811                                           A->getLoop(),
812                                           A->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
813   }
814   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Base)) {
815     Base = A->getOperand(A->getNumOperands()-1);
816     SmallVector<const SCEV *, 8> NewAddOps(A->op_begin(), A->op_end());
817     NewAddOps.back() = Rest;
818     Rest = SE.getAddExpr(NewAddOps);
819     ExposePointerBase(Base, Rest, SE);
820   }
821 }
822
823 /// Determine if this is a well-behaved chain of instructions leading back to
824 /// the PHI. If so, it may be reused by expanded expressions.
825 bool SCEVExpander::isNormalAddRecExprPHI(PHINode *PN, Instruction *IncV,
826                                          const Loop *L) {
827   if (IncV->getNumOperands() == 0 || isa<PHINode>(IncV) ||
828       (isa<CastInst>(IncV) && !isa<BitCastInst>(IncV)))
829     return false;
830   // If any of the operands don't dominate the insert position, bail.
831   // Addrec operands are always loop-invariant, so this can only happen
832   // if there are instructions which haven't been hoisted.
833   if (L == IVIncInsertLoop) {
834     for (User::op_iterator OI = IncV->op_begin()+1,
835            OE = IncV->op_end(); OI != OE; ++OI)
836       if (Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(OI))
837         if (!SE.DT.dominates(OInst, IVIncInsertPos))
838           return false;
839   }
840   // Advance to the next instruction.
841   IncV = dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
842   if (!IncV)
843     return false;
844
845   if (IncV->mayHaveSideEffects())
846     return false;
847
848   if (IncV != PN)
849     return true;
850
851   return isNormalAddRecExprPHI(PN, IncV, L);
852 }
853
854 /// getIVIncOperand returns an induction variable increment's induction
855 /// variable operand.
856 ///
857 /// If allowScale is set, any type of GEP is allowed as long as the nonIV
858 /// operands dominate InsertPos.
859 ///
860 /// If allowScale is not set, ensure that a GEP increment conforms to one of the
861 /// simple patterns generated by getAddRecExprPHILiterally and
862 /// expandAddtoGEP. If the pattern isn't recognized, return NULL.
863 Instruction *SCEVExpander::getIVIncOperand(Instruction *IncV,
864                                            Instruction *InsertPos,
865                                            bool allowScale) {
866   if (IncV == InsertPos)
867     return nullptr;
868
869   switch (IncV->getOpcode()) {
870   default:
871     return nullptr;
872   // Check for a simple Add/Sub or GEP of a loop invariant step.
873   case Instruction::Add:
874   case Instruction::Sub: {
875     Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(1));
876     if (!OInst || SE.DT.dominates(OInst, InsertPos))
877       return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
878     return nullptr;
879   }
880   case Instruction::BitCast:
881     return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
882   case Instruction::GetElementPtr:
883     for (Instruction::op_iterator I = IncV->op_begin()+1, E = IncV->op_end();
884          I != E; ++I) {
885       if (isa<Constant>(*I))
886         continue;
887       if (Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(*I)) {
888         if (!SE.DT.dominates(OInst, InsertPos))
889           return nullptr;
890       }
891       if (allowScale) {
892         // allow any kind of GEP as long as it can be hoisted.
893         continue;
894       }
895       // This must be a pointer addition of constants (pretty), which is already
896       // handled, or some number of address-size elements (ugly). Ugly geps
897       // have 2 operands. i1* is used by the expander to represent an
898       // address-size element.
899       if (IncV->getNumOperands() != 2)
900         return nullptr;
901       unsigned AS = cast<PointerType>(IncV->getType())->getAddressSpace();
902       if (IncV->getType() != Type::getInt1PtrTy(SE.getContext(), AS)
903           && IncV->getType() != Type::getInt8PtrTy(SE.getContext(), AS))
904         return nullptr;
905       break;
906     }
907     return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
908   }
909 }
910
911 /// hoistStep - Attempt to hoist a simple IV increment above InsertPos to make
912 /// it available to other uses in this loop. Recursively hoist any operands,
913 /// until we reach a value that dominates InsertPos.
914 bool SCEVExpander::hoistIVInc(Instruction *IncV, Instruction *InsertPos) {
915   if (SE.DT.dominates(IncV, InsertPos))
916       return true;
917
918   // InsertPos must itself dominate IncV so that IncV's new position satisfies
919   // its existing users.
920   if (isa<PHINode>(InsertPos) ||
921       !SE.DT.dominates(InsertPos->getParent(), IncV->getParent()))
922     return false;
923
924   // Check that the chain of IV operands leading back to Phi can be hoisted.
925   SmallVector<Instruction*, 4> IVIncs;
926   for(;;) {
927     Instruction *Oper = getIVIncOperand(IncV, InsertPos, /*allowScale*/true);
928     if (!Oper)
929       return false;
930     // IncV is safe to hoist.
931     IVIncs.push_back(IncV);
932     IncV = Oper;
933     if (SE.DT.dominates(IncV, InsertPos))
934       break;
935   }
936   for (SmallVectorImpl<Instruction*>::reverse_iterator I = IVIncs.rbegin(),
937          E = IVIncs.rend(); I != E; ++I) {
938     (*I)->moveBefore(InsertPos);
939   }
940   return true;
941 }
942
943 /// Determine if this cyclic phi is in a form that would have been generated by
944 /// LSR. We don't care if the phi was actually expanded in this pass, as long
945 /// as it is in a low-cost form, for example, no implied multiplication. This
946 /// should match any patterns generated by getAddRecExprPHILiterally and
947 /// expandAddtoGEP.
948 bool SCEVExpander::isExpandedAddRecExprPHI(PHINode *PN, Instruction *IncV,
949                                            const Loop *L) {
950   for(Instruction *IVOper = IncV;
951       (IVOper = getIVIncOperand(IVOper, L->getLoopPreheader()->getTerminator(),
952                                 /*allowScale=*/false));) {
953     if (IVOper == PN)
954       return true;
955   }
956   return false;
957 }
958
959 /// expandIVInc - Expand an IV increment at Builder's current InsertPos.
960 /// Typically this is the LatchBlock terminator or IVIncInsertPos, but we may
961 /// need to materialize IV increments elsewhere to handle difficult situations.
962 Value *SCEVExpander::expandIVInc(PHINode *PN, Value *StepV, const Loop *L,
963                                  Type *ExpandTy, Type *IntTy,
964                                  bool useSubtract) {
965   Value *IncV;
966   // If the PHI is a pointer, use a GEP, otherwise use an add or sub.
967   if (ExpandTy->isPointerTy()) {
968     PointerType *GEPPtrTy = cast<PointerType>(ExpandTy);
969     // If the step isn't constant, don't use an implicitly scaled GEP, because
970     // that would require a multiply inside the loop.
971     if (!isa<ConstantInt>(StepV))
972       GEPPtrTy = PointerType::get(Type::getInt1Ty(SE.getContext()),
973                                   GEPPtrTy->getAddressSpace());
974     const SCEV *const StepArray[1] = { SE.getSCEV(StepV) };
975     IncV = expandAddToGEP(StepArray, StepArray+1, GEPPtrTy, IntTy, PN);
976     if (IncV->getType() != PN->getType()) {
977       IncV = Builder.CreateBitCast(IncV, PN->getType());
978       rememberInstruction(IncV);
979     }
980   } else {
981     IncV = useSubtract ?
982       Builder.CreateSub(PN, StepV, Twine(IVName) + ".iv.next") :
983       Builder.CreateAdd(PN, StepV, Twine(IVName) + ".iv.next");
984     rememberInstruction(IncV);
985   }
986   return IncV;
987 }
988
989 /// \brief Hoist the addrec instruction chain rooted in the loop phi above the
990 /// position. This routine assumes that this is possible (has been checked).
991 static void hoistBeforePos(DominatorTree *DT, Instruction *InstToHoist,
992                            Instruction *Pos, PHINode *LoopPhi) {
993   do {
994     if (DT->dominates(InstToHoist, Pos))
995       break;
996     // Make sure the increment is where we want it. But don't move it
997     // down past a potential existing post-inc user.
998     InstToHoist->moveBefore(Pos);
999     Pos = InstToHoist;
1000     InstToHoist = cast<Instruction>(InstToHoist->getOperand(0));
1001   } while (InstToHoist != LoopPhi);
1002 }
1003
1004 /// \brief Check whether we can cheaply express the requested SCEV in terms of
1005 /// the available PHI SCEV by truncation and/or inversion of the step.
1006 static bool canBeCheaplyTransformed(ScalarEvolution &SE,
1007                                     const SCEVAddRecExpr *Phi,
1008                                     const SCEVAddRecExpr *Requested,
1009                                     bool &InvertStep) {
1010   Type *PhiTy = SE.getEffectiveSCEVType(Phi->getType());
1011   Type *RequestedTy = SE.getEffectiveSCEVType(Requested->getType());
1012
1013   if (RequestedTy->getIntegerBitWidth() > PhiTy->getIntegerBitWidth())
1014     return false;
1015
1016   // Try truncate it if necessary.
1017   Phi = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getTruncateOrNoop(Phi, RequestedTy));
1018   if (!Phi)
1019     return false;
1020
1021   // Check whether truncation will help.
1022   if (Phi == Requested) {
1023     InvertStep = false;
1024     return true;
1025   }
1026
1027   // Check whether inverting will help: {R,+,-1} == R - {0,+,1}.
1028   if (SE.getAddExpr(Requested->getStart(),
1029                     SE.getNegativeSCEV(Requested)) == Phi) {
1030     InvertStep = true;
1031     return true;
1032   }
1033
1034   return false;
1035 }
1036
1037 static bool IsIncrementNSW(ScalarEvolution &SE, const SCEVAddRecExpr *AR) {
1038   if (!isa<IntegerType>(AR->getType()))
1039     return false;
1040
1041   unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(AR->getType())->getBitWidth();
1042   Type *WideTy = IntegerType::get(AR->getType()->getContext(), BitWidth * 2);
1043   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(SE);
1044   const SCEV *OpAfterExtend = SE.getAddExpr(SE.getSignExtendExpr(Step, WideTy),
1045                                             SE.getSignExtendExpr(AR, WideTy));
1046   const SCEV *ExtendAfterOp =
1047     SE.getSignExtendExpr(SE.getAddExpr(AR, Step), WideTy);
1048   return ExtendAfterOp == OpAfterExtend;
1049 }
1050
1051 static bool IsIncrementNUW(ScalarEvolution &SE, const SCEVAddRecExpr *AR) {
1052   if (!isa<IntegerType>(AR->getType()))
1053     return false;
1054
1055   unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(AR->getType())->getBitWidth();
1056   Type *WideTy = IntegerType::get(AR->getType()->getContext(), BitWidth * 2);
1057   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(SE);
1058   const SCEV *OpAfterExtend = SE.getAddExpr(SE.getZeroExtendExpr(Step, WideTy),
1059                                             SE.getZeroExtendExpr(AR, WideTy));
1060   const SCEV *ExtendAfterOp =
1061     SE.getZeroExtendExpr(SE.getAddExpr(AR, Step), WideTy);
1062   return ExtendAfterOp == OpAfterExtend;
1063 }
1064
1065 /// getAddRecExprPHILiterally - Helper for expandAddRecExprLiterally. Expand
1066 /// the base addrec, which is the addrec without any non-loop-dominating
1067 /// values, and return the PHI.
1068 PHINode *
1069 SCEVExpander::getAddRecExprPHILiterally(const SCEVAddRecExpr *Normalized,
1070                                         const Loop *L,
1071                                         Type *ExpandTy,
1072                                         Type *IntTy,
1073                                         Type *&TruncTy,
1074                                         bool &InvertStep) {
1075   assert((!IVIncInsertLoop||IVIncInsertPos) && "Uninitialized insert position");
1076
1077   // Reuse a previously-inserted PHI, if present.
1078   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1079   if (LatchBlock) {
1080     PHINode *AddRecPhiMatch = nullptr;
1081     Instruction *IncV = nullptr;
1082     TruncTy = nullptr;
1083     InvertStep = false;
1084
1085     // Only try partially matching scevs that need truncation and/or
1086     // step-inversion if we know this loop is outside the current loop.
1087     bool TryNonMatchingSCEV =
1088         IVIncInsertLoop &&
1089         SE.DT.properlyDominates(LatchBlock, IVIncInsertLoop->getHeader());
1090
1091     for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
1092          PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1093       if (!SE.isSCEVable(PN->getType()))
1094         continue;
1095
1096       const SCEVAddRecExpr *PhiSCEV = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getSCEV(PN));
1097       if (!PhiSCEV)
1098         continue;
1099
1100       bool IsMatchingSCEV = PhiSCEV == Normalized;
1101       // We only handle truncation and inversion of phi recurrences for the
1102       // expanded expression if the expanded expression's loop dominates the
1103       // loop we insert to. Check now, so we can bail out early.
1104       if (!IsMatchingSCEV && !TryNonMatchingSCEV)
1105           continue;
1106
1107       Instruction *TempIncV =
1108           cast<Instruction>(PN->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
1109
1110       // Check whether we can reuse this PHI node.
1111       if (LSRMode) {
1112         if (!isExpandedAddRecExprPHI(PN, TempIncV, L))
1113           continue;
1114         if (L == IVIncInsertLoop && !hoistIVInc(TempIncV, IVIncInsertPos))
1115           continue;
1116       } else {
1117         if (!isNormalAddRecExprPHI(PN, TempIncV, L))
1118           continue;
1119       }
1120
1121       // Stop if we have found an exact match SCEV.
1122       if (IsMatchingSCEV) {
1123         IncV = TempIncV;
1124         TruncTy = nullptr;
1125         InvertStep = false;
1126         AddRecPhiMatch = PN;
1127         break;
1128       }
1129
1130       // Try whether the phi can be translated into the requested form
1131       // (truncated and/or offset by a constant).
1132       if ((!TruncTy || InvertStep) &&
1133           canBeCheaplyTransformed(SE, PhiSCEV, Normalized, InvertStep)) {
1134         // Record the phi node. But don't stop we might find an exact match
1135         // later.
1136         AddRecPhiMatch = PN;
1137         IncV = TempIncV;
1138         TruncTy = SE.getEffectiveSCEVType(Normalized->getType());
1139       }
1140     }
1141
1142     if (AddRecPhiMatch) {
1143       // Potentially, move the increment. We have made sure in
1144       // isExpandedAddRecExprPHI or hoistIVInc that this is possible.
1145       if (L == IVIncInsertLoop)
1146         hoistBeforePos(&SE.DT, IncV, IVIncInsertPos, AddRecPhiMatch);
1147
1148       // Ok, the add recurrence looks usable.
1149       // Remember this PHI, even in post-inc mode.
1150       InsertedValues.insert(AddRecPhiMatch);
1151       // Remember the increment.
1152       rememberInstruction(IncV);
1153       return AddRecPhiMatch;
1154     }
1155   }
1156
1157   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
1158   BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
1159
1160   // Another AddRec may need to be recursively expanded below. For example, if
1161   // this AddRec is quadratic, the StepV may itself be an AddRec in this
1162   // loop. Remove this loop from the PostIncLoops set before expanding such
1163   // AddRecs. Otherwise, we cannot find a valid position for the step
1164   // (i.e. StepV can never dominate its loop header).  Ideally, we could do
1165   // SavedIncLoops.swap(PostIncLoops), but we generally have a single element,
1166   // so it's not worth implementing SmallPtrSet::swap.
1167   PostIncLoopSet SavedPostIncLoops = PostIncLoops;
1168   PostIncLoops.clear();
1169
1170   // Expand code for the start value.
1171   Value *StartV =
1172       expandCodeFor(Normalized->getStart(), ExpandTy, &L->getHeader()->front());
1173
1174   // StartV must be hoisted into L's preheader to dominate the new phi.
1175   assert(!isa<Instruction>(StartV) ||
1176          SE.DT.properlyDominates(cast<Instruction>(StartV)->getParent(),
1177                                  L->getHeader()));
1178
1179   // Expand code for the step value. Do this before creating the PHI so that PHI
1180   // reuse code doesn't see an incomplete PHI.
1181   const SCEV *Step = Normalized->getStepRecurrence(SE);
1182   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the increment
1183   // (unless it's a constant, because subtracts of constants are canonicalized
1184   // to adds).
1185   bool useSubtract = !ExpandTy->isPointerTy() && Step->isNonConstantNegative();
1186   if (useSubtract)
1187     Step = SE.getNegativeSCEV(Step);
1188   // Expand the step somewhere that dominates the loop header.
1189   Value *StepV = expandCodeFor(Step, IntTy, &L->getHeader()->front());
1190
1191   // The no-wrap behavior proved by IsIncrement(NUW|NSW) is only applicable if
1192   // we actually do emit an addition.  It does not apply if we emit a
1193   // subtraction.
1194   bool IncrementIsNUW = !useSubtract && IsIncrementNUW(SE, Normalized);
1195   bool IncrementIsNSW = !useSubtract && IsIncrementNSW(SE, Normalized);
1196
1197   // Create the PHI.
1198   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1199   Builder.SetInsertPoint(Header, Header->begin());
1200   pred_iterator HPB = pred_begin(Header), HPE = pred_end(Header);
1201   PHINode *PN = Builder.CreatePHI(ExpandTy, std::distance(HPB, HPE),
1202                                   Twine(IVName) + ".iv");
1203   rememberInstruction(PN);
1204
1205   // Create the step instructions and populate the PHI.
1206   for (pred_iterator HPI = HPB; HPI != HPE; ++HPI) {
1207     BasicBlock *Pred = *HPI;
1208
1209     // Add a start value.
1210     if (!L->contains(Pred)) {
1211       PN->addIncoming(StartV, Pred);
1212       continue;
1213     }
1214
1215     // Create a step value and add it to the PHI.
1216     // If IVIncInsertLoop is non-null and equal to the addrec's loop, insert the
1217     // instructions at IVIncInsertPos.
1218     Instruction *InsertPos = L == IVIncInsertLoop ?
1219       IVIncInsertPos : Pred->getTerminator();
1220     Builder.SetInsertPoint(InsertPos);
1221     Value *IncV = expandIVInc(PN, StepV, L, ExpandTy, IntTy, useSubtract);
1222
1223     if (isa<OverflowingBinaryOperator>(IncV)) {
1224       if (IncrementIsNUW)
1225         cast<BinaryOperator>(IncV)->setHasNoUnsignedWrap();
1226       if (IncrementIsNSW)
1227         cast<BinaryOperator>(IncV)->setHasNoSignedWrap();
1228     }
1229     PN->addIncoming(IncV, Pred);
1230   }
1231
1232   // After expanding subexpressions, restore the PostIncLoops set so the caller
1233   // can ensure that IVIncrement dominates the current uses.
1234   PostIncLoops = SavedPostIncLoops;
1235
1236   // Remember this PHI, even in post-inc mode.
1237   InsertedValues.insert(PN);
1238
1239   return PN;
1240 }
1241
1242 Value *SCEVExpander::expandAddRecExprLiterally(const SCEVAddRecExpr *S) {
1243   Type *STy = S->getType();
1244   Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(STy);
1245   const Loop *L = S->getLoop();
1246
1247   // Determine a normalized form of this expression, which is the expression
1248   // before any post-inc adjustment is made.
1249   const SCEVAddRecExpr *Normalized = S;
1250   if (PostIncLoops.count(L)) {
1251     PostIncLoopSet Loops;
1252     Loops.insert(L);
1253     Normalized = cast<SCEVAddRecExpr>(TransformForPostIncUse(
1254         Normalize, S, nullptr, nullptr, Loops, SE, SE.DT));
1255   }
1256
1257   // Strip off any non-loop-dominating component from the addrec start.
1258   const SCEV *Start = Normalized->getStart();
1259   const SCEV *PostLoopOffset = nullptr;
1260   if (!SE.properlyDominates(Start, L->getHeader())) {
1261     PostLoopOffset = Start;
1262     Start = SE.getConstant(Normalized->getType(), 0);
1263     Normalized = cast<SCEVAddRecExpr>(
1264       SE.getAddRecExpr(Start, Normalized->getStepRecurrence(SE),
1265                        Normalized->getLoop(),
1266                        Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
1267   }
1268
1269   // Strip off any non-loop-dominating component from the addrec step.
1270   const SCEV *Step = Normalized->getStepRecurrence(SE);
1271   const SCEV *PostLoopScale = nullptr;
1272   if (!SE.dominates(Step, L->getHeader())) {
1273     PostLoopScale = Step;
1274     Step = SE.getConstant(Normalized->getType(), 1);
1275     Normalized =
1276       cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getAddRecExpr(
1277                              Start, Step, Normalized->getLoop(),
1278                              Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
1279   }
1280
1281   // Expand the core addrec. If we need post-loop scaling, force it to
1282   // expand to an integer type to avoid the need for additional casting.
1283   Type *ExpandTy = PostLoopScale ? IntTy : STy;
1284   // In some cases, we decide to reuse an existing phi node but need to truncate
1285   // it and/or invert the step.
1286   Type *TruncTy = nullptr;
1287   bool InvertStep = false;
1288   PHINode *PN = getAddRecExprPHILiterally(Normalized, L, ExpandTy, IntTy,
1289                                           TruncTy, InvertStep);
1290
1291   // Accommodate post-inc mode, if necessary.
1292   Value *Result;
1293   if (!PostIncLoops.count(L))
1294     Result = PN;
1295   else {
1296     // In PostInc mode, use the post-incremented value.
1297     BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1298     assert(LatchBlock && "PostInc mode requires a unique loop latch!");
1299     Result = PN->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
1300
1301     // For an expansion to use the postinc form, the client must call
1302     // expandCodeFor with an InsertPoint that is either outside the PostIncLoop
1303     // or dominated by IVIncInsertPos.
1304     if (isa<Instruction>(Result) &&
1305         !SE.DT.dominates(cast<Instruction>(Result),
1306                          &*Builder.GetInsertPoint())) {
1307       // The induction variable's postinc expansion does not dominate this use.
1308       // IVUsers tries to prevent this case, so it is rare. However, it can
1309       // happen when an IVUser outside the loop is not dominated by the latch
1310       // block. Adjusting IVIncInsertPos before expansion begins cannot handle
1311       // all cases. Consider a phi outide whose operand is replaced during
1312       // expansion with the value of the postinc user. Without fundamentally
1313       // changing the way postinc users are tracked, the only remedy is
1314       // inserting an extra IV increment. StepV might fold into PostLoopOffset,
1315       // but hopefully expandCodeFor handles that.
1316       bool useSubtract =
1317         !ExpandTy->isPointerTy() && Step->isNonConstantNegative();
1318       if (useSubtract)
1319         Step = SE.getNegativeSCEV(Step);
1320       Value *StepV;
1321       {
1322         // Expand the step somewhere that dominates the loop header.
1323         BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
1324         StepV = expandCodeFor(Step, IntTy, &L->getHeader()->front());
1325       }
1326       Result = expandIVInc(PN, StepV, L, ExpandTy, IntTy, useSubtract);
1327     }
1328   }
1329
1330   // We have decided to reuse an induction variable of a dominating loop. Apply
1331   // truncation and/or invertion of the step.
1332   if (TruncTy) {
1333     Type *ResTy = Result->getType();
1334     // Normalize the result type.
1335     if (ResTy != SE.getEffectiveSCEVType(ResTy))
1336       Result = InsertNoopCastOfTo(Result, SE.getEffectiveSCEVType(ResTy));
1337     // Truncate the result.
1338     if (TruncTy != Result->getType()) {
1339       Result = Builder.CreateTrunc(Result, TruncTy);
1340       rememberInstruction(Result);
1341     }
1342     // Invert the result.
1343     if (InvertStep) {
1344       Result = Builder.CreateSub(expandCodeFor(Normalized->getStart(), TruncTy),
1345                                  Result);
1346       rememberInstruction(Result);
1347     }
1348   }
1349
1350   // Re-apply any non-loop-dominating scale.
1351   if (PostLoopScale) {
1352     assert(S->isAffine() && "Can't linearly scale non-affine recurrences.");
1353     Result = InsertNoopCastOfTo(Result, IntTy);
1354     Result = Builder.CreateMul(Result,
1355                                expandCodeFor(PostLoopScale, IntTy));
1356     rememberInstruction(Result);
1357   }
1358
1359   // Re-apply any non-loop-dominating offset.
1360   if (PostLoopOffset) {
1361     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(ExpandTy)) {
1362       const SCEV *const OffsetArray[1] = { PostLoopOffset };
1363       Result = expandAddToGEP(OffsetArray, OffsetArray+1, PTy, IntTy, Result);
1364     } else {
1365       Result = InsertNoopCastOfTo(Result, IntTy);
1366       Result = Builder.CreateAdd(Result,
1367                                  expandCodeFor(PostLoopOffset, IntTy));
1368       rememberInstruction(Result);
1369     }
1370   }
1371
1372   return Result;
1373 }
1374
1375 Value *SCEVExpander::visitAddRecExpr(const SCEVAddRecExpr *S) {
1376   if (!CanonicalMode) return expandAddRecExprLiterally(S);
1377
1378   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1379   const Loop *L = S->getLoop();
1380
1381   // First check for an existing canonical IV in a suitable type.
1382   PHINode *CanonicalIV = nullptr;
1383   if (PHINode *PN = L->getCanonicalInductionVariable())
1384     if (SE.getTypeSizeInBits(PN->getType()) >= SE.getTypeSizeInBits(Ty))
1385       CanonicalIV = PN;
1386
1387   // Rewrite an AddRec in terms of the canonical induction variable, if
1388   // its type is more narrow.
1389   if (CanonicalIV &&
1390       SE.getTypeSizeInBits(CanonicalIV->getType()) >
1391       SE.getTypeSizeInBits(Ty)) {
1392     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(S->getNumOperands());
1393     for (unsigned i = 0, e = S->getNumOperands(); i != e; ++i)
1394       NewOps[i] = SE.getAnyExtendExpr(S->op_begin()[i], CanonicalIV->getType());
1395     Value *V = expand(SE.getAddRecExpr(NewOps, S->getLoop(),
1396                                        S->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
1397     BasicBlock::iterator NewInsertPt =
1398       std::next(BasicBlock::iterator(cast<Instruction>(V)));
1399     BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
1400     while (isa<PHINode>(NewInsertPt) || isa<DbgInfoIntrinsic>(NewInsertPt) ||
1401            isa<LandingPadInst>(NewInsertPt))
1402       ++NewInsertPt;
1403     V = expandCodeFor(SE.getTruncateExpr(SE.getUnknown(V), Ty), nullptr,
1404                       &*NewInsertPt);
1405     return V;
1406   }
1407
1408   // {X,+,F} --> X + {0,+,F}
1409   if (!S->getStart()->isZero()) {
1410     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(S->op_begin(), S->op_end());
1411     NewOps[0] = SE.getConstant(Ty, 0);
1412     const SCEV *Rest = SE.getAddRecExpr(NewOps, L,
1413                                         S->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
1414
1415     // Turn things like ptrtoint+arithmetic+inttoptr into GEP. See the
1416     // comments on expandAddToGEP for details.
1417     const SCEV *Base = S->getStart();
1418     const SCEV *RestArray[1] = { Rest };
1419     // Dig into the expression to find the pointer base for a GEP.
1420     ExposePointerBase(Base, RestArray[0], SE);
1421     // If we found a pointer, expand the AddRec with a GEP.
1422     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Base->getType())) {
1423       // Make sure the Base isn't something exotic, such as a multiplied
1424       // or divided pointer value. In those cases, the result type isn't
1425       // actually a pointer type.
1426       if (!isa<SCEVMulExpr>(Base) && !isa<SCEVUDivExpr>(Base)) {
1427         Value *StartV = expand(Base);
1428         assert(StartV->getType() == PTy && "Pointer type mismatch for GEP!");
1429         return expandAddToGEP(RestArray, RestArray+1, PTy, Ty, StartV);
1430       }
1431     }
1432
1433     // Just do a normal add. Pre-expand the operands to suppress folding.
1434     return expand(SE.getAddExpr(SE.getUnknown(expand(S->getStart())),
1435                                 SE.getUnknown(expand(Rest))));
1436   }
1437
1438   // If we don't yet have a canonical IV, create one.
1439   if (!CanonicalIV) {
1440     // Create and insert the PHI node for the induction variable in the
1441     // specified loop.
1442     BasicBlock *Header = L->getHeader();
1443     pred_iterator HPB = pred_begin(Header), HPE = pred_end(Header);
1444     CanonicalIV = PHINode::Create(Ty, std::distance(HPB, HPE), "indvar",
1445                                   &Header->front());
1446     rememberInstruction(CanonicalIV);
1447
1448     SmallSet<BasicBlock *, 4> PredSeen;
1449     Constant *One = ConstantInt::get(Ty, 1);
1450     for (pred_iterator HPI = HPB; HPI != HPE; ++HPI) {
1451       BasicBlock *HP = *HPI;
1452       if (!PredSeen.insert(HP).second) {
1453         // There must be an incoming value for each predecessor, even the
1454         // duplicates!
1455         CanonicalIV->addIncoming(CanonicalIV->getIncomingValueForBlock(HP), HP);
1456         continue;
1457       }
1458
1459       if (L->contains(HP)) {
1460         // Insert a unit add instruction right before the terminator
1461         // corresponding to the back-edge.
1462         Instruction *Add = BinaryOperator::CreateAdd(CanonicalIV, One,
1463                                                      "indvar.next",
1464                                                      HP->getTerminator());
1465         Add->setDebugLoc(HP->getTerminator()->getDebugLoc());
1466         rememberInstruction(Add);
1467         CanonicalIV->addIncoming(Add, HP);
1468       } else {
1469         CanonicalIV->addIncoming(Constant::getNullValue(Ty), HP);
1470       }
1471     }
1472   }
1473
1474   // {0,+,1} --> Insert a canonical induction variable into the loop!
1475   if (S->isAffine() && S->getOperand(1)->isOne()) {
1476     assert(Ty == SE.getEffectiveSCEVType(CanonicalIV->getType()) &&
1477            "IVs with types different from the canonical IV should "
1478            "already have been handled!");
1479     return CanonicalIV;
1480   }
1481
1482   // {0,+,F} --> {0,+,1} * F
1483
1484   // If this is a simple linear addrec, emit it now as a special case.
1485   if (S->isAffine())    // {0,+,F} --> i*F
1486     return
1487       expand(SE.getTruncateOrNoop(
1488         SE.getMulExpr(SE.getUnknown(CanonicalIV),
1489                       SE.getNoopOrAnyExtend(S->getOperand(1),
1490                                             CanonicalIV->getType())),
1491         Ty));
1492
1493   // If this is a chain of recurrences, turn it into a closed form, using the
1494   // folders, then expandCodeFor the closed form.  This allows the folders to
1495   // simplify the expression without having to build a bunch of special code
1496   // into this folder.
1497   const SCEV *IH = SE.getUnknown(CanonicalIV);   // Get I as a "symbolic" SCEV.
1498
1499   // Promote S up to the canonical IV type, if the cast is foldable.
1500   const SCEV *NewS = S;
1501   const SCEV *Ext = SE.getNoopOrAnyExtend(S, CanonicalIV->getType());
1502   if (isa<SCEVAddRecExpr>(Ext))
1503     NewS = Ext;
1504
1505   const SCEV *V = cast<SCEVAddRecExpr>(NewS)->evaluateAtIteration(IH, SE);
1506   //cerr << "Evaluated: " << *this << "\n     to: " << *V << "\n";
1507
1508   // Truncate the result down to the original type, if needed.
1509   const SCEV *T = SE.getTruncateOrNoop(V, Ty);
1510   return expand(T);
1511 }
1512
1513 Value *SCEVExpander::visitTruncateExpr(const SCEVTruncateExpr *S) {
1514   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1515   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1516                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1517   Value *I = Builder.CreateTrunc(V, Ty);
1518   rememberInstruction(I);
1519   return I;
1520 }
1521
1522 Value *SCEVExpander::visitZeroExtendExpr(const SCEVZeroExtendExpr *S) {
1523   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1524   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1525                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1526   Value *I = Builder.CreateZExt(V, Ty);
1527   rememberInstruction(I);
1528   return I;
1529 }
1530
1531 Value *SCEVExpander::visitSignExtendExpr(const SCEVSignExtendExpr *S) {
1532   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1533   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1534                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1535   Value *I = Builder.CreateSExt(V, Ty);
1536   rememberInstruction(I);
1537   return I;
1538 }
1539
1540 Value *SCEVExpander::visitSMaxExpr(const SCEVSMaxExpr *S) {
1541   Value *LHS = expand(S->getOperand(S->getNumOperands()-1));
1542   Type *Ty = LHS->getType();
1543   for (int i = S->getNumOperands()-2; i >= 0; --i) {
1544     // In the case of mixed integer and pointer types, do the
1545     // rest of the comparisons as integer.
1546     if (S->getOperand(i)->getType() != Ty) {
1547       Ty = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1548       LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, Ty);
1549     }
1550     Value *RHS = expandCodeFor(S->getOperand(i), Ty);
1551     Value *ICmp = Builder.CreateICmpSGT(LHS, RHS);
1552     rememberInstruction(ICmp);
1553     Value *Sel = Builder.CreateSelect(ICmp, LHS, RHS, "smax");
1554     rememberInstruction(Sel);
1555     LHS = Sel;
1556   }
1557   // In the case of mixed integer and pointer types, cast the
1558   // final result back to the pointer type.
1559   if (LHS->getType() != S->getType())
1560     LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, S->getType());
1561   return LHS;
1562 }
1563
1564 Value *SCEVExpander::visitUMaxExpr(const SCEVUMaxExpr *S) {
1565   Value *LHS = expand(S->getOperand(S->getNumOperands()-1));
1566   Type *Ty = LHS->getType();
1567   for (int i = S->getNumOperands()-2; i >= 0; --i) {
1568     // In the case of mixed integer and pointer types, do the
1569     // rest of the comparisons as integer.
1570     if (S->getOperand(i)->getType() != Ty) {
1571       Ty = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1572       LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, Ty);
1573     }
1574     Value *RHS = expandCodeFor(S->getOperand(i), Ty);
1575     Value *ICmp = Builder.CreateICmpUGT(LHS, RHS);
1576     rememberInstruction(ICmp);
1577     Value *Sel = Builder.CreateSelect(ICmp, LHS, RHS, "umax");
1578     rememberInstruction(Sel);
1579     LHS = Sel;
1580   }
1581   // In the case of mixed integer and pointer types, cast the
1582   // final result back to the pointer type.
1583   if (LHS->getType() != S->getType())
1584     LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, S->getType());
1585   return LHS;
1586 }
1587
1588 Value *SCEVExpander::expandCodeFor(const SCEV *SH, Type *Ty,
1589                                    Instruction *IP) {
1590   assert(IP);
1591   Builder.SetInsertPoint(IP);
1592   return expandCodeFor(SH, Ty);
1593 }
1594
1595 Value *SCEVExpander::expandCodeFor(const SCEV *SH, Type *Ty) {
1596   // Expand the code for this SCEV.
1597   Value *V = expand(SH);
1598   if (Ty) {
1599     assert(SE.getTypeSizeInBits(Ty) == SE.getTypeSizeInBits(SH->getType()) &&
1600            "non-trivial casts should be done with the SCEVs directly!");
1601     V = InsertNoopCastOfTo(V, Ty);
1602   }
1603   return V;
1604 }
1605
1606 Value *SCEVExpander::expand(const SCEV *S) {
1607   // Compute an insertion point for this SCEV object. Hoist the instructions
1608   // as far out in the loop nest as possible.
1609   Instruction *InsertPt = &*Builder.GetInsertPoint();
1610   for (Loop *L = SE.LI.getLoopFor(Builder.GetInsertBlock());;
1611        L = L->getParentLoop())
1612     if (SE.isLoopInvariant(S, L)) {
1613       if (!L) break;
1614       if (BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader())
1615         InsertPt = Preheader->getTerminator();
1616       else {
1617         // LSR sets the insertion point for AddRec start/step values to the
1618         // block start to simplify value reuse, even though it's an invalid
1619         // position. SCEVExpander must correct for this in all cases.
1620         InsertPt = &*L->getHeader()->getFirstInsertionPt();
1621       }
1622     } else {
1623       // If the SCEV is computable at this level, insert it into the header
1624       // after the PHIs (and after any other instructions that we've inserted
1625       // there) so that it is guaranteed to dominate any user inside the loop.
1626       if (L && SE.hasComputableLoopEvolution(S, L) && !PostIncLoops.count(L))
1627         InsertPt = &*L->getHeader()->getFirstInsertionPt();
1628       while (InsertPt != Builder.GetInsertPoint()
1629              && (isInsertedInstruction(InsertPt)
1630                  || isa<DbgInfoIntrinsic>(InsertPt))) {
1631         InsertPt = &*std::next(InsertPt->getIterator());
1632       }
1633       break;
1634     }
1635
1636   // Check to see if we already expanded this here.
1637   std::map<std::pair<const SCEV *, Instruction *>, TrackingVH<Value> >::iterator
1638     I = InsertedExpressions.find(std::make_pair(S, InsertPt));
1639   if (I != InsertedExpressions.end())
1640     return I->second;
1641
1642   BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
1643   Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1644
1645   // Expand the expression into instructions.
1646   Value *V = visit(S);
1647
1648   // Remember the expanded value for this SCEV at this location.
1649   //
1650   // This is independent of PostIncLoops. The mapped value simply materializes
1651   // the expression at this insertion point. If the mapped value happened to be
1652   // a postinc expansion, it could be reused by a non-postinc user, but only if
1653   // its insertion point was already at the head of the loop.
1654   InsertedExpressions[std::make_pair(S, InsertPt)] = V;
1655   return V;
1656 }
1657
1658 void SCEVExpander::rememberInstruction(Value *I) {
1659   if (!PostIncLoops.empty())
1660     InsertedPostIncValues.insert(I);
1661   else
1662     InsertedValues.insert(I);
1663 }
1664
1665 /// getOrInsertCanonicalInductionVariable - This method returns the
1666 /// canonical induction variable of the specified type for the specified
1667 /// loop (inserting one if there is none).  A canonical induction variable
1668 /// starts at zero and steps by one on each iteration.
1669 PHINode *
1670 SCEVExpander::getOrInsertCanonicalInductionVariable(const Loop *L,
1671                                                     Type *Ty) {
1672   assert(Ty->isIntegerTy() && "Can only insert integer induction variables!");
1673
1674   // Build a SCEV for {0,+,1}<L>.
1675   // Conservatively use FlagAnyWrap for now.
1676   const SCEV *H = SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(Ty, 0),
1677                                    SE.getConstant(Ty, 1), L, SCEV::FlagAnyWrap);
1678
1679   // Emit code for it.
1680   BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
1681   PHINode *V =
1682       cast<PHINode>(expandCodeFor(H, nullptr, &L->getHeader()->front()));
1683
1684   return V;
1685 }
1686
1687 /// replaceCongruentIVs - Check for congruent phis in this loop header and
1688 /// replace them with their most canonical representative. Return the number of
1689 /// phis eliminated.
1690 ///
1691 /// This does not depend on any SCEVExpander state but should be used in
1692 /// the same context that SCEVExpander is used.
1693 unsigned SCEVExpander::replaceCongruentIVs(Loop *L, const DominatorTree *DT,
1694                                            SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1695                                            const TargetTransformInfo *TTI) {
1696   // Find integer phis in order of increasing width.
1697   SmallVector<PHINode*, 8> Phis;
1698   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
1699        PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1700     Phis.push_back(Phi);
1701   }
1702   if (TTI)
1703     std::sort(Phis.begin(), Phis.end(), [](Value *LHS, Value *RHS) {
1704       // Put pointers at the back and make sure pointer < pointer = false.
1705       if (!LHS->getType()->isIntegerTy() || !RHS->getType()->isIntegerTy())
1706         return RHS->getType()->isIntegerTy() && !LHS->getType()->isIntegerTy();
1707       return RHS->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1708              LHS->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1709     });
1710
1711   unsigned NumElim = 0;
1712   DenseMap<const SCEV *, PHINode *> ExprToIVMap;
1713   // Process phis from wide to narrow. Map wide phis to their truncation
1714   // so narrow phis can reuse them.
1715   for (SmallVectorImpl<PHINode*>::const_iterator PIter = Phis.begin(),
1716          PEnd = Phis.end(); PIter != PEnd; ++PIter) {
1717     PHINode *Phi = *PIter;
1718
1719     // Fold constant phis. They may be congruent to other constant phis and
1720     // would confuse the logic below that expects proper IVs.
1721     if (Value *V = SimplifyInstruction(Phi, DL, &SE.TLI, &SE.DT, &SE.AC)) {
1722       Phi->replaceAllUsesWith(V);
1723       DeadInsts.emplace_back(Phi);
1724       ++NumElim;
1725       DEBUG_WITH_TYPE(DebugType, dbgs()
1726                       << "INDVARS: Eliminated constant iv: " << *Phi << '\n');
1727       continue;
1728     }
1729
1730     if (!SE.isSCEVable(Phi->getType()))
1731       continue;
1732
1733     PHINode *&OrigPhiRef = ExprToIVMap[SE.getSCEV(Phi)];
1734     if (!OrigPhiRef) {
1735       OrigPhiRef = Phi;
1736       if (Phi->getType()->isIntegerTy() && TTI
1737           && TTI->isTruncateFree(Phi->getType(), Phis.back()->getType())) {
1738         // This phi can be freely truncated to the narrowest phi type. Map the
1739         // truncated expression to it so it will be reused for narrow types.
1740         const SCEV *TruncExpr =
1741           SE.getTruncateExpr(SE.getSCEV(Phi), Phis.back()->getType());
1742         ExprToIVMap[TruncExpr] = Phi;
1743       }
1744       continue;
1745     }
1746
1747     // Replacing a pointer phi with an integer phi or vice-versa doesn't make
1748     // sense.
1749     if (OrigPhiRef->getType()->isPointerTy() != Phi->getType()->isPointerTy())
1750       continue;
1751
1752     if (BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch()) {
1753       Instruction *OrigInc =
1754         cast<Instruction>(OrigPhiRef->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
1755       Instruction *IsomorphicInc =
1756         cast<Instruction>(Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
1757
1758       // If this phi has the same width but is more canonical, replace the
1759       // original with it. As part of the "more canonical" determination,
1760       // respect a prior decision to use an IV chain.
1761       if (OrigPhiRef->getType() == Phi->getType()
1762           && !(ChainedPhis.count(Phi)
1763                || isExpandedAddRecExprPHI(OrigPhiRef, OrigInc, L))
1764           && (ChainedPhis.count(Phi)
1765               || isExpandedAddRecExprPHI(Phi, IsomorphicInc, L))) {
1766         std::swap(OrigPhiRef, Phi);
1767         std::swap(OrigInc, IsomorphicInc);
1768       }
1769       // Replacing the congruent phi is sufficient because acyclic redundancy
1770       // elimination, CSE/GVN, should handle the rest. However, once SCEV proves
1771       // that a phi is congruent, it's often the head of an IV user cycle that
1772       // is isomorphic with the original phi. It's worth eagerly cleaning up the
1773       // common case of a single IV increment so that DeleteDeadPHIs can remove
1774       // cycles that had postinc uses.
1775       const SCEV *TruncExpr = SE.getTruncateOrNoop(SE.getSCEV(OrigInc),
1776                                                    IsomorphicInc->getType());
1777       if (OrigInc != IsomorphicInc
1778           && TruncExpr == SE.getSCEV(IsomorphicInc)
1779           && ((isa<PHINode>(OrigInc) && isa<PHINode>(IsomorphicInc))
1780               || hoistIVInc(OrigInc, IsomorphicInc))) {
1781         DEBUG_WITH_TYPE(DebugType, dbgs()
1782                         << "INDVARS: Eliminated congruent iv.inc: "
1783                         << *IsomorphicInc << '\n');
1784         Value *NewInc = OrigInc;
1785         if (OrigInc->getType() != IsomorphicInc->getType()) {
1786           Instruction *IP = nullptr;
1787           if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(OrigInc))
1788             IP = &*PN->getParent()->getFirstInsertionPt();
1789           else
1790             IP = OrigInc->getNextNode();
1791
1792           IRBuilder<> Builder(IP);
1793           Builder.SetCurrentDebugLocation(IsomorphicInc->getDebugLoc());
1794           NewInc = Builder.
1795             CreateTruncOrBitCast(OrigInc, IsomorphicInc->getType(), IVName);
1796         }
1797         IsomorphicInc->replaceAllUsesWith(NewInc);
1798         DeadInsts.emplace_back(IsomorphicInc);
1799       }
1800     }
1801     DEBUG_WITH_TYPE(DebugType, dbgs()
1802                     << "INDVARS: Eliminated congruent iv: " << *Phi << '\n');
1803     ++NumElim;
1804     Value *NewIV = OrigPhiRef;
1805     if (OrigPhiRef->getType() != Phi->getType()) {
1806       IRBuilder<> Builder(&*L->getHeader()->getFirstInsertionPt());
1807       Builder.SetCurrentDebugLocation(Phi->getDebugLoc());
1808       NewIV = Builder.CreateTruncOrBitCast(OrigPhiRef, Phi->getType(), IVName);
1809     }
1810     Phi->replaceAllUsesWith(NewIV);
1811     DeadInsts.emplace_back(Phi);
1812   }
1813   return NumElim;
1814 }
1815
1816 Value *SCEVExpander::findExistingExpansion(const SCEV *S,
1817                                            const Instruction *At, Loop *L) {
1818   using namespace llvm::PatternMatch;
1819
1820   SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitingBlocks;
1821   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
1822
1823   // Look for suitable value in simple conditions at the loop exits.
1824   for (BasicBlock *BB : ExitingBlocks) {
1825     ICmpInst::Predicate Pred;
1826     Instruction *LHS, *RHS;
1827     BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
1828
1829     if (!match(BB->getTerminator(),
1830                m_Br(m_ICmp(Pred, m_Instruction(LHS), m_Instruction(RHS)),
1831                     TrueBB, FalseBB)))
1832       continue;
1833
1834     if (SE.getSCEV(LHS) == S && SE.DT.dominates(LHS, At))
1835       return LHS;
1836
1837     if (SE.getSCEV(RHS) == S && SE.DT.dominates(RHS, At))
1838       return RHS;
1839   }
1840
1841   // There is potential to make this significantly smarter, but this simple
1842   // heuristic already gets some interesting cases.
1843
1844   // Can not find suitable value.
1845   return nullptr;
1846 }
1847
1848 bool SCEVExpander::isHighCostExpansionHelper(
1849     const SCEV *S, Loop *L, const Instruction *At,
1850     SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Processed) {
1851
1852   // If we can find an existing value for this scev avaliable at the point "At"
1853   // then consider the expression cheap.
1854   if (At && findExistingExpansion(S, At, L) != nullptr)
1855     return false;
1856
1857   // Zero/One operand expressions
1858   switch (S->getSCEVType()) {
1859   case scUnknown:
1860   case scConstant:
1861     return false;
1862   case scTruncate:
1863     return isHighCostExpansionHelper(cast<SCEVTruncateExpr>(S)->getOperand(),
1864                                      L, At, Processed);
1865   case scZeroExtend:
1866     return isHighCostExpansionHelper(cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)->getOperand(),
1867                                      L, At, Processed);
1868   case scSignExtend:
1869     return isHighCostExpansionHelper(cast<SCEVSignExtendExpr>(S)->getOperand(),
1870                                      L, At, Processed);
1871   }
1872
1873   if (!Processed.insert(S).second)
1874     return false;
1875
1876   if (auto *UDivExpr = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
1877     // If the divisor is a power of two and the SCEV type fits in a native
1878     // integer, consider the division cheap irrespective of whether it occurs in
1879     // the user code since it can be lowered into a right shift.
1880     if (auto *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UDivExpr->getRHS()))
1881       if (SC->getValue()->getValue().isPowerOf2()) {
1882         const DataLayout &DL =
1883             L->getHeader()->getParent()->getParent()->getDataLayout();
1884         unsigned Width = cast<IntegerType>(UDivExpr->getType())->getBitWidth();
1885         return DL.isIllegalInteger(Width);
1886       }
1887
1888     // UDivExpr is very likely a UDiv that ScalarEvolution's HowFarToZero or
1889     // HowManyLessThans produced to compute a precise expression, rather than a
1890     // UDiv from the user's code. If we can't find a UDiv in the code with some
1891     // simple searching, assume the former consider UDivExpr expensive to
1892     // compute.
1893     BasicBlock *ExitingBB = L->getExitingBlock();
1894     if (!ExitingBB)
1895       return true;
1896
1897     // At the beginning of this function we already tried to find existing value
1898     // for plain 'S'. Now try to lookup 'S + 1' since it is common pattern
1899     // involving division. This is just a simple search heuristic.
1900     if (!At)
1901       At = &ExitingBB->back();
1902     if (!findExistingExpansion(
1903             SE.getAddExpr(S, SE.getConstant(S->getType(), 1)), At, L))
1904       return true;
1905   }
1906
1907   // HowManyLessThans uses a Max expression whenever the loop is not guarded by
1908   // the exit condition.
1909   if (isa<SCEVSMaxExpr>(S) || isa<SCEVUMaxExpr>(S))
1910     return true;
1911
1912   // Recurse past nary expressions, which commonly occur in the
1913   // BackedgeTakenCount. They may already exist in program code, and if not,
1914   // they are not too expensive rematerialize.
1915   if (const SCEVNAryExpr *NAry = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S)) {
1916     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
1917          I != E; ++I) {
1918       if (isHighCostExpansionHelper(*I, L, At, Processed))
1919         return true;
1920     }
1921   }
1922
1923   // If we haven't recognized an expensive SCEV pattern, assume it's an
1924   // expression produced by program code.
1925   return false;
1926 }
1927
1928 namespace {
1929 // Search for a SCEV subexpression that is not safe to expand.  Any expression
1930 // that may expand to a !isSafeToSpeculativelyExecute value is unsafe, namely
1931 // UDiv expressions. We don't know if the UDiv is derived from an IR divide
1932 // instruction, but the important thing is that we prove the denominator is
1933 // nonzero before expansion.
1934 //
1935 // IVUsers already checks that IV-derived expressions are safe. So this check is
1936 // only needed when the expression includes some subexpression that is not IV
1937 // derived.
1938 //
1939 // Currently, we only allow division by a nonzero constant here. If this is
1940 // inadequate, we could easily allow division by SCEVUnknown by using
1941 // ValueTracking to check isKnownNonZero().
1942 //
1943 // We cannot generally expand recurrences unless the step dominates the loop
1944 // header. The expander handles the special case of affine recurrences by
1945 // scaling the recurrence outside the loop, but this technique isn't generally
1946 // applicable. Expanding a nested recurrence outside a loop requires computing
1947 // binomial coefficients. This could be done, but the recurrence has to be in a
1948 // perfectly reduced form, which can't be guaranteed.
1949 struct SCEVFindUnsafe {
1950   ScalarEvolution &SE;
1951   bool IsUnsafe;
1952
1953   SCEVFindUnsafe(ScalarEvolution &se): SE(se), IsUnsafe(false) {}
1954
1955   bool follow(const SCEV *S) {
1956     if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
1957       const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(D->getRHS());
1958       if (!SC || SC->getValue()->isZero()) {
1959         IsUnsafe = true;
1960         return false;
1961       }
1962     }
1963     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
1964       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(SE);
1965       if (!AR->isAffine() && !SE.dominates(Step, AR->getLoop()->getHeader())) {
1966         IsUnsafe = true;
1967         return false;
1968       }
1969     }
1970     return true;
1971   }
1972   bool isDone() const { return IsUnsafe; }
1973 };
1974 }
1975
1976 namespace llvm {
1977 bool isSafeToExpand(const SCEV *S, ScalarEvolution &SE) {
1978   SCEVFindUnsafe Search(SE);
1979   visitAll(S, Search);
1980   return !Search.IsUnsafe;
1981 }
1982 }