DataLayout is mandatory, update the API to reflect it with references.
[oota-llvm.git] / include / llvm / Analysis / ScalarEvolution.h
index b5025d33184ef303503d56f7b47a8968edea76dc..e1d1aa3bfac2c9d6d08f25b28b85d2a2daf8a83e 100644 (file)
 #ifndef LLVM_ANALYSIS_SCALAREVOLUTION_H
 #define LLVM_ANALYSIS_SCALAREVOLUTION_H
 
+#include "llvm/ADT/DenseSet.h"
+#include "llvm/ADT/FoldingSet.h"
+#include "llvm/IR/ConstantRange.h"
+#include "llvm/IR/Function.h"
+#include "llvm/IR/Instructions.h"
+#include "llvm/IR/Operator.h"
+#include "llvm/IR/ValueHandle.h"
 #include "llvm/Pass.h"
-#include "llvm/Instructions.h"
-#include "llvm/Function.h"
-#include "llvm/Operator.h"
-#include "llvm/Support/DataTypes.h"
-#include "llvm/Support/ValueHandle.h"
 #include "llvm/Support/Allocator.h"
-#include "llvm/Support/ConstantRange.h"
-#include "llvm/ADT/FoldingSet.h"
-#include "llvm/ADT/DenseSet.h"
+#include "llvm/Support/DataTypes.h"
 #include <map>
 
 namespace llvm {
   class APInt;
+  class AssumptionCache;
   class Constant;
   class ConstantInt;
   class DominatorTree;
@@ -70,8 +71,8 @@ namespace llvm {
     unsigned short SubclassData;
 
   private:
-    SCEV(const SCEV &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
-    void operator=(const SCEV &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+    SCEV(const SCEV &) = delete;
+    void operator=(const SCEV &) = delete;
 
   public:
     /// NoWrapFlags are bitfield indices into SubclassData.
@@ -81,12 +82,13 @@ namespace llvm {
     /// operator. NSW is a misnomer that we use to mean no signed overflow or
     /// underflow.
     ///
-    /// AddRec expression may have a no-self-wraparound <NW> property if the
-    /// result can never reach the start value. This property is independent of
-    /// the actual start value and step direction. Self-wraparound is defined
-    /// purely in terms of the recurrence's loop, step size, and
-    /// bitwidth. Formally, a recurrence with no self-wraparound satisfies:
-    /// abs(step) * max-iteration(loop) <= unsigned-max(bitwidth).
+    /// AddRec expressions may have a no-self-wraparound <NW> property if, in
+    /// the integer domain, abs(step) * max-iteration(loop) <=
+    /// unsigned-max(bitwidth).  This means that the recurrence will never reach
+    /// its start value if the step is non-zero.  Computing the same value on
+    /// each iteration is not considered wrapping, and recurrences with step = 0
+    /// are trivially <NW>.  <NW> is independent of the sign of step and the
+    /// value the add recurrence starts with.
     ///
     /// Note that NUW and NSW are also valid properties of a recurrence, and
     /// either implies NW. For convenience, NW will be set for a recurrence
@@ -128,9 +130,11 @@ namespace llvm {
     /// purposes.
     void print(raw_ostream &OS) const;
 
+#if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
     /// dump - This method is used for debugging.
     ///
     void dump() const;
+#endif
   };
 
   // Specialize FoldingSetTrait for SCEV to avoid needing to compute
@@ -189,15 +193,16 @@ namespace llvm {
 
     /// Convenient NoWrapFlags manipulation that hides enum casts and is
     /// visible in the ScalarEvolution name space.
-    static SCEV::NoWrapFlags maskFlags(SCEV::NoWrapFlags Flags, int Mask) {
+    static SCEV::NoWrapFlags LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED_RESULT
+    maskFlags(SCEV::NoWrapFlags Flags, int Mask) {
       return (SCEV::NoWrapFlags)(Flags & Mask);
     }
-    static SCEV::NoWrapFlags setFlags(SCEV::NoWrapFlags Flags,
-                                      SCEV::NoWrapFlags OnFlags) {
+    static SCEV::NoWrapFlags LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED_RESULT
+    setFlags(SCEV::NoWrapFlags Flags, SCEV::NoWrapFlags OnFlags) {
       return (SCEV::NoWrapFlags)(Flags | OnFlags);
     }
-    static SCEV::NoWrapFlags clearFlags(SCEV::NoWrapFlags Flags,
-                                        SCEV::NoWrapFlags OffFlags) {
+    static SCEV::NoWrapFlags LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED_RESULT
+    clearFlags(SCEV::NoWrapFlags Flags, SCEV::NoWrapFlags OffFlags) {
       return (SCEV::NoWrapFlags)(Flags & ~OffFlags);
     }
 
@@ -206,10 +211,10 @@ namespace llvm {
     /// notified whenever a Value is deleted.
     class SCEVCallbackVH : public CallbackVH {
       ScalarEvolution *SE;
-      virtual void deleted();
-      virtual void allUsesReplacedWith(Value *New);
+      void deleted() override;
+      void allUsesReplacedWith(Value *New) override;
     public:
-      SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *SE = 0);
+      SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *SE = nullptr);
     };
 
     friend class SCEVCallbackVH;
@@ -220,14 +225,13 @@ namespace llvm {
     ///
     Function *F;
 
+    /// The tracker for @llvm.assume intrinsics in this function.
+    AssumptionCache *AC;
+
     /// LI - The loop information for the function we are currently analyzing.
     ///
     LoopInfo *LI;
 
-    /// TD - The target data information for the target we are targeting.
-    ///
-    DataLayout *TD;
-
     /// TLI - The target library information for the target we are targeting.
     ///
     TargetLibraryInfo *TLI;
@@ -252,10 +256,10 @@ namespace llvm {
     /// Mark predicate values currently being processed by isImpliedCond.
     DenseSet<Value*> PendingLoopPredicates;
 
-    /// ExitLimit - Information about the number of loop iterations for
-    /// which a loop exit's branch condition evaluates to the not-taken path.
-    /// This is a temporary pair of exact and max expressions that are
-    /// eventually summarized in ExitNotTakenInfo and BackedgeTakenInfo.
+    /// ExitLimit - Information about the number of loop iterations for which a
+    /// loop exit's branch condition evaluates to the not-taken path.  This is a
+    /// temporary pair of exact and max expressions that are eventually
+    /// summarized in ExitNotTakenInfo and BackedgeTakenInfo.
     struct ExitLimit {
       const SCEV *Exact;
       const SCEV *Max;
@@ -279,7 +283,7 @@ namespace llvm {
       const SCEV *ExactNotTaken;
       PointerIntPair<ExitNotTakenInfo*, 1> NextExit;
 
-      ExitNotTakenInfo() : ExitingBlock(0), ExactNotTaken(0) {}
+      ExitNotTakenInfo() : ExitingBlock(nullptr), ExactNotTaken(nullptr) {}
 
       /// isCompleteList - Return true if all loop exits are computable.
       bool isCompleteList() const {
@@ -309,7 +313,7 @@ namespace llvm {
       const SCEV *Max;
 
     public:
-      BackedgeTakenInfo() : Max(0) {}
+      BackedgeTakenInfo() : Max(nullptr) {}
 
       /// Initialize BackedgeTakenInfo from a list of exact exit counts.
       BackedgeTakenInfo(
@@ -338,6 +342,10 @@ namespace llvm {
       /// getMax - Get the max backedge taken count for the loop.
       const SCEV *getMax(ScalarEvolution *SE) const;
 
+      /// Return true if any backedge taken count expressions refer to the given
+      /// subexpression.
+      bool hasOperand(const SCEV *S, ScalarEvolution *SE) const;
+
       /// clear - Invalidate this result and free associated memory.
       void clear();
     };
@@ -357,48 +365,50 @@ namespace llvm {
     /// that we attempt to compute getSCEVAtScope information for, which can
     /// be expensive in extreme cases.
     DenseMap<const SCEV *,
-             std::map<const Loop *, const SCEV *> > ValuesAtScopes;
+             SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 2> > ValuesAtScopes;
 
     /// LoopDispositions - Memoized computeLoopDisposition results.
     DenseMap<const SCEV *,
-             std::map<const Loop *, LoopDisposition> > LoopDispositions;
+             SmallVector<PointerIntPair<const Loop *, 2, LoopDisposition>, 2>>
+        LoopDispositions;
 
     /// computeLoopDisposition - Compute a LoopDisposition value.
     LoopDisposition computeLoopDisposition(const SCEV *S, const Loop *L);
 
     /// BlockDispositions - Memoized computeBlockDisposition results.
-    DenseMap<const SCEV *,
-             std::map<const BasicBlock *, BlockDisposition> > BlockDispositions;
+    DenseMap<
+        const SCEV *,
+        SmallVector<PointerIntPair<const BasicBlock *, 2, BlockDisposition>, 2>>
+        BlockDispositions;
 
     /// computeBlockDisposition - Compute a BlockDisposition value.
     BlockDisposition computeBlockDisposition(const SCEV *S, const BasicBlock *BB);
 
-    /// UnsignedRanges - Memoized results from getUnsignedRange
+    /// UnsignedRanges - Memoized results from getRange
     DenseMap<const SCEV *, ConstantRange> UnsignedRanges;
 
-    /// SignedRanges - Memoized results from getSignedRange
+    /// SignedRanges - Memoized results from getRange
     DenseMap<const SCEV *, ConstantRange> SignedRanges;
 
-    /// setUnsignedRange - Set the memoized unsigned range for the given SCEV.
-    const ConstantRange &setUnsignedRange(const SCEV *S,
-                                          const ConstantRange &CR) {
-      std::pair<DenseMap<const SCEV *, ConstantRange>::iterator, bool> Pair =
-        UnsignedRanges.insert(std::make_pair(S, CR));
-      if (!Pair.second)
-        Pair.first->second = CR;
-      return Pair.first->second;
-    }
+    /// RangeSignHint - Used to parameterize getRange
+    enum RangeSignHint { HINT_RANGE_UNSIGNED, HINT_RANGE_SIGNED };
+
+    /// setRange - Set the memoized range for the given SCEV.
+    const ConstantRange &setRange(const SCEV *S, RangeSignHint Hint,
+                                  const ConstantRange &CR) {
+      DenseMap<const SCEV *, ConstantRange> &Cache =
+          Hint == HINT_RANGE_UNSIGNED ? UnsignedRanges : SignedRanges;
 
-    /// setUnsignedRange - Set the memoized signed range for the given SCEV.
-    const ConstantRange &setSignedRange(const SCEV *S,
-                                        const ConstantRange &CR) {
       std::pair<DenseMap<const SCEV *, ConstantRange>::iterator, bool> Pair =
-        SignedRanges.insert(std::make_pair(S, CR));
+          Cache.insert(std::make_pair(S, CR));
       if (!Pair.second)
         Pair.first->second = CR;
       return Pair.first->second;
     }
 
+    /// getRange - Determine the range for a particular SCEV.
+    ConstantRange getRange(const SCEV *S, RangeSignHint Hint);
+
     /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
     /// Analyze the expression.
     const SCEV *createSCEV(Value *V);
@@ -422,14 +432,6 @@ namespace llvm {
     /// resolution.
     void ForgetSymbolicName(Instruction *I, const SCEV *SymName);
 
-    /// getBECount - Subtract the end and start values and divide by the step,
-    /// rounding up, to get the number of times the backedge is executed. Return
-    /// CouldNotCompute if an intermediate computation overflows.
-    const SCEV *getBECount(const SCEV *Start,
-                           const SCEV *End,
-                           const SCEV *Step,
-                           bool NoWrap);
-
     /// getBackedgeTakenInfo - Return the BackedgeTakenInfo for the given
     /// loop, lazily computing new values if the loop hasn't been analyzed
     /// yet.
@@ -449,7 +451,8 @@ namespace llvm {
     ExitLimit ComputeExitLimitFromCond(const Loop *L,
                                        Value *ExitCond,
                                        BasicBlock *TBB,
-                                       BasicBlock *FBB);
+                                       BasicBlock *FBB,
+                                       bool IsSubExpr);
 
     /// ComputeExitLimitFromICmp - Compute the number of times the backedge of
     /// the specified loop will execute if its exit condition were a conditional
@@ -457,7 +460,15 @@ namespace llvm {
     ExitLimit ComputeExitLimitFromICmp(const Loop *L,
                                        ICmpInst *ExitCond,
                                        BasicBlock *TBB,
-                                       BasicBlock *FBB);
+                                       BasicBlock *FBB,
+                                       bool IsSubExpr);
+
+    /// ComputeExitLimitFromSingleExitSwitch - Compute the number of times the
+    /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition were a
+    /// switch with a single exiting case to ExitingBB.
+    ExitLimit
+    ComputeExitLimitFromSingleExitSwitch(const Loop *L, SwitchInst *Switch,
+                               BasicBlock *ExitingBB, bool IsSubExpr);
 
     /// ComputeLoadConstantCompareExitLimit - Given an exit condition
     /// of 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the
@@ -479,7 +490,7 @@ namespace llvm {
     /// HowFarToZero - Return the number of times an exit condition comparing
     /// the specified value to zero will execute.  If not computable, return
     /// CouldNotCompute.
-    ExitLimit HowFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L);
+    ExitLimit HowFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L, bool IsSubExpr);
 
     /// HowFarToNonZero - Return the number of times an exit condition checking
     /// the specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
@@ -491,7 +502,9 @@ namespace llvm {
     /// computable, return CouldNotCompute. isSigned specifies whether the
     /// less-than is signed.
     ExitLimit HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
-                               const Loop *L, bool isSigned);
+                               const Loop *L, bool isSigned, bool IsSubExpr);
+    ExitLimit HowManyGreaterThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
+                                  const Loop *L, bool isSigned, bool IsSubExpr);
 
     /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
     /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
@@ -539,6 +552,19 @@ namespace llvm {
     /// forgetMemoizedResults - Drop memoized information computed for S.
     void forgetMemoizedResults(const SCEV *S);
 
+    /// Return false iff given SCEV contains a SCEVUnknown with NULL value-
+    /// pointer.
+    bool checkValidity(const SCEV *S) const;
+
+    // Return true if `ExtendOpTy`({`Start`,+,`Step`}) can be proved to be equal
+    // to {`ExtendOpTy`(`Start`),+,`ExtendOpTy`(`Step`)}.  This is equivalent to
+    // proving no signed (resp. unsigned) wrap in {`Start`,+,`Step`} if
+    // `ExtendOpTy` is `SCEVSignExtendExpr` (resp. `SCEVZeroExtendExpr`).
+    //
+    template<typename ExtendOpTy>
+    bool proveNoWrapByVaryingStart(const SCEV *Start, const SCEV *Step,
+                                   const Loop *L);
+
   public:
     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
     ScalarEvolution();
@@ -608,6 +634,7 @@ namespace llvm {
       return getMulExpr(Ops, Flags);
     }
     const SCEV *getUDivExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
+    const SCEV *getUDivExactExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
     const SCEV *getAddRecExpr(const SCEV *Start, const SCEV *Step,
                               const Loop *L, SCEV::NoWrapFlags Flags);
     const SCEV *getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
@@ -626,22 +653,15 @@ namespace llvm {
     const SCEV *getUnknown(Value *V);
     const SCEV *getCouldNotCompute();
 
-    /// getSizeOfExpr - Return an expression for sizeof on the given type.
-    ///
-    const SCEV *getSizeOfExpr(Type *AllocTy, Type *IntPtrTy);
-
-    /// getAlignOfExpr - Return an expression for alignof on the given type.
+    /// getSizeOfExpr - Return an expression for sizeof AllocTy that is type
+    /// IntTy
     ///
-    const SCEV *getAlignOfExpr(Type *AllocTy);
+    const SCEV *getSizeOfExpr(Type *IntTy, Type *AllocTy);
 
-    /// getOffsetOfExpr - Return an expression for offsetof on the given field.
+    /// getOffsetOfExpr - Return an expression for offsetof on the given field
+    /// with type IntTy
     ///
-    const SCEV *getOffsetOfExpr(StructType *STy, Type *IntPtrTy,
-        unsigned FieldNo);
-
-    /// getOffsetOfExpr - Return an expression for offsetof on the given field.
-    ///
-    const SCEV *getOffsetOfExpr(Type *CTy, Constant *FieldNo);
+    const SCEV *getOffsetOfExpr(Type *IntTy, StructType *STy, unsigned FieldNo);
 
     /// getNegativeSCEV - Return the SCEV object corresponding to -V.
     ///
@@ -732,6 +752,13 @@ namespace llvm {
     bool isLoopBackedgeGuardedByCond(const Loop *L, ICmpInst::Predicate Pred,
                                      const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
 
+    /// \brief Returns the maximum trip count of the loop if it is a single-exit
+    /// loop and we can compute a small maximum for that loop.
+    ///
+    /// Implemented in terms of the \c getSmallConstantTripCount overload with
+    /// the single exiting block passed to it. See that routine for details.
+    unsigned getSmallConstantTripCount(Loop *L);
+
     /// getSmallConstantTripCount - Returns the maximum trip count of this loop
     /// as a normal unsigned value. Returns 0 if the trip count is unknown or
     /// not constant. This "trip count" assumes that control exits via
@@ -741,6 +768,14 @@ namespace llvm {
     /// the loop exits prematurely via another branch.
     unsigned getSmallConstantTripCount(Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock);
 
+    /// \brief Returns the largest constant divisor of the trip count of the
+    /// loop if it is a single-exit loop and we can compute a small maximum for
+    /// that loop.
+    ///
+    /// Implemented in terms of the \c getSmallConstantTripMultiple overload with
+    /// the single exiting block passed to it. See that routine for details.
+    unsigned getSmallConstantTripMultiple(Loop *L);
+
     /// getSmallConstantTripMultiple - Returns the largest constant divisor of
     /// the trip count of this loop as a normal unsigned value, if
     /// possible. This means that the actual trip count is always a multiple of
@@ -778,7 +813,8 @@ namespace llvm {
 
     /// forgetLoop - This method should be called by the client when it has
     /// changed a loop in a way that may effect ScalarEvolution's ability to
-    /// compute a trip count, or if the loop is deleted.
+    /// compute a trip count, or if the loop is deleted.  This call is
+    /// potentially expensive for large loop bodies.
     void forgetLoop(const Loop *L);
 
     /// forgetValue - This method should be called by the client when it has
@@ -786,6 +822,13 @@ namespace llvm {
     /// disconnect it from a def-use chain linking it to a loop.
     void forgetValue(Value *V);
 
+    /// \brief Called when the client has changed the disposition of values in
+    /// this loop.
+    ///
+    /// We don't have a way to invalidate per-loop dispositions. Clear and
+    /// recompute is simpler.
+    void forgetLoopDispositions(const Loop *L) { LoopDispositions.clear(); }
+
     /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S
     /// is guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same
     /// time, the minimum number of times S is divisible by 2.  For example,
@@ -795,11 +838,15 @@ namespace llvm {
 
     /// getUnsignedRange - Determine the unsigned range for a particular SCEV.
     ///
-    ConstantRange getUnsignedRange(const SCEV *S);
+    ConstantRange getUnsignedRange(const SCEV *S) {
+      return getRange(S, HINT_RANGE_UNSIGNED);
+    }
 
     /// getSignedRange - Determine the signed range for a particular SCEV.
     ///
-    ConstantRange getSignedRange(const SCEV *S);
+    ConstantRange getSignedRange(const SCEV *S) {
+      return getRange(S, HINT_RANGE_SIGNED);
+    }
 
     /// isKnownNegative - Test if the given expression is known to be negative.
     ///
@@ -832,7 +879,7 @@ namespace llvm {
 
     /// SimplifyICmpOperands - Simplify LHS and RHS in a comparison with
     /// predicate Pred. Return true iff any changes were made. If the
-    /// operands are provably equal or inequal, LHS and RHS are set to
+    /// operands are provably equal or unequal, LHS and RHS are set to
     /// the same value and Pred is set to either ICMP_EQ or ICMP_NE.
     ///
     bool SimplifyICmpOperands(ICmpInst::Predicate &Pred,
@@ -870,11 +917,38 @@ namespace llvm {
     /// indirect operand.
     bool hasOperand(const SCEV *S, const SCEV *Op) const;
 
-    virtual bool runOnFunction(Function &F);
-    virtual void releaseMemory();
-    virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
-    virtual void print(raw_ostream &OS, const Module* = 0) const;
-    virtual void verifyAnalysis() const;
+    /// Return the size of an element read or written by Inst.
+    const SCEV *getElementSize(Instruction *Inst);
+
+    /// Compute the array dimensions Sizes from the set of Terms extracted from
+    /// the memory access function of this SCEVAddRecExpr.
+    void findArrayDimensions(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms,
+                             SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes,
+                             const SCEV *ElementSize) const;
+
+    bool runOnFunction(Function &F) override;
+    void releaseMemory() override;
+    void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
+    void print(raw_ostream &OS, const Module* = nullptr) const override;
+    void verifyAnalysis() const override;
+
+  private:
+    /// Compute the backedge taken count knowing the interval difference, the
+    /// stride and presence of the equality in the comparison.
+    const SCEV *computeBECount(const SCEV *Delta, const SCEV *Stride,
+                               bool Equality);
+
+    /// Verify if an linear IV with positive stride can overflow when in a
+    /// less-than comparison, knowing the invariant term of the comparison,
+    /// the stride and the knowledge of NSW/NUW flags on the recurrence.
+    bool doesIVOverflowOnLT(const SCEV *RHS, const SCEV *Stride,
+                            bool IsSigned, bool NoWrap);
+
+    /// Verify if an linear IV with negative stride can overflow when in a
+    /// greater-than comparison, knowing the invariant term of the comparison,
+    /// the stride and the knowledge of NSW/NUW flags on the recurrence.
+    bool doesIVOverflowOnGT(const SCEV *RHS, const SCEV *Stride,
+                            bool IsSigned, bool NoWrap);
 
   private:
     FoldingSet<SCEV> UniqueSCEVs;