577315879bfffeff521c99109e13e7a1bb60931f
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolution.cpp
1 //===- ScalarEvolution.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 analysis
11 // engine, which is used primarily to analyze expressions involving induction
12 // variables in loops.
13 //
14 // There are several aspects to this library.  First is the representation of
15 // scalar expressions, which are represented as subclasses of the SCEV class.
16 // These classes are used to represent certain types of subexpressions that we
17 // can handle.  These classes are reference counted, managed by the const SCEV*
18 // class.  We only create one SCEV of a particular shape, so pointer-comparisons
19 // for equality are legal.
20 //
21 // One important aspect of the SCEV objects is that they are never cyclic, even
22 // if there is a cycle in the dataflow for an expression (ie, a PHI node).  If
23 // the PHI node is one of the idioms that we can represent (e.g., a polynomial
24 // recurrence) then we represent it directly as a recurrence node, otherwise we
25 // represent it as a SCEVUnknown node.
26 //
27 // In addition to being able to represent expressions of various types, we also
28 // have folders that are used to build the *canonical* representation for a
29 // particular expression.  These folders are capable of using a variety of
30 // rewrite rules to simplify the expressions.
31 //
32 // Once the folders are defined, we can implement the more interesting
33 // higher-level code, such as the code that recognizes PHI nodes of various
34 // types, computes the execution count of a loop, etc.
35 //
36 // TODO: We should use these routines and value representations to implement
37 // dependence analysis!
38 //
39 //===----------------------------------------------------------------------===//
40 //
41 // There are several good references for the techniques used in this analysis.
42 //
43 //  Chains of recurrences -- a method to expedite the evaluation
44 //  of closed-form functions
45 //  Olaf Bachmann, Paul S. Wang, Eugene V. Zima
46 //
47 //  On computational properties of chains of recurrences
48 //  Eugene V. Zima
49 //
50 //  Symbolic Evaluation of Chains of Recurrences for Loop Optimization
51 //  Robert A. van Engelen
52 //
53 //  Efficient Symbolic Analysis for Optimizing Compilers
54 //  Robert A. van Engelen
55 //
56 //  Using the chains of recurrences algebra for data dependence testing and
57 //  induction variable substitution
58 //  MS Thesis, Johnie Birch
59 //
60 //===----------------------------------------------------------------------===//
61
62 #define DEBUG_TYPE "scalar-evolution"
63 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
64 #include "llvm/Constants.h"
65 #include "llvm/DerivedTypes.h"
66 #include "llvm/GlobalVariable.h"
67 #include "llvm/Instructions.h"
68 #include "llvm/LLVMContext.h"
69 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
70 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
71 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
72 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
73 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
74 #include "llvm/Target/TargetData.h"
75 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
76 #include "llvm/Support/Compiler.h"
77 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
78 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
79 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
80 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
81 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
82 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
83 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
84 #include <algorithm>
85 using namespace llvm;
86
87 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
88           "Number of trip counts computed with array length");
89 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
90           "Number of loops with predictable loop counts");
91 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
92           "Number of loops without predictable loop counts");
93 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
94           "Number of loops with trip counts computed by force");
95
96 static cl::opt<unsigned>
97 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
98                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
99                                  "symbolically execute a constant "
100                                  "derived loop"),
101                         cl::init(100));
102
103 static RegisterPass<ScalarEvolution>
104 R("scalar-evolution", "Scalar Evolution Analysis", false, true);
105 char ScalarEvolution::ID = 0;
106
107 //===----------------------------------------------------------------------===//
108 //                           SCEV class definitions
109 //===----------------------------------------------------------------------===//
110
111 //===----------------------------------------------------------------------===//
112 // Implementation of the SCEV class.
113 //
114
115 SCEV::~SCEV() {}
116
117 void SCEV::dump() const {
118   print(errs());
119   errs() << '\n';
120 }
121
122 void SCEV::print(std::ostream &o) const {
123   raw_os_ostream OS(o);
124   print(OS);
125 }
126
127 bool SCEV::isZero() const {
128   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
129     return SC->getValue()->isZero();
130   return false;
131 }
132
133 bool SCEV::isOne() const {
134   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
135     return SC->getValue()->isOne();
136   return false;
137 }
138
139 bool SCEV::isAllOnesValue() const {
140   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
141     return SC->getValue()->isAllOnesValue();
142   return false;
143 }
144
145 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() :
146   SCEV(scCouldNotCompute) {}
147
148 void SCEVCouldNotCompute::Profile(FoldingSetNodeID &ID) const {
149   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
150 }
151
152 bool SCEVCouldNotCompute::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
153   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
154   return false;
155 }
156
157 const Type *SCEVCouldNotCompute::getType() const {
158   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
159   return 0;
160 }
161
162 bool SCEVCouldNotCompute::hasComputableLoopEvolution(const Loop *L) const {
163   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
164   return false;
165 }
166
167 const SCEV *
168 SCEVCouldNotCompute::replaceSymbolicValuesWithConcrete(
169                                                     const SCEV *Sym,
170                                                     const SCEV *Conc,
171                                                     ScalarEvolution &SE) const {
172   return this;
173 }
174
175 void SCEVCouldNotCompute::print(raw_ostream &OS) const {
176   OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
177 }
178
179 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
180   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
181 }
182
183 const SCEV* ScalarEvolution::getConstant(ConstantInt *V) {
184   FoldingSetNodeID ID;
185   ID.AddInteger(scConstant);
186   ID.AddPointer(V);
187   void *IP = 0;
188   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
189   SCEV *S = SCEVAllocator.Allocate<SCEVConstant>();
190   new (S) SCEVConstant(V);
191   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
192   return S;
193 }
194
195 const SCEV* ScalarEvolution::getConstant(const APInt& Val) {
196   return getConstant(ConstantInt::get(Val));
197 }
198
199 const SCEV*
200 ScalarEvolution::getConstant(const Type *Ty, uint64_t V, bool isSigned) {
201   return getConstant(ConstantInt::get(cast<IntegerType>(Ty), V, isSigned));
202 }
203
204 void SCEVConstant::Profile(FoldingSetNodeID &ID) const {
205   ID.AddInteger(scConstant);
206   ID.AddPointer(V);
207 }
208
209 const Type *SCEVConstant::getType() const { return V->getType(); }
210
211 void SCEVConstant::print(raw_ostream &OS) const {
212   WriteAsOperand(OS, V, false);
213 }
214
215 SCEVCastExpr::SCEVCastExpr(unsigned SCEVTy,
216                            const SCEV* op, const Type *ty)
217   : SCEV(SCEVTy), Op(op), Ty(ty) {}
218
219 void SCEVCastExpr::Profile(FoldingSetNodeID &ID) const {
220   ID.AddInteger(getSCEVType());
221   ID.AddPointer(Op);
222   ID.AddPointer(Ty);
223 }
224
225 bool SCEVCastExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
226   return Op->dominates(BB, DT);
227 }
228
229 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const SCEV* op, const Type *ty)
230   : SCEVCastExpr(scTruncate, op, ty) {
231   assert((Op->getType()->isInteger() || isa<PointerType>(Op->getType())) &&
232          (Ty->isInteger() || isa<PointerType>(Ty)) &&
233          "Cannot truncate non-integer value!");
234 }
235
236 void SCEVTruncateExpr::print(raw_ostream &OS) const {
237   OS << "(trunc " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
238 }
239
240 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const SCEV* op, const Type *ty)
241   : SCEVCastExpr(scZeroExtend, op, ty) {
242   assert((Op->getType()->isInteger() || isa<PointerType>(Op->getType())) &&
243          (Ty->isInteger() || isa<PointerType>(Ty)) &&
244          "Cannot zero extend non-integer value!");
245 }
246
247 void SCEVZeroExtendExpr::print(raw_ostream &OS) const {
248   OS << "(zext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
249 }
250
251 SCEVSignExtendExpr::SCEVSignExtendExpr(const SCEV* op, const Type *ty)
252   : SCEVCastExpr(scSignExtend, op, ty) {
253   assert((Op->getType()->isInteger() || isa<PointerType>(Op->getType())) &&
254          (Ty->isInteger() || isa<PointerType>(Ty)) &&
255          "Cannot sign extend non-integer value!");
256 }
257
258 void SCEVSignExtendExpr::print(raw_ostream &OS) const {
259   OS << "(sext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
260 }
261
262 void SCEVCommutativeExpr::print(raw_ostream &OS) const {
263   assert(Operands.size() > 1 && "This plus expr shouldn't exist!");
264   const char *OpStr = getOperationStr();
265   OS << "(" << *Operands[0];
266   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
267     OS << OpStr << *Operands[i];
268   OS << ")";
269 }
270
271 const SCEV *
272 SCEVCommutativeExpr::replaceSymbolicValuesWithConcrete(
273                                                     const SCEV *Sym,
274                                                     const SCEV *Conc,
275                                                     ScalarEvolution &SE) const {
276   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
277     const SCEV* H =
278       getOperand(i)->replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE);
279     if (H != getOperand(i)) {
280       SmallVector<const SCEV*, 8> NewOps;
281       NewOps.reserve(getNumOperands());
282       for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
283         NewOps.push_back(getOperand(j));
284       NewOps.push_back(H);
285       for (++i; i != e; ++i)
286         NewOps.push_back(getOperand(i)->
287                          replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE));
288
289       if (isa<SCEVAddExpr>(this))
290         return SE.getAddExpr(NewOps);
291       else if (isa<SCEVMulExpr>(this))
292         return SE.getMulExpr(NewOps);
293       else if (isa<SCEVSMaxExpr>(this))
294         return SE.getSMaxExpr(NewOps);
295       else if (isa<SCEVUMaxExpr>(this))
296         return SE.getUMaxExpr(NewOps);
297       else
298         assert(0 && "Unknown commutative expr!");
299     }
300   }
301   return this;
302 }
303
304 void SCEVNAryExpr::Profile(FoldingSetNodeID &ID) const {
305   ID.AddInteger(getSCEVType());
306   ID.AddInteger(Operands.size());
307   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
308     ID.AddPointer(Operands[i]);
309 }
310
311 bool SCEVNAryExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
312   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
313     if (!getOperand(i)->dominates(BB, DT))
314       return false;
315   }
316   return true;
317 }
318
319 void SCEVUDivExpr::Profile(FoldingSetNodeID &ID) const {
320   ID.AddInteger(scUDivExpr);
321   ID.AddPointer(LHS);
322   ID.AddPointer(RHS);
323 }
324
325 bool SCEVUDivExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
326   return LHS->dominates(BB, DT) && RHS->dominates(BB, DT);
327 }
328
329 void SCEVUDivExpr::print(raw_ostream &OS) const {
330   OS << "(" << *LHS << " /u " << *RHS << ")";
331 }
332
333 const Type *SCEVUDivExpr::getType() const {
334   // In most cases the types of LHS and RHS will be the same, but in some
335   // crazy cases one or the other may be a pointer. ScalarEvolution doesn't
336   // depend on the type for correctness, but handling types carefully can
337   // avoid extra casts in the SCEVExpander. The LHS is more likely to be
338   // a pointer type than the RHS, so use the RHS' type here.
339   return RHS->getType();
340 }
341
342 void SCEVAddRecExpr::Profile(FoldingSetNodeID &ID) const {
343   ID.AddInteger(scAddRecExpr);
344   ID.AddInteger(Operands.size());
345   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
346     ID.AddPointer(Operands[i]);
347   ID.AddPointer(L);
348 }
349
350 const SCEV *
351 SCEVAddRecExpr::replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEV *Sym,
352                                                   const SCEV *Conc,
353                                                   ScalarEvolution &SE) const {
354   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
355     const SCEV* H =
356       getOperand(i)->replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE);
357     if (H != getOperand(i)) {
358       SmallVector<const SCEV*, 8> NewOps;
359       NewOps.reserve(getNumOperands());
360       for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
361         NewOps.push_back(getOperand(j));
362       NewOps.push_back(H);
363       for (++i; i != e; ++i)
364         NewOps.push_back(getOperand(i)->
365                          replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE));
366
367       return SE.getAddRecExpr(NewOps, L);
368     }
369   }
370   return this;
371 }
372
373
374 bool SCEVAddRecExpr::isLoopInvariant(const Loop *QueryLoop) const {
375   // Add recurrences are never invariant in the function-body (null loop).
376   if (!QueryLoop)
377     return false;
378
379   // This recurrence is variant w.r.t. QueryLoop if QueryLoop contains L.
380   if (QueryLoop->contains(L->getHeader()))
381     return false;
382
383   // This recurrence is variant w.r.t. QueryLoop if any of its operands
384   // are variant.
385   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
386     if (!getOperand(i)->isLoopInvariant(QueryLoop))
387       return false;
388
389   // Otherwise it's loop-invariant.
390   return true;
391 }
392
393 void SCEVAddRecExpr::print(raw_ostream &OS) const {
394   OS << "{" << *Operands[0];
395   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
396     OS << ",+," << *Operands[i];
397   OS << "}<" << L->getHeader()->getName() + ">";
398 }
399
400 void SCEVUnknown::Profile(FoldingSetNodeID &ID) const {
401   ID.AddInteger(scUnknown);
402   ID.AddPointer(V);
403 }
404
405 bool SCEVUnknown::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
406   // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
407   // invariant if they are not contained in the specified loop.
408   // Instructions are never considered invariant in the function body
409   // (null loop) because they are defined within the "loop".
410   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
411     return L && !L->contains(I->getParent());
412   return true;
413 }
414
415 bool SCEVUnknown::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
416   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValue()))
417     return DT->dominates(I->getParent(), BB);
418   return true;
419 }
420
421 const Type *SCEVUnknown::getType() const {
422   return V->getType();
423 }
424
425 void SCEVUnknown::print(raw_ostream &OS) const {
426   WriteAsOperand(OS, V, false);
427 }
428
429 //===----------------------------------------------------------------------===//
430 //                               SCEV Utilities
431 //===----------------------------------------------------------------------===//
432
433 namespace {
434   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
435   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
436   /// expressions.
437   class VISIBILITY_HIDDEN SCEVComplexityCompare {
438     LoopInfo *LI;
439   public:
440     explicit SCEVComplexityCompare(LoopInfo *li) : LI(li) {}
441
442     bool operator()(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
443       // Primarily, sort the SCEVs by their getSCEVType().
444       if (LHS->getSCEVType() != RHS->getSCEVType())
445         return LHS->getSCEVType() < RHS->getSCEVType();
446
447       // Aside from the getSCEVType() ordering, the particular ordering
448       // isn't very important except that it's beneficial to be consistent,
449       // so that (a + b) and (b + a) don't end up as different expressions.
450
451       // Sort SCEVUnknown values with some loose heuristics. TODO: This is
452       // not as complete as it could be.
453       if (const SCEVUnknown *LU = dyn_cast<SCEVUnknown>(LHS)) {
454         const SCEVUnknown *RU = cast<SCEVUnknown>(RHS);
455
456         // Order pointer values after integer values. This helps SCEVExpander
457         // form GEPs.
458         if (isa<PointerType>(LU->getType()) && !isa<PointerType>(RU->getType()))
459           return false;
460         if (isa<PointerType>(RU->getType()) && !isa<PointerType>(LU->getType()))
461           return true;
462
463         // Compare getValueID values.
464         if (LU->getValue()->getValueID() != RU->getValue()->getValueID())
465           return LU->getValue()->getValueID() < RU->getValue()->getValueID();
466
467         // Sort arguments by their position.
468         if (const Argument *LA = dyn_cast<Argument>(LU->getValue())) {
469           const Argument *RA = cast<Argument>(RU->getValue());
470           return LA->getArgNo() < RA->getArgNo();
471         }
472
473         // For instructions, compare their loop depth, and their opcode.
474         // This is pretty loose.
475         if (Instruction *LV = dyn_cast<Instruction>(LU->getValue())) {
476           Instruction *RV = cast<Instruction>(RU->getValue());
477
478           // Compare loop depths.
479           if (LI->getLoopDepth(LV->getParent()) !=
480               LI->getLoopDepth(RV->getParent()))
481             return LI->getLoopDepth(LV->getParent()) <
482                    LI->getLoopDepth(RV->getParent());
483
484           // Compare opcodes.
485           if (LV->getOpcode() != RV->getOpcode())
486             return LV->getOpcode() < RV->getOpcode();
487
488           // Compare the number of operands.
489           if (LV->getNumOperands() != RV->getNumOperands())
490             return LV->getNumOperands() < RV->getNumOperands();
491         }
492
493         return false;
494       }
495
496       // Compare constant values.
497       if (const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
498         const SCEVConstant *RC = cast<SCEVConstant>(RHS);
499         if (LC->getValue()->getBitWidth() != RC->getValue()->getBitWidth())
500           return LC->getValue()->getBitWidth() < RC->getValue()->getBitWidth();
501         return LC->getValue()->getValue().ult(RC->getValue()->getValue());
502       }
503
504       // Compare addrec loop depths.
505       if (const SCEVAddRecExpr *LA = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
506         const SCEVAddRecExpr *RA = cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
507         if (LA->getLoop()->getLoopDepth() != RA->getLoop()->getLoopDepth())
508           return LA->getLoop()->getLoopDepth() < RA->getLoop()->getLoopDepth();
509       }
510
511       // Lexicographically compare n-ary expressions.
512       if (const SCEVNAryExpr *LC = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(LHS)) {
513         const SCEVNAryExpr *RC = cast<SCEVNAryExpr>(RHS);
514         for (unsigned i = 0, e = LC->getNumOperands(); i != e; ++i) {
515           if (i >= RC->getNumOperands())
516             return false;
517           if (operator()(LC->getOperand(i), RC->getOperand(i)))
518             return true;
519           if (operator()(RC->getOperand(i), LC->getOperand(i)))
520             return false;
521         }
522         return LC->getNumOperands() < RC->getNumOperands();
523       }
524
525       // Lexicographically compare udiv expressions.
526       if (const SCEVUDivExpr *LC = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(LHS)) {
527         const SCEVUDivExpr *RC = cast<SCEVUDivExpr>(RHS);
528         if (operator()(LC->getLHS(), RC->getLHS()))
529           return true;
530         if (operator()(RC->getLHS(), LC->getLHS()))
531           return false;
532         if (operator()(LC->getRHS(), RC->getRHS()))
533           return true;
534         if (operator()(RC->getRHS(), LC->getRHS()))
535           return false;
536         return false;
537       }
538
539       // Compare cast expressions by operand.
540       if (const SCEVCastExpr *LC = dyn_cast<SCEVCastExpr>(LHS)) {
541         const SCEVCastExpr *RC = cast<SCEVCastExpr>(RHS);
542         return operator()(LC->getOperand(), RC->getOperand());
543       }
544
545       assert(0 && "Unknown SCEV kind!");
546       return false;
547     }
548   };
549 }
550
551 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
552 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
553 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
554 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
555 ///
556 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get determinstic
557 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
558 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
559 /// land in memory.
560 ///
561 static void GroupByComplexity(SmallVectorImpl<const SCEV*> &Ops,
562                               LoopInfo *LI) {
563   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
564   if (Ops.size() == 2) {
565     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
566     // Special case it.
567     if (SCEVComplexityCompare(LI)(Ops[1], Ops[0]))
568       std::swap(Ops[0], Ops[1]);
569     return;
570   }
571
572   // Do the rough sort by complexity.
573   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare(LI));
574
575   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
576   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
577   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
578   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
579   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
580     const SCEV *S = Ops[i];
581     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
582
583     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
584     // one, group them.
585     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
586       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
587         // Move it to immediately after i'th element.
588         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
589         ++i;   // no need to rescan it.
590         if (i == e-2) return;  // Done!
591       }
592     }
593   }
594 }
595
596
597
598 //===----------------------------------------------------------------------===//
599 //                      Simple SCEV method implementations
600 //===----------------------------------------------------------------------===//
601
602 /// BinomialCoefficient - Compute BC(It, K).  The result has width W.
603 /// Assume, K > 0.
604 static const SCEV* BinomialCoefficient(const SCEV* It, unsigned K,
605                                       ScalarEvolution &SE,
606                                       const Type* ResultTy) {
607   // Handle the simplest case efficiently.
608   if (K == 1)
609     return SE.getTruncateOrZeroExtend(It, ResultTy);
610
611   // We are using the following formula for BC(It, K):
612   //
613   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / K!
614   //
615   // Suppose, W is the bitwidth of the return value.  We must be prepared for
616   // overflow.  Hence, we must assure that the result of our computation is
617   // equal to the accurate one modulo 2^W.  Unfortunately, division isn't
618   // safe in modular arithmetic.
619   //
620   // However, this code doesn't use exactly that formula; the formula it uses
621   // is something like the following, where T is the number of factors of 2 in
622   // K! (i.e. trailing zeros in the binary representation of K!), and ^ is
623   // exponentiation:
624   //
625   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / 2^T / (K! / 2^T)
626   //
627   // This formula is trivially equivalent to the previous formula.  However,
628   // this formula can be implemented much more efficiently.  The trick is that
629   // K! / 2^T is odd, and exact division by an odd number *is* safe in modular
630   // arithmetic.  To do exact division in modular arithmetic, all we have
631   // to do is multiply by the inverse.  Therefore, this step can be done at
632   // width W.
633   //
634   // The next issue is how to safely do the division by 2^T.  The way this
635   // is done is by doing the multiplication step at a width of at least W + T
636   // bits.  This way, the bottom W+T bits of the product are accurate. Then,
637   // when we perform the division by 2^T (which is equivalent to a right shift
638   // by T), the bottom W bits are accurate.  Extra bits are okay; they'll get
639   // truncated out after the division by 2^T.
640   //
641   // In comparison to just directly using the first formula, this technique
642   // is much more efficient; using the first formula requires W * K bits,
643   // but this formula less than W + K bits. Also, the first formula requires
644   // a division step, whereas this formula only requires multiplies and shifts.
645   //
646   // It doesn't matter whether the subtraction step is done in the calculation
647   // width or the input iteration count's width; if the subtraction overflows,
648   // the result must be zero anyway.  We prefer here to do it in the width of
649   // the induction variable because it helps a lot for certain cases; CodeGen
650   // isn't smart enough to ignore the overflow, which leads to much less
651   // efficient code if the width of the subtraction is wider than the native
652   // register width.
653   //
654   // (It's possible to not widen at all by pulling out factors of 2 before
655   // the multiplication; for example, K=2 can be calculated as
656   // It/2*(It+(It*INT_MIN/INT_MIN)+-1). However, it requires
657   // extra arithmetic, so it's not an obvious win, and it gets
658   // much more complicated for K > 3.)
659
660   // Protection from insane SCEVs; this bound is conservative,
661   // but it probably doesn't matter.
662   if (K > 1000)
663     return SE.getCouldNotCompute();
664
665   unsigned W = SE.getTypeSizeInBits(ResultTy);
666
667   // Calculate K! / 2^T and T; we divide out the factors of two before
668   // multiplying for calculating K! / 2^T to avoid overflow.
669   // Other overflow doesn't matter because we only care about the bottom
670   // W bits of the result.
671   APInt OddFactorial(W, 1);
672   unsigned T = 1;
673   for (unsigned i = 3; i <= K; ++i) {
674     APInt Mult(W, i);
675     unsigned TwoFactors = Mult.countTrailingZeros();
676     T += TwoFactors;
677     Mult = Mult.lshr(TwoFactors);
678     OddFactorial *= Mult;
679   }
680
681   // We need at least W + T bits for the multiplication step
682   unsigned CalculationBits = W + T;
683
684   // Calcuate 2^T, at width T+W.
685   APInt DivFactor = APInt(CalculationBits, 1).shl(T);
686
687   // Calculate the multiplicative inverse of K! / 2^T;
688   // this multiplication factor will perform the exact division by
689   // K! / 2^T.
690   APInt Mod = APInt::getSignedMinValue(W+1);
691   APInt MultiplyFactor = OddFactorial.zext(W+1);
692   MultiplyFactor = MultiplyFactor.multiplicativeInverse(Mod);
693   MultiplyFactor = MultiplyFactor.trunc(W);
694
695   // Calculate the product, at width T+W
696   const IntegerType *CalculationTy = IntegerType::get(CalculationBits);
697   const SCEV* Dividend = SE.getTruncateOrZeroExtend(It, CalculationTy);
698   for (unsigned i = 1; i != K; ++i) {
699     const SCEV* S = SE.getMinusSCEV(It, SE.getIntegerSCEV(i, It->getType()));
700     Dividend = SE.getMulExpr(Dividend,
701                              SE.getTruncateOrZeroExtend(S, CalculationTy));
702   }
703
704   // Divide by 2^T
705   const SCEV* DivResult = SE.getUDivExpr(Dividend, SE.getConstant(DivFactor));
706
707   // Truncate the result, and divide by K! / 2^T.
708
709   return SE.getMulExpr(SE.getConstant(MultiplyFactor),
710                        SE.getTruncateOrZeroExtend(DivResult, ResultTy));
711 }
712
713 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
714 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
715 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
716 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
717 ///
718 ///   A*BC(It, 0) + B*BC(It, 1) + C*BC(It, 2) + D*BC(It, 3)
719 ///
720 /// where BC(It, k) stands for binomial coefficient.
721 ///
722 const SCEV* SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(const SCEV* It,
723                                                ScalarEvolution &SE) const {
724   const SCEV* Result = getStart();
725   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
726     // The computation is correct in the face of overflow provided that the
727     // multiplication is performed _after_ the evaluation of the binomial
728     // coefficient.
729     const SCEV* Coeff = BinomialCoefficient(It, i, SE, getType());
730     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Coeff))
731       return Coeff;
732
733     Result = SE.getAddExpr(Result, SE.getMulExpr(getOperand(i), Coeff));
734   }
735   return Result;
736 }
737
738 //===----------------------------------------------------------------------===//
739 //                    SCEV Expression folder implementations
740 //===----------------------------------------------------------------------===//
741
742 const SCEV* ScalarEvolution::getTruncateExpr(const SCEV* Op,
743                                             const Type *Ty) {
744   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) > getTypeSizeInBits(Ty) &&
745          "This is not a truncating conversion!");
746   assert(isSCEVable(Ty) &&
747          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
748   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
749
750   // Fold if the operand is constant.
751   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
752     return getConstant(
753       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(), Ty)));
754
755   // trunc(trunc(x)) --> trunc(x)
756   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op))
757     return getTruncateExpr(ST->getOperand(), Ty);
758
759   // trunc(sext(x)) --> sext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
760   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
761     return getTruncateOrSignExtend(SS->getOperand(), Ty);
762
763   // trunc(zext(x)) --> zext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
764   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
765     return getTruncateOrZeroExtend(SZ->getOperand(), Ty);
766
767   // If the input value is a chrec scev, truncate the chrec's operands.
768   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
769     SmallVector<const SCEV*, 4> Operands;
770     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
771       Operands.push_back(getTruncateExpr(AddRec->getOperand(i), Ty));
772     return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop());
773   }
774
775   FoldingSetNodeID ID;
776   ID.AddInteger(scTruncate);
777   ID.AddPointer(Op);
778   ID.AddPointer(Ty);
779   void *IP = 0;
780   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
781   SCEV *S = SCEVAllocator.Allocate<SCEVTruncateExpr>();
782   new (S) SCEVTruncateExpr(Op, Ty);
783   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
784   return S;
785 }
786
787 const SCEV* ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEV* Op,
788                                               const Type *Ty) {
789   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
790          "This is not an extending conversion!");
791   assert(isSCEVable(Ty) &&
792          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
793   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
794
795   // Fold if the operand is constant.
796   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op)) {
797     const Type *IntTy = getEffectiveSCEVType(Ty);
798     Constant *C = ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(), IntTy);
799     if (IntTy != Ty) C = ConstantExpr::getIntToPtr(C, Ty);
800     return getConstant(cast<ConstantInt>(C));
801   }
802
803   // zext(zext(x)) --> zext(x)
804   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
805     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
806
807   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
808   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
809   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
810   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
811   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
812     if (AR->isAffine()) {
813       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
814       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
815       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
816       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
817       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
818       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
819       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
820       // that value once it has finished.
821       const SCEV* MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AR->getLoop());
822       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
823         // Manually compute the final value for AR, checking for
824         // overflow.
825         const SCEV* Start = AR->getStart();
826         const SCEV* Step = AR->getStepRecurrence(*this);
827
828         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
829         // the addrec's type. The count is always unsigned.
830         const SCEV* CastedMaxBECount =
831           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
832         const SCEV* RecastedMaxBECount =
833           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
834         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
835           const Type *WideTy =
836             IntegerType::get(getTypeSizeInBits(Start->getType()) * 2);
837           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no unsigned overflow.
838           const SCEV* ZMul =
839             getMulExpr(CastedMaxBECount,
840                        getTruncateOrZeroExtend(Step, Start->getType()));
841           const SCEV* Add = getAddExpr(Start, ZMul);
842           const SCEV* OperandExtendedAdd =
843             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
844                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
845                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
846           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
847             // Return the expression with the addrec on the outside.
848             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
849                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
850                                  AR->getLoop());
851
852           // Similar to above, only this time treat the step value as signed.
853           // This covers loops that count down.
854           const SCEV* SMul =
855             getMulExpr(CastedMaxBECount,
856                        getTruncateOrSignExtend(Step, Start->getType()));
857           Add = getAddExpr(Start, SMul);
858           OperandExtendedAdd =
859             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
860                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
861                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
862           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
863             // Return the expression with the addrec on the outside.
864             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
865                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
866                                  AR->getLoop());
867         }
868       }
869     }
870
871   FoldingSetNodeID ID;
872   ID.AddInteger(scZeroExtend);
873   ID.AddPointer(Op);
874   ID.AddPointer(Ty);
875   void *IP = 0;
876   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
877   SCEV *S = SCEVAllocator.Allocate<SCEVZeroExtendExpr>();
878   new (S) SCEVZeroExtendExpr(Op, Ty);
879   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
880   return S;
881 }
882
883 const SCEV* ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEV* Op,
884                                               const Type *Ty) {
885   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
886          "This is not an extending conversion!");
887   assert(isSCEVable(Ty) &&
888          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
889   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
890
891   // Fold if the operand is constant.
892   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op)) {
893     const Type *IntTy = getEffectiveSCEVType(Ty);
894     Constant *C = ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(), IntTy);
895     if (IntTy != Ty) C = ConstantExpr::getIntToPtr(C, Ty);
896     return getConstant(cast<ConstantInt>(C));
897   }
898
899   // sext(sext(x)) --> sext(x)
900   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
901     return getSignExtendExpr(SS->getOperand(), Ty);
902
903   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
904   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
905   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
906   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
907   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
908     if (AR->isAffine()) {
909       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
910       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
911       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
912       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
913       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
914       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
915       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
916       // that value once it has finished.
917       const SCEV* MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AR->getLoop());
918       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
919         // Manually compute the final value for AR, checking for
920         // overflow.
921         const SCEV* Start = AR->getStart();
922         const SCEV* Step = AR->getStepRecurrence(*this);
923
924         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
925         // the addrec's type. The count is always unsigned.
926         const SCEV* CastedMaxBECount =
927           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
928         const SCEV* RecastedMaxBECount =
929           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
930         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
931           const Type *WideTy =
932             IntegerType::get(getTypeSizeInBits(Start->getType()) * 2);
933           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no signed overflow.
934           const SCEV* SMul =
935             getMulExpr(CastedMaxBECount,
936                        getTruncateOrSignExtend(Step, Start->getType()));
937           const SCEV* Add = getAddExpr(Start, SMul);
938           const SCEV* OperandExtendedAdd =
939             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
940                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
941                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
942           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
943             // Return the expression with the addrec on the outside.
944             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
945                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
946                                  AR->getLoop());
947         }
948       }
949     }
950
951   FoldingSetNodeID ID;
952   ID.AddInteger(scSignExtend);
953   ID.AddPointer(Op);
954   ID.AddPointer(Ty);
955   void *IP = 0;
956   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
957   SCEV *S = SCEVAllocator.Allocate<SCEVSignExtendExpr>();
958   new (S) SCEVSignExtendExpr(Op, Ty);
959   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
960   return S;
961 }
962
963 /// getAnyExtendExpr - Return a SCEV for the given operand extended with
964 /// unspecified bits out to the given type.
965 ///
966 const SCEV* ScalarEvolution::getAnyExtendExpr(const SCEV* Op,
967                                              const Type *Ty) {
968   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
969          "This is not an extending conversion!");
970   assert(isSCEVable(Ty) &&
971          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
972   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
973
974   // Sign-extend negative constants.
975   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
976     if (SC->getValue()->getValue().isNegative())
977       return getSignExtendExpr(Op, Ty);
978
979   // Peel off a truncate cast.
980   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
981     const SCEV* NewOp = T->getOperand();
982     if (getTypeSizeInBits(NewOp->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty))
983       return getAnyExtendExpr(NewOp, Ty);
984     return getTruncateOrNoop(NewOp, Ty);
985   }
986
987   // Next try a zext cast. If the cast is folded, use it.
988   const SCEV* ZExt = getZeroExtendExpr(Op, Ty);
989   if (!isa<SCEVZeroExtendExpr>(ZExt))
990     return ZExt;
991
992   // Next try a sext cast. If the cast is folded, use it.
993   const SCEV* SExt = getSignExtendExpr(Op, Ty);
994   if (!isa<SCEVSignExtendExpr>(SExt))
995     return SExt;
996
997   // If the expression is obviously signed, use the sext cast value.
998   if (isa<SCEVSMaxExpr>(Op))
999     return SExt;
1000
1001   // Absent any other information, use the zext cast value.
1002   return ZExt;
1003 }
1004
1005 /// CollectAddOperandsWithScales - Process the given Ops list, which is
1006 /// a list of operands to be added under the given scale, update the given
1007 /// map. This is a helper function for getAddRecExpr. As an example of
1008 /// what it does, given a sequence of operands that would form an add
1009 /// expression like this:
1010 ///
1011 ///    m + n + 13 + (A * (o + p + (B * q + m + 29))) + r + (-1 * r)
1012 ///
1013 /// where A and B are constants, update the map with these values:
1014 ///
1015 ///    (m, 1+A*B), (n, 1), (o, A), (p, A), (q, A*B), (r, 0)
1016 ///
1017 /// and add 13 + A*B*29 to AccumulatedConstant.
1018 /// This will allow getAddRecExpr to produce this:
1019 ///
1020 ///    13+A*B*29 + n + (m * (1+A*B)) + ((o + p) * A) + (q * A*B)
1021 ///
1022 /// This form often exposes folding opportunities that are hidden in
1023 /// the original operand list.
1024 ///
1025 /// Return true iff it appears that any interesting folding opportunities
1026 /// may be exposed. This helps getAddRecExpr short-circuit extra work in
1027 /// the common case where no interesting opportunities are present, and
1028 /// is also used as a check to avoid infinite recursion.
1029 ///
1030 static bool
1031 CollectAddOperandsWithScales(DenseMap<const SCEV*, APInt> &M,
1032                              SmallVector<const SCEV*, 8> &NewOps,
1033                              APInt &AccumulatedConstant,
1034                              const SmallVectorImpl<const SCEV*> &Ops,
1035                              const APInt &Scale,
1036                              ScalarEvolution &SE) {
1037   bool Interesting = false;
1038
1039   // Iterate over the add operands.
1040   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1041     const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i]);
1042     if (Mul && isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
1043       APInt NewScale =
1044         Scale * cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))->getValue()->getValue();
1045       if (Mul->getNumOperands() == 2 && isa<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1))) {
1046         // A multiplication of a constant with another add; recurse.
1047         Interesting |=
1048           CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1049                                        cast<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1))
1050                                          ->getOperands(),
1051                                        NewScale, SE);
1052       } else {
1053         // A multiplication of a constant with some other value. Update
1054         // the map.
1055         SmallVector<const SCEV*, 4> MulOps(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
1056         const SCEV* Key = SE.getMulExpr(MulOps);
1057         std::pair<DenseMap<const SCEV*, APInt>::iterator, bool> Pair =
1058           M.insert(std::make_pair(Key, NewScale));
1059         if (Pair.second) {
1060           NewOps.push_back(Pair.first->first);
1061         } else {
1062           Pair.first->second += NewScale;
1063           // The map already had an entry for this value, which may indicate
1064           // a folding opportunity.
1065           Interesting = true;
1066         }
1067       }
1068     } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1069       // Pull a buried constant out to the outside.
1070       if (Scale != 1 || AccumulatedConstant != 0 || C->isZero())
1071         Interesting = true;
1072       AccumulatedConstant += Scale * C->getValue()->getValue();
1073     } else {
1074       // An ordinary operand. Update the map.
1075       std::pair<DenseMap<const SCEV*, APInt>::iterator, bool> Pair =
1076         M.insert(std::make_pair(Ops[i], Scale));
1077       if (Pair.second) {
1078         NewOps.push_back(Pair.first->first);
1079       } else {
1080         Pair.first->second += Scale;
1081         // The map already had an entry for this value, which may indicate
1082         // a folding opportunity.
1083         Interesting = true;
1084       }
1085     }
1086   }
1087
1088   return Interesting;
1089 }
1090
1091 namespace {
1092   struct APIntCompare {
1093     bool operator()(const APInt &LHS, const APInt &RHS) const {
1094       return LHS.ult(RHS);
1095     }
1096   };
1097 }
1098
1099 /// getAddExpr - Get a canonical add expression, or something simpler if
1100 /// possible.
1101 const SCEV* ScalarEvolution::getAddExpr(SmallVectorImpl<const SCEV*> &Ops) {
1102   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
1103   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1104 #ifndef NDEBUG
1105   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1106     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1107            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1108            "SCEVAddExpr operand types don't match!");
1109 #endif
1110
1111   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1112   GroupByComplexity(Ops, LI);
1113
1114   // If there are any constants, fold them together.
1115   unsigned Idx = 0;
1116   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1117     ++Idx;
1118     assert(Idx < Ops.size());
1119     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1120       // We found two constants, fold them together!
1121       Ops[0] = getConstant(LHSC->getValue()->getValue() +
1122                            RHSC->getValue()->getValue());
1123       if (Ops.size() == 2) return Ops[0];
1124       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1125       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1126     }
1127
1128     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
1129     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
1130       Ops.erase(Ops.begin());
1131       --Idx;
1132     }
1133   }
1134
1135   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1136
1137   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1138   // so, merge them together into an multiply expression.  Since we sorted the
1139   // list, these values are required to be adjacent.
1140   const Type *Ty = Ops[0]->getType();
1141   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1142     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
1143       // Found a match, merge the two values into a multiply, and add any
1144       // remaining values to the result.
1145       const SCEV* Two = getIntegerSCEV(2, Ty);
1146       const SCEV* Mul = getMulExpr(Ops[i], Two);
1147       if (Ops.size() == 2)
1148         return Mul;
1149       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
1150       Ops.push_back(Mul);
1151       return getAddExpr(Ops);
1152     }
1153
1154   // Check for truncates. If all the operands are truncated from the same
1155   // type, see if factoring out the truncate would permit the result to be
1156   // folded. eg., trunc(x) + m*trunc(n) --> trunc(x + trunc(m)*n)
1157   // if the contents of the resulting outer trunc fold to something simple.
1158   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1159     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]);
1160     const Type *DstType = Trunc->getType();
1161     const Type *SrcType = Trunc->getOperand()->getType();
1162     SmallVector<const SCEV*, 8> LargeOps;
1163     bool Ok = true;
1164     // Check all the operands to see if they can be represented in the
1165     // source type of the truncate.
1166     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1167       if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[i])) {
1168         if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1169           Ok = false;
1170           break;
1171         }
1172         LargeOps.push_back(T->getOperand());
1173       } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1174         // This could be either sign or zero extension, but sign extension
1175         // is much more likely to be foldable here.
1176         LargeOps.push_back(getSignExtendExpr(C, SrcType));
1177       } else if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i])) {
1178         SmallVector<const SCEV*, 8> LargeMulOps;
1179         for (unsigned j = 0, f = M->getNumOperands(); j != f && Ok; ++j) {
1180           if (const SCEVTruncateExpr *T =
1181                 dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(M->getOperand(j))) {
1182             if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1183               Ok = false;
1184               break;
1185             }
1186             LargeMulOps.push_back(T->getOperand());
1187           } else if (const SCEVConstant *C =
1188                        dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(j))) {
1189             // This could be either sign or zero extension, but sign extension
1190             // is much more likely to be foldable here.
1191             LargeMulOps.push_back(getSignExtendExpr(C, SrcType));
1192           } else {
1193             Ok = false;
1194             break;
1195           }
1196         }
1197         if (Ok)
1198           LargeOps.push_back(getMulExpr(LargeMulOps));
1199       } else {
1200         Ok = false;
1201         break;
1202       }
1203     }
1204     if (Ok) {
1205       // Evaluate the expression in the larger type.
1206       const SCEV* Fold = getAddExpr(LargeOps);
1207       // If it folds to something simple, use it. Otherwise, don't.
1208       if (isa<SCEVConstant>(Fold) || isa<SCEVUnknown>(Fold))
1209         return getTruncateExpr(Fold, DstType);
1210     }
1211   }
1212
1213   // Skip past any other cast SCEVs.
1214   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
1215     ++Idx;
1216
1217   // If there are add operands they would be next.
1218   if (Idx < Ops.size()) {
1219     bool DeletedAdd = false;
1220     while (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
1221       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
1222       // list.
1223       Ops.insert(Ops.end(), Add->op_begin(), Add->op_end());
1224       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1225       DeletedAdd = true;
1226     }
1227
1228     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
1229     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1230     // any operands we just aquired.
1231     if (DeletedAdd)
1232       return getAddExpr(Ops);
1233   }
1234
1235   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1236   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1237     ++Idx;
1238
1239   // Check to see if there are any folding opportunities present with
1240   // operands multiplied by constant values.
1241   if (Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1242     uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(Ty);
1243     DenseMap<const SCEV*, APInt> M;
1244     SmallVector<const SCEV*, 8> NewOps;
1245     APInt AccumulatedConstant(BitWidth, 0);
1246     if (CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1247                                      Ops, APInt(BitWidth, 1), *this)) {
1248       // Some interesting folding opportunity is present, so its worthwhile to
1249       // re-generate the operands list. Group the operands by constant scale,
1250       // to avoid multiplying by the same constant scale multiple times.
1251       std::map<APInt, SmallVector<const SCEV*, 4>, APIntCompare> MulOpLists;
1252       for (SmallVector<const SCEV*, 8>::iterator I = NewOps.begin(),
1253            E = NewOps.end(); I != E; ++I)
1254         MulOpLists[M.find(*I)->second].push_back(*I);
1255       // Re-generate the operands list.
1256       Ops.clear();
1257       if (AccumulatedConstant != 0)
1258         Ops.push_back(getConstant(AccumulatedConstant));
1259       for (std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare>::iterator
1260            I = MulOpLists.begin(), E = MulOpLists.end(); I != E; ++I)
1261         if (I->first != 0)
1262           Ops.push_back(getMulExpr(getConstant(I->first),
1263                                    getAddExpr(I->second)));
1264       if (Ops.empty())
1265         return getIntegerSCEV(0, Ty);
1266       if (Ops.size() == 1)
1267         return Ops[0];
1268       return getAddExpr(Ops);
1269     }
1270   }
1271
1272   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
1273   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
1274   // the multiply.
1275   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1276     const SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
1277     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
1278       const SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
1279       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
1280         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp] && !isa<SCEVConstant>(Ops[AddOp])) {
1281           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
1282           const SCEV* InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1283           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1284             // If the multiply has more than two operands, we must get the
1285             // Y*Z term.
1286             SmallVector<const SCEV*, 4> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1287             MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
1288             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
1289           }
1290           const SCEV* One = getIntegerSCEV(1, Ty);
1291           const SCEV* AddOne = getAddExpr(InnerMul, One);
1292           const SCEV* OuterMul = getMulExpr(AddOne, Ops[AddOp]);
1293           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1294           if (AddOp < Idx) {
1295             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
1296             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
1297           } else {
1298             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1299             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
1300           }
1301           Ops.push_back(OuterMul);
1302           return getAddExpr(Ops);
1303         }
1304
1305       // Check this multiply against other multiplies being added together.
1306       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
1307            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1308            ++OtherMulIdx) {
1309         const SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1310         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
1311         // together.
1312         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
1313              OMulOp != e; ++OMulOp)
1314           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
1315             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
1316             const SCEV* InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1317             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1318               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
1319                                                   Mul->op_end());
1320               MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
1321               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
1322             }
1323             const SCEV* InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
1324             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
1325               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(OtherMul->op_begin(),
1326                                                   OtherMul->op_end());
1327               MulOps.erase(MulOps.begin()+OMulOp);
1328               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
1329             }
1330             const SCEV* InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
1331             const SCEV* OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
1332             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1333             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1334             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
1335             Ops.push_back(OuterMul);
1336             return getAddExpr(Ops);
1337           }
1338       }
1339     }
1340   }
1341
1342   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1343   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1344   // recurrence.
1345   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1346     ++Idx;
1347
1348   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1349   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1350     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
1351     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1352     SmallVector<const SCEV*, 8> LIOps;
1353     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1354     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1355       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
1356         LIOps.push_back(Ops[i]);
1357         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1358         --i; --e;
1359       }
1360
1361     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1362     if (!LIOps.empty()) {
1363       //  NLI + LI + {Start,+,Step}  -->  NLI + {LI+Start,+,Step}
1364       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
1365
1366       SmallVector<const SCEV*, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
1367                                            AddRec->op_end());
1368       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
1369
1370       const SCEV* NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRec->getLoop());
1371       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1372       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1373
1374       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-liv parts.
1375       for (unsigned i = 0;; ++i)
1376         if (Ops[i] == AddRec) {
1377           Ops[i] = NewRec;
1378           break;
1379         }
1380       return getAddExpr(Ops);
1381     }
1382
1383     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1384     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1385     // added together.  If so, we can fold them.
1386     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1387          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1388       if (OtherIdx != Idx) {
1389         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1390         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
1391           // Other + {A,+,B} + {C,+,D}  -->  Other + {A+C,+,B+D}
1392           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(AddRec->op_begin(),
1393                                               AddRec->op_end());
1394           for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1395             if (i >= NewOps.size()) {
1396               NewOps.insert(NewOps.end(), OtherAddRec->op_begin()+i,
1397                             OtherAddRec->op_end());
1398               break;
1399             }
1400             NewOps[i] = getAddExpr(NewOps[i], OtherAddRec->getOperand(i));
1401           }
1402           const SCEV* NewAddRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop());
1403
1404           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1405
1406           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1407           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1408           Ops.push_back(NewAddRec);
1409           return getAddExpr(Ops);
1410         }
1411       }
1412
1413     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1414     // next one.
1415   }
1416
1417   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
1418   // already have one, otherwise create a new one.
1419   FoldingSetNodeID ID;
1420   ID.AddInteger(scAddExpr);
1421   ID.AddInteger(Ops.size());
1422   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1423     ID.AddPointer(Ops[i]);
1424   void *IP = 0;
1425   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1426   SCEV *S = SCEVAllocator.Allocate<SCEVAddExpr>();
1427   new (S) SCEVAddExpr(Ops);
1428   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1429   return S;
1430 }
1431
1432
1433 /// getMulExpr - Get a canonical multiply expression, or something simpler if
1434 /// possible.
1435 const SCEV* ScalarEvolution::getMulExpr(SmallVectorImpl<const SCEV*> &Ops) {
1436   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
1437 #ifndef NDEBUG
1438   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1439     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1440            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1441            "SCEVMulExpr operand types don't match!");
1442 #endif
1443
1444   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1445   GroupByComplexity(Ops, LI);
1446
1447   // If there are any constants, fold them together.
1448   unsigned Idx = 0;
1449   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1450
1451     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
1452     if (Ops.size() == 2)
1453       if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
1454         if (Add->getNumOperands() == 2 &&
1455             isa<SCEVConstant>(Add->getOperand(0)))
1456           return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
1457                             getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
1458
1459
1460     ++Idx;
1461     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1462       // We found two constants, fold them together!
1463       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(LHSC->getValue()->getValue() *
1464                                            RHSC->getValue()->getValue());
1465       Ops[0] = getConstant(Fold);
1466       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1467       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1468       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1469     }
1470
1471     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
1472     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
1473       Ops.erase(Ops.begin());
1474       --Idx;
1475     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
1476       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
1477       return Ops[0];
1478     }
1479   }
1480
1481   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1482   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1483     ++Idx;
1484
1485   if (Ops.size() == 1)
1486     return Ops[0];
1487
1488   // If there are mul operands inline them all into this expression.
1489   if (Idx < Ops.size()) {
1490     bool DeletedMul = false;
1491     while (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1492       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
1493       // list.
1494       Ops.insert(Ops.end(), Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1495       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1496       DeletedMul = true;
1497     }
1498
1499     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
1500     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1501     // any operands we just aquired.
1502     if (DeletedMul)
1503       return getMulExpr(Ops);
1504   }
1505
1506   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1507   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1508   // recurrence.
1509   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1510     ++Idx;
1511
1512   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1513   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1514     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
1515     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1516     SmallVector<const SCEV*, 8> LIOps;
1517     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1518     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1519       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
1520         LIOps.push_back(Ops[i]);
1521         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1522         --i; --e;
1523       }
1524
1525     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1526     if (!LIOps.empty()) {
1527       //  NLI * LI * {Start,+,Step}  -->  NLI * {LI*Start,+,LI*Step}
1528       SmallVector<const SCEV*, 4> NewOps;
1529       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
1530       if (LIOps.size() == 1) {
1531         const SCEV *Scale = LIOps[0];
1532         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
1533           NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
1534       } else {
1535         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1536           SmallVector<const SCEV*, 4> MulOps(LIOps.begin(), LIOps.end());
1537           MulOps.push_back(AddRec->getOperand(i));
1538           NewOps.push_back(getMulExpr(MulOps));
1539         }
1540       }
1541
1542       const SCEV* NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop());
1543
1544       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1545       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1546
1547       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-liv parts.
1548       for (unsigned i = 0;; ++i)
1549         if (Ops[i] == AddRec) {
1550           Ops[i] = NewRec;
1551           break;
1552         }
1553       return getMulExpr(Ops);
1554     }
1555
1556     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1557     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1558     // multiplied together.  If so, we can fold them.
1559     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1560          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1561       if (OtherIdx != Idx) {
1562         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1563         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
1564           // F * G  -->  {A,+,B} * {C,+,D}  -->  {A*C,+,F*D + G*B + B*D}
1565           const SCEVAddRecExpr *F = AddRec, *G = OtherAddRec;
1566           const SCEV* NewStart = getMulExpr(F->getStart(),
1567                                                  G->getStart());
1568           const SCEV* B = F->getStepRecurrence(*this);
1569           const SCEV* D = G->getStepRecurrence(*this);
1570           const SCEV* NewStep = getAddExpr(getMulExpr(F, D),
1571                                           getMulExpr(G, B),
1572                                           getMulExpr(B, D));
1573           const SCEV* NewAddRec = getAddRecExpr(NewStart, NewStep,
1574                                                F->getLoop());
1575           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1576
1577           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1578           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1579           Ops.push_back(NewAddRec);
1580           return getMulExpr(Ops);
1581         }
1582       }
1583
1584     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1585     // next one.
1586   }
1587
1588   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
1589   // already have one, otherwise create a new one.
1590   FoldingSetNodeID ID;
1591   ID.AddInteger(scMulExpr);
1592   ID.AddInteger(Ops.size());
1593   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1594     ID.AddPointer(Ops[i]);
1595   void *IP = 0;
1596   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1597   SCEV *S = SCEVAllocator.Allocate<SCEVMulExpr>();
1598   new (S) SCEVMulExpr(Ops);
1599   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1600   return S;
1601 }
1602
1603 /// getUDivExpr - Get a canonical multiply expression, or something simpler if
1604 /// possible.
1605 const SCEV *ScalarEvolution::getUDivExpr(const SCEV *LHS,
1606                                          const SCEV *RHS) {
1607   assert(getEffectiveSCEVType(LHS->getType()) ==
1608          getEffectiveSCEVType(RHS->getType()) &&
1609          "SCEVUDivExpr operand types don't match!");
1610
1611   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
1612     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
1613       return LHS;                            // X udiv 1 --> x
1614     if (RHSC->isZero())
1615       return getIntegerSCEV(0, LHS->getType()); // value is undefined
1616
1617     // Determine if the division can be folded into the operands of
1618     // its operands.
1619     // TODO: Generalize this to non-constants by using known-bits information.
1620     const Type *Ty = LHS->getType();
1621     unsigned LZ = RHSC->getValue()->getValue().countLeadingZeros();
1622     unsigned MaxShiftAmt = getTypeSizeInBits(Ty) - LZ;
1623     // For non-power-of-two values, effectively round the value up to the
1624     // nearest power of two.
1625     if (!RHSC->getValue()->getValue().isPowerOf2())
1626       ++MaxShiftAmt;
1627     const IntegerType *ExtTy =
1628       IntegerType::get(getTypeSizeInBits(Ty) + MaxShiftAmt);
1629     // {X,+,N}/C --> {X/C,+,N/C} if safe and N/C can be folded.
1630     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
1631       if (const SCEVConstant *Step =
1632             dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*this)))
1633         if (!Step->getValue()->getValue()
1634               .urem(RHSC->getValue()->getValue()) &&
1635             getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
1636             getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
1637                           getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
1638                           AR->getLoop())) {
1639           SmallVector<const SCEV*, 4> Operands;
1640           for (unsigned i = 0, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
1641             Operands.push_back(getUDivExpr(AR->getOperand(i), RHS));
1642           return getAddRecExpr(Operands, AR->getLoop());
1643         }
1644     // (A*B)/C --> A*(B/C) if safe and B/C can be folded.
1645     if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
1646       SmallVector<const SCEV*, 4> Operands;
1647       for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i)
1648         Operands.push_back(getZeroExtendExpr(M->getOperand(i), ExtTy));
1649       if (getZeroExtendExpr(M, ExtTy) == getMulExpr(Operands))
1650         // Find an operand that's safely divisible.
1651         for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1652           const SCEV* Op = M->getOperand(i);
1653           const SCEV* Div = getUDivExpr(Op, RHSC);
1654           if (!isa<SCEVUDivExpr>(Div) && getMulExpr(Div, RHSC) == Op) {
1655             const SmallVectorImpl<const SCEV*> &MOperands = M->getOperands();
1656             Operands = SmallVector<const SCEV*, 4>(MOperands.begin(),
1657                                                   MOperands.end());
1658             Operands[i] = Div;
1659             return getMulExpr(Operands);
1660           }
1661         }
1662     }
1663     // (A+B)/C --> (A/C + B/C) if safe and A/C and B/C can be folded.
1664     if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
1665       SmallVector<const SCEV*, 4> Operands;
1666       for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i)
1667         Operands.push_back(getZeroExtendExpr(A->getOperand(i), ExtTy));
1668       if (getZeroExtendExpr(A, ExtTy) == getAddExpr(Operands)) {
1669         Operands.clear();
1670         for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1671           const SCEV* Op = getUDivExpr(A->getOperand(i), RHS);
1672           if (isa<SCEVUDivExpr>(Op) || getMulExpr(Op, RHS) != A->getOperand(i))
1673             break;
1674           Operands.push_back(Op);
1675         }
1676         if (Operands.size() == A->getNumOperands())
1677           return getAddExpr(Operands);
1678       }
1679     }
1680
1681     // Fold if both operands are constant.
1682     if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
1683       Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
1684       Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
1685       return getConstant(cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getUDiv(LHSCV,
1686                                                                  RHSCV)));
1687     }
1688   }
1689
1690   FoldingSetNodeID ID;
1691   ID.AddInteger(scUDivExpr);
1692   ID.AddPointer(LHS);
1693   ID.AddPointer(RHS);
1694   void *IP = 0;
1695   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1696   SCEV *S = SCEVAllocator.Allocate<SCEVUDivExpr>();
1697   new (S) SCEVUDivExpr(LHS, RHS);
1698   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1699   return S;
1700 }
1701
1702
1703 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
1704 /// Simplify the expression as much as possible.
1705 const SCEV* ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEV* Start,
1706                                const SCEV* Step, const Loop *L) {
1707   SmallVector<const SCEV*, 4> Operands;
1708   Operands.push_back(Start);
1709   if (const SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
1710     if (StepChrec->getLoop() == L) {
1711       Operands.insert(Operands.end(), StepChrec->op_begin(),
1712                       StepChrec->op_end());
1713       return getAddRecExpr(Operands, L);
1714     }
1715
1716   Operands.push_back(Step);
1717   return getAddRecExpr(Operands, L);
1718 }
1719
1720 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
1721 /// Simplify the expression as much as possible.
1722 const SCEV *
1723 ScalarEvolution::getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV*> &Operands,
1724                                const Loop *L) {
1725   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
1726 #ifndef NDEBUG
1727   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
1728     assert(getEffectiveSCEVType(Operands[i]->getType()) ==
1729            getEffectiveSCEVType(Operands[0]->getType()) &&
1730            "SCEVAddRecExpr operand types don't match!");
1731 #endif
1732
1733   if (Operands.back()->isZero()) {
1734     Operands.pop_back();
1735     return getAddRecExpr(Operands, L);             // {X,+,0}  -->  X
1736   }
1737
1738   // Canonicalize nested AddRecs in by nesting them in order of loop depth.
1739   if (const SCEVAddRecExpr *NestedAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Operands[0])) {
1740     const Loop* NestedLoop = NestedAR->getLoop();
1741     if (L->getLoopDepth() < NestedLoop->getLoopDepth()) {
1742       SmallVector<const SCEV*, 4> NestedOperands(NestedAR->op_begin(),
1743                                                 NestedAR->op_end());
1744       Operands[0] = NestedAR->getStart();
1745       // AddRecs require their operands be loop-invariant with respect to their
1746       // loops. Don't perform this transformation if it would break this
1747       // requirement.
1748       bool AllInvariant = true;
1749       for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
1750         if (!Operands[i]->isLoopInvariant(L)) {
1751           AllInvariant = false;
1752           break;
1753         }
1754       if (AllInvariant) {
1755         NestedOperands[0] = getAddRecExpr(Operands, L);
1756         AllInvariant = true;
1757         for (unsigned i = 0, e = NestedOperands.size(); i != e; ++i)
1758           if (!NestedOperands[i]->isLoopInvariant(NestedLoop)) {
1759             AllInvariant = false;
1760             break;
1761           }
1762         if (AllInvariant)
1763           // Ok, both add recurrences are valid after the transformation.
1764           return getAddRecExpr(NestedOperands, NestedLoop);
1765       }
1766       // Reset Operands to its original state.
1767       Operands[0] = NestedAR;
1768     }
1769   }
1770
1771   FoldingSetNodeID ID;
1772   ID.AddInteger(scAddRecExpr);
1773   ID.AddInteger(Operands.size());
1774   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
1775     ID.AddPointer(Operands[i]);
1776   ID.AddPointer(L);
1777   void *IP = 0;
1778   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1779   SCEV *S = SCEVAllocator.Allocate<SCEVAddRecExpr>();
1780   new (S) SCEVAddRecExpr(Operands, L);
1781   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1782   return S;
1783 }
1784
1785 const SCEV *ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEV *LHS,
1786                                          const SCEV *RHS) {
1787   SmallVector<const SCEV*, 2> Ops;
1788   Ops.push_back(LHS);
1789   Ops.push_back(RHS);
1790   return getSMaxExpr(Ops);
1791 }
1792
1793 const SCEV*
1794 ScalarEvolution::getSMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV*> &Ops) {
1795   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
1796   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1797 #ifndef NDEBUG
1798   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1799     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1800            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1801            "SCEVSMaxExpr operand types don't match!");
1802 #endif
1803
1804   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1805   GroupByComplexity(Ops, LI);
1806
1807   // If there are any constants, fold them together.
1808   unsigned Idx = 0;
1809   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1810     ++Idx;
1811     assert(Idx < Ops.size());
1812     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1813       // We found two constants, fold them together!
1814       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(
1815                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
1816                                              RHSC->getValue()->getValue()));
1817       Ops[0] = getConstant(Fold);
1818       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1819       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1820       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1821     }
1822
1823     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
1824     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
1825       Ops.erase(Ops.begin());
1826       --Idx;
1827     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(true)) {
1828       // If we have an smax with a constant maximum-int, it will always be
1829       // maximum-int.
1830       return Ops[0];
1831     }
1832   }
1833
1834   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1835
1836   // Find the first SMax
1837   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
1838     ++Idx;
1839
1840   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
1841   // onto our operand list, and recurse to simplify.
1842   if (Idx < Ops.size()) {
1843     bool DeletedSMax = false;
1844     while (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
1845       Ops.insert(Ops.end(), SMax->op_begin(), SMax->op_end());
1846       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1847       DeletedSMax = true;
1848     }
1849
1850     if (DeletedSMax)
1851       return getSMaxExpr(Ops);
1852   }
1853
1854   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1855   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
1856   // be adjacent.
1857   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1858     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
1859       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
1860       --i; --e;
1861     }
1862
1863   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1864
1865   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
1866
1867   // Okay, it looks like we really DO need an smax expr.  Check to see if we
1868   // already have one, otherwise create a new one.
1869   FoldingSetNodeID ID;
1870   ID.AddInteger(scSMaxExpr);
1871   ID.AddInteger(Ops.size());
1872   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1873     ID.AddPointer(Ops[i]);
1874   void *IP = 0;
1875   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1876   SCEV *S = SCEVAllocator.Allocate<SCEVSMaxExpr>();
1877   new (S) SCEVSMaxExpr(Ops);
1878   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1879   return S;
1880 }
1881
1882 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxExpr(const SCEV *LHS,
1883                                          const SCEV *RHS) {
1884   SmallVector<const SCEV*, 2> Ops;
1885   Ops.push_back(LHS);
1886   Ops.push_back(RHS);
1887   return getUMaxExpr(Ops);
1888 }
1889
1890 const SCEV*
1891 ScalarEvolution::getUMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV*> &Ops) {
1892   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty umax!");
1893   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1894 #ifndef NDEBUG
1895   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1896     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1897            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1898            "SCEVUMaxExpr operand types don't match!");
1899 #endif
1900
1901   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1902   GroupByComplexity(Ops, LI);
1903
1904   // If there are any constants, fold them together.
1905   unsigned Idx = 0;
1906   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1907     ++Idx;
1908     assert(Idx < Ops.size());
1909     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1910       // We found two constants, fold them together!
1911       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(
1912                               APIntOps::umax(LHSC->getValue()->getValue(),
1913                                              RHSC->getValue()->getValue()));
1914       Ops[0] = getConstant(Fold);
1915       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1916       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1917       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1918     }
1919
1920     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
1921     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(false)) {
1922       Ops.erase(Ops.begin());
1923       --Idx;
1924     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(false)) {
1925       // If we have an umax with a constant maximum-int, it will always be
1926       // maximum-int.
1927       return Ops[0];
1928     }
1929   }
1930
1931   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1932
1933   // Find the first UMax
1934   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scUMaxExpr)
1935     ++Idx;
1936
1937   // Check to see if one of the operands is a UMax. If so, expand its operands
1938   // onto our operand list, and recurse to simplify.
1939   if (Idx < Ops.size()) {
1940     bool DeletedUMax = false;
1941     while (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(Ops[Idx])) {
1942       Ops.insert(Ops.end(), UMax->op_begin(), UMax->op_end());
1943       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1944       DeletedUMax = true;
1945     }
1946
1947     if (DeletedUMax)
1948       return getUMaxExpr(Ops);
1949   }
1950
1951   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1952   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
1953   // be adjacent.
1954   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1955     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X umax Y umax Y  -->  X umax Y
1956       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
1957       --i; --e;
1958     }
1959
1960   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1961
1962   assert(!Ops.empty() && "Reduced umax down to nothing!");
1963
1964   // Okay, it looks like we really DO need a umax expr.  Check to see if we
1965   // already have one, otherwise create a new one.
1966   FoldingSetNodeID ID;
1967   ID.AddInteger(scUMaxExpr);
1968   ID.AddInteger(Ops.size());
1969   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1970     ID.AddPointer(Ops[i]);
1971   void *IP = 0;
1972   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1973   SCEV *S = SCEVAllocator.Allocate<SCEVUMaxExpr>();
1974   new (S) SCEVUMaxExpr(Ops);
1975   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1976   return S;
1977 }
1978
1979 const SCEV *ScalarEvolution::getSMinExpr(const SCEV *LHS,
1980                                          const SCEV *RHS) {
1981   // ~smax(~x, ~y) == smin(x, y).
1982   return getNotSCEV(getSMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
1983 }
1984
1985 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinExpr(const SCEV *LHS,
1986                                          const SCEV *RHS) {
1987   // ~umax(~x, ~y) == umin(x, y)
1988   return getNotSCEV(getUMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
1989 }
1990
1991 const SCEV* ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
1992   // Don't attempt to do anything other than create a SCEVUnknown object
1993   // here.  createSCEV only calls getUnknown after checking for all other
1994   // interesting possibilities, and any other code that calls getUnknown
1995   // is doing so in order to hide a value from SCEV canonicalization.
1996
1997   FoldingSetNodeID ID;
1998   ID.AddInteger(scUnknown);
1999   ID.AddPointer(V);
2000   void *IP = 0;
2001   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2002   SCEV *S = SCEVAllocator.Allocate<SCEVUnknown>();
2003   new (S) SCEVUnknown(V);
2004   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2005   return S;
2006 }
2007
2008 //===----------------------------------------------------------------------===//
2009 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
2010 //
2011
2012 /// isSCEVable - Test if values of the given type are analyzable within
2013 /// the SCEV framework. This primarily includes integer types, and it
2014 /// can optionally include pointer types if the ScalarEvolution class
2015 /// has access to target-specific information.
2016 bool ScalarEvolution::isSCEVable(const Type *Ty) const {
2017   // Integers are always SCEVable.
2018   if (Ty->isInteger())
2019     return true;
2020
2021   // Pointers are SCEVable if TargetData information is available
2022   // to provide pointer size information.
2023   if (isa<PointerType>(Ty))
2024     return TD != NULL;
2025
2026   // Otherwise it's not SCEVable.
2027   return false;
2028 }
2029
2030 /// getTypeSizeInBits - Return the size in bits of the specified type,
2031 /// for which isSCEVable must return true.
2032 uint64_t ScalarEvolution::getTypeSizeInBits(const Type *Ty) const {
2033   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
2034
2035   // If we have a TargetData, use it!
2036   if (TD)
2037     return TD->getTypeSizeInBits(Ty);
2038
2039   // Otherwise, we support only integer types.
2040   assert(Ty->isInteger() && "isSCEVable permitted a non-SCEVable type!");
2041   return Ty->getPrimitiveSizeInBits();
2042 }
2043
2044 /// getEffectiveSCEVType - Return a type with the same bitwidth as
2045 /// the given type and which represents how SCEV will treat the given
2046 /// type, for which isSCEVable must return true. For pointer types,
2047 /// this is the pointer-sized integer type.
2048 const Type *ScalarEvolution::getEffectiveSCEVType(const Type *Ty) const {
2049   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
2050
2051   if (Ty->isInteger())
2052     return Ty;
2053
2054   assert(isa<PointerType>(Ty) && "Unexpected non-pointer non-integer type!");
2055   return TD->getIntPtrType();
2056 }
2057
2058 const SCEV* ScalarEvolution::getCouldNotCompute() {
2059   return &CouldNotCompute;
2060 }
2061
2062 /// hasSCEV - Return true if the SCEV for this value has already been
2063 /// computed.
2064 bool ScalarEvolution::hasSCEV(Value *V) const {
2065   return Scalars.count(V);
2066 }
2067
2068 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
2069 /// expression and create a new one.
2070 const SCEV* ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) {
2071   assert(isSCEVable(V->getType()) && "Value is not SCEVable!");
2072
2073   std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV*>::iterator I = Scalars.find(V);
2074   if (I != Scalars.end()) return I->second;
2075   const SCEV* S = createSCEV(V);
2076   Scalars.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(V, this), S));
2077   return S;
2078 }
2079
2080 /// getIntegerSCEV - Given a SCEVable type, create a constant for the
2081 /// specified signed integer value and return a SCEV for the constant.
2082 const SCEV* ScalarEvolution::getIntegerSCEV(int Val, const Type *Ty) {
2083   const IntegerType *ITy = cast<IntegerType>(getEffectiveSCEVType(Ty));
2084   return getConstant(ConstantInt::get(ITy, Val));
2085 }
2086
2087 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
2088 ///
2089 const SCEV* ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEV* V) {
2090   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2091     return getConstant(cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue())));
2092
2093   const Type *Ty = V->getType();
2094   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2095   return getMulExpr(V, getConstant(ConstantInt::getAllOnesValue(Ty)));
2096 }
2097
2098 /// getNotSCEV - Return a SCEV corresponding to ~V = -1-V
2099 const SCEV* ScalarEvolution::getNotSCEV(const SCEV* V) {
2100   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2101     return getConstant(cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(VC->getValue())));
2102
2103   const Type *Ty = V->getType();
2104   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2105   const SCEV* AllOnes = getConstant(ConstantInt::getAllOnesValue(Ty));
2106   return getMinusSCEV(AllOnes, V);
2107 }
2108
2109 /// getMinusSCEV - Return a SCEV corresponding to LHS - RHS.
2110 ///
2111 const SCEV *ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEV *LHS,
2112                                           const SCEV *RHS) {
2113   // X - Y --> X + -Y
2114   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS));
2115 }
2116
2117 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2118 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2119 /// extended.
2120 const SCEV*
2121 ScalarEvolution::getTruncateOrZeroExtend(const SCEV* V,
2122                                          const Type *Ty) {
2123   const Type *SrcTy = V->getType();
2124   assert((SrcTy->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(SrcTy))) &&
2125          (Ty->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(Ty))) &&
2126          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2127   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2128     return V;  // No conversion
2129   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2130     return getTruncateExpr(V, Ty);
2131   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2132 }
2133
2134 /// getTruncateOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2135 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2136 /// extended.
2137 const SCEV*
2138 ScalarEvolution::getTruncateOrSignExtend(const SCEV* V,
2139                                          const Type *Ty) {
2140   const Type *SrcTy = V->getType();
2141   assert((SrcTy->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(SrcTy))) &&
2142          (Ty->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(Ty))) &&
2143          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2144   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2145     return V;  // No conversion
2146   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2147     return getTruncateExpr(V, Ty);
2148   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2149 }
2150
2151 /// getNoopOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2152 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2153 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2154 const SCEV*
2155 ScalarEvolution::getNoopOrZeroExtend(const SCEV* V, const Type *Ty) {
2156   const Type *SrcTy = V->getType();
2157   assert((SrcTy->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(SrcTy))) &&
2158          (Ty->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(Ty))) &&
2159          "Cannot noop or zero extend with non-integer arguments!");
2160   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2161          "getNoopOrZeroExtend cannot truncate!");
2162   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2163     return V;  // No conversion
2164   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2165 }
2166
2167 /// getNoopOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2168 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2169 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2170 const SCEV*
2171 ScalarEvolution::getNoopOrSignExtend(const SCEV* V, const Type *Ty) {
2172   const Type *SrcTy = V->getType();
2173   assert((SrcTy->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(SrcTy))) &&
2174          (Ty->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(Ty))) &&
2175          "Cannot noop or sign extend with non-integer arguments!");
2176   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2177          "getNoopOrSignExtend cannot truncate!");
2178   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2179     return V;  // No conversion
2180   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2181 }
2182
2183 /// getNoopOrAnyExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
2184 /// the input value to the specified type. If the type must be extended,
2185 /// it is extended with unspecified bits. The conversion must not be
2186 /// narrowing.
2187 const SCEV*
2188 ScalarEvolution::getNoopOrAnyExtend(const SCEV* V, const Type *Ty) {
2189   const Type *SrcTy = V->getType();
2190   assert((SrcTy->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(SrcTy))) &&
2191          (Ty->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(Ty))) &&
2192          "Cannot noop or any extend with non-integer arguments!");
2193   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2194          "getNoopOrAnyExtend cannot truncate!");
2195   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2196     return V;  // No conversion
2197   return getAnyExtendExpr(V, Ty);
2198 }
2199
2200 /// getTruncateOrNoop - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2201 /// input value to the specified type.  The conversion must not be widening.
2202 const SCEV*
2203 ScalarEvolution::getTruncateOrNoop(const SCEV* V, const Type *Ty) {
2204   const Type *SrcTy = V->getType();
2205   assert((SrcTy->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(SrcTy))) &&
2206          (Ty->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(Ty))) &&
2207          "Cannot truncate or noop with non-integer arguments!");
2208   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) >= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2209          "getTruncateOrNoop cannot extend!");
2210   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2211     return V;  // No conversion
2212   return getTruncateExpr(V, Ty);
2213 }
2214
2215 /// getUMaxFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2216 /// the types using zero-extension, and then perform a umax operation
2217 /// with them.
2218 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2219                                                         const SCEV *RHS) {
2220   const SCEV* PromotedLHS = LHS;
2221   const SCEV* PromotedRHS = RHS;
2222
2223   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2224     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2225   else
2226     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2227
2228   return getUMaxExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2229 }
2230
2231 /// getUMinFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2232 /// the types using zero-extension, and then perform a umin operation
2233 /// with them.
2234 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2235                                                         const SCEV *RHS) {
2236   const SCEV* PromotedLHS = LHS;
2237   const SCEV* PromotedRHS = RHS;
2238
2239   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2240     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2241   else
2242     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2243
2244   return getUMinExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2245 }
2246
2247 /// ReplaceSymbolicValueWithConcrete - This looks up the computed SCEV value for
2248 /// the specified instruction and replaces any references to the symbolic value
2249 /// SymName with the specified value.  This is used during PHI resolution.
2250 void
2251 ScalarEvolution::ReplaceSymbolicValueWithConcrete(Instruction *I,
2252                                                   const SCEV *SymName,
2253                                                   const SCEV *NewVal) {
2254   std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV*>::iterator SI =
2255     Scalars.find(SCEVCallbackVH(I, this));
2256   if (SI == Scalars.end()) return;
2257
2258   const SCEV* NV =
2259     SI->second->replaceSymbolicValuesWithConcrete(SymName, NewVal, *this);
2260   if (NV == SI->second) return;  // No change.
2261
2262   SI->second = NV;       // Update the scalars map!
2263
2264   // Any instruction values that use this instruction might also need to be
2265   // updated!
2266   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
2267        UI != E; ++UI)
2268     ReplaceSymbolicValueWithConcrete(cast<Instruction>(*UI), SymName, NewVal);
2269 }
2270
2271 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
2272 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
2273 ///
2274 const SCEV* ScalarEvolution::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
2275   if (PN->getNumIncomingValues() == 2)  // The loops have been canonicalized.
2276     if (const Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent()))
2277       if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
2278         // If it lives in the loop header, it has two incoming values, one
2279         // from outside the loop, and one from inside.
2280         unsigned IncomingEdge = L->contains(PN->getIncomingBlock(0));
2281         unsigned BackEdge     = IncomingEdge^1;
2282
2283         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
2284         const SCEV* SymbolicName = getUnknown(PN);
2285         assert(Scalars.find(PN) == Scalars.end() &&
2286                "PHI node already processed?");
2287         Scalars.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(PN, this), SymbolicName));
2288
2289         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
2290         // the back-edge.
2291         const SCEV* BEValue = getSCEV(PN->getIncomingValue(BackEdge));
2292
2293         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
2294         // has a special value for the first iteration of the loop.
2295
2296         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
2297         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
2298         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
2299           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
2300           // with a recurrence.
2301           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
2302           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2303             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
2304               if (FoundIndex == e) {
2305                 FoundIndex = i;
2306                 break;
2307               }
2308
2309           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
2310             // Create an add with everything but the specified operand.
2311             SmallVector<const SCEV*, 8> Ops;
2312             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2313               if (i != FoundIndex)
2314                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
2315             const SCEV* Accum = getAddExpr(Ops);
2316
2317             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
2318             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
2319             if (Accum->isLoopInvariant(L) ||
2320                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
2321                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
2322               const SCEV *StartVal =
2323                 getSCEV(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
2324               const SCEV *PHISCEV =
2325                 getAddRecExpr(StartVal, Accum, L);
2326
2327               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2328               // to be symbolic.  We now need to go back and update all of the
2329               // entries for the scalars that use the PHI (except for the PHI
2330               // itself) to use the new analyzed value instead of the "symbolic"
2331               // value.
2332               ReplaceSymbolicValueWithConcrete(PN, SymbolicName, PHISCEV);
2333               return PHISCEV;
2334             }
2335           }
2336         } else if (const SCEVAddRecExpr *AddRec =
2337                      dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
2338           // Otherwise, this could be a loop like this:
2339           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
2340           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
2341           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
2342           // i really is an addrec evolution.
2343           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
2344             const SCEV* StartVal = getSCEV(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
2345
2346             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
2347             // initial step of the addrec evolution.
2348             if (StartVal == getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
2349                                             AddRec->getOperand(1))) {
2350               const SCEV* PHISCEV =
2351                  getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1), L);
2352
2353               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2354               // to be symbolic.  We now need to go back and update all of the
2355               // entries for the scalars that use the PHI (except for the PHI
2356               // itself) to use the new analyzed value instead of the "symbolic"
2357               // value.
2358               ReplaceSymbolicValueWithConcrete(PN, SymbolicName, PHISCEV);
2359               return PHISCEV;
2360             }
2361           }
2362         }
2363
2364         return SymbolicName;
2365       }
2366
2367   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
2368   return getUnknown(PN);
2369 }
2370
2371 /// createNodeForGEP - Expand GEP instructions into add and multiply
2372 /// operations. This allows them to be analyzed by regular SCEV code.
2373 ///
2374 const SCEV* ScalarEvolution::createNodeForGEP(User *GEP) {
2375
2376   const Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType();
2377   Value *Base = GEP->getOperand(0);
2378   // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
2379   if (!cast<PointerType>(Base->getType())->getElementType()->isSized())
2380     return getUnknown(GEP);
2381   const SCEV* TotalOffset = getIntegerSCEV(0, IntPtrTy);
2382   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
2383   for (GetElementPtrInst::op_iterator I = next(GEP->op_begin()),
2384                                       E = GEP->op_end();
2385        I != E; ++I) {
2386     Value *Index = *I;
2387     // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
2388     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
2389       // For a struct, add the member offset.
2390       const StructLayout &SL = *TD->getStructLayout(STy);
2391       unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
2392       uint64_t Offset = SL.getElementOffset(FieldNo);
2393       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset,
2394                                   getIntegerSCEV(Offset, IntPtrTy));
2395     } else {
2396       // For an array, add the element offset, explicitly scaled.
2397       const SCEV* LocalOffset = getSCEV(Index);
2398       if (!isa<PointerType>(LocalOffset->getType()))
2399         // Getelementptr indicies are signed.
2400         LocalOffset = getTruncateOrSignExtend(LocalOffset,
2401                                               IntPtrTy);
2402       LocalOffset =
2403         getMulExpr(LocalOffset,
2404                    getIntegerSCEV(TD->getTypeAllocSize(*GTI),
2405                                   IntPtrTy));
2406       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, LocalOffset);
2407     }
2408   }
2409   return getAddExpr(getSCEV(Base), TotalOffset);
2410 }
2411
2412 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
2413 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
2414 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
2415 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
2416 uint32_t
2417 ScalarEvolution::GetMinTrailingZeros(const SCEV* S) {
2418   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
2419     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
2420
2421   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
2422     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand()),
2423                     (uint32_t)getTypeSizeInBits(T->getType()));
2424
2425   if (const SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
2426     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
2427     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2428              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2429   }
2430
2431   if (const SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
2432     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
2433     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2434              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2435   }
2436
2437   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2438     // The result is the min of all operands results.
2439     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2440     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2441       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2442     return MinOpRes;
2443   }
2444
2445   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2446     // The result is the sum of all operands results.
2447     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2448     uint32_t BitWidth = getTypeSizeInBits(M->getType());
2449     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
2450          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
2451       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)),
2452                           BitWidth);
2453     return SumOpRes;
2454   }
2455
2456   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2457     // The result is the min of all operands results.
2458     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2459     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2460       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2461     return MinOpRes;
2462   }
2463
2464   if (const SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
2465     // The result is the min of all operands results.
2466     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2467     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2468       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2469     return MinOpRes;
2470   }
2471
2472   if (const SCEVUMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
2473     // The result is the min of all operands results.
2474     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2475     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2476       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2477     return MinOpRes;
2478   }
2479
2480   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
2481     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
2482     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
2483     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
2484     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
2485     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones);
2486     return Zeros.countTrailingOnes();
2487   }
2488
2489   // SCEVUDivExpr
2490   return 0;
2491 }
2492
2493 uint32_t
2494 ScalarEvolution::GetMinLeadingZeros(const SCEV* S) {
2495   // TODO: Handle other SCEV expression types here.
2496
2497   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
2498     return C->getValue()->getValue().countLeadingZeros();
2499
2500   if (const SCEVZeroExtendExpr *C = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
2501     // A zero-extension cast adds zero bits.
2502     return GetMinLeadingZeros(C->getOperand()) +
2503            (getTypeSizeInBits(C->getType()) -
2504             getTypeSizeInBits(C->getOperand()->getType()));
2505   }
2506
2507   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
2508     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
2509     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
2510     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
2511     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
2512     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones, TD);
2513     return Zeros.countLeadingOnes();
2514   }
2515
2516   return 1;
2517 }
2518
2519 uint32_t
2520 ScalarEvolution::GetMinSignBits(const SCEV* S) {
2521   // TODO: Handle other SCEV expression types here.
2522
2523   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
2524     const APInt &A = C->getValue()->getValue();
2525     return A.isNegative() ? A.countLeadingOnes() :
2526                             A.countLeadingZeros();
2527   }
2528
2529   if (const SCEVSignExtendExpr *C = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
2530     // A sign-extension cast adds sign bits.
2531     return GetMinSignBits(C->getOperand()) +
2532            (getTypeSizeInBits(C->getType()) -
2533             getTypeSizeInBits(C->getOperand()->getType()));
2534   }
2535
2536   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2537     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(A->getType());
2538
2539     // Special case decrementing a value (ADD X, -1):
2540     if (const SCEVConstant *CRHS = dyn_cast<SCEVConstant>(A->getOperand(0)))
2541       if (CRHS->isAllOnesValue()) {
2542         SmallVector<const SCEV *, 4> OtherOps(A->op_begin() + 1, A->op_end());
2543         const SCEV *OtherOpsAdd = getAddExpr(OtherOps);
2544         unsigned LZ = GetMinLeadingZeros(OtherOpsAdd);
2545
2546         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
2547         // sign bits set.
2548         if (LZ == BitWidth - 1)
2549           return BitWidth;
2550
2551         // If we are subtracting one from a positive number, there is no carry
2552         // out of the result.
2553         if (LZ > 0)
2554           return GetMinSignBits(OtherOpsAdd);
2555       }
2556
2557     // Add can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
2558     // is, at worst, one more bit than the inputs.
2559     unsigned Min = BitWidth;
2560     for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2561       unsigned N = GetMinSignBits(A->getOperand(i));
2562       Min = std::min(Min, N) - 1;
2563       if (Min == 0) return 1;
2564     }
2565     return 1;
2566   }
2567
2568   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
2569     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
2570     return ComputeNumSignBits(U->getValue(), TD);
2571   }
2572
2573   return 1;
2574 }
2575
2576 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
2577 /// Analyze the expression.
2578 ///
2579 const SCEV* ScalarEvolution::createSCEV(Value *V) {
2580   if (!isSCEVable(V->getType()))
2581     return getUnknown(V);
2582
2583   unsigned Opcode = Instruction::UserOp1;
2584   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
2585     Opcode = I->getOpcode();
2586   else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
2587     Opcode = CE->getOpcode();
2588   else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
2589     return getConstant(CI);
2590   else if (isa<ConstantPointerNull>(V))
2591     return getIntegerSCEV(0, V->getType());
2592   else if (isa<UndefValue>(V))
2593     return getIntegerSCEV(0, V->getType());
2594   else
2595     return getUnknown(V);
2596
2597   User *U = cast<User>(V);
2598   switch (Opcode) {
2599   case Instruction::Add:
2600     return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
2601                       getSCEV(U->getOperand(1)));
2602   case Instruction::Mul:
2603     return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
2604                       getSCEV(U->getOperand(1)));
2605   case Instruction::UDiv:
2606     return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
2607                        getSCEV(U->getOperand(1)));
2608   case Instruction::Sub:
2609     return getMinusSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)),
2610                         getSCEV(U->getOperand(1)));
2611   case Instruction::And:
2612     // For an expression like x&255 that merely masks off the high bits,
2613     // use zext(trunc(x)) as the SCEV expression.
2614     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
2615       if (CI->isNullValue())
2616         return getSCEV(U->getOperand(1));
2617       if (CI->isAllOnesValue())
2618         return getSCEV(U->getOperand(0));
2619       const APInt &A = CI->getValue();
2620
2621       // Instcombine's ShrinkDemandedConstant may strip bits out of
2622       // constants, obscuring what would otherwise be a low-bits mask.
2623       // Use ComputeMaskedBits to compute what ShrinkDemandedConstant
2624       // knew about to reconstruct a low-bits mask value.
2625       unsigned LZ = A.countLeadingZeros();
2626       unsigned BitWidth = A.getBitWidth();
2627       APInt AllOnes = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
2628       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
2629       ComputeMaskedBits(U->getOperand(0), AllOnes, KnownZero, KnownOne, TD);
2630
2631       APInt EffectiveMask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, BitWidth - LZ);
2632
2633       if (LZ != 0 && !((~A & ~KnownZero) & EffectiveMask))
2634         return
2635           getZeroExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
2636                                             IntegerType::get(BitWidth - LZ)),
2637                             U->getType());
2638     }
2639     break;
2640
2641   case Instruction::Or:
2642     // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
2643     // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
2644     // optimizations will transparently handle this case.
2645     //
2646     // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
2647     // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
2648     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
2649       const SCEV* LHS = getSCEV(U->getOperand(0));
2650       const APInt &CIVal = CI->getValue();
2651       if (GetMinTrailingZeros(LHS) >=
2652           (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros()))
2653         return getAddExpr(LHS, getSCEV(U->getOperand(1)));
2654     }
2655     break;
2656   case Instruction::Xor:
2657     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
2658       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
2659       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
2660       if (CI->getValue().isSignBit())
2661         return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
2662                           getSCEV(U->getOperand(1)));
2663
2664       // If the RHS of xor is -1, then this is a not operation.
2665       if (CI->isAllOnesValue())
2666         return getNotSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)));
2667
2668       // Model xor(and(x, C), C) as and(~x, C), if C is a low-bits mask.
2669       // This is a variant of the check for xor with -1, and it handles
2670       // the case where instcombine has trimmed non-demanded bits out
2671       // of an xor with -1.
2672       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U->getOperand(0)))
2673         if (ConstantInt *LCI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
2674           if (BO->getOpcode() == Instruction::And &&
2675               LCI->getValue() == CI->getValue())
2676             if (const SCEVZeroExtendExpr *Z =
2677                   dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(getSCEV(U->getOperand(0)))) {
2678               const Type *UTy = U->getType();
2679               const SCEV* Z0 = Z->getOperand();
2680               const Type *Z0Ty = Z0->getType();
2681               unsigned Z0TySize = getTypeSizeInBits(Z0Ty);
2682
2683               // If C is a low-bits mask, the zero extend is zerving to
2684               // mask off the high bits. Complement the operand and
2685               // re-apply the zext.
2686               if (APIntOps::isMask(Z0TySize, CI->getValue()))
2687                 return getZeroExtendExpr(getNotSCEV(Z0), UTy);
2688
2689               // If C is a single bit, it may be in the sign-bit position
2690               // before the zero-extend. In this case, represent the xor
2691               // using an add, which is equivalent, and re-apply the zext.
2692               APInt Trunc = APInt(CI->getValue()).trunc(Z0TySize);
2693               if (APInt(Trunc).zext(getTypeSizeInBits(UTy)) == CI->getValue() &&
2694                   Trunc.isSignBit())
2695                 return getZeroExtendExpr(getAddExpr(Z0, getConstant(Trunc)),
2696                                          UTy);
2697             }
2698     }
2699     break;
2700
2701   case Instruction::Shl:
2702     // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
2703     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
2704       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth();
2705       Constant *X = ConstantInt::get(
2706         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getLimitedValue(BitWidth)));
2707       return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
2708     }
2709     break;
2710
2711   case Instruction::LShr:
2712     // Turn logical shift right of a constant into a unsigned divide.
2713     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
2714       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth();
2715       Constant *X = ConstantInt::get(
2716         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getLimitedValue(BitWidth)));
2717       return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
2718     }
2719     break;
2720
2721   case Instruction::AShr:
2722     // For a two-shift sext-inreg, use sext(trunc(x)) as the SCEV expression.
2723     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
2724       if (Instruction *L = dyn_cast<Instruction>(U->getOperand(0)))
2725         if (L->getOpcode() == Instruction::Shl &&
2726             L->getOperand(1) == U->getOperand(1)) {
2727           unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
2728           uint64_t Amt = BitWidth - CI->getZExtValue();
2729           if (Amt == BitWidth)
2730             return getSCEV(L->getOperand(0));       // shift by zero --> noop
2731           if (Amt > BitWidth)
2732             return getIntegerSCEV(0, U->getType()); // value is undefined
2733           return
2734             getSignExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(L->getOperand(0)),
2735                                                       IntegerType::get(Amt)),
2736                                  U->getType());
2737         }
2738     break;
2739
2740   case Instruction::Trunc:
2741     return getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
2742
2743   case Instruction::ZExt:
2744     return getZeroExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
2745
2746   case Instruction::SExt:
2747     return getSignExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
2748
2749   case Instruction::BitCast:
2750     // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
2751     if (isSCEVable(U->getType()) && isSCEVable(U->getOperand(0)->getType()))
2752       return getSCEV(U->getOperand(0));
2753     break;
2754
2755   case Instruction::IntToPtr:
2756     if (!TD) break; // Without TD we can't analyze pointers.
2757     return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(U->getOperand(0)),
2758                                    TD->getIntPtrType());
2759
2760   case Instruction::PtrToInt:
2761     if (!TD) break; // Without TD we can't analyze pointers.
2762     return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(U->getOperand(0)),
2763                                    U->getType());
2764
2765   case Instruction::GetElementPtr:
2766     if (!TD) break; // Without TD we can't analyze pointers.
2767     return createNodeForGEP(U);
2768
2769   case Instruction::PHI:
2770     return createNodeForPHI(cast<PHINode>(U));
2771
2772   case Instruction::Select:
2773     // This could be a smax or umax that was lowered earlier.
2774     // Try to recover it.
2775     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U->getOperand(0))) {
2776       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
2777       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
2778       switch (ICI->getPredicate()) {
2779       case ICmpInst::ICMP_SLT:
2780       case ICmpInst::ICMP_SLE:
2781         std::swap(LHS, RHS);
2782         // fall through
2783       case ICmpInst::ICMP_SGT:
2784       case ICmpInst::ICMP_SGE:
2785         if (LHS == U->getOperand(1) && RHS == U->getOperand(2))
2786           return getSMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
2787         else if (LHS == U->getOperand(2) && RHS == U->getOperand(1))
2788           return getSMinExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
2789         break;
2790       case ICmpInst::ICMP_ULT:
2791       case ICmpInst::ICMP_ULE:
2792         std::swap(LHS, RHS);
2793         // fall through
2794       case ICmpInst::ICMP_UGT:
2795       case ICmpInst::ICMP_UGE:
2796         if (LHS == U->getOperand(1) && RHS == U->getOperand(2))
2797           return getUMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
2798         else if (LHS == U->getOperand(2) && RHS == U->getOperand(1))
2799           return getUMinExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
2800         break;
2801       case ICmpInst::ICMP_NE:
2802         // n != 0 ? n : 1  ->  umax(n, 1)
2803         if (LHS == U->getOperand(1) &&
2804             isa<ConstantInt>(U->getOperand(2)) &&
2805             cast<ConstantInt>(U->getOperand(2))->isOne() &&
2806             isa<ConstantInt>(RHS) &&
2807             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero())
2808           return getUMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(U->getOperand(2)));
2809         break;
2810       case ICmpInst::ICMP_EQ:
2811         // n == 0 ? 1 : n  ->  umax(n, 1)
2812         if (LHS == U->getOperand(2) &&
2813             isa<ConstantInt>(U->getOperand(1)) &&
2814             cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))->isOne() &&
2815             isa<ConstantInt>(RHS) &&
2816             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero())
2817           return getUMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(U->getOperand(1)));
2818         break;
2819       default:
2820         break;
2821       }
2822     }
2823
2824   default: // We cannot analyze this expression.
2825     break;
2826   }
2827
2828   return getUnknown(V);
2829 }
2830
2831
2832
2833 //===----------------------------------------------------------------------===//
2834 //                   Iteration Count Computation Code
2835 //
2836
2837 /// getBackedgeTakenCount - If the specified loop has a predictable
2838 /// backedge-taken count, return it, otherwise return a SCEVCouldNotCompute
2839 /// object. The backedge-taken count is the number of times the loop header
2840 /// will be branched to from within the loop. This is one less than the
2841 /// trip count of the loop, since it doesn't count the first iteration,
2842 /// when the header is branched to from outside the loop.
2843 ///
2844 /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
2845 /// loop-invariant backedge-taken count (see
2846 /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
2847 ///
2848 const SCEV* ScalarEvolution::getBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
2849   return getBackedgeTakenInfo(L).Exact;
2850 }
2851
2852 /// getMaxBackedgeTakenCount - Similar to getBackedgeTakenCount, except
2853 /// return the least SCEV value that is known never to be less than the
2854 /// actual backedge taken count.
2855 const SCEV* ScalarEvolution::getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
2856   return getBackedgeTakenInfo(L).Max;
2857 }
2858
2859 const ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo &
2860 ScalarEvolution::getBackedgeTakenInfo(const Loop *L) {
2861   // Initially insert a CouldNotCompute for this loop. If the insertion
2862   // succeeds, procede to actually compute a backedge-taken count and
2863   // update the value. The temporary CouldNotCompute value tells SCEV
2864   // code elsewhere that it shouldn't attempt to request a new
2865   // backedge-taken count, which could result in infinite recursion.
2866   std::pair<std::map<const Loop*, BackedgeTakenInfo>::iterator, bool> Pair =
2867     BackedgeTakenCounts.insert(std::make_pair(L, getCouldNotCompute()));
2868   if (Pair.second) {
2869     BackedgeTakenInfo ItCount = ComputeBackedgeTakenCount(L);
2870     if (ItCount.Exact != getCouldNotCompute()) {
2871       assert(ItCount.Exact->isLoopInvariant(L) &&
2872              ItCount.Max->isLoopInvariant(L) &&
2873              "Computed trip count isn't loop invariant for loop!");
2874       ++NumTripCountsComputed;
2875
2876       // Update the value in the map.
2877       Pair.first->second = ItCount;
2878     } else {
2879       if (ItCount.Max != getCouldNotCompute())
2880         // Update the value in the map.
2881         Pair.first->second = ItCount;
2882       if (isa<PHINode>(L->getHeader()->begin()))
2883         // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
2884         ++NumTripCountsNotComputed;
2885     }
2886
2887     // Now that we know more about the trip count for this loop, forget any
2888     // existing SCEV values for PHI nodes in this loop since they are only
2889     // conservative estimates made without the benefit
2890     // of trip count information.
2891     if (ItCount.hasAnyInfo())
2892       forgetLoopPHIs(L);
2893   }
2894   return Pair.first->second;
2895 }
2896
2897 /// forgetLoopBackedgeTakenCount - This method should be called by the
2898 /// client when it has changed a loop in a way that may effect
2899 /// ScalarEvolution's ability to compute a trip count, or if the loop
2900 /// is deleted.
2901 void ScalarEvolution::forgetLoopBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
2902   BackedgeTakenCounts.erase(L);
2903   forgetLoopPHIs(L);
2904 }
2905
2906 /// forgetLoopPHIs - Delete the memoized SCEVs associated with the
2907 /// PHI nodes in the given loop. This is used when the trip count of
2908 /// the loop may have changed.
2909 void ScalarEvolution::forgetLoopPHIs(const Loop *L) {
2910   BasicBlock *Header = L->getHeader();
2911
2912   // Push all Loop-header PHIs onto the Worklist stack, except those
2913   // that are presently represented via a SCEVUnknown. SCEVUnknown for
2914   // a PHI either means that it has an unrecognized structure, or it's
2915   // a PHI that's in the progress of being computed by createNodeForPHI.
2916   // In the former case, additional loop trip count information isn't
2917   // going to change anything. In the later case, createNodeForPHI will
2918   // perform the necessary updates on its own when it gets to that point.
2919   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
2920   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
2921        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
2922     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV*>::iterator It =
2923       Scalars.find((Value*)I);
2924     if (It != Scalars.end() && !isa<SCEVUnknown>(It->second))
2925       Worklist.push_back(PN);
2926   }
2927
2928   while (!Worklist.empty()) {
2929     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
2930     if (Scalars.erase(I))
2931       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
2932            UI != UE; ++UI)
2933         Worklist.push_back(cast<Instruction>(UI));
2934   }
2935 }
2936
2937 /// ComputeBackedgeTakenCount - Compute the number of times the backedge
2938 /// of the specified loop will execute.
2939 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
2940 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
2941   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
2942   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
2943
2944   // Examine all exits and pick the most conservative values.
2945   const SCEV* BECount = getCouldNotCompute();
2946   const SCEV* MaxBECount = getCouldNotCompute();
2947   bool CouldNotComputeBECount = false;
2948   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
2949     BackedgeTakenInfo NewBTI =
2950       ComputeBackedgeTakenCountFromExit(L, ExitingBlocks[i]);
2951
2952     if (NewBTI.Exact == getCouldNotCompute()) {
2953       // We couldn't compute an exact value for this exit, so
2954       // we won't be able to compute an exact value for the loop.
2955       CouldNotComputeBECount = true;
2956       BECount = getCouldNotCompute();
2957     } else if (!CouldNotComputeBECount) {
2958       if (BECount == getCouldNotCompute())
2959         BECount = NewBTI.Exact;
2960       else
2961         BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BECount, NewBTI.Exact);
2962     }
2963     if (MaxBECount == getCouldNotCompute())
2964       MaxBECount = NewBTI.Max;
2965     else if (NewBTI.Max != getCouldNotCompute())
2966       MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(MaxBECount, NewBTI.Max);
2967   }
2968
2969   return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
2970 }
2971
2972 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExit - Compute the number of times the backedge
2973 /// of the specified loop will execute if it exits via the specified block.
2974 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
2975 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExit(const Loop *L,
2976                                                    BasicBlock *ExitingBlock) {
2977
2978   // Okay, we've chosen an exiting block.  See what condition causes us to
2979   // exit at this block.
2980   //
2981   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
2982   BranchInst *ExitBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
2983   if (ExitBr == 0) return getCouldNotCompute();
2984   assert(ExitBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
2985
2986   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
2987   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
2988   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
2989   // not be equal to the trip count of the loop.
2990   //
2991   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
2992   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
2993   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
2994   // loop header.  This is common for un-rotated loops.
2995   //
2996   // If both of those tests fail, walk up the unique predecessor chain to the
2997   // header, stopping if there is an edge that doesn't exit the loop. If the
2998   // header is reached, the execution count of the branch will be equal to the
2999   // trip count of the loop.
3000   //
3001   //  More extensive analysis could be done to handle more cases here.
3002   //
3003   if (ExitBr->getSuccessor(0) != L->getHeader() &&
3004       ExitBr->getSuccessor(1) != L->getHeader() &&
3005       ExitBr->getParent() != L->getHeader()) {
3006     // The simple checks failed, try climbing the unique predecessor chain
3007     // up to the header.
3008     bool Ok = false;
3009     for (BasicBlock *BB = ExitBr->getParent(); BB; ) {
3010       BasicBlock *Pred = BB->getUniquePredecessor();
3011       if (!Pred)
3012         return getCouldNotCompute();
3013       TerminatorInst *PredTerm = Pred->getTerminator();
3014       for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
3015         BasicBlock *PredSucc = PredTerm->getSuccessor(i);
3016         if (PredSucc == BB)
3017           continue;
3018         // If the predecessor has a successor that isn't BB and isn't
3019         // outside the loop, assume the worst.
3020         if (L->contains(PredSucc))
3021           return getCouldNotCompute();
3022       }
3023       if (Pred == L->getHeader()) {
3024         Ok = true;
3025         break;
3026       }
3027       BB = Pred;
3028     }
3029     if (!Ok)
3030       return getCouldNotCompute();
3031   }
3032
3033   // Procede to the next level to examine the exit condition expression.
3034   return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, ExitBr->getCondition(),
3035                                                ExitBr->getSuccessor(0),
3036                                                ExitBr->getSuccessor(1));
3037 }
3038
3039 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond - Compute the number of times the
3040 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
3041 /// were a conditional branch of ExitCond, TBB, and FBB.
3042 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3043 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(const Loop *L,
3044                                                        Value *ExitCond,
3045                                                        BasicBlock *TBB,
3046                                                        BasicBlock *FBB) {
3047   // Check if the controlling expression for this loop is an And or Or.
3048   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(ExitCond)) {
3049     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
3050       // Recurse on the operands of the and.
3051       BackedgeTakenInfo BTI0 =
3052         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
3053       BackedgeTakenInfo BTI1 =
3054         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
3055       const SCEV* BECount = getCouldNotCompute();
3056       const SCEV* MaxBECount = getCouldNotCompute();
3057       if (L->contains(TBB)) {
3058         // Both conditions must be true for the loop to continue executing.
3059         // Choose the less conservative count.
3060         if (BTI0.Exact == getCouldNotCompute() ||
3061             BTI1.Exact == getCouldNotCompute())
3062           BECount = getCouldNotCompute();
3063         else
3064           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3065         if (BTI0.Max == getCouldNotCompute())
3066           MaxBECount = BTI1.Max;
3067         else if (BTI1.Max == getCouldNotCompute())
3068           MaxBECount = BTI0.Max;
3069         else
3070           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3071       } else {
3072         // Both conditions must be true for the loop to exit.
3073         assert(L->contains(FBB) && "Loop block has no successor in loop!");
3074         if (BTI0.Exact != getCouldNotCompute() &&
3075             BTI1.Exact != getCouldNotCompute())
3076           BECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3077         if (BTI0.Max != getCouldNotCompute() &&
3078             BTI1.Max != getCouldNotCompute())
3079           MaxBECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3080       }
3081
3082       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3083     }
3084     if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
3085       // Recurse on the operands of the or.
3086       BackedgeTakenInfo BTI0 =
3087         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
3088       BackedgeTakenInfo BTI1 =
3089         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
3090       const SCEV* BECount = getCouldNotCompute();
3091       const SCEV* MaxBECount = getCouldNotCompute();
3092       if (L->contains(FBB)) {
3093         // Both conditions must be false for the loop to continue executing.
3094         // Choose the less conservative count.
3095         if (BTI0.Exact == getCouldNotCompute() ||
3096             BTI1.Exact == getCouldNotCompute())
3097           BECount = getCouldNotCompute();
3098         else
3099           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3100         if (BTI0.Max == getCouldNotCompute())
3101           MaxBECount = BTI1.Max;
3102         else if (BTI1.Max == getCouldNotCompute())
3103           MaxBECount = BTI0.Max;
3104         else
3105           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3106       } else {
3107         // Both conditions must be false for the loop to exit.
3108         assert(L->contains(TBB) && "Loop block has no successor in loop!");
3109         if (BTI0.Exact != getCouldNotCompute() &&
3110             BTI1.Exact != getCouldNotCompute())
3111           BECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3112         if (BTI0.Max != getCouldNotCompute() &&
3113             BTI1.Max != getCouldNotCompute())
3114           MaxBECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3115       }
3116
3117       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3118     }
3119   }
3120
3121   // With an icmp, it may be feasible to compute an exact backedge-taken count.
3122   // Procede to the next level to examine the icmp.
3123   if (ICmpInst *ExitCondICmp = dyn_cast<ICmpInst>(ExitCond))
3124     return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(L, ExitCondICmp, TBB, FBB);
3125
3126   // If it's not an integer or pointer comparison then compute it the hard way.
3127   return ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
3128 }
3129
3130 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp - Compute the number of times the
3131 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
3132 /// were a conditional branch of the ICmpInst ExitCond, TBB, and FBB.
3133 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3134 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(const Loop *L,
3135                                                            ICmpInst *ExitCond,
3136                                                            BasicBlock *TBB,
3137                                                            BasicBlock *FBB) {
3138
3139   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
3140   ICmpInst::Predicate Cond;
3141   if (!L->contains(FBB))
3142     Cond = ExitCond->getPredicate();
3143   else
3144     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
3145
3146   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
3147   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
3148     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
3149       const SCEV* ItCnt =
3150         ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(LI, RHS, L, Cond);
3151       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(ItCnt)) {
3152         unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(ItCnt->getType());
3153         return BackedgeTakenInfo(ItCnt,
3154                                  isa<SCEVConstant>(ItCnt) ? ItCnt :
3155                                    getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth)-1));
3156       }
3157     }
3158
3159   const SCEV* LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
3160   const SCEV* RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
3161
3162   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
3163   LHS = getSCEVAtScope(LHS, L);
3164   RHS = getSCEVAtScope(RHS, L);
3165
3166   // At this point, we would like to compute how many iterations of the
3167   // loop the predicate will return true for these inputs.
3168   if (LHS->isLoopInvariant(L) && !RHS->isLoopInvariant(L)) {
3169     // If there is a loop-invariant, force it into the RHS.
3170     std::swap(LHS, RHS);
3171     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
3172   }
3173
3174   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
3175   // ranges to answer this query.
3176   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
3177     if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
3178       if (AddRec->getLoop() == L) {
3179         // Form the constant range.
3180         ConstantRange CompRange(
3181             ICmpInst::makeConstantRange(Cond, RHSC->getValue()->getValue()));
3182
3183         const SCEV* Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, *this);
3184         if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
3185       }
3186
3187   switch (Cond) {
3188   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
3189     // Convert to: while (X-Y != 0)
3190     const SCEV* TC = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
3191     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
3192     break;
3193   }
3194   case ICmpInst::ICMP_EQ: {
3195     // Convert to: while (X-Y == 0)           // while (X == Y)
3196     const SCEV* TC = HowFarToNonZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
3197     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
3198     break;
3199   }
3200   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
3201     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, true);
3202     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3203     break;
3204   }
3205   case ICmpInst::ICMP_SGT: {
3206     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
3207                                              getNotSCEV(RHS), L, true);
3208     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3209     break;
3210   }
3211   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
3212     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, false);
3213     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3214     break;
3215   }
3216   case ICmpInst::ICMP_UGT: {
3217     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
3218                                              getNotSCEV(RHS), L, false);
3219     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3220     break;
3221   }
3222   default:
3223 #if 0
3224     errs() << "ComputeBackedgeTakenCount ";
3225     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
3226       errs() << "[unsigned] ";
3227     errs() << *LHS << "   "
3228          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp)
3229          << "   " << *RHS << "\n";
3230 #endif
3231     break;
3232   }
3233   return
3234     ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
3235 }
3236
3237 static ConstantInt *
3238 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
3239                                 ScalarEvolution &SE) {
3240   const SCEV* InVal = SE.getConstant(C);
3241   const SCEV* Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
3242   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
3243          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
3244   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
3245 }
3246
3247 /// GetAddressedElementFromGlobal - Given a global variable with an initializer
3248 /// and a GEP expression (missing the pointer index) indexing into it, return
3249 /// the addressed element of the initializer or null if the index expression is
3250 /// invalid.
3251 static Constant *
3252 GetAddressedElementFromGlobal(GlobalVariable *GV,
3253                               const std::vector<ConstantInt*> &Indices) {
3254   Constant *Init = GV->getInitializer();
3255   for (unsigned i = 0, e = Indices.size(); i != e; ++i) {
3256     uint64_t Idx = Indices[i]->getZExtValue();
3257     if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Init)) {
3258       assert(Idx < CS->getNumOperands() && "Bad struct index!");
3259       Init = cast<Constant>(CS->getOperand(Idx));
3260     } else if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Init)) {
3261       if (Idx >= CA->getNumOperands()) return 0;  // Bogus program
3262       Init = cast<Constant>(CA->getOperand(Idx));
3263     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
3264       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
3265         assert(Idx < STy->getNumElements() && "Bad struct index!");
3266         Init = Constant::getNullValue(STy->getElementType(Idx));
3267       } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Init->getType())) {
3268         if (Idx >= ATy->getNumElements()) return 0;  // Bogus program
3269         Init = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
3270       } else {
3271         assert(0 && "Unknown constant aggregate type!");
3272       }
3273       return 0;
3274     } else {
3275       return 0; // Unknown initializer type
3276     }
3277   }
3278   return Init;
3279 }
3280
3281 /// ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount - Given an exit condition of
3282 /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the backedge
3283 /// execution count.
3284 const SCEV *
3285 ScalarEvolution::ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(
3286                                                 LoadInst *LI,
3287                                                 Constant *RHS,
3288                                                 const Loop *L,
3289                                                 ICmpInst::Predicate predicate) {
3290   if (LI->isVolatile()) return getCouldNotCompute();
3291
3292   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
3293   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
3294   if (!GEP) return getCouldNotCompute();
3295
3296   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
3297   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
3298   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
3299   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer() ||
3300       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
3301       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
3302     return getCouldNotCompute();
3303
3304   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
3305   Value *VarIdx = 0;
3306   std::vector<ConstantInt*> Indexes;
3307   unsigned VarIdxNum = 0;
3308   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
3309     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
3310       Indexes.push_back(CI);
3311     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
3312       if (VarIdx) return getCouldNotCompute();  // Multiple non-constant idx's.
3313       VarIdx = GEP->getOperand(i);
3314       VarIdxNum = i-2;
3315       Indexes.push_back(0);
3316     }
3317
3318   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
3319   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
3320   const SCEV* Idx = getSCEV(VarIdx);
3321   Idx = getSCEVAtScope(Idx, L);
3322
3323   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
3324   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
3325   const SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
3326   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || IdxExpr->isLoopInvariant(L) ||
3327       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
3328       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
3329     return getCouldNotCompute();
3330
3331   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
3332   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
3333     ConstantInt *ItCst =
3334       ConstantInt::get(cast<IntegerType>(IdxExpr->getType()), IterationNum);
3335     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, *this);
3336
3337     // Form the GEP offset.
3338     Indexes[VarIdxNum] = Val;
3339
3340     Constant *Result = GetAddressedElementFromGlobal(GV, Indexes);
3341     if (Result == 0) break;  // Cannot compute!
3342
3343     // Evaluate the condition for this iteration.
3344     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
3345     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
3346     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
3347 #if 0
3348       errs() << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
3349              << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
3350              << "***\n";
3351 #endif
3352       ++NumArrayLenItCounts;
3353       return getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
3354     }
3355   }
3356   return getCouldNotCompute();
3357 }
3358
3359
3360 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
3361 /// specified type, assuming that all operands were constants.
3362 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
3363   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
3364       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I))
3365     return true;
3366
3367   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
3368     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
3369       return canConstantFoldCallTo(F);
3370   return false;
3371 }
3372
3373 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
3374 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
3375 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
3376 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
3377 /// constraints, return null.
3378 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
3379   // If this is not an instruction, or if this is an instruction outside of the
3380   // loop, it can't be derived from a loop PHI.
3381   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
3382   if (I == 0 || !L->contains(I->getParent())) return 0;
3383
3384   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
3385     if (L->getHeader() == I->getParent())
3386       return PN;
3387     else
3388       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
3389       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
3390       return 0;
3391   }
3392
3393   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
3394   // are constants, return early.
3395   if (!CanConstantFold(I)) return 0;
3396
3397   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
3398   // constant or derived from a PHI node themselves.
3399   PHINode *PHI = 0;
3400   for (unsigned Op = 0, e = I->getNumOperands(); Op != e; ++Op)
3401     if (!(isa<Constant>(I->getOperand(Op)) ||
3402           isa<GlobalValue>(I->getOperand(Op)))) {
3403       PHINode *P = getConstantEvolvingPHI(I->getOperand(Op), L);
3404       if (P == 0) return 0;  // Not evolving from PHI
3405       if (PHI == 0)
3406         PHI = P;
3407       else if (PHI != P)
3408         return 0;  // Evolving from multiple different PHIs.
3409     }
3410
3411   // This is a expression evolving from a constant PHI!
3412   return PHI;
3413 }
3414
3415 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
3416 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
3417 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
3418 /// reason, return null.
3419 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, Constant *PHIVal) {
3420   if (isa<PHINode>(V)) return PHIVal;
3421   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
3422   if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V)) return GV;
3423   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
3424   LLVMContext *Context = I->getParent()->getContext();
3425
3426   std::vector<Constant*> Operands;
3427   Operands.resize(I->getNumOperands());
3428
3429   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3430     Operands[i] = EvaluateExpression(I->getOperand(i), PHIVal);
3431     if (Operands[i] == 0) return 0;
3432   }
3433
3434   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
3435     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
3436                                            &Operands[0], Operands.size(),
3437                                            Context);
3438   else
3439     return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
3440                                     &Operands[0], Operands.size(),
3441                                     Context);
3442 }
3443
3444 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
3445 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
3446 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
3447 /// involving constants, fold it.
3448 Constant *
3449 ScalarEvolution::getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN,
3450                                                    const APInt& BEs,
3451                                                    const Loop *L) {
3452   std::map<PHINode*, Constant*>::iterator I =
3453     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
3454   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
3455     return I->second;
3456
3457   if (BEs.ugt(APInt(BEs.getBitWidth(),MaxBruteForceIterations)))
3458     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = 0;  // Not going to evaluate it.
3459
3460   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
3461
3462   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
3463   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
3464   // second must be derived from the same PHI.
3465   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
3466   Constant *StartCST =
3467     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
3468   if (StartCST == 0)
3469     return RetVal = 0;  // Must be a constant.
3470
3471   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
3472   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
3473   if (PN2 != PN)
3474     return RetVal = 0;  // Not derived from same PHI.
3475
3476   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
3477   if (BEs.getActiveBits() >= 32)
3478     return RetVal = 0; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
3479
3480   unsigned NumIterations = BEs.getZExtValue(); // must be in range
3481   unsigned IterationNum = 0;
3482   for (Constant *PHIVal = StartCST; ; ++IterationNum) {
3483     if (IterationNum == NumIterations)
3484       return RetVal = PHIVal;  // Got exit value!
3485
3486     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
3487     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
3488     if (NextPHI == PHIVal)
3489       return RetVal = NextPHI;  // Stopped evolving!
3490     if (NextPHI == 0)
3491       return 0;        // Couldn't evaluate!
3492     PHIVal = NextPHI;
3493   }
3494 }
3495
3496 /// ComputeBackedgeTakenCountExhaustively - If the trip is known to execute a
3497 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
3498 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
3499 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
3500 /// evaluate the trip count of the loop, return getCouldNotCompute().
3501 const SCEV *
3502 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(const Loop *L,
3503                                                        Value *Cond,
3504                                                        bool ExitWhen) {
3505   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
3506   if (PN == 0) return getCouldNotCompute();
3507
3508   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
3509   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
3510   // second must be derived from the same PHI.
3511   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
3512   Constant *StartCST =
3513     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
3514   if (StartCST == 0) return getCouldNotCompute();  // Must be a constant.
3515
3516   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
3517   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
3518   if (PN2 != PN) return getCouldNotCompute();  // Not derived from same PHI.
3519
3520   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
3521   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
3522   // "ExitWhen".
3523   unsigned IterationNum = 0;
3524   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
3525   for (Constant *PHIVal = StartCST;
3526        IterationNum != MaxIterations; ++IterationNum) {
3527     ConstantInt *CondVal =
3528       dyn_cast_or_null<ConstantInt>(EvaluateExpression(Cond, PHIVal));
3529
3530     // Couldn't symbolically evaluate.
3531     if (!CondVal) return getCouldNotCompute();
3532
3533     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
3534       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
3535       return getConstant(Type::Int32Ty, IterationNum);
3536     }
3537
3538     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
3539     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
3540     if (NextPHI == 0 || NextPHI == PHIVal)
3541       return getCouldNotCompute();// Couldn't evaluate or not making progress...
3542     PHIVal = NextPHI;
3543   }
3544
3545   // Too many iterations were needed to evaluate.
3546   return getCouldNotCompute();
3547 }
3548
3549 /// getSCEVAtScope - Return a SCEV expression handle for the specified value
3550 /// at the specified scope in the program.  The L value specifies a loop
3551 /// nest to evaluate the expression at, where null is the top-level or a
3552 /// specified loop is immediately inside of the loop.
3553 ///
3554 /// This method can be used to compute the exit value for a variable defined
3555 /// in a loop by querying what the value will hold in the parent loop.
3556 ///
3557 /// In the case that a relevant loop exit value cannot be computed, the
3558 /// original value V is returned.
3559 const SCEV* ScalarEvolution::getSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
3560   // FIXME: this should be turned into a virtual method on SCEV!
3561
3562   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
3563
3564   // If this instruction is evolved from a constant-evolving PHI, compute the
3565   // exit value from the loop without using SCEVs.
3566   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
3567     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
3568       const Loop *LI = (*this->LI)[I->getParent()];
3569       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
3570         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3571           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
3572             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
3573             // to see if the loop that contains it has a known backedge-taken
3574             // count.  If so, we may be able to force computation of the exit
3575             // value.
3576             const SCEV* BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(LI);
3577             if (const SCEVConstant *BTCC =
3578                   dyn_cast<SCEVConstant>(BackedgeTakenCount)) {
3579               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
3580               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
3581               // the specified iteration number.
3582               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
3583                                                    BTCC->getValue()->getValue(),
3584                                                                LI);
3585               if (RV) return getSCEV(RV);
3586             }
3587           }
3588
3589       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
3590       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
3591       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
3592       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
3593       if (CanConstantFold(I)) {
3594         // Check to see if we've folded this instruction at this loop before.
3595         std::map<const Loop *, Constant *> &Values = ValuesAtScopes[I];
3596         std::pair<std::map<const Loop *, Constant *>::iterator, bool> Pair =
3597           Values.insert(std::make_pair(L, static_cast<Constant *>(0)));
3598         if (!Pair.second)
3599           return Pair.first->second ? &*getSCEV(Pair.first->second) : V;
3600
3601         std::vector<Constant*> Operands;
3602         Operands.reserve(I->getNumOperands());
3603         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3604           Value *Op = I->getOperand(i);
3605           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
3606             Operands.push_back(C);
3607           } else {
3608             // If any of the operands is non-constant and if they are
3609             // non-integer and non-pointer, don't even try to analyze them
3610             // with scev techniques.
3611             if (!isSCEVable(Op->getType()))
3612               return V;
3613
3614             const SCEV* OpV = getSCEVAtScope(getSCEV(Op), L);
3615             if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OpV)) {
3616               Constant *C = SC->getValue();
3617               if (C->getType() != Op->getType())
3618                 C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
3619                                                                   Op->getType(),
3620                                                                   false),
3621                                           C, Op->getType());
3622               Operands.push_back(C);
3623             } else if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(OpV)) {
3624               if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(SU->getValue())) {
3625                 if (C->getType() != Op->getType())
3626                   C =
3627                     ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
3628                                                                   Op->getType(),
3629                                                                   false),
3630                                           C, Op->getType());
3631                 Operands.push_back(C);
3632               } else
3633                 return V;
3634             } else {
3635               return V;
3636             }
3637           }
3638         }
3639
3640         Constant *C;
3641         if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
3642           C = ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
3643                                               &Operands[0], Operands.size(),
3644                                               Context);
3645         else
3646           C = ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
3647                                        &Operands[0], Operands.size(), Context);
3648         Pair.first->second = C;
3649         return getSCEV(C);
3650       }
3651     }
3652
3653     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
3654     return V;
3655   }
3656
3657   if (const SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
3658     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
3659     // expression has no loop-variant portions.
3660     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3661       const SCEV* OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
3662       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
3663         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
3664         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
3665         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Comm->op_begin(),
3666                                             Comm->op_begin()+i);
3667         NewOps.push_back(OpAtScope);
3668
3669         for (++i; i != e; ++i) {
3670           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
3671           NewOps.push_back(OpAtScope);
3672         }
3673         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
3674           return getAddExpr(NewOps);
3675         if (isa<SCEVMulExpr>(Comm))
3676           return getMulExpr(NewOps);
3677         if (isa<SCEVSMaxExpr>(Comm))
3678           return getSMaxExpr(NewOps);
3679         if (isa<SCEVUMaxExpr>(Comm))
3680           return getUMaxExpr(NewOps);
3681         assert(0 && "Unknown commutative SCEV type!");
3682       }
3683     }
3684     // If we got here, all operands are loop invariant.
3685     return Comm;
3686   }
3687
3688   if (const SCEVUDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(V)) {
3689     const SCEV* LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
3690     const SCEV* RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
3691     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
3692       return Div;   // must be loop invariant
3693     return getUDivExpr(LHS, RHS);
3694   }
3695
3696   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
3697   // are dealing with the final value computed by the loop.
3698   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
3699     if (!L || !AddRec->getLoop()->contains(L->getHeader())) {
3700       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
3701       // loop iterates.  Compute this now.
3702       const SCEV* BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
3703       if (BackedgeTakenCount == getCouldNotCompute()) return AddRec;
3704
3705       // Then, evaluate the AddRec.
3706       return AddRec->evaluateAtIteration(BackedgeTakenCount, *this);
3707     }
3708     return AddRec;
3709   }
3710
3711   if (const SCEVZeroExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(V)) {
3712     const SCEV* Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
3713     if (Op == Cast->getOperand())
3714       return Cast;  // must be loop invariant
3715     return getZeroExtendExpr(Op, Cast->getType());
3716   }
3717
3718   if (const SCEVSignExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(V)) {
3719     const SCEV* Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
3720     if (Op == Cast->getOperand())
3721       return Cast;  // must be loop invariant
3722     return getSignExtendExpr(Op, Cast->getType());
3723   }
3724
3725   if (const SCEVTruncateExpr *Cast = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(V)) {
3726     const SCEV* Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
3727     if (Op == Cast->getOperand())
3728       return Cast;  // must be loop invariant
3729     return getTruncateExpr(Op, Cast->getType());
3730   }
3731
3732   assert(0 && "Unknown SCEV type!");
3733   return 0;
3734 }
3735
3736 /// getSCEVAtScope - This is a convenience function which does
3737 /// getSCEVAtScope(getSCEV(V), L).
3738 const SCEV* ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) {
3739   return getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
3740 }
3741
3742 /// SolveLinEquationWithOverflow - Finds the minimum unsigned root of the
3743 /// following equation:
3744 ///
3745 ///     A * X = B (mod N)
3746 ///
3747 /// where N = 2^BW and BW is the common bit width of A and B. The signedness of
3748 /// A and B isn't important.
3749 ///
3750 /// If the equation does not have a solution, SCEVCouldNotCompute is returned.
3751 static const SCEV* SolveLinEquationWithOverflow(const APInt &A, const APInt &B,
3752                                                ScalarEvolution &SE) {
3753   uint32_t BW = A.getBitWidth();
3754   assert(BW == B.getBitWidth() && "Bit widths must be the same.");
3755   assert(A != 0 && "A must be non-zero.");
3756
3757   // 1. D = gcd(A, N)
3758   //
3759   // The gcd of A and N may have only one prime factor: 2. The number of
3760   // trailing zeros in A is its multiplicity
3761   uint32_t Mult2 = A.countTrailingZeros();
3762   // D = 2^Mult2
3763
3764   // 2. Check if B is divisible by D.
3765   //
3766   // B is divisible by D if and only if the multiplicity of prime factor 2 for B
3767   // is not less than multiplicity of this prime factor for D.
3768   if (B.countTrailingZeros() < Mult2)
3769     return SE.getCouldNotCompute();
3770
3771   // 3. Compute I: the multiplicative inverse of (A / D) in arithmetic
3772   // modulo (N / D).
3773   //
3774   // (N / D) may need BW+1 bits in its representation.  Hence, we'll use this
3775   // bit width during computations.
3776   APInt AD = A.lshr(Mult2).zext(BW + 1);  // AD = A / D
3777   APInt Mod(BW + 1, 0);
3778   Mod.set(BW - Mult2);  // Mod = N / D
3779   APInt I = AD.multiplicativeInverse(Mod);
3780
3781   // 4. Compute the minimum unsigned root of the equation:
3782   // I * (B / D) mod (N / D)
3783   APInt Result = (I * B.lshr(Mult2).zext(BW + 1)).urem(Mod);
3784
3785   // The result is guaranteed to be less than 2^BW so we may truncate it to BW
3786   // bits.
3787   return SE.getConstant(Result.trunc(BW));
3788 }
3789
3790 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
3791 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
3792 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
3793 ///
3794 static std::pair<const SCEV*,const SCEV*>
3795 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ScalarEvolution &SE) {
3796   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
3797   const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
3798   const SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
3799   const SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
3800
3801   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
3802   if (!LC || !MC || !NC) {
3803     const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
3804     return std::make_pair(CNC, CNC);
3805   }
3806
3807   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
3808   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
3809   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
3810   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
3811   APInt Two(BitWidth, 2);
3812   APInt Four(BitWidth, 4);
3813
3814   {
3815     using namespace APIntOps;
3816     const APInt& C = L;
3817     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
3818     // The B coefficient is M-N/2
3819     APInt B(M);
3820     B -= sdiv(N,Two);
3821
3822     // The A coefficient is N/2
3823     APInt A(N.sdiv(Two));
3824
3825     // Compute the B^2-4ac term.
3826     APInt SqrtTerm(B);
3827     SqrtTerm *= B;
3828     SqrtTerm -= Four * (A * C);
3829
3830     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
3831     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
3832     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
3833
3834     // Compute the two solutions for the quadratic formula.
3835     // The divisions must be performed as signed divisions.
3836     APInt NegB(-B);
3837     APInt TwoA( A << 1 );
3838     if (TwoA.isMinValue()) {
3839       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
3840       return std::make_pair(CNC, CNC);
3841     }
3842
3843     LLVMContext *Context = SE.getContext();
3844
3845     ConstantInt *Solution1 =
3846       Context->getConstantInt((NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
3847     ConstantInt *Solution2 =
3848       Context->getConstantInt((NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
3849
3850     return std::make_pair(SE.getConstant(Solution1),
3851                           SE.getConstant(Solution2));
3852     } // end APIntOps namespace
3853 }
3854
3855 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
3856 /// value to zero will execute.  If not computable, return CouldNotCompute.
3857 const SCEV* ScalarEvolution::HowFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
3858   // If the value is a constant
3859   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
3860     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
3861     if (C->getValue()->isZero()) return C;
3862     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
3863   }
3864
3865   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
3866   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
3867     return getCouldNotCompute();
3868
3869   if (AddRec->isAffine()) {
3870     // If this is an affine expression, the execution count of this branch is
3871     // the minimum unsigned root of the following equation:
3872     //
3873     //     Start + Step*N = 0 (mod 2^BW)
3874     //
3875     // equivalent to:
3876     //
3877     //             Step*N = -Start (mod 2^BW)
3878     //
3879     // where BW is the common bit width of Start and Step.
3880
3881     // Get the initial value for the loop.
3882     const SCEV *Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(),
3883                                        L->getParentLoop());
3884     const SCEV *Step = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(1),
3885                                       L->getParentLoop());
3886
3887     if (const SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step)) {
3888       // For now we handle only constant steps.
3889
3890       // First, handle unitary steps.
3891       if (StepC->getValue()->equalsInt(1))      // 1*N = -Start (mod 2^BW), so:
3892         return getNegativeSCEV(Start);       //   N = -Start (as unsigned)
3893       if (StepC->getValue()->isAllOnesValue())  // -1*N = -Start (mod 2^BW), so:
3894         return Start;                           //    N = Start (as unsigned)
3895
3896       // Then, try to solve the above equation provided that Start is constant.
3897       if (const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start))
3898         return SolveLinEquationWithOverflow(StepC->getValue()->getValue(),
3899                                             -StartC->getValue()->getValue(),
3900                                             *this);
3901     }
3902   } else if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isInteger()) {
3903     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
3904     // the quadratic equation to solve it.
3905     std::pair<const SCEV*,const SCEV*> Roots = SolveQuadraticEquation(AddRec,
3906                                                                     *this);
3907     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
3908     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
3909     if (R1) {
3910 #if 0
3911       errs() << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
3912              << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
3913 #endif
3914       // Pick the smallest positive root value.
3915       if (ConstantInt *CB =
3916           dyn_cast<ConstantInt>(Context->getConstantExprICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
3917                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
3918         if (CB->getZExtValue() == false)
3919           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
3920
3921         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
3922         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
3923         // should not accept a root of 2.
3924         const SCEV* Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1, *this);
3925         if (Val->isZero())
3926           return R1;  // We found a quadratic root!
3927       }
3928     }
3929   }
3930
3931   return getCouldNotCompute();
3932 }
3933
3934 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
3935 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
3936 /// CouldNotCompute
3937 const SCEV* ScalarEvolution::HowFarToNonZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
3938   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
3939   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
3940   // future as needed.
3941
3942   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
3943   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
3944   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
3945     if (!C->getValue()->isNullValue())
3946       return getIntegerSCEV(0, C->getType());
3947     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
3948   }
3949
3950   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
3951   // this, and if they did, they would already be constant folded.
3952   return getCouldNotCompute();
3953 }
3954
3955 /// getLoopPredecessor - If the given loop's header has exactly one unique
3956 /// predecessor outside the loop, return it. Otherwise return null.
3957 ///
3958 BasicBlock *ScalarEvolution::getLoopPredecessor(const Loop *L) {
3959   BasicBlock *Header = L->getHeader();
3960   BasicBlock *Pred = 0;
3961   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), E = pred_end(Header);
3962        PI != E; ++PI)
3963     if (!L->contains(*PI)) {
3964       if (Pred && Pred != *PI) return 0; // Multiple predecessors.
3965       Pred = *PI;
3966     }
3967   return Pred;
3968 }
3969
3970 /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
3971 /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
3972 /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
3973 /// found.
3974 ///
3975 BasicBlock *
3976 ScalarEvolution::getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB) {
3977   // If the block has a unique predecessor, then there is no path from the
3978   // predecessor to the block that does not go through the direct edge
3979   // from the predecessor to the block.
3980   if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor())
3981     return Pred;
3982
3983   // A loop's header is defined to be a block that dominates the loop.
3984   // If the header has a unique predecessor outside the loop, it must be
3985   // a block that has exactly one successor that can reach the loop.
3986   if (Loop *L = LI->getLoopFor(BB))
3987     return getLoopPredecessor(L);
3988
3989   return 0;
3990 }
3991
3992 /// HasSameValue - SCEV structural equivalence is usually sufficient for
3993 /// testing whether two expressions are equal, however for the purposes of
3994 /// looking for a condition guarding a loop, it can be useful to be a little
3995 /// more general, since a front-end may have replicated the controlling
3996 /// expression.
3997 ///
3998 static bool HasSameValue(const SCEV* A, const SCEV* B) {
3999   // Quick check to see if they are the same SCEV.
4000   if (A == B) return true;
4001
4002   // Otherwise, if they're both SCEVUnknown, it's possible that they hold
4003   // two different instructions with the same value. Check for this case.
4004   if (const SCEVUnknown *AU = dyn_cast<SCEVUnknown>(A))
4005     if (const SCEVUnknown *BU = dyn_cast<SCEVUnknown>(B))
4006       if (const Instruction *AI = dyn_cast<Instruction>(AU->getValue()))
4007         if (const Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(BU->getValue()))
4008           if (AI->isIdenticalTo(BI))
4009             return true;
4010
4011   // Otherwise assume they may have a different value.
4012   return false;
4013 }
4014
4015 /// isLoopGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected by
4016 /// a conditional between LHS and RHS.  This is used to help avoid max
4017 /// expressions in loop trip counts.
4018 bool ScalarEvolution::isLoopGuardedByCond(const Loop *L,
4019                                           ICmpInst::Predicate Pred,
4020                                           const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
4021   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
4022   // (interprocedural conditions notwithstanding).
4023   if (!L) return false;
4024
4025   BasicBlock *Predecessor = getLoopPredecessor(L);
4026   BasicBlock *PredecessorDest = L->getHeader();
4027
4028   // Starting at the loop predecessor, climb up the predecessor chain, as long
4029   // as there are predecessors that can be found that have unique successors
4030   // leading to the original header.
4031   for (; Predecessor;
4032        PredecessorDest = Predecessor,
4033        Predecessor = getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(Predecessor)) {
4034
4035     BranchInst *LoopEntryPredicate =
4036       dyn_cast<BranchInst>(Predecessor->getTerminator());
4037     if (!LoopEntryPredicate ||
4038         LoopEntryPredicate->isUnconditional())
4039       continue;
4040
4041     if (isNecessaryCond(LoopEntryPredicate->getCondition(), Pred, LHS, RHS,
4042                         LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) != PredecessorDest))
4043       return true;
4044   }
4045
4046   return false;
4047 }
4048
4049 /// isNecessaryCond - Test whether the given CondValue value is a condition
4050 /// which is at least as strict as the one described by Pred, LHS, and RHS.
4051 bool ScalarEvolution::isNecessaryCond(Value *CondValue,
4052                                       ICmpInst::Predicate Pred,
4053                                       const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
4054                                       bool Inverse) {
4055   // Recursivly handle And and Or conditions.
4056   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(CondValue)) {
4057     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
4058       if (!Inverse)
4059         return isNecessaryCond(BO->getOperand(0), Pred, LHS, RHS, Inverse) ||
4060                isNecessaryCond(BO->getOperand(1), Pred, LHS, RHS, Inverse);
4061     } else if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
4062       if (Inverse)
4063         return isNecessaryCond(BO->getOperand(0), Pred, LHS, RHS, Inverse) ||
4064                isNecessaryCond(BO->getOperand(1), Pred, LHS, RHS, Inverse);
4065     }
4066   }
4067
4068   ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(CondValue);
4069   if (!ICI) return false;
4070
4071   // Now that we found a conditional branch that dominates the loop, check to
4072   // see if it is the comparison we are looking for.
4073   Value *PreCondLHS = ICI->getOperand(0);
4074   Value *PreCondRHS = ICI->getOperand(1);
4075   ICmpInst::Predicate Cond;
4076   if (Inverse)
4077     Cond = ICI->getInversePredicate();
4078   else
4079     Cond = ICI->getPredicate();
4080
4081   if (Cond == Pred)
4082     ; // An exact match.
4083   else if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(Cond) && Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
4084     ; // The actual condition is beyond sufficient.
4085   else
4086     // Check a few special cases.
4087     switch (Cond) {
4088     case ICmpInst::ICMP_UGT:
4089       if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT) {
4090         std::swap(PreCondLHS, PreCondRHS);
4091         Cond = ICmpInst::ICMP_ULT;
4092         break;
4093       }
4094       return false;
4095     case ICmpInst::ICMP_SGT:
4096       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT) {
4097         std::swap(PreCondLHS, PreCondRHS);
4098         Cond = ICmpInst::ICMP_SLT;
4099         break;
4100       }
4101       return false;
4102     case ICmpInst::ICMP_NE:
4103       // Expressions like (x >u 0) are often canonicalized to (x != 0),
4104       // so check for this case by checking if the NE is comparing against
4105       // a minimum or maximum constant.
4106       if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
4107         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(PreCondRHS)) {
4108           const APInt &A = CI->getValue();
4109           switch (Pred) {
4110           case ICmpInst::ICMP_SLT:
4111             if (A.isMaxSignedValue()) break;
4112             return false;
4113           case ICmpInst::ICMP_SGT:
4114             if (A.isMinSignedValue()) break;
4115             return false;
4116           case ICmpInst::ICMP_ULT:
4117             if (A.isMaxValue()) break;
4118             return false;
4119           case ICmpInst::ICMP_UGT:
4120             if (A.isMinValue()) break;
4121             return false;
4122           default:
4123             return false;
4124           }
4125           Cond = ICmpInst::ICMP_NE;
4126           // NE is symmetric but the original comparison may not be. Swap
4127           // the operands if necessary so that they match below.
4128           if (isa<SCEVConstant>(LHS))
4129             std::swap(PreCondLHS, PreCondRHS);
4130           break;
4131         }
4132       return false;
4133     default:
4134       // We weren't able to reconcile the condition.
4135       return false;
4136     }
4137
4138   if (!PreCondLHS->getType()->isInteger()) return false;
4139
4140   const SCEV *PreCondLHSSCEV = getSCEV(PreCondLHS);
4141   const SCEV *PreCondRHSSCEV = getSCEV(PreCondRHS);
4142   return (HasSameValue(LHS, PreCondLHSSCEV) &&
4143           HasSameValue(RHS, PreCondRHSSCEV)) ||
4144          (HasSameValue(LHS, getNotSCEV(PreCondRHSSCEV)) &&
4145           HasSameValue(RHS, getNotSCEV(PreCondLHSSCEV)));
4146 }
4147
4148 /// getBECount - Subtract the end and start values and divide by the step,
4149 /// rounding up, to get the number of times the backedge is executed. Return
4150 /// CouldNotCompute if an intermediate computation overflows.
4151 const SCEV* ScalarEvolution::getBECount(const SCEV* Start,
4152                                        const SCEV* End,
4153                                        const SCEV* Step) {
4154   const Type *Ty = Start->getType();
4155   const SCEV* NegOne = getIntegerSCEV(-1, Ty);
4156   const SCEV* Diff = getMinusSCEV(End, Start);
4157   const SCEV* RoundUp = getAddExpr(Step, NegOne);
4158
4159   // Add an adjustment to the difference between End and Start so that
4160   // the division will effectively round up.
4161   const SCEV* Add = getAddExpr(Diff, RoundUp);
4162
4163   // Check Add for unsigned overflow.
4164   // TODO: More sophisticated things could be done here.
4165   const Type *WideTy = Context->getIntegerType(getTypeSizeInBits(Ty) + 1);
4166   const SCEV* OperandExtendedAdd =
4167     getAddExpr(getZeroExtendExpr(Diff, WideTy),
4168                getZeroExtendExpr(RoundUp, WideTy));
4169   if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) != OperandExtendedAdd)
4170     return getCouldNotCompute();
4171
4172   return getUDivExpr(Add, Step);
4173 }
4174
4175 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
4176 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
4177 /// CouldNotCompute.
4178 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4179 ScalarEvolution::HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
4180                                   const Loop *L, bool isSigned) {
4181   // Only handle:  "ADDREC < LoopInvariant".
4182   if (!RHS->isLoopInvariant(L)) return getCouldNotCompute();
4183
4184   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
4185   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
4186     return getCouldNotCompute();
4187
4188   if (AddRec->isAffine()) {
4189     // FORNOW: We only support unit strides.
4190     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AddRec->getType());
4191     const SCEV* Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
4192
4193     // TODO: handle non-constant strides.
4194     const SCEVConstant *CStep = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
4195     if (!CStep || CStep->isZero())
4196       return getCouldNotCompute();
4197     if (CStep->isOne()) {
4198       // With unit stride, the iteration never steps past the limit value.
4199     } else if (CStep->getValue()->getValue().isStrictlyPositive()) {
4200       if (const SCEVConstant *CLimit = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
4201         // Test whether a positive iteration iteration can step past the limit
4202         // value and past the maximum value for its type in a single step.
4203         if (isSigned) {
4204           APInt Max = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
4205           if ((Max - CStep->getValue()->getValue())
4206                 .slt(CLimit->getValue()->getValue()))
4207             return getCouldNotCompute();
4208         } else {
4209           APInt Max = APInt::getMaxValue(BitWidth);
4210           if ((Max - CStep->getValue()->getValue())
4211                 .ult(CLimit->getValue()->getValue()))
4212             return getCouldNotCompute();
4213         }
4214       } else
4215         // TODO: handle non-constant limit values below.
4216         return getCouldNotCompute();
4217     } else
4218       // TODO: handle negative strides below.
4219       return getCouldNotCompute();
4220
4221     // We know the LHS is of the form {n,+,s} and the RHS is some loop-invariant
4222     // m.  So, we count the number of iterations in which {n,+,s} < m is true.
4223     // Note that we cannot simply return max(m-n,0)/s because it's not safe to
4224     // treat m-n as signed nor unsigned due to overflow possibility.
4225
4226     // First, we get the value of the LHS in the first iteration: n
4227     const SCEV* Start = AddRec->getOperand(0);
4228
4229     // Determine the minimum constant start value.
4230     const SCEV *MinStart = isa<SCEVConstant>(Start) ? Start :
4231       getConstant(isSigned ? APInt::getSignedMinValue(BitWidth) :
4232                              APInt::getMinValue(BitWidth));
4233
4234     // If we know that the condition is true in order to enter the loop,
4235     // then we know that it will run exactly (m-n)/s times. Otherwise, we
4236     // only know that it will execute (max(m,n)-n)/s times. In both cases,
4237     // the division must round up.
4238     const SCEV* End = RHS;
4239     if (!isLoopGuardedByCond(L,
4240                              isSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_ULT,
4241                              getMinusSCEV(Start, Step), RHS))
4242       End = isSigned ? getSMaxExpr(RHS, Start)
4243                      : getUMaxExpr(RHS, Start);
4244
4245     // Determine the maximum constant end value.
4246     const SCEV* MaxEnd =
4247       isa<SCEVConstant>(End) ? End :
4248       getConstant(isSigned ? APInt::getSignedMaxValue(BitWidth)
4249                                .ashr(GetMinSignBits(End) - 1) :
4250                              APInt::getMaxValue(BitWidth)
4251                                .lshr(GetMinLeadingZeros(End)));
4252
4253     // Finally, we subtract these two values and divide, rounding up, to get
4254     // the number of times the backedge is executed.
4255     const SCEV* BECount = getBECount(Start, End, Step);
4256
4257     // The maximum backedge count is similar, except using the minimum start
4258     // value and the maximum end value.
4259     const SCEV* MaxBECount = getBECount(MinStart, MaxEnd, Step);
4260
4261     return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
4262   }
4263
4264   return getCouldNotCompute();
4265 }
4266
4267 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
4268 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
4269 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
4270 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
4271 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
4272 const SCEV* SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
4273                                                     ScalarEvolution &SE) const {
4274   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
4275     return SE.getCouldNotCompute();
4276
4277   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
4278   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
4279     if (!SC->getValue()->isZero()) {
4280       SmallVector<const SCEV*, 4> Operands(op_begin(), op_end());
4281       Operands[0] = SE.getIntegerSCEV(0, SC->getType());
4282       const SCEV* Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop());
4283       if (const SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec =
4284             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
4285         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
4286                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
4287       // This is strange and shouldn't happen.
4288       return SE.getCouldNotCompute();
4289     }
4290
4291   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
4292   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
4293   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
4294     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
4295       return SE.getCouldNotCompute();
4296
4297
4298   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
4299   // that the start element is zero.
4300
4301   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
4302   // iteration exits.
4303   unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(getType());
4304   if (!Range.contains(APInt(BitWidth, 0)))
4305     return SE.getIntegerSCEV(0, getType());
4306
4307   if (isAffine()) {
4308     // If this is an affine expression then we have this situation:
4309     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
4310
4311     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
4312     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
4313     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
4314     // value.  Also note that we already checked for a full range.
4315     APInt One(BitWidth,1);
4316     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
4317     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
4318
4319     // The exit value should be (End+A)/A.
4320     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
4321     ConstantInt *ExitValue = SE.getContext()->getConstantInt(ExitVal);
4322
4323     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
4324     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
4325     // things must have happened.
4326     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
4327     if (Range.contains(Val->getValue()))
4328       return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
4329
4330     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
4331     assert(Range.contains(
4332            EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
4333            SE.getContext()->getConstantInt(ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
4334            "Linear scev computation is off in a bad way!");
4335     return SE.getConstant(ExitValue);
4336   } else if (isQuadratic()) {
4337     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
4338     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
4339     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
4340     // Range.getUpper() is crossed.
4341     SmallVector<const SCEV*, 4> NewOps(op_begin(), op_end());
4342     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
4343     const SCEV* NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop());
4344
4345     // Next, solve the constructed addrec
4346     std::pair<const SCEV*,const SCEV*> Roots =
4347       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
4348     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
4349     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
4350     if (R1) {
4351       // Pick the smallest positive root value.
4352       if (ConstantInt *CB =
4353           dyn_cast<ConstantInt>(
4354                        SE.getContext()->getConstantExprICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
4355                          R1->getValue(), R2->getValue()))) {
4356         if (CB->getZExtValue() == false)
4357           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
4358
4359         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
4360         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
4361         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
4362         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
4363                                                              R1->getValue(),
4364                                                              SE);
4365         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
4366           // The next iteration must be out of the range...
4367           ConstantInt *NextVal =
4368                  SE.getContext()->getConstantInt(R1->getValue()->getValue()+1);
4369
4370           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
4371           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
4372             return SE.getConstant(NextVal);
4373           return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
4374         }
4375
4376         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
4377         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
4378         ConstantInt *NextVal =
4379                  SE.getContext()->getConstantInt(R1->getValue()->getValue()-1);
4380         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
4381         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
4382           return R1;
4383         return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
4384       }
4385     }
4386   }
4387
4388   return SE.getCouldNotCompute();
4389 }
4390
4391
4392
4393 //===----------------------------------------------------------------------===//
4394 //                   SCEVCallbackVH Class Implementation
4395 //===----------------------------------------------------------------------===//
4396
4397 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::deleted() {
4398   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a non-null ScalarEvolution!");
4399   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(getValPtr()))
4400     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4401   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValPtr()))
4402     SE->ValuesAtScopes.erase(I);
4403   SE->Scalars.erase(getValPtr());
4404   // this now dangles!
4405 }
4406
4407 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::allUsesReplacedWith(Value *) {
4408   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a non-null ScalarEvolution!");
4409
4410   // Forget all the expressions associated with users of the old value,
4411   // so that future queries will recompute the expressions using the new
4412   // value.
4413   SmallVector<User *, 16> Worklist;
4414   Value *Old = getValPtr();
4415   bool DeleteOld = false;
4416   for (Value::use_iterator UI = Old->use_begin(), UE = Old->use_end();
4417        UI != UE; ++UI)
4418     Worklist.push_back(*UI);
4419   while (!Worklist.empty()) {
4420     User *U = Worklist.pop_back_val();
4421     // Deleting the Old value will cause this to dangle. Postpone
4422     // that until everything else is done.
4423     if (U == Old) {
4424       DeleteOld = true;
4425       continue;
4426     }
4427     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U))
4428       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4429     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U))
4430       SE->ValuesAtScopes.erase(I);
4431     if (SE->Scalars.erase(U))
4432       for (Value::use_iterator UI = U->use_begin(), UE = U->use_end();
4433            UI != UE; ++UI)
4434         Worklist.push_back(*UI);
4435   }
4436   if (DeleteOld) {
4437     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Old))
4438       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4439     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Old))
4440       SE->ValuesAtScopes.erase(I);
4441     SE->Scalars.erase(Old);
4442     // this now dangles!
4443   }
4444   // this may dangle!
4445 }
4446
4447 ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *se)
4448   : CallbackVH(V), SE(se) {}
4449
4450 //===----------------------------------------------------------------------===//
4451 //                   ScalarEvolution Class Implementation
4452 //===----------------------------------------------------------------------===//
4453
4454 ScalarEvolution::ScalarEvolution()
4455   : FunctionPass(&ID) {
4456 }
4457
4458 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
4459   this->F = &F;
4460   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
4461   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
4462   return false;
4463 }
4464
4465 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
4466   Scalars.clear();
4467   BackedgeTakenCounts.clear();
4468   ConstantEvolutionLoopExitValue.clear();
4469   ValuesAtScopes.clear();
4470   UniqueSCEVs.clear();
4471   SCEVAllocator.Reset();
4472 }
4473
4474 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
4475   AU.setPreservesAll();
4476   AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
4477 }
4478
4479 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
4480   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getBackedgeTakenCount(L));
4481 }
4482
4483 static void PrintLoopInfo(raw_ostream &OS, ScalarEvolution *SE,
4484                           const Loop *L) {
4485   // Print all inner loops first
4486   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
4487     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
4488
4489   OS << "Loop " << L->getHeader()->getName() << ": ";
4490
4491   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
4492   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
4493   if (ExitBlocks.size() != 1)
4494     OS << "<multiple exits> ";
4495
4496   if (SE->hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(L)) {
4497     OS << "backedge-taken count is " << *SE->getBackedgeTakenCount(L);
4498   } else {
4499     OS << "Unpredictable backedge-taken count. ";
4500   }
4501
4502   OS << "\n";
4503   OS << "Loop " << L->getHeader()->getName() << ": ";
4504
4505   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(SE->getMaxBackedgeTakenCount(L))) {
4506     OS << "max backedge-taken count is " << *SE->getMaxBackedgeTakenCount(L);
4507   } else {
4508     OS << "Unpredictable max backedge-taken count. ";
4509   }
4510
4511   OS << "\n";
4512 }
4513
4514 void ScalarEvolution::print(raw_ostream &OS, const Module* ) const {
4515   // ScalarEvolution's implementaiton of the print method is to print
4516   // out SCEV values of all instructions that are interesting. Doing
4517   // this potentially causes it to create new SCEV objects though,
4518   // which technically conflicts with the const qualifier. This isn't
4519   // observable from outside the class though (the hasSCEV function
4520   // notwithstanding), so casting away the const isn't dangerous.
4521   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution*>(this);
4522
4523   OS << "Classifying expressions for: " << F->getName() << "\n";
4524   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
4525     if (isSCEVable(I->getType())) {
4526       OS << *I;
4527       OS << "  -->  ";
4528       const SCEV* SV = SE.getSCEV(&*I);
4529       SV->print(OS);
4530
4531       const Loop *L = LI->getLoopFor((*I).getParent());
4532
4533       const SCEV* AtUse = SE.getSCEVAtScope(SV, L);
4534       if (AtUse != SV) {
4535         OS << "  -->  ";
4536         AtUse->print(OS);
4537       }
4538
4539       if (L) {
4540         OS << "\t\t" "Exits: ";
4541         const SCEV* ExitValue = SE.getSCEVAtScope(SV, L->getParentLoop());
4542         if (!ExitValue->isLoopInvariant(L)) {
4543           OS << "<<Unknown>>";
4544         } else {
4545           OS << *ExitValue;
4546         }
4547       }
4548
4549       OS << "\n";
4550     }
4551
4552   OS << "Determining loop execution counts for: " << F->getName() << "\n";
4553   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
4554     PrintLoopInfo(OS, &SE, *I);
4555 }
4556
4557 void ScalarEvolution::print(std::ostream &o, const Module *M) const {
4558   raw_os_ostream OS(o);
4559   print(OS, M);
4560 }