9d99b8f77c99afc0109df833048d0f086885af06
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolution.cpp
1 //===- ScalarEvolution.cpp - Scalar Evolution Analysis --------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains the implementation of the scalar evolution analysis
11 // engine, which is used primarily to analyze expressions involving induction
12 // variables in loops.
13 //
14 // There are several aspects to this library.  First is the representation of
15 // scalar expressions, which are represented as subclasses of the SCEV class.
16 // These classes are used to represent certain types of subexpressions that we
17 // can handle. We only create one SCEV of a particular shape, so
18 // pointer-comparisons for equality are legal.
19 //
20 // One important aspect of the SCEV objects is that they are never cyclic, even
21 // if there is a cycle in the dataflow for an expression (ie, a PHI node).  If
22 // the PHI node is one of the idioms that we can represent (e.g., a polynomial
23 // recurrence) then we represent it directly as a recurrence node, otherwise we
24 // represent it as a SCEVUnknown node.
25 //
26 // In addition to being able to represent expressions of various types, we also
27 // have folders that are used to build the *canonical* representation for a
28 // particular expression.  These folders are capable of using a variety of
29 // rewrite rules to simplify the expressions.
30 //
31 // Once the folders are defined, we can implement the more interesting
32 // higher-level code, such as the code that recognizes PHI nodes of various
33 // types, computes the execution count of a loop, etc.
34 //
35 // TODO: We should use these routines and value representations to implement
36 // dependence analysis!
37 //
38 //===----------------------------------------------------------------------===//
39 //
40 // There are several good references for the techniques used in this analysis.
41 //
42 //  Chains of recurrences -- a method to expedite the evaluation
43 //  of closed-form functions
44 //  Olaf Bachmann, Paul S. Wang, Eugene V. Zima
45 //
46 //  On computational properties of chains of recurrences
47 //  Eugene V. Zima
48 //
49 //  Symbolic Evaluation of Chains of Recurrences for Loop Optimization
50 //  Robert A. van Engelen
51 //
52 //  Efficient Symbolic Analysis for Optimizing Compilers
53 //  Robert A. van Engelen
54 //
55 //  Using the chains of recurrences algebra for data dependence testing and
56 //  induction variable substitution
57 //  MS Thesis, Johnie Birch
58 //
59 //===----------------------------------------------------------------------===//
60
61 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
62 #include "llvm/ADT/Optional.h"
63 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
64 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
65 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
66 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
67 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
68 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
69 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
70 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
71 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
72 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
73 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
74 #include "llvm/IR/Constants.h"
75 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
76 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
77 #include "llvm/IR/Dominators.h"
78 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
79 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
80 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
81 #include "llvm/IR/InstIterator.h"
82 #include "llvm/IR/Instructions.h"
83 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
84 #include "llvm/IR/Metadata.h"
85 #include "llvm/IR/Operator.h"
86 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
87 #include "llvm/Support/Debug.h"
88 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
89 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
90 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
91 #include <algorithm>
92 using namespace llvm;
93
94 #define DEBUG_TYPE "scalar-evolution"
95
96 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
97           "Number of trip counts computed with array length");
98 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
99           "Number of loops with predictable loop counts");
100 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
101           "Number of loops without predictable loop counts");
102 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
103           "Number of loops with trip counts computed by force");
104
105 static cl::opt<unsigned>
106 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
107                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
108                                  "symbolically execute a constant "
109                                  "derived loop"),
110                         cl::init(100));
111
112 // FIXME: Enable this with XDEBUG when the test suite is clean.
113 static cl::opt<bool>
114 VerifySCEV("verify-scev",
115            cl::desc("Verify ScalarEvolution's backedge taken counts (slow)"));
116
117 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ScalarEvolution, "scalar-evolution",
118                 "Scalar Evolution Analysis", false, true)
119 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
120 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
121 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
122 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
123 INITIALIZE_PASS_END(ScalarEvolution, "scalar-evolution",
124                 "Scalar Evolution Analysis", false, true)
125 char ScalarEvolution::ID = 0;
126
127 //===----------------------------------------------------------------------===//
128 //                           SCEV class definitions
129 //===----------------------------------------------------------------------===//
130
131 //===----------------------------------------------------------------------===//
132 // Implementation of the SCEV class.
133 //
134
135 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
136 void SCEV::dump() const {
137   print(dbgs());
138   dbgs() << '\n';
139 }
140 #endif
141
142 void SCEV::print(raw_ostream &OS) const {
143   switch (static_cast<SCEVTypes>(getSCEVType())) {
144   case scConstant:
145     cast<SCEVConstant>(this)->getValue()->printAsOperand(OS, false);
146     return;
147   case scTruncate: {
148     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(this);
149     const SCEV *Op = Trunc->getOperand();
150     OS << "(trunc " << *Op->getType() << " " << *Op << " to "
151        << *Trunc->getType() << ")";
152     return;
153   }
154   case scZeroExtend: {
155     const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = cast<SCEVZeroExtendExpr>(this);
156     const SCEV *Op = ZExt->getOperand();
157     OS << "(zext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to "
158        << *ZExt->getType() << ")";
159     return;
160   }
161   case scSignExtend: {
162     const SCEVSignExtendExpr *SExt = cast<SCEVSignExtendExpr>(this);
163     const SCEV *Op = SExt->getOperand();
164     OS << "(sext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to "
165        << *SExt->getType() << ")";
166     return;
167   }
168   case scAddRecExpr: {
169     const SCEVAddRecExpr *AR = cast<SCEVAddRecExpr>(this);
170     OS << "{" << *AR->getOperand(0);
171     for (unsigned i = 1, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
172       OS << ",+," << *AR->getOperand(i);
173     OS << "}<";
174     if (AR->getNoWrapFlags(FlagNUW))
175       OS << "nuw><";
176     if (AR->getNoWrapFlags(FlagNSW))
177       OS << "nsw><";
178     if (AR->getNoWrapFlags(FlagNW) &&
179         !AR->getNoWrapFlags((NoWrapFlags)(FlagNUW | FlagNSW)))
180       OS << "nw><";
181     AR->getLoop()->getHeader()->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
182     OS << ">";
183     return;
184   }
185   case scAddExpr:
186   case scMulExpr:
187   case scUMaxExpr:
188   case scSMaxExpr: {
189     const SCEVNAryExpr *NAry = cast<SCEVNAryExpr>(this);
190     const char *OpStr = nullptr;
191     switch (NAry->getSCEVType()) {
192     case scAddExpr: OpStr = " + "; break;
193     case scMulExpr: OpStr = " * "; break;
194     case scUMaxExpr: OpStr = " umax "; break;
195     case scSMaxExpr: OpStr = " smax "; break;
196     }
197     OS << "(";
198     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
199          I != E; ++I) {
200       OS << **I;
201       if (std::next(I) != E)
202         OS << OpStr;
203     }
204     OS << ")";
205     switch (NAry->getSCEVType()) {
206     case scAddExpr:
207     case scMulExpr:
208       if (NAry->getNoWrapFlags(FlagNUW))
209         OS << "<nuw>";
210       if (NAry->getNoWrapFlags(FlagNSW))
211         OS << "<nsw>";
212     }
213     return;
214   }
215   case scUDivExpr: {
216     const SCEVUDivExpr *UDiv = cast<SCEVUDivExpr>(this);
217     OS << "(" << *UDiv->getLHS() << " /u " << *UDiv->getRHS() << ")";
218     return;
219   }
220   case scUnknown: {
221     const SCEVUnknown *U = cast<SCEVUnknown>(this);
222     Type *AllocTy;
223     if (U->isSizeOf(AllocTy)) {
224       OS << "sizeof(" << *AllocTy << ")";
225       return;
226     }
227     if (U->isAlignOf(AllocTy)) {
228       OS << "alignof(" << *AllocTy << ")";
229       return;
230     }
231
232     Type *CTy;
233     Constant *FieldNo;
234     if (U->isOffsetOf(CTy, FieldNo)) {
235       OS << "offsetof(" << *CTy << ", ";
236       FieldNo->printAsOperand(OS, false);
237       OS << ")";
238       return;
239     }
240
241     // Otherwise just print it normally.
242     U->getValue()->printAsOperand(OS, false);
243     return;
244   }
245   case scCouldNotCompute:
246     OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
247     return;
248   }
249   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
250 }
251
252 Type *SCEV::getType() const {
253   switch (static_cast<SCEVTypes>(getSCEVType())) {
254   case scConstant:
255     return cast<SCEVConstant>(this)->getType();
256   case scTruncate:
257   case scZeroExtend:
258   case scSignExtend:
259     return cast<SCEVCastExpr>(this)->getType();
260   case scAddRecExpr:
261   case scMulExpr:
262   case scUMaxExpr:
263   case scSMaxExpr:
264     return cast<SCEVNAryExpr>(this)->getType();
265   case scAddExpr:
266     return cast<SCEVAddExpr>(this)->getType();
267   case scUDivExpr:
268     return cast<SCEVUDivExpr>(this)->getType();
269   case scUnknown:
270     return cast<SCEVUnknown>(this)->getType();
271   case scCouldNotCompute:
272     llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
273   }
274   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
275 }
276
277 bool SCEV::isZero() const {
278   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
279     return SC->getValue()->isZero();
280   return false;
281 }
282
283 bool SCEV::isOne() const {
284   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
285     return SC->getValue()->isOne();
286   return false;
287 }
288
289 bool SCEV::isAllOnesValue() const {
290   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
291     return SC->getValue()->isAllOnesValue();
292   return false;
293 }
294
295 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
296 /// not a constant.
297 bool SCEV::isNonConstantNegative() const {
298   const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(this);
299   if (!Mul) return false;
300
301   // If there is a constant factor, it will be first.
302   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
303   if (!SC) return false;
304
305   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
306   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
307 }
308
309 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() :
310   SCEV(FoldingSetNodeIDRef(), scCouldNotCompute) {}
311
312 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
313   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
314 }
315
316 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(ConstantInt *V) {
317   FoldingSetNodeID ID;
318   ID.AddInteger(scConstant);
319   ID.AddPointer(V);
320   void *IP = nullptr;
321   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
322   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVConstant(ID.Intern(SCEVAllocator), V);
323   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
324   return S;
325 }
326
327 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(const APInt &Val) {
328   return getConstant(ConstantInt::get(getContext(), Val));
329 }
330
331 const SCEV *
332 ScalarEvolution::getConstant(Type *Ty, uint64_t V, bool isSigned) {
333   IntegerType *ITy = cast<IntegerType>(getEffectiveSCEVType(Ty));
334   return getConstant(ConstantInt::get(ITy, V, isSigned));
335 }
336
337 SCEVCastExpr::SCEVCastExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
338                            unsigned SCEVTy, const SCEV *op, Type *ty)
339   : SCEV(ID, SCEVTy), Op(op), Ty(ty) {}
340
341 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
342                                    const SCEV *op, Type *ty)
343   : SCEVCastExpr(ID, scTruncate, op, ty) {
344   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
345          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
346          "Cannot truncate non-integer value!");
347 }
348
349 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
350                                        const SCEV *op, Type *ty)
351   : SCEVCastExpr(ID, scZeroExtend, op, ty) {
352   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
353          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
354          "Cannot zero extend non-integer value!");
355 }
356
357 SCEVSignExtendExpr::SCEVSignExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
358                                        const SCEV *op, Type *ty)
359   : SCEVCastExpr(ID, scSignExtend, op, ty) {
360   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
361          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
362          "Cannot sign extend non-integer value!");
363 }
364
365 void SCEVUnknown::deleted() {
366   // Clear this SCEVUnknown from various maps.
367   SE->forgetMemoizedResults(this);
368
369   // Remove this SCEVUnknown from the uniquing map.
370   SE->UniqueSCEVs.RemoveNode(this);
371
372   // Release the value.
373   setValPtr(nullptr);
374 }
375
376 void SCEVUnknown::allUsesReplacedWith(Value *New) {
377   // Clear this SCEVUnknown from various maps.
378   SE->forgetMemoizedResults(this);
379
380   // Remove this SCEVUnknown from the uniquing map.
381   SE->UniqueSCEVs.RemoveNode(this);
382
383   // Update this SCEVUnknown to point to the new value. This is needed
384   // because there may still be outstanding SCEVs which still point to
385   // this SCEVUnknown.
386   setValPtr(New);
387 }
388
389 bool SCEVUnknown::isSizeOf(Type *&AllocTy) const {
390   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(getValue()))
391     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
392       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
393         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
394             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
395             CE->getNumOperands() == 2)
396           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(1)))
397             if (CI->isOne()) {
398               AllocTy = cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())
399                                  ->getElementType();
400               return true;
401             }
402
403   return false;
404 }
405
406 bool SCEVUnknown::isAlignOf(Type *&AllocTy) const {
407   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(getValue()))
408     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
409       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
410         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
411             CE->getOperand(0)->isNullValue()) {
412           Type *Ty =
413             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
414           if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty))
415             if (!STy->isPacked() &&
416                 CE->getNumOperands() == 3 &&
417                 CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
418               if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(2)))
419                 if (CI->isOne() &&
420                     STy->getNumElements() == 2 &&
421                     STy->getElementType(0)->isIntegerTy(1)) {
422                   AllocTy = STy->getElementType(1);
423                   return true;
424                 }
425             }
426         }
427
428   return false;
429 }
430
431 bool SCEVUnknown::isOffsetOf(Type *&CTy, Constant *&FieldNo) const {
432   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(getValue()))
433     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
434       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
435         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
436             CE->getNumOperands() == 3 &&
437             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
438             CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
439           Type *Ty =
440             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
441           // Ignore vector types here so that ScalarEvolutionExpander doesn't
442           // emit getelementptrs that index into vectors.
443           if (Ty->isStructTy() || Ty->isArrayTy()) {
444             CTy = Ty;
445             FieldNo = CE->getOperand(2);
446             return true;
447           }
448         }
449
450   return false;
451 }
452
453 //===----------------------------------------------------------------------===//
454 //                               SCEV Utilities
455 //===----------------------------------------------------------------------===//
456
457 namespace {
458   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
459   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
460   /// expressions.
461   class SCEVComplexityCompare {
462     const LoopInfo *const LI;
463   public:
464     explicit SCEVComplexityCompare(const LoopInfo *li) : LI(li) {}
465
466     // Return true or false if LHS is less than, or at least RHS, respectively.
467     bool operator()(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
468       return compare(LHS, RHS) < 0;
469     }
470
471     // Return negative, zero, or positive, if LHS is less than, equal to, or
472     // greater than RHS, respectively. A three-way result allows recursive
473     // comparisons to be more efficient.
474     int compare(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
475       // Fast-path: SCEVs are uniqued so we can do a quick equality check.
476       if (LHS == RHS)
477         return 0;
478
479       // Primarily, sort the SCEVs by their getSCEVType().
480       unsigned LType = LHS->getSCEVType(), RType = RHS->getSCEVType();
481       if (LType != RType)
482         return (int)LType - (int)RType;
483
484       // Aside from the getSCEVType() ordering, the particular ordering
485       // isn't very important except that it's beneficial to be consistent,
486       // so that (a + b) and (b + a) don't end up as different expressions.
487       switch (static_cast<SCEVTypes>(LType)) {
488       case scUnknown: {
489         const SCEVUnknown *LU = cast<SCEVUnknown>(LHS);
490         const SCEVUnknown *RU = cast<SCEVUnknown>(RHS);
491
492         // Sort SCEVUnknown values with some loose heuristics. TODO: This is
493         // not as complete as it could be.
494         const Value *LV = LU->getValue(), *RV = RU->getValue();
495
496         // Order pointer values after integer values. This helps SCEVExpander
497         // form GEPs.
498         bool LIsPointer = LV->getType()->isPointerTy(),
499              RIsPointer = RV->getType()->isPointerTy();
500         if (LIsPointer != RIsPointer)
501           return (int)LIsPointer - (int)RIsPointer;
502
503         // Compare getValueID values.
504         unsigned LID = LV->getValueID(),
505                  RID = RV->getValueID();
506         if (LID != RID)
507           return (int)LID - (int)RID;
508
509         // Sort arguments by their position.
510         if (const Argument *LA = dyn_cast<Argument>(LV)) {
511           const Argument *RA = cast<Argument>(RV);
512           unsigned LArgNo = LA->getArgNo(), RArgNo = RA->getArgNo();
513           return (int)LArgNo - (int)RArgNo;
514         }
515
516         // For instructions, compare their loop depth, and their operand
517         // count.  This is pretty loose.
518         if (const Instruction *LInst = dyn_cast<Instruction>(LV)) {
519           const Instruction *RInst = cast<Instruction>(RV);
520
521           // Compare loop depths.
522           const BasicBlock *LParent = LInst->getParent(),
523                            *RParent = RInst->getParent();
524           if (LParent != RParent) {
525             unsigned LDepth = LI->getLoopDepth(LParent),
526                      RDepth = LI->getLoopDepth(RParent);
527             if (LDepth != RDepth)
528               return (int)LDepth - (int)RDepth;
529           }
530
531           // Compare the number of operands.
532           unsigned LNumOps = LInst->getNumOperands(),
533                    RNumOps = RInst->getNumOperands();
534           return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
535         }
536
537         return 0;
538       }
539
540       case scConstant: {
541         const SCEVConstant *LC = cast<SCEVConstant>(LHS);
542         const SCEVConstant *RC = cast<SCEVConstant>(RHS);
543
544         // Compare constant values.
545         const APInt &LA = LC->getValue()->getValue();
546         const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
547         unsigned LBitWidth = LA.getBitWidth(), RBitWidth = RA.getBitWidth();
548         if (LBitWidth != RBitWidth)
549           return (int)LBitWidth - (int)RBitWidth;
550         return LA.ult(RA) ? -1 : 1;
551       }
552
553       case scAddRecExpr: {
554         const SCEVAddRecExpr *LA = cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
555         const SCEVAddRecExpr *RA = cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
556
557         // Compare addrec loop depths.
558         const Loop *LLoop = LA->getLoop(), *RLoop = RA->getLoop();
559         if (LLoop != RLoop) {
560           unsigned LDepth = LLoop->getLoopDepth(),
561                    RDepth = RLoop->getLoopDepth();
562           if (LDepth != RDepth)
563             return (int)LDepth - (int)RDepth;
564         }
565
566         // Addrec complexity grows with operand count.
567         unsigned LNumOps = LA->getNumOperands(), RNumOps = RA->getNumOperands();
568         if (LNumOps != RNumOps)
569           return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
570
571         // Lexicographically compare.
572         for (unsigned i = 0; i != LNumOps; ++i) {
573           long X = compare(LA->getOperand(i), RA->getOperand(i));
574           if (X != 0)
575             return X;
576         }
577
578         return 0;
579       }
580
581       case scAddExpr:
582       case scMulExpr:
583       case scSMaxExpr:
584       case scUMaxExpr: {
585         const SCEVNAryExpr *LC = cast<SCEVNAryExpr>(LHS);
586         const SCEVNAryExpr *RC = cast<SCEVNAryExpr>(RHS);
587
588         // Lexicographically compare n-ary expressions.
589         unsigned LNumOps = LC->getNumOperands(), RNumOps = RC->getNumOperands();
590         if (LNumOps != RNumOps)
591           return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
592
593         for (unsigned i = 0; i != LNumOps; ++i) {
594           if (i >= RNumOps)
595             return 1;
596           long X = compare(LC->getOperand(i), RC->getOperand(i));
597           if (X != 0)
598             return X;
599         }
600         return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
601       }
602
603       case scUDivExpr: {
604         const SCEVUDivExpr *LC = cast<SCEVUDivExpr>(LHS);
605         const SCEVUDivExpr *RC = cast<SCEVUDivExpr>(RHS);
606
607         // Lexicographically compare udiv expressions.
608         long X = compare(LC->getLHS(), RC->getLHS());
609         if (X != 0)
610           return X;
611         return compare(LC->getRHS(), RC->getRHS());
612       }
613
614       case scTruncate:
615       case scZeroExtend:
616       case scSignExtend: {
617         const SCEVCastExpr *LC = cast<SCEVCastExpr>(LHS);
618         const SCEVCastExpr *RC = cast<SCEVCastExpr>(RHS);
619
620         // Compare cast expressions by operand.
621         return compare(LC->getOperand(), RC->getOperand());
622       }
623
624       case scCouldNotCompute:
625         llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
626       }
627       llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
628     }
629   };
630 }
631
632 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
633 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
634 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
635 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
636 ///
637 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get deterministic
638 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
639 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
640 /// land in memory.
641 ///
642 static void GroupByComplexity(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
643                               LoopInfo *LI) {
644   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
645   if (Ops.size() == 2) {
646     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
647     // Special case it.
648     const SCEV *&LHS = Ops[0], *&RHS = Ops[1];
649     if (SCEVComplexityCompare(LI)(RHS, LHS))
650       std::swap(LHS, RHS);
651     return;
652   }
653
654   // Do the rough sort by complexity.
655   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare(LI));
656
657   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
658   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
659   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
660   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
661   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
662     const SCEV *S = Ops[i];
663     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
664
665     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
666     // one, group them.
667     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
668       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
669         // Move it to immediately after i'th element.
670         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
671         ++i;   // no need to rescan it.
672         if (i == e-2) return;  // Done!
673       }
674     }
675   }
676 }
677
678 namespace {
679 struct FindSCEVSize {
680   int Size;
681   FindSCEVSize() : Size(0) {}
682
683   bool follow(const SCEV *S) {
684     ++Size;
685     // Keep looking at all operands of S.
686     return true;
687   }
688   bool isDone() const {
689     return false;
690   }
691 };
692 }
693
694 // Returns the size of the SCEV S.
695 static inline int sizeOfSCEV(const SCEV *S) {
696   FindSCEVSize F;
697   SCEVTraversal<FindSCEVSize> ST(F);
698   ST.visitAll(S);
699   return F.Size;
700 }
701
702 namespace {
703
704 struct SCEVDivision : public SCEVVisitor<SCEVDivision, void> {
705 public:
706   // Computes the Quotient and Remainder of the division of Numerator by
707   // Denominator.
708   static void divide(ScalarEvolution &SE, const SCEV *Numerator,
709                      const SCEV *Denominator, const SCEV **Quotient,
710                      const SCEV **Remainder) {
711     assert(Numerator && Denominator && "Uninitialized SCEV");
712
713     SCEVDivision D(SE, Numerator, Denominator);
714
715     // Check for the trivial case here to avoid having to check for it in the
716     // rest of the code.
717     if (Numerator == Denominator) {
718       *Quotient = D.One;
719       *Remainder = D.Zero;
720       return;
721     }
722
723     if (Numerator->isZero()) {
724       *Quotient = D.Zero;
725       *Remainder = D.Zero;
726       return;
727     }
728
729     // A simple case when N/1. The quotient is N.
730     if (Denominator->isOne()) {
731       *Quotient = Numerator;
732       *Remainder = D.Zero;
733       return;
734     }
735
736     // Split the Denominator when it is a product.
737     if (const SCEVMulExpr *T = dyn_cast<const SCEVMulExpr>(Denominator)) {
738       const SCEV *Q, *R;
739       *Quotient = Numerator;
740       for (const SCEV *Op : T->operands()) {
741         divide(SE, *Quotient, Op, &Q, &R);
742         *Quotient = Q;
743
744         // Bail out when the Numerator is not divisible by one of the terms of
745         // the Denominator.
746         if (!R->isZero()) {
747           *Quotient = D.Zero;
748           *Remainder = Numerator;
749           return;
750         }
751       }
752       *Remainder = D.Zero;
753       return;
754     }
755
756     D.visit(Numerator);
757     *Quotient = D.Quotient;
758     *Remainder = D.Remainder;
759   }
760
761   // Except in the trivial case described above, we do not know how to divide
762   // Expr by Denominator for the following functions with empty implementation.
763   void visitTruncateExpr(const SCEVTruncateExpr *Numerator) {}
764   void visitZeroExtendExpr(const SCEVZeroExtendExpr *Numerator) {}
765   void visitSignExtendExpr(const SCEVSignExtendExpr *Numerator) {}
766   void visitUDivExpr(const SCEVUDivExpr *Numerator) {}
767   void visitSMaxExpr(const SCEVSMaxExpr *Numerator) {}
768   void visitUMaxExpr(const SCEVUMaxExpr *Numerator) {}
769   void visitUnknown(const SCEVUnknown *Numerator) {}
770   void visitCouldNotCompute(const SCEVCouldNotCompute *Numerator) {}
771
772   void visitConstant(const SCEVConstant *Numerator) {
773     if (const SCEVConstant *D = dyn_cast<SCEVConstant>(Denominator)) {
774       APInt NumeratorVal = Numerator->getValue()->getValue();
775       APInt DenominatorVal = D->getValue()->getValue();
776       uint32_t NumeratorBW = NumeratorVal.getBitWidth();
777       uint32_t DenominatorBW = DenominatorVal.getBitWidth();
778
779       if (NumeratorBW > DenominatorBW)
780         DenominatorVal = DenominatorVal.sext(NumeratorBW);
781       else if (NumeratorBW < DenominatorBW)
782         NumeratorVal = NumeratorVal.sext(DenominatorBW);
783
784       APInt QuotientVal(NumeratorVal.getBitWidth(), 0);
785       APInt RemainderVal(NumeratorVal.getBitWidth(), 0);
786       APInt::sdivrem(NumeratorVal, DenominatorVal, QuotientVal, RemainderVal);
787       Quotient = SE.getConstant(QuotientVal);
788       Remainder = SE.getConstant(RemainderVal);
789       return;
790     }
791   }
792
793   void visitAddRecExpr(const SCEVAddRecExpr *Numerator) {
794     const SCEV *StartQ, *StartR, *StepQ, *StepR;
795     assert(Numerator->isAffine() && "Numerator should be affine");
796     divide(SE, Numerator->getStart(), Denominator, &StartQ, &StartR);
797     divide(SE, Numerator->getStepRecurrence(SE), Denominator, &StepQ, &StepR);
798     // Bail out if the types do not match.
799     Type *Ty = Denominator->getType();
800     if (Ty != StartQ->getType() || Ty != StartR->getType() ||
801         Ty != StepQ->getType() || Ty != StepR->getType()) {
802       Quotient = Zero;
803       Remainder = Numerator;
804       return;
805     }
806     Quotient = SE.getAddRecExpr(StartQ, StepQ, Numerator->getLoop(),
807                                 Numerator->getNoWrapFlags());
808     Remainder = SE.getAddRecExpr(StartR, StepR, Numerator->getLoop(),
809                                  Numerator->getNoWrapFlags());
810   }
811
812   void visitAddExpr(const SCEVAddExpr *Numerator) {
813     SmallVector<const SCEV *, 2> Qs, Rs;
814     Type *Ty = Denominator->getType();
815
816     for (const SCEV *Op : Numerator->operands()) {
817       const SCEV *Q, *R;
818       divide(SE, Op, Denominator, &Q, &R);
819
820       // Bail out if types do not match.
821       if (Ty != Q->getType() || Ty != R->getType()) {
822         Quotient = Zero;
823         Remainder = Numerator;
824         return;
825       }
826
827       Qs.push_back(Q);
828       Rs.push_back(R);
829     }
830
831     if (Qs.size() == 1) {
832       Quotient = Qs[0];
833       Remainder = Rs[0];
834       return;
835     }
836
837     Quotient = SE.getAddExpr(Qs);
838     Remainder = SE.getAddExpr(Rs);
839   }
840
841   void visitMulExpr(const SCEVMulExpr *Numerator) {
842     SmallVector<const SCEV *, 2> Qs;
843     Type *Ty = Denominator->getType();
844
845     bool FoundDenominatorTerm = false;
846     for (const SCEV *Op : Numerator->operands()) {
847       // Bail out if types do not match.
848       if (Ty != Op->getType()) {
849         Quotient = Zero;
850         Remainder = Numerator;
851         return;
852       }
853
854       if (FoundDenominatorTerm) {
855         Qs.push_back(Op);
856         continue;
857       }
858
859       // Check whether Denominator divides one of the product operands.
860       const SCEV *Q, *R;
861       divide(SE, Op, Denominator, &Q, &R);
862       if (!R->isZero()) {
863         Qs.push_back(Op);
864         continue;
865       }
866
867       // Bail out if types do not match.
868       if (Ty != Q->getType()) {
869         Quotient = Zero;
870         Remainder = Numerator;
871         return;
872       }
873
874       FoundDenominatorTerm = true;
875       Qs.push_back(Q);
876     }
877
878     if (FoundDenominatorTerm) {
879       Remainder = Zero;
880       if (Qs.size() == 1)
881         Quotient = Qs[0];
882       else
883         Quotient = SE.getMulExpr(Qs);
884       return;
885     }
886
887     if (!isa<SCEVUnknown>(Denominator)) {
888       Quotient = Zero;
889       Remainder = Numerator;
890       return;
891     }
892
893     // The Remainder is obtained by replacing Denominator by 0 in Numerator.
894     ValueToValueMap RewriteMap;
895     RewriteMap[cast<SCEVUnknown>(Denominator)->getValue()] =
896         cast<SCEVConstant>(Zero)->getValue();
897     Remainder = SCEVParameterRewriter::rewrite(Numerator, SE, RewriteMap, true);
898
899     if (Remainder->isZero()) {
900       // The Quotient is obtained by replacing Denominator by 1 in Numerator.
901       RewriteMap[cast<SCEVUnknown>(Denominator)->getValue()] =
902           cast<SCEVConstant>(One)->getValue();
903       Quotient =
904           SCEVParameterRewriter::rewrite(Numerator, SE, RewriteMap, true);
905       return;
906     }
907
908     // Quotient is (Numerator - Remainder) divided by Denominator.
909     const SCEV *Q, *R;
910     const SCEV *Diff = SE.getMinusSCEV(Numerator, Remainder);
911     if (sizeOfSCEV(Diff) > sizeOfSCEV(Numerator)) {
912       // This SCEV does not seem to simplify: fail the division here.
913       Quotient = Zero;
914       Remainder = Numerator;
915       return;
916     }
917     divide(SE, Diff, Denominator, &Q, &R);
918     assert(R == Zero &&
919            "(Numerator - Remainder) should evenly divide Denominator");
920     Quotient = Q;
921   }
922
923 private:
924   SCEVDivision(ScalarEvolution &S, const SCEV *Numerator,
925                const SCEV *Denominator)
926       : SE(S), Denominator(Denominator) {
927     Zero = SE.getConstant(Denominator->getType(), 0);
928     One = SE.getConstant(Denominator->getType(), 1);
929
930     // By default, we don't know how to divide Expr by Denominator.
931     // Providing the default here simplifies the rest of the code.
932     Quotient = Zero;
933     Remainder = Numerator;
934   }
935
936   ScalarEvolution &SE;
937   const SCEV *Denominator, *Quotient, *Remainder, *Zero, *One;
938 };
939
940 }
941
942 //===----------------------------------------------------------------------===//
943 //                      Simple SCEV method implementations
944 //===----------------------------------------------------------------------===//
945
946 /// BinomialCoefficient - Compute BC(It, K).  The result has width W.
947 /// Assume, K > 0.
948 static const SCEV *BinomialCoefficient(const SCEV *It, unsigned K,
949                                        ScalarEvolution &SE,
950                                        Type *ResultTy) {
951   // Handle the simplest case efficiently.
952   if (K == 1)
953     return SE.getTruncateOrZeroExtend(It, ResultTy);
954
955   // We are using the following formula for BC(It, K):
956   //
957   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / K!
958   //
959   // Suppose, W is the bitwidth of the return value.  We must be prepared for
960   // overflow.  Hence, we must assure that the result of our computation is
961   // equal to the accurate one modulo 2^W.  Unfortunately, division isn't
962   // safe in modular arithmetic.
963   //
964   // However, this code doesn't use exactly that formula; the formula it uses
965   // is something like the following, where T is the number of factors of 2 in
966   // K! (i.e. trailing zeros in the binary representation of K!), and ^ is
967   // exponentiation:
968   //
969   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / 2^T / (K! / 2^T)
970   //
971   // This formula is trivially equivalent to the previous formula.  However,
972   // this formula can be implemented much more efficiently.  The trick is that
973   // K! / 2^T is odd, and exact division by an odd number *is* safe in modular
974   // arithmetic.  To do exact division in modular arithmetic, all we have
975   // to do is multiply by the inverse.  Therefore, this step can be done at
976   // width W.
977   //
978   // The next issue is how to safely do the division by 2^T.  The way this
979   // is done is by doing the multiplication step at a width of at least W + T
980   // bits.  This way, the bottom W+T bits of the product are accurate. Then,
981   // when we perform the division by 2^T (which is equivalent to a right shift
982   // by T), the bottom W bits are accurate.  Extra bits are okay; they'll get
983   // truncated out after the division by 2^T.
984   //
985   // In comparison to just directly using the first formula, this technique
986   // is much more efficient; using the first formula requires W * K bits,
987   // but this formula less than W + K bits. Also, the first formula requires
988   // a division step, whereas this formula only requires multiplies and shifts.
989   //
990   // It doesn't matter whether the subtraction step is done in the calculation
991   // width or the input iteration count's width; if the subtraction overflows,
992   // the result must be zero anyway.  We prefer here to do it in the width of
993   // the induction variable because it helps a lot for certain cases; CodeGen
994   // isn't smart enough to ignore the overflow, which leads to much less
995   // efficient code if the width of the subtraction is wider than the native
996   // register width.
997   //
998   // (It's possible to not widen at all by pulling out factors of 2 before
999   // the multiplication; for example, K=2 can be calculated as
1000   // It/2*(It+(It*INT_MIN/INT_MIN)+-1). However, it requires
1001   // extra arithmetic, so it's not an obvious win, and it gets
1002   // much more complicated for K > 3.)
1003
1004   // Protection from insane SCEVs; this bound is conservative,
1005   // but it probably doesn't matter.
1006   if (K > 1000)
1007     return SE.getCouldNotCompute();
1008
1009   unsigned W = SE.getTypeSizeInBits(ResultTy);
1010
1011   // Calculate K! / 2^T and T; we divide out the factors of two before
1012   // multiplying for calculating K! / 2^T to avoid overflow.
1013   // Other overflow doesn't matter because we only care about the bottom
1014   // W bits of the result.
1015   APInt OddFactorial(W, 1);
1016   unsigned T = 1;
1017   for (unsigned i = 3; i <= K; ++i) {
1018     APInt Mult(W, i);
1019     unsigned TwoFactors = Mult.countTrailingZeros();
1020     T += TwoFactors;
1021     Mult = Mult.lshr(TwoFactors);
1022     OddFactorial *= Mult;
1023   }
1024
1025   // We need at least W + T bits for the multiplication step
1026   unsigned CalculationBits = W + T;
1027
1028   // Calculate 2^T, at width T+W.
1029   APInt DivFactor = APInt::getOneBitSet(CalculationBits, T);
1030
1031   // Calculate the multiplicative inverse of K! / 2^T;
1032   // this multiplication factor will perform the exact division by
1033   // K! / 2^T.
1034   APInt Mod = APInt::getSignedMinValue(W+1);
1035   APInt MultiplyFactor = OddFactorial.zext(W+1);
1036   MultiplyFactor = MultiplyFactor.multiplicativeInverse(Mod);
1037   MultiplyFactor = MultiplyFactor.trunc(W);
1038
1039   // Calculate the product, at width T+W
1040   IntegerType *CalculationTy = IntegerType::get(SE.getContext(),
1041                                                       CalculationBits);
1042   const SCEV *Dividend = SE.getTruncateOrZeroExtend(It, CalculationTy);
1043   for (unsigned i = 1; i != K; ++i) {
1044     const SCEV *S = SE.getMinusSCEV(It, SE.getConstant(It->getType(), i));
1045     Dividend = SE.getMulExpr(Dividend,
1046                              SE.getTruncateOrZeroExtend(S, CalculationTy));
1047   }
1048
1049   // Divide by 2^T
1050   const SCEV *DivResult = SE.getUDivExpr(Dividend, SE.getConstant(DivFactor));
1051
1052   // Truncate the result, and divide by K! / 2^T.
1053
1054   return SE.getMulExpr(SE.getConstant(MultiplyFactor),
1055                        SE.getTruncateOrZeroExtend(DivResult, ResultTy));
1056 }
1057
1058 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
1059 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
1060 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
1061 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
1062 ///
1063 ///   A*BC(It, 0) + B*BC(It, 1) + C*BC(It, 2) + D*BC(It, 3)
1064 ///
1065 /// where BC(It, k) stands for binomial coefficient.
1066 ///
1067 const SCEV *SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(const SCEV *It,
1068                                                 ScalarEvolution &SE) const {
1069   const SCEV *Result = getStart();
1070   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
1071     // The computation is correct in the face of overflow provided that the
1072     // multiplication is performed _after_ the evaluation of the binomial
1073     // coefficient.
1074     const SCEV *Coeff = BinomialCoefficient(It, i, SE, getType());
1075     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Coeff))
1076       return Coeff;
1077
1078     Result = SE.getAddExpr(Result, SE.getMulExpr(getOperand(i), Coeff));
1079   }
1080   return Result;
1081 }
1082
1083 //===----------------------------------------------------------------------===//
1084 //                    SCEV Expression folder implementations
1085 //===----------------------------------------------------------------------===//
1086
1087 const SCEV *ScalarEvolution::getTruncateExpr(const SCEV *Op,
1088                                              Type *Ty) {
1089   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) > getTypeSizeInBits(Ty) &&
1090          "This is not a truncating conversion!");
1091   assert(isSCEVable(Ty) &&
1092          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1093   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1094
1095   FoldingSetNodeID ID;
1096   ID.AddInteger(scTruncate);
1097   ID.AddPointer(Op);
1098   ID.AddPointer(Ty);
1099   void *IP = nullptr;
1100   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1101
1102   // Fold if the operand is constant.
1103   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1104     return getConstant(
1105       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(), Ty)));
1106
1107   // trunc(trunc(x)) --> trunc(x)
1108   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op))
1109     return getTruncateExpr(ST->getOperand(), Ty);
1110
1111   // trunc(sext(x)) --> sext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
1112   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
1113     return getTruncateOrSignExtend(SS->getOperand(), Ty);
1114
1115   // trunc(zext(x)) --> zext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
1116   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
1117     return getTruncateOrZeroExtend(SZ->getOperand(), Ty);
1118
1119   // trunc(x1+x2+...+xN) --> trunc(x1)+trunc(x2)+...+trunc(xN) if we can
1120   // eliminate all the truncates, or we replace other casts with truncates.
1121   if (const SCEVAddExpr *SA = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Op)) {
1122     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1123     bool hasTrunc = false;
1124     for (unsigned i = 0, e = SA->getNumOperands(); i != e && !hasTrunc; ++i) {
1125       const SCEV *S = getTruncateExpr(SA->getOperand(i), Ty);
1126       if (!isa<SCEVCastExpr>(SA->getOperand(i)))
1127         hasTrunc = isa<SCEVTruncateExpr>(S);
1128       Operands.push_back(S);
1129     }
1130     if (!hasTrunc)
1131       return getAddExpr(Operands);
1132     UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP);  // Mutates IP, returns NULL.
1133   }
1134
1135   // trunc(x1*x2*...*xN) --> trunc(x1)*trunc(x2)*...*trunc(xN) if we can
1136   // eliminate all the truncates, or we replace other casts with truncates.
1137   if (const SCEVMulExpr *SM = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Op)) {
1138     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1139     bool hasTrunc = false;
1140     for (unsigned i = 0, e = SM->getNumOperands(); i != e && !hasTrunc; ++i) {
1141       const SCEV *S = getTruncateExpr(SM->getOperand(i), Ty);
1142       if (!isa<SCEVCastExpr>(SM->getOperand(i)))
1143         hasTrunc = isa<SCEVTruncateExpr>(S);
1144       Operands.push_back(S);
1145     }
1146     if (!hasTrunc)
1147       return getMulExpr(Operands);
1148     UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP);  // Mutates IP, returns NULL.
1149   }
1150
1151   // If the input value is a chrec scev, truncate the chrec's operands.
1152   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
1153     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1154     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
1155       Operands.push_back(getTruncateExpr(AddRec->getOperand(i), Ty));
1156     return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap);
1157   }
1158
1159   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node. We can reuse
1160   // the existing insert position since if we get here, we won't have
1161   // made any changes which would invalidate it.
1162   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVTruncateExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1163                                                  Op, Ty);
1164   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1165   return S;
1166 }
1167
1168 // Get the limit of a recurrence such that incrementing by Step cannot cause
1169 // signed overflow as long as the value of the recurrence within the
1170 // loop does not exceed this limit before incrementing.
1171 static const SCEV *getSignedOverflowLimitForStep(const SCEV *Step,
1172                                                  ICmpInst::Predicate *Pred,
1173                                                  ScalarEvolution *SE) {
1174   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits(Step->getType());
1175   if (SE->isKnownPositive(Step)) {
1176     *Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
1177     return SE->getConstant(APInt::getSignedMinValue(BitWidth) -
1178                            SE->getSignedRange(Step).getSignedMax());
1179   }
1180   if (SE->isKnownNegative(Step)) {
1181     *Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
1182     return SE->getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth) -
1183                            SE->getSignedRange(Step).getSignedMin());
1184   }
1185   return nullptr;
1186 }
1187
1188 // Get the limit of a recurrence such that incrementing by Step cannot cause
1189 // unsigned overflow as long as the value of the recurrence within the loop does
1190 // not exceed this limit before incrementing.
1191 static const SCEV *getUnsignedOverflowLimitForStep(const SCEV *Step,
1192                                                    ICmpInst::Predicate *Pred,
1193                                                    ScalarEvolution *SE) {
1194   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits(Step->getType());
1195   *Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
1196
1197   return SE->getConstant(APInt::getMinValue(BitWidth) -
1198                          SE->getUnsignedRange(Step).getUnsignedMax());
1199 }
1200
1201 namespace {
1202
1203 struct ExtendOpTraitsBase {
1204   typedef const SCEV *(ScalarEvolution::*GetExtendExprTy)(const SCEV *, Type *);
1205 };
1206
1207 // Used to make code generic over signed and unsigned overflow.
1208 template <typename ExtendOp> struct ExtendOpTraits {
1209   // Members present:
1210   //
1211   // static const SCEV::NoWrapFlags WrapType;
1212   //
1213   // static const ExtendOpTraitsBase::GetExtendExprTy GetExtendExpr;
1214   //
1215   // static const SCEV *getOverflowLimitForStep(const SCEV *Step,
1216   //                                           ICmpInst::Predicate *Pred,
1217   //                                           ScalarEvolution *SE);
1218 };
1219
1220 template <>
1221 struct ExtendOpTraits<SCEVSignExtendExpr> : public ExtendOpTraitsBase {
1222   static const SCEV::NoWrapFlags WrapType = SCEV::FlagNSW;
1223
1224   static const GetExtendExprTy GetExtendExpr;
1225
1226   static const SCEV *getOverflowLimitForStep(const SCEV *Step,
1227                                              ICmpInst::Predicate *Pred,
1228                                              ScalarEvolution *SE) {
1229     return getSignedOverflowLimitForStep(Step, Pred, SE);
1230   }
1231 };
1232
1233 const ExtendOpTraitsBase::GetExtendExprTy ExtendOpTraits<
1234     SCEVSignExtendExpr>::GetExtendExpr = &ScalarEvolution::getSignExtendExpr;
1235
1236 template <>
1237 struct ExtendOpTraits<SCEVZeroExtendExpr> : public ExtendOpTraitsBase {
1238   static const SCEV::NoWrapFlags WrapType = SCEV::FlagNUW;
1239
1240   static const GetExtendExprTy GetExtendExpr;
1241
1242   static const SCEV *getOverflowLimitForStep(const SCEV *Step,
1243                                              ICmpInst::Predicate *Pred,
1244                                              ScalarEvolution *SE) {
1245     return getUnsignedOverflowLimitForStep(Step, Pred, SE);
1246   }
1247 };
1248
1249 const ExtendOpTraitsBase::GetExtendExprTy ExtendOpTraits<
1250     SCEVZeroExtendExpr>::GetExtendExpr = &ScalarEvolution::getZeroExtendExpr;
1251 }
1252
1253 // The recurrence AR has been shown to have no signed/unsigned wrap or something
1254 // close to it. Typically, if we can prove NSW/NUW for AR, then we can just as
1255 // easily prove NSW/NUW for its preincrement or postincrement sibling. This
1256 // allows normalizing a sign/zero extended AddRec as such: {sext/zext(Step +
1257 // Start),+,Step} => {(Step + sext/zext(Start),+,Step} As a result, the
1258 // expression "Step + sext/zext(PreIncAR)" is congruent with
1259 // "sext/zext(PostIncAR)"
1260 template <typename ExtendOpTy>
1261 static const SCEV *getPreStartForExtend(const SCEVAddRecExpr *AR, Type *Ty,
1262                                         ScalarEvolution *SE) {
1263   auto WrapType = ExtendOpTraits<ExtendOpTy>::WrapType;
1264   auto GetExtendExpr = ExtendOpTraits<ExtendOpTy>::GetExtendExpr;
1265
1266   const Loop *L = AR->getLoop();
1267   const SCEV *Start = AR->getStart();
1268   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
1269
1270   // Check for a simple looking step prior to loop entry.
1271   const SCEVAddExpr *SA = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Start);
1272   if (!SA)
1273     return nullptr;
1274
1275   // Create an AddExpr for "PreStart" after subtracting Step. Full SCEV
1276   // subtraction is expensive. For this purpose, perform a quick and dirty
1277   // difference, by checking for Step in the operand list.
1278   SmallVector<const SCEV *, 4> DiffOps;
1279   for (const SCEV *Op : SA->operands())
1280     if (Op != Step)
1281       DiffOps.push_back(Op);
1282
1283   if (DiffOps.size() == SA->getNumOperands())
1284     return nullptr;
1285
1286   // Try to prove `WrapType` (SCEV::FlagNSW or SCEV::FlagNUW) on `PreStart` +
1287   // `Step`:
1288
1289   // 1. NSW/NUW flags on the step increment.
1290   const SCEV *PreStart = SE->getAddExpr(DiffOps, SA->getNoWrapFlags());
1291   const SCEVAddRecExpr *PreAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(
1292       SE->getAddRecExpr(PreStart, Step, L, SCEV::FlagAnyWrap));
1293
1294   // "{S,+,X} is <nsw>/<nuw>" and "the backedge is taken at least once" implies
1295   // "S+X does not sign/unsign-overflow".
1296   //
1297
1298   const SCEV *BECount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
1299   if (PreAR && PreAR->getNoWrapFlags(WrapType) &&
1300       !isa<SCEVCouldNotCompute>(BECount) && SE->isKnownPositive(BECount))
1301     return PreStart;
1302
1303   // 2. Direct overflow check on the step operation's expression.
1304   unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits(AR->getType());
1305   Type *WideTy = IntegerType::get(SE->getContext(), BitWidth * 2);
1306   const SCEV *OperandExtendedStart =
1307       SE->getAddExpr((SE->*GetExtendExpr)(PreStart, WideTy),
1308                      (SE->*GetExtendExpr)(Step, WideTy));
1309   if ((SE->*GetExtendExpr)(Start, WideTy) == OperandExtendedStart) {
1310     if (PreAR && AR->getNoWrapFlags(WrapType)) {
1311       // If we know `AR` == {`PreStart`+`Step`,+,`Step`} is `WrapType` (FlagNSW
1312       // or FlagNUW) and that `PreStart` + `Step` is `WrapType` too, then
1313       // `PreAR` == {`PreStart`,+,`Step`} is also `WrapType`.  Cache this fact.
1314       const_cast<SCEVAddRecExpr *>(PreAR)->setNoWrapFlags(WrapType);
1315     }
1316     return PreStart;
1317   }
1318
1319   // 3. Loop precondition.
1320   ICmpInst::Predicate Pred;
1321   const SCEV *OverflowLimit =
1322       ExtendOpTraits<ExtendOpTy>::getOverflowLimitForStep(Step, &Pred, SE);
1323
1324   if (OverflowLimit &&
1325       SE->isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, PreStart, OverflowLimit)) {
1326     return PreStart;
1327   }
1328   return nullptr;
1329 }
1330
1331 // Get the normalized zero or sign extended expression for this AddRec's Start.
1332 template <typename ExtendOpTy>
1333 static const SCEV *getExtendAddRecStart(const SCEVAddRecExpr *AR, Type *Ty,
1334                                         ScalarEvolution *SE) {
1335   auto GetExtendExpr = ExtendOpTraits<ExtendOpTy>::GetExtendExpr;
1336
1337   const SCEV *PreStart = getPreStartForExtend<ExtendOpTy>(AR, Ty, SE);
1338   if (!PreStart)
1339     return (SE->*GetExtendExpr)(AR->getStart(), Ty);
1340
1341   return SE->getAddExpr((SE->*GetExtendExpr)(AR->getStepRecurrence(*SE), Ty),
1342                         (SE->*GetExtendExpr)(PreStart, Ty));
1343 }
1344
1345 // Try to prove away overflow by looking at "nearby" add recurrences.  A
1346 // motivating example for this rule: if we know `{0,+,4}` is `ult` `-1` and it
1347 // does not itself wrap then we can conclude that `{1,+,4}` is `nuw`.
1348 //
1349 // Formally:
1350 //
1351 //     {S,+,X} == {S-T,+,X} + T
1352 //  => Ext({S,+,X}) == Ext({S-T,+,X} + T)
1353 //
1354 // If ({S-T,+,X} + T) does not overflow  ... (1)
1355 //
1356 //  RHS == Ext({S-T,+,X} + T) == Ext({S-T,+,X}) + Ext(T)
1357 //
1358 // If {S-T,+,X} does not overflow  ... (2)
1359 //
1360 //  RHS == Ext({S-T,+,X}) + Ext(T) == {Ext(S-T),+,Ext(X)} + Ext(T)
1361 //      == {Ext(S-T)+Ext(T),+,Ext(X)}
1362 //
1363 // If (S-T)+T does not overflow  ... (3)
1364 //
1365 //  RHS == {Ext(S-T)+Ext(T),+,Ext(X)} == {Ext(S-T+T),+,Ext(X)}
1366 //      == {Ext(S),+,Ext(X)} == LHS
1367 //
1368 // Thus, if (1), (2) and (3) are true for some T, then
1369 //   Ext({S,+,X}) == {Ext(S),+,Ext(X)}
1370 //
1371 // (3) is implied by (1) -- "(S-T)+T does not overflow" is simply "({S-T,+,X}+T)
1372 // does not overflow" restricted to the 0th iteration.  Therefore we only need
1373 // to check for (1) and (2).
1374 //
1375 // In the current context, S is `Start`, X is `Step`, Ext is `ExtendOpTy` and T
1376 // is `Delta` (defined below).
1377 //
1378 template <typename ExtendOpTy>
1379 bool ScalarEvolution::proveNoWrapByVaryingStart(const SCEV *Start,
1380                                                 const SCEV *Step,
1381                                                 const Loop *L) {
1382   auto WrapType = ExtendOpTraits<ExtendOpTy>::WrapType;
1383
1384   // We restrict `Start` to a constant to prevent SCEV from spending too much
1385   // time here.  It is correct (but more expensive) to continue with a
1386   // non-constant `Start` and do a general SCEV subtraction to compute
1387   // `PreStart` below.
1388   //
1389   const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start);
1390   if (!StartC)
1391     return false;
1392
1393   APInt StartAI = StartC->getValue()->getValue();
1394
1395   for (unsigned Delta : {-2, -1, 1, 2}) {
1396     const SCEV *PreStart = getConstant(StartAI - Delta);
1397
1398     // Give up if we don't already have the add recurrence we need because
1399     // actually constructing an add recurrence is relatively expensive.
1400     const SCEVAddRecExpr *PreAR = [&]() {
1401       FoldingSetNodeID ID;
1402       ID.AddInteger(scAddRecExpr);
1403       ID.AddPointer(PreStart);
1404       ID.AddPointer(Step);
1405       ID.AddPointer(L);
1406       void *IP = nullptr;
1407       return static_cast<SCEVAddRecExpr *>(
1408           this->UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
1409     }();
1410
1411     if (PreAR && PreAR->getNoWrapFlags(WrapType)) {  // proves (2)
1412       const SCEV *DeltaS = getConstant(StartC->getType(), Delta);
1413       ICmpInst::Predicate Pred = ICmpInst::BAD_ICMP_PREDICATE;
1414       const SCEV *Limit = ExtendOpTraits<ExtendOpTy>::getOverflowLimitForStep(
1415           DeltaS, &Pred, this);
1416       if (Limit && isKnownPredicate(Pred, PreAR, Limit))  // proves (1)
1417         return true;
1418     }
1419   }
1420
1421   return false;
1422 }
1423
1424 const SCEV *ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEV *Op,
1425                                                Type *Ty) {
1426   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1427          "This is not an extending conversion!");
1428   assert(isSCEVable(Ty) &&
1429          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1430   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1431
1432   // Fold if the operand is constant.
1433   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1434     return getConstant(
1435       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(), Ty)));
1436
1437   // zext(zext(x)) --> zext(x)
1438   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
1439     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
1440
1441   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
1442   // computed a SCEV for this Op and Ty.
1443   FoldingSetNodeID ID;
1444   ID.AddInteger(scZeroExtend);
1445   ID.AddPointer(Op);
1446   ID.AddPointer(Ty);
1447   void *IP = nullptr;
1448   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1449
1450   // zext(trunc(x)) --> zext(x) or x or trunc(x)
1451   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1452     // It's possible the bits taken off by the truncate were all zero bits. If
1453     // so, we should be able to simplify this further.
1454     const SCEV *X = ST->getOperand();
1455     ConstantRange CR = getUnsignedRange(X);
1456     unsigned TruncBits = getTypeSizeInBits(ST->getType());
1457     unsigned NewBits = getTypeSizeInBits(Ty);
1458     if (CR.truncate(TruncBits).zeroExtend(NewBits).contains(
1459             CR.zextOrTrunc(NewBits)))
1460       return getTruncateOrZeroExtend(X, Ty);
1461   }
1462
1463   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
1464   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
1465   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
1466   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
1467   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
1468     if (AR->isAffine()) {
1469       const SCEV *Start = AR->getStart();
1470       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
1471       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
1472       const Loop *L = AR->getLoop();
1473
1474       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
1475       // we don't need to do any further analysis.
1476       if (AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW))
1477         return getAddRecExpr(
1478             getExtendAddRecStart<SCEVZeroExtendExpr>(AR, Ty, this),
1479             getZeroExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1480
1481       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
1482       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
1483       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
1484       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
1485       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
1486       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
1487       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
1488       // that value once it has finished.
1489       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
1490       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
1491         // Manually compute the final value for AR, checking for
1492         // overflow.
1493
1494         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
1495         // the addrec's type. The count is always unsigned.
1496         const SCEV *CastedMaxBECount =
1497           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
1498         const SCEV *RecastedMaxBECount =
1499           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
1500         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
1501           Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
1502           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no unsigned overflow.
1503           const SCEV *ZMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1504           const SCEV *ZAdd = getZeroExtendExpr(getAddExpr(Start, ZMul), WideTy);
1505           const SCEV *WideStart = getZeroExtendExpr(Start, WideTy);
1506           const SCEV *WideMaxBECount =
1507             getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy);
1508           const SCEV *OperandExtendedAdd =
1509             getAddExpr(WideStart,
1510                        getMulExpr(WideMaxBECount,
1511                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
1512           if (ZAdd == OperandExtendedAdd) {
1513             // Cache knowledge of AR NUW, which is propagated to this AddRec.
1514             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW);
1515             // Return the expression with the addrec on the outside.
1516             return getAddRecExpr(
1517                 getExtendAddRecStart<SCEVZeroExtendExpr>(AR, Ty, this),
1518                 getZeroExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1519           }
1520           // Similar to above, only this time treat the step value as signed.
1521           // This covers loops that count down.
1522           OperandExtendedAdd =
1523             getAddExpr(WideStart,
1524                        getMulExpr(WideMaxBECount,
1525                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
1526           if (ZAdd == OperandExtendedAdd) {
1527             // Cache knowledge of AR NW, which is propagated to this AddRec.
1528             // Negative step causes unsigned wrap, but it still can't self-wrap.
1529             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNW);
1530             // Return the expression with the addrec on the outside.
1531             return getAddRecExpr(
1532                 getExtendAddRecStart<SCEVZeroExtendExpr>(AR, Ty, this),
1533                 getSignExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1534           }
1535         }
1536
1537         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
1538         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
1539         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
1540         // with the post-inc value, the addrec is safe.
1541         if (isKnownPositive(Step)) {
1542           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMinValue(BitWidth) -
1543                                       getUnsignedRange(Step).getUnsignedMax());
1544           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, AR, N) ||
1545               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, Start, N) &&
1546                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT,
1547                                            AR->getPostIncExpr(*this), N))) {
1548             // Cache knowledge of AR NUW, which is propagated to this AddRec.
1549             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW);
1550             // Return the expression with the addrec on the outside.
1551             return getAddRecExpr(
1552                 getExtendAddRecStart<SCEVZeroExtendExpr>(AR, Ty, this),
1553                 getZeroExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1554           }
1555         } else if (isKnownNegative(Step)) {
1556           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth) -
1557                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
1558           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, AR, N) ||
1559               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, Start, N) &&
1560                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT,
1561                                            AR->getPostIncExpr(*this), N))) {
1562             // Cache knowledge of AR NW, which is propagated to this AddRec.
1563             // Negative step causes unsigned wrap, but it still can't self-wrap.
1564             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNW);
1565             // Return the expression with the addrec on the outside.
1566             return getAddRecExpr(
1567                 getExtendAddRecStart<SCEVZeroExtendExpr>(AR, Ty, this),
1568                 getSignExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1569           }
1570         }
1571       }
1572
1573       if (proveNoWrapByVaryingStart<SCEVZeroExtendExpr>(Start, Step, L)) {
1574         const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW);
1575         return getAddRecExpr(
1576             getExtendAddRecStart<SCEVZeroExtendExpr>(AR, Ty, this),
1577             getZeroExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1578       }
1579     }
1580
1581   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
1582   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
1583   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1584   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVZeroExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1585                                                    Op, Ty);
1586   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1587   return S;
1588 }
1589
1590 const SCEV *ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEV *Op,
1591                                                Type *Ty) {
1592   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1593          "This is not an extending conversion!");
1594   assert(isSCEVable(Ty) &&
1595          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1596   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1597
1598   // Fold if the operand is constant.
1599   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1600     return getConstant(
1601       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(), Ty)));
1602
1603   // sext(sext(x)) --> sext(x)
1604   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
1605     return getSignExtendExpr(SS->getOperand(), Ty);
1606
1607   // sext(zext(x)) --> zext(x)
1608   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
1609     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
1610
1611   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
1612   // computed a SCEV for this Op and Ty.
1613   FoldingSetNodeID ID;
1614   ID.AddInteger(scSignExtend);
1615   ID.AddPointer(Op);
1616   ID.AddPointer(Ty);
1617   void *IP = nullptr;
1618   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1619
1620   // If the input value is provably positive, build a zext instead.
1621   if (isKnownNonNegative(Op))
1622     return getZeroExtendExpr(Op, Ty);
1623
1624   // sext(trunc(x)) --> sext(x) or x or trunc(x)
1625   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1626     // It's possible the bits taken off by the truncate were all sign bits. If
1627     // so, we should be able to simplify this further.
1628     const SCEV *X = ST->getOperand();
1629     ConstantRange CR = getSignedRange(X);
1630     unsigned TruncBits = getTypeSizeInBits(ST->getType());
1631     unsigned NewBits = getTypeSizeInBits(Ty);
1632     if (CR.truncate(TruncBits).signExtend(NewBits).contains(
1633             CR.sextOrTrunc(NewBits)))
1634       return getTruncateOrSignExtend(X, Ty);
1635   }
1636
1637   // sext(C1 + (C2 * x)) --> C1 + sext(C2 * x) if C1 < C2
1638   if (auto SA = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Op)) {
1639     if (SA->getNumOperands() == 2) {
1640       auto SC1 = dyn_cast<SCEVConstant>(SA->getOperand(0));
1641       auto SMul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SA->getOperand(1));
1642       if (SMul && SC1) {
1643         if (auto SC2 = dyn_cast<SCEVConstant>(SMul->getOperand(0))) {
1644           const APInt &C1 = SC1->getValue()->getValue();
1645           const APInt &C2 = SC2->getValue()->getValue();
1646           if (C1.isStrictlyPositive() && C2.isStrictlyPositive() &&
1647               C2.ugt(C1) && C2.isPowerOf2())
1648             return getAddExpr(getSignExtendExpr(SC1, Ty),
1649                               getSignExtendExpr(SMul, Ty));
1650         }
1651       }
1652     }
1653   }
1654   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
1655   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
1656   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
1657   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
1658   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
1659     if (AR->isAffine()) {
1660       const SCEV *Start = AR->getStart();
1661       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
1662       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
1663       const Loop *L = AR->getLoop();
1664
1665       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
1666       // we don't need to do any further analysis.
1667       if (AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW))
1668         return getAddRecExpr(
1669             getExtendAddRecStart<SCEVSignExtendExpr>(AR, Ty, this),
1670             getSignExtendExpr(Step, Ty), L, SCEV::FlagNSW);
1671
1672       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
1673       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
1674       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
1675       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
1676       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
1677       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
1678       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
1679       // that value once it has finished.
1680       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
1681       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
1682         // Manually compute the final value for AR, checking for
1683         // overflow.
1684
1685         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
1686         // the addrec's type. The count is always unsigned.
1687         const SCEV *CastedMaxBECount =
1688           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
1689         const SCEV *RecastedMaxBECount =
1690           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
1691         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
1692           Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
1693           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no signed overflow.
1694           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1695           const SCEV *SAdd = getSignExtendExpr(getAddExpr(Start, SMul), WideTy);
1696           const SCEV *WideStart = getSignExtendExpr(Start, WideTy);
1697           const SCEV *WideMaxBECount =
1698             getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy);
1699           const SCEV *OperandExtendedAdd =
1700             getAddExpr(WideStart,
1701                        getMulExpr(WideMaxBECount,
1702                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
1703           if (SAdd == OperandExtendedAdd) {
1704             // Cache knowledge of AR NSW, which is propagated to this AddRec.
1705             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
1706             // Return the expression with the addrec on the outside.
1707             return getAddRecExpr(
1708                 getExtendAddRecStart<SCEVSignExtendExpr>(AR, Ty, this),
1709                 getSignExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1710           }
1711           // Similar to above, only this time treat the step value as unsigned.
1712           // This covers loops that count up with an unsigned step.
1713           OperandExtendedAdd =
1714             getAddExpr(WideStart,
1715                        getMulExpr(WideMaxBECount,
1716                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
1717           if (SAdd == OperandExtendedAdd) {
1718             // If AR wraps around then
1719             //
1720             //    abs(Step) * MaxBECount > unsigned-max(AR->getType())
1721             // => SAdd != OperandExtendedAdd
1722             //
1723             // Thus (AR is not NW => SAdd != OperandExtendedAdd) <=>
1724             // (SAdd == OperandExtendedAdd => AR is NW)
1725
1726             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNW);
1727
1728             // Return the expression with the addrec on the outside.
1729             return getAddRecExpr(
1730                 getExtendAddRecStart<SCEVSignExtendExpr>(AR, Ty, this),
1731                 getZeroExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1732           }
1733         }
1734
1735         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
1736         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
1737         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
1738         // with the post-inc value, the addrec is safe.
1739         ICmpInst::Predicate Pred;
1740         const SCEV *OverflowLimit =
1741             getSignedOverflowLimitForStep(Step, &Pred, this);
1742         if (OverflowLimit &&
1743             (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, AR, OverflowLimit) ||
1744              (isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, Start, OverflowLimit) &&
1745               isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, AR->getPostIncExpr(*this),
1746                                           OverflowLimit)))) {
1747           // Cache knowledge of AR NSW, then propagate NSW to the wide AddRec.
1748           const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
1749           return getAddRecExpr(
1750               getExtendAddRecStart<SCEVSignExtendExpr>(AR, Ty, this),
1751               getSignExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1752         }
1753       }
1754       // If Start and Step are constants, check if we can apply this
1755       // transformation:
1756       // sext{C1,+,C2} --> C1 + sext{0,+,C2} if C1 < C2
1757       auto SC1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Start);
1758       auto SC2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
1759       if (SC1 && SC2) {
1760         const APInt &C1 = SC1->getValue()->getValue();
1761         const APInt &C2 = SC2->getValue()->getValue();
1762         if (C1.isStrictlyPositive() && C2.isStrictlyPositive() && C2.ugt(C1) &&
1763             C2.isPowerOf2()) {
1764           Start = getSignExtendExpr(Start, Ty);
1765           const SCEV *NewAR = getAddRecExpr(getConstant(AR->getType(), 0), Step,
1766                                             L, AR->getNoWrapFlags());
1767           return getAddExpr(Start, getSignExtendExpr(NewAR, Ty));
1768         }
1769       }
1770
1771       if (proveNoWrapByVaryingStart<SCEVSignExtendExpr>(Start, Step, L)) {
1772         const_cast<SCEVAddRecExpr *>(AR)->setNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW);
1773         return getAddRecExpr(
1774             getExtendAddRecStart<SCEVSignExtendExpr>(AR, Ty, this),
1775             getSignExtendExpr(Step, Ty), L, AR->getNoWrapFlags());
1776       }
1777     }
1778
1779   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
1780   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
1781   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1782   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSignExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1783                                                    Op, Ty);
1784   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1785   return S;
1786 }
1787
1788 /// getAnyExtendExpr - Return a SCEV for the given operand extended with
1789 /// unspecified bits out to the given type.
1790 ///
1791 const SCEV *ScalarEvolution::getAnyExtendExpr(const SCEV *Op,
1792                                               Type *Ty) {
1793   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1794          "This is not an extending conversion!");
1795   assert(isSCEVable(Ty) &&
1796          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1797   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1798
1799   // Sign-extend negative constants.
1800   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1801     if (SC->getValue()->getValue().isNegative())
1802       return getSignExtendExpr(Op, Ty);
1803
1804   // Peel off a truncate cast.
1805   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1806     const SCEV *NewOp = T->getOperand();
1807     if (getTypeSizeInBits(NewOp->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty))
1808       return getAnyExtendExpr(NewOp, Ty);
1809     return getTruncateOrNoop(NewOp, Ty);
1810   }
1811
1812   // Next try a zext cast. If the cast is folded, use it.
1813   const SCEV *ZExt = getZeroExtendExpr(Op, Ty);
1814   if (!isa<SCEVZeroExtendExpr>(ZExt))
1815     return ZExt;
1816
1817   // Next try a sext cast. If the cast is folded, use it.
1818   const SCEV *SExt = getSignExtendExpr(Op, Ty);
1819   if (!isa<SCEVSignExtendExpr>(SExt))
1820     return SExt;
1821
1822   // Force the cast to be folded into the operands of an addrec.
1823   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
1824     SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
1825     for (const SCEV *Op : AR->operands())
1826       Ops.push_back(getAnyExtendExpr(Op, Ty));
1827     return getAddRecExpr(Ops, AR->getLoop(), SCEV::FlagNW);
1828   }
1829
1830   // If the expression is obviously signed, use the sext cast value.
1831   if (isa<SCEVSMaxExpr>(Op))
1832     return SExt;
1833
1834   // Absent any other information, use the zext cast value.
1835   return ZExt;
1836 }
1837
1838 /// CollectAddOperandsWithScales - Process the given Ops list, which is
1839 /// a list of operands to be added under the given scale, update the given
1840 /// map. This is a helper function for getAddRecExpr. As an example of
1841 /// what it does, given a sequence of operands that would form an add
1842 /// expression like this:
1843 ///
1844 ///    m + n + 13 + (A * (o + p + (B * (q + m + 29)))) + r + (-1 * r)
1845 ///
1846 /// where A and B are constants, update the map with these values:
1847 ///
1848 ///    (m, 1+A*B), (n, 1), (o, A), (p, A), (q, A*B), (r, 0)
1849 ///
1850 /// and add 13 + A*B*29 to AccumulatedConstant.
1851 /// This will allow getAddRecExpr to produce this:
1852 ///
1853 ///    13+A*B*29 + n + (m * (1+A*B)) + ((o + p) * A) + (q * A*B)
1854 ///
1855 /// This form often exposes folding opportunities that are hidden in
1856 /// the original operand list.
1857 ///
1858 /// Return true iff it appears that any interesting folding opportunities
1859 /// may be exposed. This helps getAddRecExpr short-circuit extra work in
1860 /// the common case where no interesting opportunities are present, and
1861 /// is also used as a check to avoid infinite recursion.
1862 ///
1863 static bool
1864 CollectAddOperandsWithScales(DenseMap<const SCEV *, APInt> &M,
1865                              SmallVectorImpl<const SCEV *> &NewOps,
1866                              APInt &AccumulatedConstant,
1867                              const SCEV *const *Ops, size_t NumOperands,
1868                              const APInt &Scale,
1869                              ScalarEvolution &SE) {
1870   bool Interesting = false;
1871
1872   // Iterate over the add operands. They are sorted, with constants first.
1873   unsigned i = 0;
1874   while (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1875     ++i;
1876     // Pull a buried constant out to the outside.
1877     if (Scale != 1 || AccumulatedConstant != 0 || C->getValue()->isZero())
1878       Interesting = true;
1879     AccumulatedConstant += Scale * C->getValue()->getValue();
1880   }
1881
1882   // Next comes everything else. We're especially interested in multiplies
1883   // here, but they're in the middle, so just visit the rest with one loop.
1884   for (; i != NumOperands; ++i) {
1885     const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i]);
1886     if (Mul && isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
1887       APInt NewScale =
1888         Scale * cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))->getValue()->getValue();
1889       if (Mul->getNumOperands() == 2 && isa<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1))) {
1890         // A multiplication of a constant with another add; recurse.
1891         const SCEVAddExpr *Add = cast<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1));
1892         Interesting |=
1893           CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1894                                        Add->op_begin(), Add->getNumOperands(),
1895                                        NewScale, SE);
1896       } else {
1897         // A multiplication of a constant with some other value. Update
1898         // the map.
1899         SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
1900         const SCEV *Key = SE.getMulExpr(MulOps);
1901         std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1902           M.insert(std::make_pair(Key, NewScale));
1903         if (Pair.second) {
1904           NewOps.push_back(Pair.first->first);
1905         } else {
1906           Pair.first->second += NewScale;
1907           // The map already had an entry for this value, which may indicate
1908           // a folding opportunity.
1909           Interesting = true;
1910         }
1911       }
1912     } else {
1913       // An ordinary operand. Update the map.
1914       std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1915         M.insert(std::make_pair(Ops[i], Scale));
1916       if (Pair.second) {
1917         NewOps.push_back(Pair.first->first);
1918       } else {
1919         Pair.first->second += Scale;
1920         // The map already had an entry for this value, which may indicate
1921         // a folding opportunity.
1922         Interesting = true;
1923       }
1924     }
1925   }
1926
1927   return Interesting;
1928 }
1929
1930 namespace {
1931   struct APIntCompare {
1932     bool operator()(const APInt &LHS, const APInt &RHS) const {
1933       return LHS.ult(RHS);
1934     }
1935   };
1936 }
1937
1938 // We're trying to construct a SCEV of type `Type' with `Ops' as operands and
1939 // `OldFlags' as can't-wrap behavior.  Infer a more aggressive set of
1940 // can't-overflow flags for the operation if possible.
1941 static SCEV::NoWrapFlags
1942 StrengthenNoWrapFlags(ScalarEvolution *SE, SCEVTypes Type,
1943                       const SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1944                       SCEV::NoWrapFlags OldFlags) {
1945   using namespace std::placeholders;
1946
1947   bool CanAnalyze =
1948       Type == scAddExpr || Type == scAddRecExpr || Type == scMulExpr;
1949   (void)CanAnalyze;
1950   assert(CanAnalyze && "don't call from other places!");
1951
1952   int SignOrUnsignMask = SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW;
1953   SCEV::NoWrapFlags SignOrUnsignWrap =
1954       ScalarEvolution::maskFlags(OldFlags, SignOrUnsignMask);
1955
1956   // If FlagNSW is true and all the operands are non-negative, infer FlagNUW.
1957   auto IsKnownNonNegative =
1958     std::bind(std::mem_fn(&ScalarEvolution::isKnownNonNegative), SE, _1);
1959
1960   if (SignOrUnsignWrap == SCEV::FlagNSW &&
1961       std::all_of(Ops.begin(), Ops.end(), IsKnownNonNegative))
1962     return ScalarEvolution::setFlags(OldFlags,
1963                                      (SCEV::NoWrapFlags)SignOrUnsignMask);
1964
1965   return OldFlags;
1966 }
1967
1968 /// getAddExpr - Get a canonical add expression, or something simpler if
1969 /// possible.
1970 const SCEV *ScalarEvolution::getAddExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1971                                         SCEV::NoWrapFlags Flags) {
1972   assert(!(Flags & ~(SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW)) &&
1973          "only nuw or nsw allowed");
1974   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
1975   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1976 #ifndef NDEBUG
1977   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
1978   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1979     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
1980            "SCEVAddExpr operand types don't match!");
1981 #endif
1982
1983   Flags = StrengthenNoWrapFlags(this, scAddExpr, Ops, Flags);
1984
1985   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1986   GroupByComplexity(Ops, LI);
1987
1988   // If there are any constants, fold them together.
1989   unsigned Idx = 0;
1990   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1991     ++Idx;
1992     assert(Idx < Ops.size());
1993     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1994       // We found two constants, fold them together!
1995       Ops[0] = getConstant(LHSC->getValue()->getValue() +
1996                            RHSC->getValue()->getValue());
1997       if (Ops.size() == 2) return Ops[0];
1998       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1999       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2000     }
2001
2002     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
2003     if (LHSC->getValue()->isZero()) {
2004       Ops.erase(Ops.begin());
2005       --Idx;
2006     }
2007
2008     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2009   }
2010
2011   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list more than
2012   // once.  If so, merge them together into an multiply expression.  Since we
2013   // sorted the list, these values are required to be adjacent.
2014   Type *Ty = Ops[0]->getType();
2015   bool FoundMatch = false;
2016   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-1; ++i)
2017     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
2018       // Scan ahead to count how many equal operands there are.
2019       unsigned Count = 2;
2020       while (i+Count != e && Ops[i+Count] == Ops[i])
2021         ++Count;
2022       // Merge the values into a multiply.
2023       const SCEV *Scale = getConstant(Ty, Count);
2024       const SCEV *Mul = getMulExpr(Scale, Ops[i]);
2025       if (Ops.size() == Count)
2026         return Mul;
2027       Ops[i] = Mul;
2028       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+Count);
2029       --i; e -= Count - 1;
2030       FoundMatch = true;
2031     }
2032   if (FoundMatch)
2033     return getAddExpr(Ops, Flags);
2034
2035   // Check for truncates. If all the operands are truncated from the same
2036   // type, see if factoring out the truncate would permit the result to be
2037   // folded. eg., trunc(x) + m*trunc(n) --> trunc(x + trunc(m)*n)
2038   // if the contents of the resulting outer trunc fold to something simple.
2039   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
2040     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]);
2041     Type *DstType = Trunc->getType();
2042     Type *SrcType = Trunc->getOperand()->getType();
2043     SmallVector<const SCEV *, 8> LargeOps;
2044     bool Ok = true;
2045     // Check all the operands to see if they can be represented in the
2046     // source type of the truncate.
2047     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
2048       if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[i])) {
2049         if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
2050           Ok = false;
2051           break;
2052         }
2053         LargeOps.push_back(T->getOperand());
2054       } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
2055         LargeOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
2056       } else if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i])) {
2057         SmallVector<const SCEV *, 8> LargeMulOps;
2058         for (unsigned j = 0, f = M->getNumOperands(); j != f && Ok; ++j) {
2059           if (const SCEVTruncateExpr *T =
2060                 dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(M->getOperand(j))) {
2061             if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
2062               Ok = false;
2063               break;
2064             }
2065             LargeMulOps.push_back(T->getOperand());
2066           } else if (const SCEVConstant *C =
2067                        dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(j))) {
2068             LargeMulOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
2069           } else {
2070             Ok = false;
2071             break;
2072           }
2073         }
2074         if (Ok)
2075           LargeOps.push_back(getMulExpr(LargeMulOps));
2076       } else {
2077         Ok = false;
2078         break;
2079       }
2080     }
2081     if (Ok) {
2082       // Evaluate the expression in the larger type.
2083       const SCEV *Fold = getAddExpr(LargeOps, Flags);
2084       // If it folds to something simple, use it. Otherwise, don't.
2085       if (isa<SCEVConstant>(Fold) || isa<SCEVUnknown>(Fold))
2086         return getTruncateExpr(Fold, DstType);
2087     }
2088   }
2089
2090   // Skip past any other cast SCEVs.
2091   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
2092     ++Idx;
2093
2094   // If there are add operands they would be next.
2095   if (Idx < Ops.size()) {
2096     bool DeletedAdd = false;
2097     while (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
2098       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
2099       // list.
2100       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2101       Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
2102       DeletedAdd = true;
2103     }
2104
2105     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
2106     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
2107     // any operands we just acquired.
2108     if (DeletedAdd)
2109       return getAddExpr(Ops);
2110   }
2111
2112   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
2113   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
2114     ++Idx;
2115
2116   // Check to see if there are any folding opportunities present with
2117   // operands multiplied by constant values.
2118   if (Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
2119     uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(Ty);
2120     DenseMap<const SCEV *, APInt> M;
2121     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
2122     APInt AccumulatedConstant(BitWidth, 0);
2123     if (CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
2124                                      Ops.data(), Ops.size(),
2125                                      APInt(BitWidth, 1), *this)) {
2126       // Some interesting folding opportunity is present, so its worthwhile to
2127       // re-generate the operands list. Group the operands by constant scale,
2128       // to avoid multiplying by the same constant scale multiple times.
2129       std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare> MulOpLists;
2130       for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = NewOps.begin(),
2131            E = NewOps.end(); I != E; ++I)
2132         MulOpLists[M.find(*I)->second].push_back(*I);
2133       // Re-generate the operands list.
2134       Ops.clear();
2135       if (AccumulatedConstant != 0)
2136         Ops.push_back(getConstant(AccumulatedConstant));
2137       for (std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare>::iterator
2138            I = MulOpLists.begin(), E = MulOpLists.end(); I != E; ++I)
2139         if (I->first != 0)
2140           Ops.push_back(getMulExpr(getConstant(I->first),
2141                                    getAddExpr(I->second)));
2142       if (Ops.empty())
2143         return getConstant(Ty, 0);
2144       if (Ops.size() == 1)
2145         return Ops[0];
2146       return getAddExpr(Ops);
2147     }
2148   }
2149
2150   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
2151   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
2152   // the multiply.
2153   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
2154     const SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
2155     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
2156       const SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
2157       if (isa<SCEVConstant>(MulOpSCEV))
2158         continue;
2159       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
2160         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp]) {
2161           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
2162           const SCEV *InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
2163           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
2164             // If the multiply has more than two operands, we must get the
2165             // Y*Z term.
2166             SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
2167                                                 Mul->op_begin()+MulOp);
2168             MulOps.append(Mul->op_begin()+MulOp+1, Mul->op_end());
2169             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
2170           }
2171           const SCEV *One = getConstant(Ty, 1);
2172           const SCEV *AddOne = getAddExpr(One, InnerMul);
2173           const SCEV *OuterMul = getMulExpr(AddOne, MulOpSCEV);
2174           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
2175           if (AddOp < Idx) {
2176             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
2177             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
2178           } else {
2179             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2180             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
2181           }
2182           Ops.push_back(OuterMul);
2183           return getAddExpr(Ops);
2184         }
2185
2186       // Check this multiply against other multiplies being added together.
2187       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
2188            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
2189            ++OtherMulIdx) {
2190         const SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
2191         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
2192         // together.
2193         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
2194              OMulOp != e; ++OMulOp)
2195           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
2196             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
2197             const SCEV *InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
2198             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
2199               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
2200                                                   Mul->op_begin()+MulOp);
2201               MulOps.append(Mul->op_begin()+MulOp+1, Mul->op_end());
2202               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
2203             }
2204             const SCEV *InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
2205             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
2206               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(OtherMul->op_begin(),
2207                                                   OtherMul->op_begin()+OMulOp);
2208               MulOps.append(OtherMul->op_begin()+OMulOp+1, OtherMul->op_end());
2209               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
2210             }
2211             const SCEV *InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
2212             const SCEV *OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
2213             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
2214             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2215             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
2216             Ops.push_back(OuterMul);
2217             return getAddExpr(Ops);
2218           }
2219       }
2220     }
2221   }
2222
2223   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
2224   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
2225   // recurrence.
2226   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
2227     ++Idx;
2228
2229   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
2230   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
2231     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
2232     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
2233     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
2234     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
2235     const Loop *AddRecLoop = AddRec->getLoop();
2236     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2237       if (isLoopInvariant(Ops[i], AddRecLoop)) {
2238         LIOps.push_back(Ops[i]);
2239         Ops.erase(Ops.begin()+i);
2240         --i; --e;
2241       }
2242
2243     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
2244     if (!LIOps.empty()) {
2245       //  NLI + LI + {Start,+,Step}  -->  NLI + {LI+Start,+,Step}
2246       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
2247
2248       SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
2249                                              AddRec->op_end());
2250       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
2251
2252       // Build the new addrec. Propagate the NUW and NSW flags if both the
2253       // outer add and the inner addrec are guaranteed to have no overflow.
2254       // Always propagate NW.
2255       Flags = AddRec->getNoWrapFlags(setFlags(Flags, SCEV::FlagNW));
2256       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRecLoop, Flags);
2257
2258       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
2259       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
2260
2261       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-invariant parts.
2262       for (unsigned i = 0;; ++i)
2263         if (Ops[i] == AddRec) {
2264           Ops[i] = NewRec;
2265           break;
2266         }
2267       return getAddExpr(Ops);
2268     }
2269
2270     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
2271     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
2272     // added together.  If so, we can fold them.
2273     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
2274          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
2275          ++OtherIdx)
2276       if (AddRecLoop == cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx])->getLoop()) {
2277         // Other + {A,+,B}<L> + {C,+,D}<L>  -->  Other + {A+C,+,B+D}<L>
2278         SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
2279                                                AddRec->op_end());
2280         for (; OtherIdx != Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
2281              ++OtherIdx)
2282           if (const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec =
2283                 dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]))
2284             if (OtherAddRec->getLoop() == AddRecLoop) {
2285               for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands();
2286                    i != e; ++i) {
2287                 if (i >= AddRecOps.size()) {
2288                   AddRecOps.append(OtherAddRec->op_begin()+i,
2289                                    OtherAddRec->op_end());
2290                   break;
2291                 }
2292                 AddRecOps[i] = getAddExpr(AddRecOps[i],
2293                                           OtherAddRec->getOperand(i));
2294               }
2295               Ops.erase(Ops.begin() + OtherIdx); --OtherIdx;
2296             }
2297         // Step size has changed, so we cannot guarantee no self-wraparound.
2298         Ops[Idx] = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRecLoop, SCEV::FlagAnyWrap);
2299         return getAddExpr(Ops);
2300       }
2301
2302     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
2303     // next one.
2304   }
2305
2306   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
2307   // already have one, otherwise create a new one.
2308   FoldingSetNodeID ID;
2309   ID.AddInteger(scAddExpr);
2310   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2311     ID.AddPointer(Ops[i]);
2312   void *IP = nullptr;
2313   SCEVAddExpr *S =
2314     static_cast<SCEVAddExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2315   if (!S) {
2316     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2317     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2318     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2319                                         O, Ops.size());
2320     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2321   }
2322   S->setNoWrapFlags(Flags);
2323   return S;
2324 }
2325
2326 static uint64_t umul_ov(uint64_t i, uint64_t j, bool &Overflow) {
2327   uint64_t k = i*j;
2328   if (j > 1 && k / j != i) Overflow = true;
2329   return k;
2330 }
2331
2332 /// Compute the result of "n choose k", the binomial coefficient.  If an
2333 /// intermediate computation overflows, Overflow will be set and the return will
2334 /// be garbage. Overflow is not cleared on absence of overflow.
2335 static uint64_t Choose(uint64_t n, uint64_t k, bool &Overflow) {
2336   // We use the multiplicative formula:
2337   //     n(n-1)(n-2)...(n-(k-1)) / k(k-1)(k-2)...1 .
2338   // At each iteration, we take the n-th term of the numeral and divide by the
2339   // (k-n)th term of the denominator.  This division will always produce an
2340   // integral result, and helps reduce the chance of overflow in the
2341   // intermediate computations. However, we can still overflow even when the
2342   // final result would fit.
2343
2344   if (n == 0 || n == k) return 1;
2345   if (k > n) return 0;
2346
2347   if (k > n/2)
2348     k = n-k;
2349
2350   uint64_t r = 1;
2351   for (uint64_t i = 1; i <= k; ++i) {
2352     r = umul_ov(r, n-(i-1), Overflow);
2353     r /= i;
2354   }
2355   return r;
2356 }
2357
2358 /// Determine if any of the operands in this SCEV are a constant or if
2359 /// any of the add or multiply expressions in this SCEV contain a constant.
2360 static bool containsConstantSomewhere(const SCEV *StartExpr) {
2361   SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
2362   Ops.push_back(StartExpr);
2363   while (!Ops.empty()) {
2364     const SCEV *CurrentExpr = Ops.pop_back_val();
2365     if (isa<SCEVConstant>(*CurrentExpr))
2366       return true;
2367
2368     if (isa<SCEVAddExpr>(*CurrentExpr) || isa<SCEVMulExpr>(*CurrentExpr)) {
2369       const auto *CurrentNAry = cast<SCEVNAryExpr>(CurrentExpr);
2370       Ops.append(CurrentNAry->op_begin(), CurrentNAry->op_end());
2371     }
2372   }
2373   return false;
2374 }
2375
2376 /// getMulExpr - Get a canonical multiply expression, or something simpler if
2377 /// possible.
2378 const SCEV *ScalarEvolution::getMulExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
2379                                         SCEV::NoWrapFlags Flags) {
2380   assert(Flags == maskFlags(Flags, SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW) &&
2381          "only nuw or nsw allowed");
2382   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
2383   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2384 #ifndef NDEBUG
2385   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
2386   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2387     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
2388            "SCEVMulExpr operand types don't match!");
2389 #endif
2390
2391   Flags = StrengthenNoWrapFlags(this, scMulExpr, Ops, Flags);
2392
2393   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2394   GroupByComplexity(Ops, LI);
2395
2396   // If there are any constants, fold them together.
2397   unsigned Idx = 0;
2398   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2399
2400     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
2401     if (Ops.size() == 2)
2402         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
2403           // If any of Add's ops are Adds or Muls with a constant,
2404           // apply this transformation as well.
2405           if (Add->getNumOperands() == 2)
2406             if (containsConstantSomewhere(Add))
2407               return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
2408                                 getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
2409
2410     ++Idx;
2411     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2412       // We found two constants, fold them together!
2413       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2414                                            LHSC->getValue()->getValue() *
2415                                            RHSC->getValue()->getValue());
2416       Ops[0] = getConstant(Fold);
2417       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2418       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2419       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2420     }
2421
2422     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
2423     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
2424       Ops.erase(Ops.begin());
2425       --Idx;
2426     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
2427       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
2428       return Ops[0];
2429     } else if (Ops[0]->isAllOnesValue()) {
2430       // If we have a mul by -1 of an add, try distributing the -1 among the
2431       // add operands.
2432       if (Ops.size() == 2) {
2433         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1])) {
2434           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
2435           bool AnyFolded = false;
2436           for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = Add->op_begin(),
2437                  E = Add->op_end(); I != E; ++I) {
2438             const SCEV *Mul = getMulExpr(Ops[0], *I);
2439             if (!isa<SCEVMulExpr>(Mul)) AnyFolded = true;
2440             NewOps.push_back(Mul);
2441           }
2442           if (AnyFolded)
2443             return getAddExpr(NewOps);
2444         }
2445         else if (const SCEVAddRecExpr *
2446                  AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[1])) {
2447           // Negation preserves a recurrence's no self-wrap property.
2448           SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2449           for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = AddRec->op_begin(),
2450                  E = AddRec->op_end(); I != E; ++I) {
2451             Operands.push_back(getMulExpr(Ops[0], *I));
2452           }
2453           return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop(),
2454                                AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
2455         }
2456       }
2457     }
2458
2459     if (Ops.size() == 1)
2460       return Ops[0];
2461   }
2462
2463   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
2464   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
2465     ++Idx;
2466
2467   // If there are mul operands inline them all into this expression.
2468   if (Idx < Ops.size()) {
2469     bool DeletedMul = false;
2470     while (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
2471       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
2472       // list.
2473       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2474       Ops.append(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
2475       DeletedMul = true;
2476     }
2477
2478     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
2479     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
2480     // any operands we just acquired.
2481     if (DeletedMul)
2482       return getMulExpr(Ops);
2483   }
2484
2485   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
2486   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
2487   // recurrence.
2488   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
2489     ++Idx;
2490
2491   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
2492   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
2493     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
2494     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
2495     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
2496     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
2497     const Loop *AddRecLoop = AddRec->getLoop();
2498     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2499       if (isLoopInvariant(Ops[i], AddRecLoop)) {
2500         LIOps.push_back(Ops[i]);
2501         Ops.erase(Ops.begin()+i);
2502         --i; --e;
2503       }
2504
2505     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
2506     if (!LIOps.empty()) {
2507       //  NLI * LI * {Start,+,Step}  -->  NLI * {LI*Start,+,LI*Step}
2508       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
2509       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
2510       const SCEV *Scale = getMulExpr(LIOps);
2511       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
2512         NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
2513
2514       // Build the new addrec. Propagate the NUW and NSW flags if both the
2515       // outer mul and the inner addrec are guaranteed to have no overflow.
2516       //
2517       // No self-wrap cannot be guaranteed after changing the step size, but
2518       // will be inferred if either NUW or NSW is true.
2519       Flags = AddRec->getNoWrapFlags(clearFlags(Flags, SCEV::FlagNW));
2520       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRecLoop, Flags);
2521
2522       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
2523       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
2524
2525       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-invariant parts.
2526       for (unsigned i = 0;; ++i)
2527         if (Ops[i] == AddRec) {
2528           Ops[i] = NewRec;
2529           break;
2530         }
2531       return getMulExpr(Ops);
2532     }
2533
2534     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
2535     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
2536     // multiplied together.  If so, we can fold them.
2537
2538     // {A1,+,A2,+,...,+,An}<L> * {B1,+,B2,+,...,+,Bn}<L>
2539     // = {x=1 in [ sum y=x..2x [ sum z=max(y-x, y-n)..min(x,n) [
2540     //       choose(x, 2x)*choose(2x-y, x-z)*A_{y-z}*B_z
2541     //   ]]],+,...up to x=2n}.
2542     // Note that the arguments to choose() are always integers with values
2543     // known at compile time, never SCEV objects.
2544     //
2545     // The implementation avoids pointless extra computations when the two
2546     // addrec's are of different length (mathematically, it's equivalent to
2547     // an infinite stream of zeros on the right).
2548     bool OpsModified = false;
2549     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
2550          OtherIdx != Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
2551          ++OtherIdx) {
2552       const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec =
2553         dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
2554       if (!OtherAddRec || OtherAddRec->getLoop() != AddRecLoop)
2555         continue;
2556
2557       bool Overflow = false;
2558       Type *Ty = AddRec->getType();
2559       bool LargerThan64Bits = getTypeSizeInBits(Ty) > 64;
2560       SmallVector<const SCEV*, 7> AddRecOps;
2561       for (int x = 0, xe = AddRec->getNumOperands() +
2562              OtherAddRec->getNumOperands() - 1; x != xe && !Overflow; ++x) {
2563         const SCEV *Term = getConstant(Ty, 0);
2564         for (int y = x, ye = 2*x+1; y != ye && !Overflow; ++y) {
2565           uint64_t Coeff1 = Choose(x, 2*x - y, Overflow);
2566           for (int z = std::max(y-x, y-(int)AddRec->getNumOperands()+1),
2567                  ze = std::min(x+1, (int)OtherAddRec->getNumOperands());
2568                z < ze && !Overflow; ++z) {
2569             uint64_t Coeff2 = Choose(2*x - y, x-z, Overflow);
2570             uint64_t Coeff;
2571             if (LargerThan64Bits)
2572               Coeff = umul_ov(Coeff1, Coeff2, Overflow);
2573             else
2574               Coeff = Coeff1*Coeff2;
2575             const SCEV *CoeffTerm = getConstant(Ty, Coeff);
2576             const SCEV *Term1 = AddRec->getOperand(y-z);
2577             const SCEV *Term2 = OtherAddRec->getOperand(z);
2578             Term = getAddExpr(Term, getMulExpr(CoeffTerm, Term1,Term2));
2579           }
2580         }
2581         AddRecOps.push_back(Term);
2582       }
2583       if (!Overflow) {
2584         const SCEV *NewAddRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRec->getLoop(),
2585                                               SCEV::FlagAnyWrap);
2586         if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
2587         Ops[Idx] = NewAddRec;
2588         Ops.erase(Ops.begin() + OtherIdx); --OtherIdx;
2589         OpsModified = true;
2590         AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec);
2591         if (!AddRec)
2592           break;
2593       }
2594     }
2595     if (OpsModified)
2596       return getMulExpr(Ops);
2597
2598     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
2599     // next one.
2600   }
2601
2602   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
2603   // already have one, otherwise create a new one.
2604   FoldingSetNodeID ID;
2605   ID.AddInteger(scMulExpr);
2606   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2607     ID.AddPointer(Ops[i]);
2608   void *IP = nullptr;
2609   SCEVMulExpr *S =
2610     static_cast<SCEVMulExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2611   if (!S) {
2612     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2613     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2614     S = new (SCEVAllocator) SCEVMulExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2615                                         O, Ops.size());
2616     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2617   }
2618   S->setNoWrapFlags(Flags);
2619   return S;
2620 }
2621
2622 /// getUDivExpr - Get a canonical unsigned division expression, or something
2623 /// simpler if possible.
2624 const SCEV *ScalarEvolution::getUDivExpr(const SCEV *LHS,
2625                                          const SCEV *RHS) {
2626   assert(getEffectiveSCEVType(LHS->getType()) ==
2627          getEffectiveSCEVType(RHS->getType()) &&
2628          "SCEVUDivExpr operand types don't match!");
2629
2630   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
2631     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
2632       return LHS;                               // X udiv 1 --> x
2633     // If the denominator is zero, the result of the udiv is undefined. Don't
2634     // try to analyze it, because the resolution chosen here may differ from
2635     // the resolution chosen in other parts of the compiler.
2636     if (!RHSC->getValue()->isZero()) {
2637       // Determine if the division can be folded into the operands of
2638       // its operands.
2639       // TODO: Generalize this to non-constants by using known-bits information.
2640       Type *Ty = LHS->getType();
2641       unsigned LZ = RHSC->getValue()->getValue().countLeadingZeros();
2642       unsigned MaxShiftAmt = getTypeSizeInBits(Ty) - LZ - 1;
2643       // For non-power-of-two values, effectively round the value up to the
2644       // nearest power of two.
2645       if (!RHSC->getValue()->getValue().isPowerOf2())
2646         ++MaxShiftAmt;
2647       IntegerType *ExtTy =
2648         IntegerType::get(getContext(), getTypeSizeInBits(Ty) + MaxShiftAmt);
2649       if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
2650         if (const SCEVConstant *Step =
2651             dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*this))) {
2652           // {X,+,N}/C --> {X/C,+,N/C} if safe and N/C can be folded.
2653           const APInt &StepInt = Step->getValue()->getValue();
2654           const APInt &DivInt = RHSC->getValue()->getValue();
2655           if (!StepInt.urem(DivInt) &&
2656               getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
2657               getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
2658                             getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
2659                             AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap)) {
2660             SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2661             for (unsigned i = 0, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
2662               Operands.push_back(getUDivExpr(AR->getOperand(i), RHS));
2663             return getAddRecExpr(Operands, AR->getLoop(),
2664                                  SCEV::FlagNW);
2665           }
2666           /// Get a canonical UDivExpr for a recurrence.
2667           /// {X,+,N}/C => {Y,+,N}/C where Y=X-(X%N). Safe when C%N=0.
2668           // We can currently only fold X%N if X is constant.
2669           const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStart());
2670           if (StartC && !DivInt.urem(StepInt) &&
2671               getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
2672               getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
2673                             getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
2674                             AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap)) {
2675             const APInt &StartInt = StartC->getValue()->getValue();
2676             const APInt &StartRem = StartInt.urem(StepInt);
2677             if (StartRem != 0)
2678               LHS = getAddRecExpr(getConstant(StartInt - StartRem), Step,
2679                                   AR->getLoop(), SCEV::FlagNW);
2680           }
2681         }
2682       // (A*B)/C --> A*(B/C) if safe and B/C can be folded.
2683       if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
2684         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2685         for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i)
2686           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(M->getOperand(i), ExtTy));
2687         if (getZeroExtendExpr(M, ExtTy) == getMulExpr(Operands))
2688           // Find an operand that's safely divisible.
2689           for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2690             const SCEV *Op = M->getOperand(i);
2691             const SCEV *Div = getUDivExpr(Op, RHSC);
2692             if (!isa<SCEVUDivExpr>(Div) && getMulExpr(Div, RHSC) == Op) {
2693               Operands = SmallVector<const SCEV *, 4>(M->op_begin(),
2694                                                       M->op_end());
2695               Operands[i] = Div;
2696               return getMulExpr(Operands);
2697             }
2698           }
2699       }
2700       // (A+B)/C --> (A/C + B/C) if safe and A/C and B/C can be folded.
2701       if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS)) {
2702         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2703         for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i)
2704           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(A->getOperand(i), ExtTy));
2705         if (getZeroExtendExpr(A, ExtTy) == getAddExpr(Operands)) {
2706           Operands.clear();
2707           for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2708             const SCEV *Op = getUDivExpr(A->getOperand(i), RHS);
2709             if (isa<SCEVUDivExpr>(Op) ||
2710                 getMulExpr(Op, RHS) != A->getOperand(i))
2711               break;
2712             Operands.push_back(Op);
2713           }
2714           if (Operands.size() == A->getNumOperands())
2715             return getAddExpr(Operands);
2716         }
2717       }
2718
2719       // Fold if both operands are constant.
2720       if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
2721         Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
2722         Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
2723         return getConstant(cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getUDiv(LHSCV,
2724                                                                    RHSCV)));
2725       }
2726     }
2727   }
2728
2729   FoldingSetNodeID ID;
2730   ID.AddInteger(scUDivExpr);
2731   ID.AddPointer(LHS);
2732   ID.AddPointer(RHS);
2733   void *IP = nullptr;
2734   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2735   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUDivExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2736                                              LHS, RHS);
2737   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2738   return S;
2739 }
2740
2741 static const APInt gcd(const SCEVConstant *C1, const SCEVConstant *C2) {
2742   APInt A = C1->getValue()->getValue().abs();
2743   APInt B = C2->getValue()->getValue().abs();
2744   uint32_t ABW = A.getBitWidth();
2745   uint32_t BBW = B.getBitWidth();
2746
2747   if (ABW > BBW)
2748     B = B.zext(ABW);
2749   else if (ABW < BBW)
2750     A = A.zext(BBW);
2751
2752   return APIntOps::GreatestCommonDivisor(A, B);
2753 }
2754
2755 /// getUDivExactExpr - Get a canonical unsigned division expression, or
2756 /// something simpler if possible. There is no representation for an exact udiv
2757 /// in SCEV IR, but we can attempt to remove factors from the LHS and RHS.
2758 /// We can't do this when it's not exact because the udiv may be clearing bits.
2759 const SCEV *ScalarEvolution::getUDivExactExpr(const SCEV *LHS,
2760                                               const SCEV *RHS) {
2761   // TODO: we could try to find factors in all sorts of things, but for now we
2762   // just deal with u/exact (multiply, constant). See SCEVDivision towards the
2763   // end of this file for inspiration.
2764
2765   const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS);
2766   if (!Mul)
2767     return getUDivExpr(LHS, RHS);
2768
2769   if (const SCEVConstant *RHSCst = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
2770     // If the mulexpr multiplies by a constant, then that constant must be the
2771     // first element of the mulexpr.
2772     if (const SCEVConstant *LHSCst =
2773             dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
2774       if (LHSCst == RHSCst) {
2775         SmallVector<const SCEV *, 2> Operands;
2776         Operands.append(Mul->op_begin() + 1, Mul->op_end());
2777         return getMulExpr(Operands);
2778       }
2779
2780       // We can't just assume that LHSCst divides RHSCst cleanly, it could be
2781       // that there's a factor provided by one of the other terms. We need to
2782       // check.
2783       APInt Factor = gcd(LHSCst, RHSCst);
2784       if (!Factor.isIntN(1)) {
2785         LHSCst = cast<SCEVConstant>(
2786             getConstant(LHSCst->getValue()->getValue().udiv(Factor)));
2787         RHSCst = cast<SCEVConstant>(
2788             getConstant(RHSCst->getValue()->getValue().udiv(Factor)));
2789         SmallVector<const SCEV *, 2> Operands;
2790         Operands.push_back(LHSCst);
2791         Operands.append(Mul->op_begin() + 1, Mul->op_end());
2792         LHS = getMulExpr(Operands);
2793         RHS = RHSCst;
2794         Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS);
2795         if (!Mul)
2796           return getUDivExactExpr(LHS, RHS);
2797       }
2798     }
2799   }
2800
2801   for (int i = 0, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2802     if (Mul->getOperand(i) == RHS) {
2803       SmallVector<const SCEV *, 2> Operands;
2804       Operands.append(Mul->op_begin(), Mul->op_begin() + i);
2805       Operands.append(Mul->op_begin() + i + 1, Mul->op_end());
2806       return getMulExpr(Operands);
2807     }
2808   }
2809
2810   return getUDivExpr(LHS, RHS);
2811 }
2812
2813 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
2814 /// Simplify the expression as much as possible.
2815 const SCEV *ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEV *Start, const SCEV *Step,
2816                                            const Loop *L,
2817                                            SCEV::NoWrapFlags Flags) {
2818   SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2819   Operands.push_back(Start);
2820   if (const SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
2821     if (StepChrec->getLoop() == L) {
2822       Operands.append(StepChrec->op_begin(), StepChrec->op_end());
2823       return getAddRecExpr(Operands, L, maskFlags(Flags, SCEV::FlagNW));
2824     }
2825
2826   Operands.push_back(Step);
2827   return getAddRecExpr(Operands, L, Flags);
2828 }
2829
2830 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
2831 /// Simplify the expression as much as possible.
2832 const SCEV *
2833 ScalarEvolution::getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
2834                                const Loop *L, SCEV::NoWrapFlags Flags) {
2835   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
2836 #ifndef NDEBUG
2837   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Operands[0]->getType());
2838   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2839     assert(getEffectiveSCEVType(Operands[i]->getType()) == ETy &&
2840            "SCEVAddRecExpr operand types don't match!");
2841   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2842     assert(isLoopInvariant(Operands[i], L) &&
2843            "SCEVAddRecExpr operand is not loop-invariant!");
2844 #endif
2845
2846   if (Operands.back()->isZero()) {
2847     Operands.pop_back();
2848     return getAddRecExpr(Operands, L, SCEV::FlagAnyWrap); // {X,+,0}  -->  X
2849   }
2850
2851   // It's tempting to want to call getMaxBackedgeTakenCount count here and
2852   // use that information to infer NUW and NSW flags. However, computing a
2853   // BE count requires calling getAddRecExpr, so we may not yet have a
2854   // meaningful BE count at this point (and if we don't, we'd be stuck
2855   // with a SCEVCouldNotCompute as the cached BE count).
2856
2857   Flags = StrengthenNoWrapFlags(this, scAddRecExpr, Operands, Flags);
2858
2859   // Canonicalize nested AddRecs in by nesting them in order of loop depth.
2860   if (const SCEVAddRecExpr *NestedAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Operands[0])) {
2861     const Loop *NestedLoop = NestedAR->getLoop();
2862     if (L->contains(NestedLoop) ?
2863         (L->getLoopDepth() < NestedLoop->getLoopDepth()) :
2864         (!NestedLoop->contains(L) &&
2865          DT->dominates(L->getHeader(), NestedLoop->getHeader()))) {
2866       SmallVector<const SCEV *, 4> NestedOperands(NestedAR->op_begin(),
2867                                                   NestedAR->op_end());
2868       Operands[0] = NestedAR->getStart();
2869       // AddRecs require their operands be loop-invariant with respect to their
2870       // loops. Don't perform this transformation if it would break this
2871       // requirement.
2872       bool AllInvariant = true;
2873       for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2874         if (!isLoopInvariant(Operands[i], L)) {
2875           AllInvariant = false;
2876           break;
2877         }
2878       if (AllInvariant) {
2879         // Create a recurrence for the outer loop with the same step size.
2880         //
2881         // The outer recurrence keeps its NW flag but only keeps NUW/NSW if the
2882         // inner recurrence has the same property.
2883         SCEV::NoWrapFlags OuterFlags =
2884           maskFlags(Flags, SCEV::FlagNW | NestedAR->getNoWrapFlags());
2885
2886         NestedOperands[0] = getAddRecExpr(Operands, L, OuterFlags);
2887         AllInvariant = true;
2888         for (unsigned i = 0, e = NestedOperands.size(); i != e; ++i)
2889           if (!isLoopInvariant(NestedOperands[i], NestedLoop)) {
2890             AllInvariant = false;
2891             break;
2892           }
2893         if (AllInvariant) {
2894           // Ok, both add recurrences are valid after the transformation.
2895           //
2896           // The inner recurrence keeps its NW flag but only keeps NUW/NSW if
2897           // the outer recurrence has the same property.
2898           SCEV::NoWrapFlags InnerFlags =
2899             maskFlags(NestedAR->getNoWrapFlags(), SCEV::FlagNW | Flags);
2900           return getAddRecExpr(NestedOperands, NestedLoop, InnerFlags);
2901         }
2902       }
2903       // Reset Operands to its original state.
2904       Operands[0] = NestedAR;
2905     }
2906   }
2907
2908   // Okay, it looks like we really DO need an addrec expr.  Check to see if we
2909   // already have one, otherwise create a new one.
2910   FoldingSetNodeID ID;
2911   ID.AddInteger(scAddRecExpr);
2912   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2913     ID.AddPointer(Operands[i]);
2914   ID.AddPointer(L);
2915   void *IP = nullptr;
2916   SCEVAddRecExpr *S =
2917     static_cast<SCEVAddRecExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2918   if (!S) {
2919     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Operands.size());
2920     std::uninitialized_copy(Operands.begin(), Operands.end(), O);
2921     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddRecExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2922                                            O, Operands.size(), L);
2923     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2924   }
2925   S->setNoWrapFlags(Flags);
2926   return S;
2927 }
2928
2929 const SCEV *ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEV *LHS,
2930                                          const SCEV *RHS) {
2931   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2932   Ops.push_back(LHS);
2933   Ops.push_back(RHS);
2934   return getSMaxExpr(Ops);
2935 }
2936
2937 const SCEV *
2938 ScalarEvolution::getSMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2939   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
2940   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2941 #ifndef NDEBUG
2942   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
2943   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2944     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
2945            "SCEVSMaxExpr operand types don't match!");
2946 #endif
2947
2948   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2949   GroupByComplexity(Ops, LI);
2950
2951   // If there are any constants, fold them together.
2952   unsigned Idx = 0;
2953   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2954     ++Idx;
2955     assert(Idx < Ops.size());
2956     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2957       // We found two constants, fold them together!
2958       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2959                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
2960                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2961       Ops[0] = getConstant(Fold);
2962       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2963       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2964       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2965     }
2966
2967     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2968     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
2969       Ops.erase(Ops.begin());
2970       --Idx;
2971     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(true)) {
2972       // If we have an smax with a constant maximum-int, it will always be
2973       // maximum-int.
2974       return Ops[0];
2975     }
2976
2977     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2978   }
2979
2980   // Find the first SMax
2981   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
2982     ++Idx;
2983
2984   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
2985   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2986   if (Idx < Ops.size()) {
2987     bool DeletedSMax = false;
2988     while (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2989       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2990       Ops.append(SMax->op_begin(), SMax->op_end());
2991       DeletedSMax = true;
2992     }
2993
2994     if (DeletedSMax)
2995       return getSMaxExpr(Ops);
2996   }
2997
2998   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2999   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
3000   // be adjacent.
3001   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
3002     //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
3003     //  X smax Y         -->  X, if X is always greater than Y
3004     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
3005         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
3006       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
3007       --i; --e;
3008     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SLE, Ops[i], Ops[i+1])) {
3009       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
3010       --i; --e;
3011     }
3012
3013   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3014
3015   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
3016
3017   // Okay, it looks like we really DO need an smax expr.  Check to see if we
3018   // already have one, otherwise create a new one.
3019   FoldingSetNodeID ID;
3020   ID.AddInteger(scSMaxExpr);
3021   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
3022     ID.AddPointer(Ops[i]);
3023   void *IP = nullptr;
3024   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
3025   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
3026   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
3027   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
3028                                              O, Ops.size());
3029   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
3030   return S;
3031 }
3032
3033 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxExpr(const SCEV *LHS,
3034                                          const SCEV *RHS) {
3035   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
3036   Ops.push_back(LHS);
3037   Ops.push_back(RHS);
3038   return getUMaxExpr(Ops);
3039 }
3040
3041 const SCEV *
3042 ScalarEvolution::getUMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
3043   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty umax!");
3044   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3045 #ifndef NDEBUG
3046   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
3047   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
3048     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
3049            "SCEVUMaxExpr operand types don't match!");
3050 #endif
3051
3052   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
3053   GroupByComplexity(Ops, LI);
3054
3055   // If there are any constants, fold them together.
3056   unsigned Idx = 0;
3057   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
3058     ++Idx;
3059     assert(Idx < Ops.size());
3060     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
3061       // We found two constants, fold them together!
3062       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
3063                               APIntOps::umax(LHSC->getValue()->getValue(),
3064                                              RHSC->getValue()->getValue()));
3065       Ops[0] = getConstant(Fold);
3066       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
3067       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3068       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
3069     }
3070
3071     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
3072     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(false)) {
3073       Ops.erase(Ops.begin());
3074       --Idx;
3075     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(false)) {
3076       // If we have an umax with a constant maximum-int, it will always be
3077       // maximum-int.
3078       return Ops[0];
3079     }
3080
3081     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3082   }
3083
3084   // Find the first UMax
3085   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scUMaxExpr)
3086     ++Idx;
3087
3088   // Check to see if one of the operands is a UMax. If so, expand its operands
3089   // onto our operand list, and recurse to simplify.
3090   if (Idx < Ops.size()) {
3091     bool DeletedUMax = false;
3092     while (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(Ops[Idx])) {
3093       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
3094       Ops.append(UMax->op_begin(), UMax->op_end());
3095       DeletedUMax = true;
3096     }
3097
3098     if (DeletedUMax)
3099       return getUMaxExpr(Ops);
3100   }
3101
3102   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
3103   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
3104   // be adjacent.
3105   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
3106     //  X umax Y umax Y  -->  X umax Y
3107     //  X umax Y         -->  X, if X is always greater than Y
3108     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
3109         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_UGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
3110       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
3111       --i; --e;
3112     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_ULE, Ops[i], Ops[i+1])) {
3113       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
3114       --i; --e;
3115     }
3116
3117   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
3118
3119   assert(!Ops.empty() && "Reduced umax down to nothing!");
3120
3121   // Okay, it looks like we really DO need a umax expr.  Check to see if we
3122   // already have one, otherwise create a new one.
3123   FoldingSetNodeID ID;
3124   ID.AddInteger(scUMaxExpr);
3125   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
3126     ID.AddPointer(Ops[i]);
3127   void *IP = nullptr;
3128   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
3129   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
3130   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
3131   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
3132                                              O, Ops.size());
3133   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
3134   return S;
3135 }
3136
3137 const SCEV *ScalarEvolution::getSMinExpr(const SCEV *LHS,
3138                                          const SCEV *RHS) {
3139   // ~smax(~x, ~y) == smin(x, y).
3140   return getNotSCEV(getSMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
3141 }
3142
3143 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinExpr(const SCEV *LHS,
3144                                          const SCEV *RHS) {
3145   // ~umax(~x, ~y) == umin(x, y)
3146   return getNotSCEV(getUMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
3147 }
3148
3149 const SCEV *ScalarEvolution::getSizeOfExpr(Type *IntTy, Type *AllocTy) {
3150   // We can bypass creating a target-independent
3151   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
3152   // This is just a compile-time optimization.
3153   return getConstant(IntTy,
3154                      F->getParent()->getDataLayout().getTypeAllocSize(AllocTy));
3155 }
3156
3157 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(Type *IntTy,
3158                                              StructType *STy,
3159                                              unsigned FieldNo) {
3160   // We can bypass creating a target-independent
3161   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
3162   // This is just a compile-time optimization.
3163   return getConstant(
3164       IntTy,
3165       F->getParent()->getDataLayout().getStructLayout(STy)->getElementOffset(
3166           FieldNo));
3167 }
3168
3169 const SCEV *ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
3170   // Don't attempt to do anything other than create a SCEVUnknown object
3171   // here.  createSCEV only calls getUnknown after checking for all other
3172   // interesting possibilities, and any other code that calls getUnknown
3173   // is doing so in order to hide a value from SCEV canonicalization.
3174
3175   FoldingSetNodeID ID;
3176   ID.AddInteger(scUnknown);
3177   ID.AddPointer(V);
3178   void *IP = nullptr;
3179   if (SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) {
3180     assert(cast<SCEVUnknown>(S)->getValue() == V &&
3181            "Stale SCEVUnknown in uniquing map!");
3182     return S;
3183   }
3184   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUnknown(ID.Intern(SCEVAllocator), V, this,
3185                                             FirstUnknown);
3186   FirstUnknown = cast<SCEVUnknown>(S);
3187   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
3188   return S;
3189 }
3190
3191 //===----------------------------------------------------------------------===//
3192 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
3193 //
3194
3195 /// isSCEVable - Test if values of the given type are analyzable within
3196 /// the SCEV framework. This primarily includes integer types, and it
3197 /// can optionally include pointer types if the ScalarEvolution class
3198 /// has access to target-specific information.
3199 bool ScalarEvolution::isSCEVable(Type *Ty) const {
3200   // Integers and pointers are always SCEVable.
3201   return Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy();
3202 }
3203
3204 /// getTypeSizeInBits - Return the size in bits of the specified type,
3205 /// for which isSCEVable must return true.
3206 uint64_t ScalarEvolution::getTypeSizeInBits(Type *Ty) const {
3207   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
3208   return F->getParent()->getDataLayout().getTypeSizeInBits(Ty);
3209 }
3210
3211 /// getEffectiveSCEVType - Return a type with the same bitwidth as
3212 /// the given type and which represents how SCEV will treat the given
3213 /// type, for which isSCEVable must return true. For pointer types,
3214 /// this is the pointer-sized integer type.
3215 Type *ScalarEvolution::getEffectiveSCEVType(Type *Ty) const {
3216   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
3217
3218   if (Ty->isIntegerTy()) {
3219     return Ty;
3220   }
3221
3222   // The only other support type is pointer.
3223   assert(Ty->isPointerTy() && "Unexpected non-pointer non-integer type!");
3224   return F->getParent()->getDataLayout().getIntPtrType(Ty);
3225 }
3226
3227 const SCEV *ScalarEvolution::getCouldNotCompute() {
3228   return &CouldNotCompute;
3229 }
3230
3231 namespace {
3232   // Helper class working with SCEVTraversal to figure out if a SCEV contains
3233   // a SCEVUnknown with null value-pointer. FindInvalidSCEVUnknown::FindOne
3234   // is set iff if find such SCEVUnknown.
3235   //
3236   struct FindInvalidSCEVUnknown {
3237     bool FindOne;
3238     FindInvalidSCEVUnknown() { FindOne = false; }
3239     bool follow(const SCEV *S) {
3240       switch (static_cast<SCEVTypes>(S->getSCEVType())) {
3241       case scConstant:
3242         return false;
3243       case scUnknown:
3244         if (!cast<SCEVUnknown>(S)->getValue())
3245           FindOne = true;
3246         return false;
3247       default:
3248         return true;
3249       }
3250     }
3251     bool isDone() const { return FindOne; }
3252   };
3253 }
3254
3255 bool ScalarEvolution::checkValidity(const SCEV *S) const {
3256   FindInvalidSCEVUnknown F;
3257   SCEVTraversal<FindInvalidSCEVUnknown> ST(F);
3258   ST.visitAll(S);
3259
3260   return !F.FindOne;
3261 }
3262
3263 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
3264 /// expression and create a new one.
3265 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) {
3266   assert(isSCEVable(V->getType()) && "Value is not SCEVable!");
3267
3268   ValueExprMapType::iterator I = ValueExprMap.find_as(V);
3269   if (I != ValueExprMap.end()) {
3270     const SCEV *S = I->second;
3271     if (checkValidity(S))
3272       return S;
3273     else
3274       ValueExprMap.erase(I);
3275   }
3276   const SCEV *S = createSCEV(V);
3277
3278   // The process of creating a SCEV for V may have caused other SCEVs
3279   // to have been created, so it's necessary to insert the new entry
3280   // from scratch, rather than trying to remember the insert position
3281   // above.
3282   ValueExprMap.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(V, this), S));
3283   return S;
3284 }
3285
3286 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
3287 ///
3288 const SCEV *ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEV *V) {
3289   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
3290     return getConstant(
3291                cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue())));
3292
3293   Type *Ty = V->getType();
3294   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
3295   return getMulExpr(V,
3296                   getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty))));
3297 }
3298
3299 /// getNotSCEV - Return a SCEV corresponding to ~V = -1-V
3300 const SCEV *ScalarEvolution::getNotSCEV(const SCEV *V) {
3301   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
3302     return getConstant(
3303                 cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(VC->getValue())));
3304
3305   Type *Ty = V->getType();
3306   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
3307   const SCEV *AllOnes =
3308                    getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty)));
3309   return getMinusSCEV(AllOnes, V);
3310 }
3311
3312 /// getMinusSCEV - Return LHS-RHS.  Minus is represented in SCEV as A+B*-1.
3313 const SCEV *ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
3314                                           SCEV::NoWrapFlags Flags) {
3315   assert(!maskFlags(Flags, SCEV::FlagNUW) && "subtraction does not have NUW");
3316
3317   // Fast path: X - X --> 0.
3318   if (LHS == RHS)
3319     return getConstant(LHS->getType(), 0);
3320
3321   // X - Y --> X + -Y.
3322   // X -(nsw || nuw) Y --> X + -Y.
3323   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS));
3324 }
3325
3326 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3327 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
3328 /// extended.
3329 const SCEV *
3330 ScalarEvolution::getTruncateOrZeroExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
3331   Type *SrcTy = V->getType();
3332   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3333          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3334          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
3335   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3336     return V;  // No conversion
3337   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
3338     return getTruncateExpr(V, Ty);
3339   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
3340 }
3341
3342 /// getTruncateOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3343 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
3344 /// extended.
3345 const SCEV *
3346 ScalarEvolution::getTruncateOrSignExtend(const SCEV *V,
3347                                          Type *Ty) {
3348   Type *SrcTy = V->getType();
3349   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3350          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3351          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
3352   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3353     return V;  // No conversion
3354   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
3355     return getTruncateExpr(V, Ty);
3356   return getSignExtendExpr(V, Ty);
3357 }
3358
3359 /// getNoopOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3360 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
3361 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
3362 const SCEV *
3363 ScalarEvolution::getNoopOrZeroExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
3364   Type *SrcTy = V->getType();
3365   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3366          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3367          "Cannot noop or zero extend with non-integer arguments!");
3368   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
3369          "getNoopOrZeroExtend cannot truncate!");
3370   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3371     return V;  // No conversion
3372   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
3373 }
3374
3375 /// getNoopOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3376 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
3377 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
3378 const SCEV *
3379 ScalarEvolution::getNoopOrSignExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
3380   Type *SrcTy = V->getType();
3381   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3382          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3383          "Cannot noop or sign extend with non-integer arguments!");
3384   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
3385          "getNoopOrSignExtend cannot truncate!");
3386   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3387     return V;  // No conversion
3388   return getSignExtendExpr(V, Ty);
3389 }
3390
3391 /// getNoopOrAnyExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
3392 /// the input value to the specified type. If the type must be extended,
3393 /// it is extended with unspecified bits. The conversion must not be
3394 /// narrowing.
3395 const SCEV *
3396 ScalarEvolution::getNoopOrAnyExtend(const SCEV *V, Type *Ty) {
3397   Type *SrcTy = V->getType();
3398   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3399          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3400          "Cannot noop or any extend with non-integer arguments!");
3401   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
3402          "getNoopOrAnyExtend cannot truncate!");
3403   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3404     return V;  // No conversion
3405   return getAnyExtendExpr(V, Ty);
3406 }
3407
3408 /// getTruncateOrNoop - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
3409 /// input value to the specified type.  The conversion must not be widening.
3410 const SCEV *
3411 ScalarEvolution::getTruncateOrNoop(const SCEV *V, Type *Ty) {
3412   Type *SrcTy = V->getType();
3413   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
3414          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
3415          "Cannot truncate or noop with non-integer arguments!");
3416   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) >= getTypeSizeInBits(Ty) &&
3417          "getTruncateOrNoop cannot extend!");
3418   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
3419     return V;  // No conversion
3420   return getTruncateExpr(V, Ty);
3421 }
3422
3423 /// getUMaxFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
3424 /// the types using zero-extension, and then perform a umax operation
3425 /// with them.
3426 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
3427                                                         const SCEV *RHS) {
3428   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
3429   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
3430
3431   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
3432     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
3433   else
3434     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
3435
3436   return getUMaxExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
3437 }
3438
3439 /// getUMinFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
3440 /// the types using zero-extension, and then perform a umin operation
3441 /// with them.
3442 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
3443                                                         const SCEV *RHS) {
3444   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
3445   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
3446
3447   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
3448     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
3449   else
3450     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
3451
3452   return getUMinExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
3453 }
3454
3455 /// getPointerBase - Transitively follow the chain of pointer-type operands
3456 /// until reaching a SCEV that does not have a single pointer operand. This
3457 /// returns a SCEVUnknown pointer for well-formed pointer-type expressions,
3458 /// but corner cases do exist.
3459 const SCEV *ScalarEvolution::getPointerBase(const SCEV *V) {
3460   // A pointer operand may evaluate to a nonpointer expression, such as null.
3461   if (!V->getType()->isPointerTy())
3462     return V;
3463
3464   if (const SCEVCastExpr *Cast = dyn_cast<SCEVCastExpr>(V)) {
3465     return getPointerBase(Cast->getOperand());
3466   }
3467   else if (const SCEVNAryExpr *NAry = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(V)) {
3468     const SCEV *PtrOp = nullptr;
3469     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
3470          I != E; ++I) {
3471       if ((*I)->getType()->isPointerTy()) {
3472         // Cannot find the base of an expression with multiple pointer operands.
3473         if (PtrOp)
3474           return V;
3475         PtrOp = *I;
3476       }
3477     }
3478     if (!PtrOp)
3479       return V;
3480     return getPointerBase(PtrOp);
3481   }
3482   return V;
3483 }
3484
3485 /// PushDefUseChildren - Push users of the given Instruction
3486 /// onto the given Worklist.
3487 static void
3488 PushDefUseChildren(Instruction *I,
3489                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
3490   // Push the def-use children onto the Worklist stack.
3491   for (User *U : I->users())
3492     Worklist.push_back(cast<Instruction>(U));
3493 }
3494
3495 /// ForgetSymbolicValue - This looks up computed SCEV values for all
3496 /// instructions that depend on the given instruction and removes them from
3497 /// the ValueExprMapType map if they reference SymName. This is used during PHI
3498 /// resolution.
3499 void
3500 ScalarEvolution::ForgetSymbolicName(Instruction *PN, const SCEV *SymName) {
3501   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3502   PushDefUseChildren(PN, Worklist);
3503
3504   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3505   Visited.insert(PN);
3506   while (!Worklist.empty()) {
3507     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3508     if (!Visited.insert(I).second)
3509       continue;
3510
3511     ValueExprMapType::iterator It =
3512       ValueExprMap.find_as(static_cast<Value *>(I));
3513     if (It != ValueExprMap.end()) {
3514       const SCEV *Old = It->second;
3515
3516       // Short-circuit the def-use traversal if the symbolic name
3517       // ceases to appear in expressions.
3518       if (Old != SymName && !hasOperand(Old, SymName))
3519         continue;
3520
3521       // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
3522       // structure, it's a PHI that's in the progress of being computed
3523       // by createNodeForPHI, or it's a single-value PHI. In the first case,
3524       // additional loop trip count information isn't going to change anything.
3525       // In the second case, createNodeForPHI will perform the necessary
3526       // updates on its own when it gets to that point. In the third, we do
3527       // want to forget the SCEVUnknown.
3528       if (!isa<PHINode>(I) ||
3529           !isa<SCEVUnknown>(Old) ||
3530           (I != PN && Old == SymName)) {
3531         forgetMemoizedResults(Old);
3532         ValueExprMap.erase(It);
3533       }
3534     }
3535
3536     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3537   }
3538 }
3539
3540 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
3541 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
3542 ///
3543 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
3544   if (const Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent()))
3545     if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
3546       // The loop may have multiple entrances or multiple exits; we can analyze
3547       // this phi as an addrec if it has a unique entry value and a unique
3548       // backedge value.
3549       Value *BEValueV = nullptr, *StartValueV = nullptr;
3550       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
3551         Value *V = PN->getIncomingValue(i);
3552         if (L->contains(PN->getIncomingBlock(i))) {
3553           if (!BEValueV) {
3554             BEValueV = V;
3555           } else if (BEValueV != V) {
3556             BEValueV = nullptr;
3557             break;
3558           }
3559         } else if (!StartValueV) {
3560           StartValueV = V;
3561         } else if (StartValueV != V) {
3562           StartValueV = nullptr;
3563           break;
3564         }
3565       }
3566       if (BEValueV && StartValueV) {
3567         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
3568         const SCEV *SymbolicName = getUnknown(PN);
3569         assert(ValueExprMap.find_as(PN) == ValueExprMap.end() &&
3570                "PHI node already processed?");
3571         ValueExprMap.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(PN, this), SymbolicName));
3572
3573         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
3574         // the back-edge.
3575         const SCEV *BEValue = getSCEV(BEValueV);
3576
3577         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
3578         // has a special value for the first iteration of the loop.
3579
3580         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
3581         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
3582         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
3583           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
3584           // with a recurrence.
3585           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
3586           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3587             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
3588               if (FoundIndex == e) {
3589                 FoundIndex = i;
3590                 break;
3591               }
3592
3593           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
3594             // Create an add with everything but the specified operand.
3595             SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
3596             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3597               if (i != FoundIndex)
3598                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
3599             const SCEV *Accum = getAddExpr(Ops);
3600
3601             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
3602             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
3603             if (isLoopInvariant(Accum, L) ||
3604                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
3605                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
3606               SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap;
3607
3608               // If the increment doesn't overflow, then neither the addrec nor
3609               // the post-increment will overflow.
3610               if (const AddOperator *OBO = dyn_cast<AddOperator>(BEValueV)) {
3611                 if (OBO->getOperand(0) == PN) {
3612                   if (OBO->hasNoUnsignedWrap())
3613                     Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNUW);
3614                   if (OBO->hasNoSignedWrap())
3615                     Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNSW);
3616                 }
3617               } else if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(BEValueV)) {
3618                 // If the increment is an inbounds GEP, then we know the address
3619                 // space cannot be wrapped around. We cannot make any guarantee
3620                 // about signed or unsigned overflow because pointers are
3621                 // unsigned but we may have a negative index from the base
3622                 // pointer. We can guarantee that no unsigned wrap occurs if the
3623                 // indices form a positive value.
3624                 if (GEP->isInBounds() && GEP->getOperand(0) == PN) {
3625                   Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNW);
3626
3627                   const SCEV *Ptr = getSCEV(GEP->getPointerOperand());
3628                   if (isKnownPositive(getMinusSCEV(getSCEV(GEP), Ptr)))
3629                     Flags = setFlags(Flags, SCEV::FlagNUW);
3630                 }
3631
3632                 // We cannot transfer nuw and nsw flags from subtraction
3633                 // operations -- sub nuw X, Y is not the same as add nuw X, -Y
3634                 // for instance.
3635               }
3636
3637               const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
3638               const SCEV *PHISCEV = getAddRecExpr(StartVal, Accum, L, Flags);
3639
3640               // Since the no-wrap flags are on the increment, they apply to the
3641               // post-incremented value as well.
3642               if (isLoopInvariant(Accum, L))
3643                 (void)getAddRecExpr(getAddExpr(StartVal, Accum),
3644                                     Accum, L, Flags);
3645
3646               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
3647               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
3648               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
3649               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
3650               ValueExprMap[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
3651               return PHISCEV;
3652             }
3653           }
3654         } else if (const SCEVAddRecExpr *AddRec =
3655                      dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
3656           // Otherwise, this could be a loop like this:
3657           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
3658           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
3659           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
3660           // i really is an addrec evolution.
3661           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
3662             const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
3663
3664             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
3665             // initial step of the addrec evolution.
3666             if (StartVal == getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
3667                                          AddRec->getOperand(1))) {
3668               // FIXME: For constant StartVal, we should be able to infer
3669               // no-wrap flags.
3670               const SCEV *PHISCEV =
3671                 getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1), L,
3672                               SCEV::FlagAnyWrap);
3673
3674               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
3675               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
3676               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
3677               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
3678               ValueExprMap[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
3679               return PHISCEV;
3680             }
3681           }
3682         }
3683       }
3684     }
3685
3686   // If the PHI has a single incoming value, follow that value, unless the
3687   // PHI's incoming blocks are in a different loop, in which case doing so
3688   // risks breaking LCSSA form. Instcombine would normally zap these, but
3689   // it doesn't have DominatorTree information, so it may miss cases.
3690   if (Value *V =
3691           SimplifyInstruction(PN, F->getParent()->getDataLayout(), TLI, DT, AC))
3692     if (LI->replacementPreservesLCSSAForm(PN, V))
3693       return getSCEV(V);
3694
3695   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
3696   return getUnknown(PN);
3697 }
3698
3699 /// createNodeForGEP - Expand GEP instructions into add and multiply
3700 /// operations. This allows them to be analyzed by regular SCEV code.
3701 ///
3702 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForGEP(GEPOperator *GEP) {
3703   Type *IntPtrTy = getEffectiveSCEVType(GEP->getType());
3704   Value *Base = GEP->getOperand(0);
3705   // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
3706   if (!Base->getType()->getPointerElementType()->isSized())
3707     return getUnknown(GEP);
3708
3709   // Don't blindly transfer the inbounds flag from the GEP instruction to the
3710   // Add expression, because the Instruction may be guarded by control flow
3711   // and the no-overflow bits may not be valid for the expression in any
3712   // context.
3713   SCEV::NoWrapFlags Wrap = GEP->isInBounds() ? SCEV::FlagNSW : SCEV::FlagAnyWrap;
3714
3715   const SCEV *TotalOffset = getConstant(IntPtrTy, 0);
3716   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
3717   for (GetElementPtrInst::op_iterator I = std::next(GEP->op_begin()),
3718                                       E = GEP->op_end();
3719        I != E; ++I) {
3720     Value *Index = *I;
3721     // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
3722     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
3723       // For a struct, add the member offset.
3724       unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
3725       const SCEV *FieldOffset = getOffsetOfExpr(IntPtrTy, STy, FieldNo);
3726
3727       // Add the field offset to the running total offset.
3728       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, FieldOffset);
3729     } else {
3730       // For an array, add the element offset, explicitly scaled.
3731       const SCEV *ElementSize = getSizeOfExpr(IntPtrTy, *GTI);
3732       const SCEV *IndexS = getSCEV(Index);
3733       // Getelementptr indices are signed.
3734       IndexS = getTruncateOrSignExtend(IndexS, IntPtrTy);
3735
3736       // Multiply the index by the element size to compute the element offset.
3737       const SCEV *LocalOffset = getMulExpr(IndexS, ElementSize, Wrap);
3738
3739       // Add the element offset to the running total offset.
3740       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, LocalOffset);
3741     }
3742   }
3743
3744   // Get the SCEV for the GEP base.
3745   const SCEV *BaseS = getSCEV(Base);
3746
3747   // Add the total offset from all the GEP indices to the base.
3748   return getAddExpr(BaseS, TotalOffset, Wrap);
3749 }
3750
3751 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
3752 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
3753 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
3754 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
3755 uint32_t
3756 ScalarEvolution::GetMinTrailingZeros(const SCEV *S) {
3757   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3758     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
3759
3760   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
3761     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand()),
3762                     (uint32_t)getTypeSizeInBits(T->getType()));
3763
3764   if (const SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3765     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
3766     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
3767              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
3768   }
3769
3770   if (const SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3771     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
3772     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
3773              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
3774   }
3775
3776   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3777     // The result is the min of all operands results.
3778     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
3779     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
3780       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
3781     return MinOpRes;
3782   }
3783
3784   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3785     // The result is the sum of all operands results.
3786     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
3787     uint32_t BitWidth = getTypeSizeInBits(M->getType());
3788     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
3789          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
3790       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)),
3791                           BitWidth);
3792     return SumOpRes;
3793   }
3794
3795   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3796     // The result is the min of all operands results.
3797     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
3798     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
3799       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
3800     return MinOpRes;
3801   }
3802
3803   if (const SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3804     // The result is the min of all operands results.
3805     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
3806     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
3807       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
3808     return MinOpRes;
3809   }
3810
3811   if (const SCEVUMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3812     // The result is the min of all operands results.
3813     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
3814     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
3815       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
3816     return MinOpRes;
3817   }
3818
3819   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3820     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3821     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
3822     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
3823     computeKnownBits(U->getValue(), Zeros, Ones,
3824                      F->getParent()->getDataLayout(), 0, AC, nullptr, DT);
3825     return Zeros.countTrailingOnes();
3826   }
3827
3828   // SCEVUDivExpr
3829   return 0;
3830 }
3831
3832 /// GetRangeFromMetadata - Helper method to assign a range to V from
3833 /// metadata present in the IR.
3834 static Optional<ConstantRange> GetRangeFromMetadata(Value *V) {
3835   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
3836     if (MDNode *MD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_range)) {
3837       ConstantRange TotalRange(
3838           cast<IntegerType>(I->getType())->getBitWidth(), false);
3839
3840       unsigned NumRanges = MD->getNumOperands() / 2;
3841       assert(NumRanges >= 1);
3842
3843       for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
3844         ConstantInt *Lower =
3845             mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(2 * i + 0));
3846         ConstantInt *Upper =
3847             mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(2 * i + 1));
3848         ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
3849         TotalRange = TotalRange.unionWith(Range);
3850       }
3851
3852       return TotalRange;
3853     }
3854   }
3855
3856   return None;
3857 }
3858
3859 /// getRange - Determine the range for a particular SCEV.  If SignHint is
3860 /// HINT_RANGE_UNSIGNED (resp. HINT_RANGE_SIGNED) then getRange prefers ranges
3861 /// with a "cleaner" unsigned (resp. signed) representation.
3862 ///
3863 ConstantRange
3864 ScalarEvolution::getRange(const SCEV *S,
3865                           ScalarEvolution::RangeSignHint SignHint) {
3866   DenseMap<const SCEV *, ConstantRange> &Cache =
3867       SignHint == ScalarEvolution::HINT_RANGE_UNSIGNED ? UnsignedRanges
3868                                                        : SignedRanges;
3869
3870   // See if we've computed this range already.
3871   DenseMap<const SCEV *, ConstantRange>::iterator I = Cache.find(S);
3872   if (I != Cache.end())
3873     return I->second;
3874
3875   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3876     return setRange(C, SignHint, ConstantRange(C->getValue()->getValue()));
3877
3878   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
3879   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
3880
3881   // If the value has known zeros, the maximum value will have those known zeros
3882   // as well.
3883   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
3884   if (TZ != 0) {
3885     if (SignHint == ScalarEvolution::HINT_RANGE_UNSIGNED)
3886       ConservativeResult =
3887           ConstantRange(APInt::getMinValue(BitWidth),
3888                         APInt::getMaxValue(BitWidth).lshr(TZ).shl(TZ) + 1);
3889     else
3890       ConservativeResult = ConstantRange(
3891           APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3892           APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(TZ).shl(TZ) + 1);
3893   }
3894
3895   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3896     ConstantRange X = getRange(Add->getOperand(0), SignHint);
3897     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3898       X = X.add(getRange(Add->getOperand(i), SignHint));
3899     return setRange(Add, SignHint, ConservativeResult.intersectWith(X));
3900   }
3901
3902   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3903     ConstantRange X = getRange(Mul->getOperand(0), SignHint);
3904     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
3905       X = X.multiply(getRange(Mul->getOperand(i), SignHint));
3906     return setRange(Mul, SignHint, ConservativeResult.intersectWith(X));
3907   }
3908
3909   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3910     ConstantRange X = getRange(SMax->getOperand(0), SignHint);
3911     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3912       X = X.smax(getRange(SMax->getOperand(i), SignHint));
3913     return setRange(SMax, SignHint, ConservativeResult.intersectWith(X));
3914   }
3915
3916   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3917     ConstantRange X = getRange(UMax->getOperand(0), SignHint);
3918     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3919       X = X.umax(getRange(UMax->getOperand(i), SignHint));
3920     return setRange(UMax, SignHint, ConservativeResult.intersectWith(X));
3921   }
3922
3923   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3924     ConstantRange X = getRange(UDiv->getLHS(), SignHint);
3925     ConstantRange Y = getRange(UDiv->getRHS(), SignHint);
3926     return setRange(UDiv, SignHint,
3927                     ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y)));
3928   }
3929
3930   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3931     ConstantRange X = getRange(ZExt->getOperand(), SignHint);
3932     return setRange(ZExt, SignHint,
3933                     ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth)));
3934   }
3935
3936   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3937     ConstantRange X = getRange(SExt->getOperand(), SignHint);
3938     return setRange(SExt, SignHint,
3939                     ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth)));
3940   }
3941
3942   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
3943     ConstantRange X = getRange(Trunc->getOperand(), SignHint);
3944     return setRange(Trunc, SignHint,
3945                     ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth)));
3946   }
3947
3948   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3949     // If there's no unsigned wrap, the value will never be less than its
3950     // initial value.
3951     if (AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW))
3952       if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getStart()))
3953         if (!C->getValue()->isZero())
3954           ConservativeResult =
3955             ConservativeResult.intersectWith(
3956               ConstantRange(C->getValue()->getValue(), APInt(BitWidth, 0)));
3957
3958     // If there's no signed wrap, and all the operands have the same sign or
3959     // zero, the value won't ever change sign.
3960     if (AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW)) {
3961       bool AllNonNeg = true;
3962       bool AllNonPos = true;
3963       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3964         if (!isKnownNonNegative(AddRec->getOperand(i))) AllNonNeg = false;
3965         if (!isKnownNonPositive(AddRec->getOperand(i))) AllNonPos = false;
3966       }
3967       if (AllNonNeg)
3968         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3969           ConstantRange(APInt(BitWidth, 0),
3970                         APInt::getSignedMinValue(BitWidth)));
3971       else if (AllNonPos)
3972         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3973           ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3974                         APInt(BitWidth, 1)));
3975     }
3976
3977     // TODO: non-affine addrec
3978     if (AddRec->isAffine()) {
3979       Type *Ty = AddRec->getType();
3980       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
3981       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
3982           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
3983
3984         // Check for overflow.  This must be done with ConstantRange arithmetic
3985         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
3986         // checking code.
3987
3988         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
3989         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
3990         ConstantRange ZExtMaxBECountRange =
3991             MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth * 2 + 1);
3992
3993         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
3994         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
3995         ConstantRange StepSRange = getSignedRange(Step);
3996         ConstantRange SExtStepSRange = StepSRange.sextOrTrunc(BitWidth * 2 + 1);
3997
3998         ConstantRange StartURange = getUnsignedRange(Start);
3999         ConstantRange EndURange =
4000             StartURange.add(MaxBECountRange.multiply(StepSRange));
4001
4002         // Check for unsigned overflow.
4003         ConstantRange ZExtStartURange =
4004             StartURange.zextOrTrunc(BitWidth * 2 + 1);
4005         ConstantRange ZExtEndURange = EndURange.zextOrTrunc(BitWidth * 2 + 1);
4006         if (ZExtStartURange.add(ZExtMaxBECountRange.multiply(SExtStepSRange)) ==
4007             ZExtEndURange) {
4008           APInt Min = APIntOps::umin(StartURange.getUnsignedMin(),
4009                                      EndURange.getUnsignedMin());
4010           APInt Max = APIntOps::umax(StartURange.getUnsignedMax(),
4011                                      EndURange.getUnsignedMax());
4012           bool IsFullRange = Min.isMinValue() && Max.isMaxValue();
4013           if (!IsFullRange)
4014             ConservativeResult =
4015                 ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max + 1));
4016         }
4017
4018         ConstantRange StartSRange = getSignedRange(Start);
4019         ConstantRange EndSRange =
4020             StartSRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepSRange));
4021
4022         // Check for signed overflow. This must be done with ConstantRange
4023         // arithmetic because we could be called from within the ScalarEvolution
4024         // overflow checking code.
4025         ConstantRange SExtStartSRange =
4026             StartSRange.sextOrTrunc(BitWidth * 2 + 1);
4027         ConstantRange SExtEndSRange = EndSRange.sextOrTrunc(BitWidth * 2 + 1);
4028         if (SExtStartSRange.add(ZExtMaxBECountRange.multiply(SExtStepSRange)) ==
4029             SExtEndSRange) {
4030           APInt Min = APIntOps::smin(StartSRange.getSignedMin(),
4031                                      EndSRange.getSignedMin());
4032           APInt Max = APIntOps::smax(StartSRange.getSignedMax(),
4033                                      EndSRange.getSignedMax());
4034           bool IsFullRange = Min.isMinSignedValue() && Max.isMaxSignedValue();
4035           if (!IsFullRange)
4036             ConservativeResult =
4037                 ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max + 1));
4038         }
4039       }
4040     }
4041
4042     return setRange(AddRec, SignHint, ConservativeResult);
4043   }
4044
4045   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
4046     // Check if the IR explicitly contains !range metadata.
4047     Optional<ConstantRange> MDRange = GetRangeFromMetadata(U->getValue());
4048     if (MDRange.hasValue())
4049       ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(MDRange.getValue());
4050
4051     // Split here to avoid paying the compile-time cost of calling both
4052     // computeKnownBits and ComputeNumSignBits.  This restriction can be lifted
4053     // if needed.
4054     const DataLayout &DL = F->getParent()->getDataLayout();
4055     if (SignHint == ScalarEvolution::HINT_RANGE_UNSIGNED) {
4056       // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
4057       APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
4058       computeKnownBits(U->getValue(), Zeros, Ones, DL, 0, AC, nullptr, DT);
4059       if (Ones != ~Zeros + 1)
4060         ConservativeResult =
4061             ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Ones, ~Zeros + 1));
4062     } else {
4063       assert(SignHint == ScalarEvolution::HINT_RANGE_SIGNED &&
4064              "generalize as needed!");
4065       unsigned NS = ComputeNumSignBits(U->getValue(), DL, 0, AC, nullptr, DT);
4066       if (NS > 1)
4067         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
4068             ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth).ashr(NS - 1),
4069                           APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(NS - 1) + 1));
4070     }
4071
4072     return setRange(U, SignHint, ConservativeResult);
4073   }
4074
4075   return setRange(S, SignHint, ConservativeResult);
4076 }
4077
4078 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
4079 /// Analyze the expression.
4080 ///
4081 const SCEV *ScalarEvolution::createSCEV(Value *V) {
4082   if (!isSCEVable(V->getType()))
4083     return getUnknown(V);
4084
4085   unsigned Opcode = Instruction::UserOp1;
4086   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
4087     Opcode = I->getOpcode();
4088
4089     // Don't attempt to analyze instructions in blocks that aren't
4090     // reachable. Such instructions don't matter, and they aren't required
4091     // to obey basic rules for definitions dominating uses which this
4092     // analysis depends on.
4093     if (!DT->isReachableFromEntry(I->getParent()))
4094       return getUnknown(V);
4095   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
4096     Opcode = CE->getOpcode();
4097   else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
4098     return getConstant(CI);
4099   else if (isa<ConstantPointerNull>(V))
4100     return getConstant(V->getType(), 0);
4101   else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V))
4102     return GA->mayBeOverridden() ? getUnknown(V) : getSCEV(GA->getAliasee());
4103   else
4104     return getUnknown(V);
4105
4106   Operator *U = cast<Operator>(V);
4107   switch (Opcode) {
4108   case Instruction::Add: {
4109     // The simple thing to do would be to just call getSCEV on both operands
4110     // and call getAddExpr with the result. However if we're looking at a
4111     // bunch of things all added together, this can be quite inefficient,
4112     // because it leads to N-1 getAddExpr calls for N ultimate operands.
4113     // Instead, gather up all the operands and make a single getAddExpr call.
4114     // LLVM IR canonical form means we need only traverse the left operands.
4115     //
4116     // Don't apply this instruction's NSW or NUW flags to the new
4117     // expression. The instruction may be guarded by control flow that the
4118     // no-wrap behavior depends on. Non-control-equivalent instructions can be
4119     // mapped to the same SCEV expression, and it would be incorrect to transfer
4120     // NSW/NUW semantics to those operations.
4121     SmallVector<const SCEV *, 4> AddOps;
4122     AddOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
4123     for (Value *Op = U->getOperand(0); ; Op = U->getOperand(0)) {
4124       unsigned Opcode = Op->getValueID() - Value::InstructionVal;
4125       if (Opcode != Instruction::Add && Opcode != Instruction::Sub)
4126         break;
4127       U = cast<Operator>(Op);
4128       const SCEV *Op1 = getSCEV(U->getOperand(1));
4129       if (Opcode == Instruction::Sub)
4130         AddOps.push_back(getNegativeSCEV(Op1));
4131       else
4132         AddOps.push_back(Op1);
4133     }
4134     AddOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(0)));
4135     return getAddExpr(AddOps);
4136   }
4137   case Instruction::Mul: {
4138     // Don't transfer NSW/NUW for the same reason as AddExpr.
4139     SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps;
4140     MulOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
4141     for (Value *Op = U->getOperand(0);
4142          Op->getValueID() == Instruction::Mul + Value::InstructionVal;
4143          Op = U->getOperand(0)) {
4144       U = cast<Operator>(Op);
4145       MulOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
4146     }
4147     MulOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(0)));
4148     return getMulExpr(MulOps);
4149   }
4150   case Instruction::UDiv:
4151     return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
4152                        getSCEV(U->getOperand(1)));
4153   case Instruction::Sub:
4154     return getMinusSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)),
4155                         getSCEV(U->getOperand(1)));
4156   case Instruction::And:
4157     // For an expression like x&255 that merely masks off the high bits,
4158     // use zext(trunc(x)) as the SCEV expression.
4159     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4160       if (CI->isNullValue())
4161         return getSCEV(U->getOperand(1));
4162       if (CI->isAllOnesValue())
4163         return getSCEV(U->getOperand(0));
4164       const APInt &A = CI->getValue();
4165
4166       // Instcombine's ShrinkDemandedConstant may strip bits out of
4167       // constants, obscuring what would otherwise be a low-bits mask.
4168       // Use computeKnownBits to compute what ShrinkDemandedConstant
4169       // knew about to reconstruct a low-bits mask value.
4170       unsigned LZ = A.countLeadingZeros();
4171       unsigned TZ = A.countTrailingZeros();
4172       unsigned BitWidth = A.getBitWidth();
4173       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
4174       computeKnownBits(U->getOperand(0), KnownZero, KnownOne,
4175                        F->getParent()->getDataLayout(), 0, AC, nullptr, DT);
4176
4177       APInt EffectiveMask =
4178           APInt::getLowBitsSet(BitWidth, BitWidth - LZ - TZ).shl(TZ);
4179       if ((LZ != 0 || TZ != 0) && !((~A & ~KnownZero) & EffectiveMask)) {
4180         const SCEV *MulCount = getConstant(
4181             ConstantInt::get(getContext(), APInt::getOneBitSet(BitWidth, TZ)));
4182         return getMulExpr(
4183             getZeroExtendExpr(
4184                 getTruncateExpr(
4185                     getUDivExactExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), MulCount),
4186                     IntegerType::get(getContext(), BitWidth - LZ - TZ)),
4187                 U->getType()),
4188             MulCount);
4189       }
4190     }
4191     break;
4192
4193   case Instruction::Or:
4194     // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
4195     // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
4196     // optimizations will transparently handle this case.
4197     //
4198     // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
4199     // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
4200     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4201       const SCEV *LHS = getSCEV(U->getOperand(0));
4202       const APInt &CIVal = CI->getValue();
4203       if (GetMinTrailingZeros(LHS) >=
4204           (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros())) {
4205         // Build a plain add SCEV.
4206         const SCEV *S = getAddExpr(LHS, getSCEV(CI));
4207         // If the LHS of the add was an addrec and it has no-wrap flags,
4208         // transfer the no-wrap flags, since an or won't introduce a wrap.
4209         if (const SCEVAddRecExpr *NewAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
4210           const SCEVAddRecExpr *OldAR = cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
4211           const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setNoWrapFlags(
4212             OldAR->getNoWrapFlags());
4213         }
4214         return S;
4215       }
4216     }
4217     break;
4218   case Instruction::Xor:
4219     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4220       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
4221       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
4222       if (CI->getValue().isSignBit())
4223         return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
4224                           getSCEV(U->getOperand(1)));
4225
4226       // If the RHS of xor is -1, then this is a not operation.
4227       if (CI->isAllOnesValue())
4228         return getNotSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)));
4229
4230       // Model xor(and(x, C), C) as and(~x, C), if C is a low-bits mask.
4231       // This is a variant of the check for xor with -1, and it handles
4232       // the case where instcombine has trimmed non-demanded bits out
4233       // of an xor with -1.
4234       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U->getOperand(0)))
4235         if (ConstantInt *LCI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
4236           if (BO->getOpcode() == Instruction::And &&
4237               LCI->getValue() == CI->getValue())
4238             if (const SCEVZeroExtendExpr *Z =
4239                   dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(getSCEV(U->getOperand(0)))) {
4240               Type *UTy = U->getType();
4241               const SCEV *Z0 = Z->getOperand();
4242               Type *Z0Ty = Z0->getType();
4243               unsigned Z0TySize = getTypeSizeInBits(Z0Ty);
4244
4245               // If C is a low-bits mask, the zero extend is serving to
4246               // mask off the high bits. Complement the operand and
4247               // re-apply the zext.
4248               if (APIntOps::isMask(Z0TySize, CI->getValue()))
4249                 return getZeroExtendExpr(getNotSCEV(Z0), UTy);
4250
4251               // If C is a single bit, it may be in the sign-bit position
4252               // before the zero-extend. In this case, represent the xor
4253               // using an add, which is equivalent, and re-apply the zext.
4254               APInt Trunc = CI->getValue().trunc(Z0TySize);
4255               if (Trunc.zext(getTypeSizeInBits(UTy)) == CI->getValue() &&
4256                   Trunc.isSignBit())
4257                 return getZeroExtendExpr(getAddExpr(Z0, getConstant(Trunc)),
4258                                          UTy);
4259             }
4260     }
4261     break;
4262
4263   case Instruction::Shl:
4264     // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
4265     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4266       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
4267
4268       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
4269       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
4270       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
4271       // other parts of the compiler.
4272       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
4273         break;
4274
4275       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
4276         APInt::getOneBitSet(BitWidth, SA->getZExtValue()));
4277       return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
4278     }
4279     break;
4280
4281   case Instruction::LShr:
4282     // Turn logical shift right of a constant into a unsigned divide.
4283     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
4284       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
4285
4286       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
4287       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
4288       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
4289       // other parts of the compiler.
4290       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
4291         break;
4292
4293       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
4294         APInt::getOneBitSet(BitWidth, SA->getZExtValue()));
4295       return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
4296     }
4297     break;
4298
4299   case Instruction::AShr:
4300     // For a two-shift sext-inreg, use sext(trunc(x)) as the SCEV expression.
4301     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
4302       if (Operator *L = dyn_cast<Operator>(U->getOperand(0)))
4303         if (L->getOpcode() == Instruction::Shl &&
4304             L->getOperand(1) == U->getOperand(1)) {
4305           uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
4306
4307           // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
4308           // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
4309           // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
4310           // other parts of the compiler.
4311           if (CI->getValue().uge(BitWidth))
4312             break;
4313
4314           uint64_t Amt = BitWidth - CI->getZExtValue();
4315           if (Amt == BitWidth)
4316             return getSCEV(L->getOperand(0));       // shift by zero --> noop
4317           return
4318             getSignExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(L->getOperand(0)),
4319                                               IntegerType::get(getContext(),
4320                                                                Amt)),
4321                               U->getType());
4322         }
4323     break;
4324
4325   case Instruction::Trunc:
4326     return getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
4327
4328   case Instruction::ZExt:
4329     return getZeroExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
4330
4331   case Instruction::SExt:
4332     return getSignExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
4333
4334   case Instruction::BitCast:
4335     // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
4336     if (isSCEVable(U->getType()) && isSCEVable(U->getOperand(0)->getType()))
4337       return getSCEV(U->getOperand(0));
4338     break;
4339
4340   // It's tempting to handle inttoptr and ptrtoint as no-ops, however this can
4341   // lead to pointer expressions which cannot safely be expanded to GEPs,
4342   // because ScalarEvolution doesn't respect the GEP aliasing rules when
4343   // simplifying integer expressions.
4344
4345   case Instruction::GetElementPtr:
4346     return createNodeForGEP(cast<GEPOperator>(U));
4347
4348   case Instruction::PHI:
4349     return createNodeForPHI(cast<PHINode>(U));
4350
4351   case Instruction::Select:
4352     // This could be a smax or umax that was lowered earlier.
4353     // Try to recover it.
4354     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U->getOperand(0))) {
4355       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
4356       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
4357       switch (ICI->getPredicate()) {
4358       case ICmpInst::ICMP_SLT:
4359       case ICmpInst::ICMP_SLE:
4360         std::swap(LHS, RHS);
4361         // fall through
4362       case ICmpInst::ICMP_SGT:
4363       case ICmpInst::ICMP_SGE:
4364         // a >s b ? a+x : b+x  ->  smax(a, b)+x
4365         // a >s b ? b+x : a+x  ->  smin(a, b)+x
4366         if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <=
4367             getTypeSizeInBits(U->getType())) {
4368           const SCEV *LS = getNoopOrSignExtend(getSCEV(LHS), U->getType());
4369           const SCEV *RS = getNoopOrSignExtend(getSCEV(RHS), U->getType());
4370           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
4371           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
4372           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
4373           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
4374           if (LDiff == RDiff)
4375             return getAddExpr(getSMaxExpr(LS, RS), LDiff);
4376           LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
4377           RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
4378           if (LDiff == RDiff)
4379             return getAddExpr(getSMinExpr(LS, RS), LDiff);
4380         }
4381         break;
4382       case ICmpInst::ICMP_ULT:
4383       case ICmpInst::ICMP_ULE:
4384         std::swap(LHS, RHS);
4385         // fall through
4386       case ICmpInst::ICMP_UGT:
4387       case ICmpInst::ICMP_UGE:
4388         // a >u b ? a+x : b+x  ->  umax(a, b)+x
4389         // a >u b ? b+x : a+x  ->  umin(a, b)+x
4390         if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <=
4391             getTypeSizeInBits(U->getType())) {
4392           const SCEV *LS = getNoopOrZeroExtend(getSCEV(LHS), U->getType());
4393           const SCEV *RS = getNoopOrZeroExtend(getSCEV(RHS), U->getType());
4394           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
4395           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
4396           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
4397           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
4398           if (LDiff == RDiff)
4399             return getAddExpr(getUMaxExpr(LS, RS), LDiff);
4400           LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
4401           RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
4402           if (LDiff == RDiff)
4403             return getAddExpr(getUMinExpr(LS, RS), LDiff);
4404         }
4405         break;
4406       case ICmpInst::ICMP_NE:
4407         // n != 0 ? n+x : 1+x  ->  umax(n, 1)+x
4408         if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <=
4409                 getTypeSizeInBits(U->getType()) &&
4410             isa<ConstantInt>(RHS) && cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
4411           const SCEV *One = getConstant(U->getType(), 1);
4412           const SCEV *LS = getNoopOrZeroExtend(getSCEV(LHS), U->getType());
4413           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
4414           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
4415           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
4416           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, One);
4417           if (LDiff == RDiff)
4418             return getAddExpr(getUMaxExpr(One, LS), LDiff);
4419         }
4420         break;
4421       case ICmpInst::ICMP_EQ:
4422         // n == 0 ? 1+x : n+x  ->  umax(n, 1)+x
4423         if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <=
4424                 getTypeSizeInBits(U->getType()) &&
4425             isa<ConstantInt>(RHS) && cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
4426           const SCEV *One = getConstant(U->getType(), 1);
4427           const SCEV *LS = getNoopOrZeroExtend(getSCEV(LHS), U->getType());
4428           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
4429           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
4430           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, One);
4431           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
4432           if (LDiff == RDiff)
4433             return getAddExpr(getUMaxExpr(One, LS), LDiff);
4434         }
4435         break;
4436       default:
4437         break;
4438       }
4439     }
4440
4441   default: // We cannot analyze this expression.
4442     break;
4443   }
4444
4445   return getUnknown(V);
4446 }
4447
4448
4449
4450 //===----------------------------------------------------------------------===//
4451 //                   Iteration Count Computation Code
4452 //
4453
4454 unsigned ScalarEvolution::getSmallConstantTripCount(Loop *L) {
4455   if (BasicBlock *ExitingBB = L->getExitingBlock())
4456     return getSmallConstantTripCount(L, ExitingBB);
4457
4458   // No trip count information for multiple exits.
4459   return 0;
4460 }
4461
4462 /// getSmallConstantTripCount - Returns the maximum trip count of this loop as a
4463 /// normal unsigned value. Returns 0 if the trip count is unknown or not
4464 /// constant. Will also return 0 if the maximum trip count is very large (>=
4465 /// 2^32).
4466 ///
4467 /// This "trip count" assumes that control exits via ExitingBlock. More
4468 /// precisely, it is the number of times that control may reach ExitingBlock
4469 /// before taking the branch. For loops with multiple exits, it may not be the
4470 /// number times that the loop header executes because the loop may exit
4471 /// prematurely via another branch.
4472 unsigned ScalarEvolution::getSmallConstantTripCount(Loop *L,
4473                                                     BasicBlock *ExitingBlock) {
4474   assert(ExitingBlock && "Must pass a non-null exiting block!");
4475   assert(L->isLoopExiting(ExitingBlock) &&
4476          "Exiting block must actually branch out of the loop!");
4477   const SCEVConstant *ExitCount =
4478       dyn_cast<SCEVConstant>(getExitCount(L, ExitingBlock));
4479   if (!ExitCount)
4480     return 0;
4481
4482   ConstantInt *ExitConst = ExitCount->getValue();
4483
4484   // Guard against huge trip counts.
4485   if (ExitConst->getValue().getActiveBits() > 32)
4486     return 0;
4487
4488   // In case of integer overflow, this returns 0, which is correct.
4489   return ((unsigned)ExitConst->getZExtValue()) + 1;
4490 }
4491
4492 unsigned ScalarEvolution::getSmallConstantTripMultiple(Loop *L) {
4493   if (BasicBlock *ExitingBB = L->getExitingBlock())
4494     return getSmallConstantTripMultiple(L, ExitingBB);
4495
4496   // No trip multiple information for multiple exits.
4497   return 0;
4498 }
4499
4500 /// getSmallConstantTripMultiple - Returns the largest constant divisor of the
4501 /// trip count of this loop as a normal unsigned value, if possible. This
4502 /// means that the actual trip count is always a multiple of the returned
4503 /// value (don't forget the trip count could very well be zero as well!).
4504 ///
4505 /// Returns 1 if the trip count is unknown or not guaranteed to be the
4506 /// multiple of a constant (which is also the case if the trip count is simply
4507 /// constant, use getSmallConstantTripCount for that case), Will also return 1
4508 /// if the trip count is very large (>= 2^32).
4509 ///
4510 /// As explained in the comments for getSmallConstantTripCount, this assumes
4511 /// that control exits the loop via ExitingBlock.
4512 unsigned
4513 ScalarEvolution::getSmallConstantTripMultiple(Loop *L,
4514                                               BasicBlock *ExitingBlock) {
4515   assert(ExitingBlock && "Must pass a non-null exiting block!");
4516   assert(L->isLoopExiting(ExitingBlock) &&
4517          "Exiting block must actually branch out of the loop!");
4518   const SCEV *ExitCount = getExitCount(L, ExitingBlock);
4519   if (ExitCount == getCouldNotCompute())
4520     return 1;
4521
4522   // Get the trip count from the BE count by adding 1.
4523   const SCEV *TCMul = getAddExpr(ExitCount,
4524                                  getConstant(ExitCount->getType(), 1));
4525   // FIXME: SCEV distributes multiplication as V1*C1 + V2*C1. We could attempt
4526   // to factor simple cases.
4527   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(TCMul))
4528     TCMul = Mul->getOperand(0);
4529
4530   const SCEVConstant *MulC = dyn_cast<SCEVConstant>(TCMul);
4531   if (!MulC)
4532     return 1;
4533
4534   ConstantInt *Result = MulC->getValue();
4535
4536   // Guard against huge trip counts (this requires checking
4537   // for zero to handle the case where the trip count == -1 and the
4538   // addition wraps).
4539   if (!Result || Result->getValue().getActiveBits() > 32 ||
4540       Result->getValue().getActiveBits() == 0)
4541     return 1;
4542
4543   return (unsigned)Result->getZExtValue();
4544 }
4545
4546 // getExitCount - Get the expression for the number of loop iterations for which
4547 // this loop is guaranteed not to exit via ExitingBlock. Otherwise return
4548 // SCEVCouldNotCompute.
4549 const SCEV *ScalarEvolution::getExitCount(Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock) {
4550   return getBackedgeTakenInfo(L).getExact(ExitingBlock, this);
4551 }
4552
4553 /// getBackedgeTakenCount - If the specified loop has a predictable
4554 /// backedge-taken count, return it, otherwise return a SCEVCouldNotCompute
4555 /// object. The backedge-taken count is the number of times the loop header
4556 /// will be branched to from within the loop. This is one less than the
4557 /// trip count of the loop, since it doesn't count the first iteration,
4558 /// when the header is branched to from outside the loop.
4559 ///
4560 /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
4561 /// loop-invariant backedge-taken count (see
4562 /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
4563 ///
4564 const SCEV *ScalarEvolution::getBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
4565   return getBackedgeTakenInfo(L).getExact(this);
4566 }
4567
4568 /// getMaxBackedgeTakenCount - Similar to getBackedgeTakenCount, except
4569 /// return the least SCEV value that is known never to be less than the
4570 /// actual backedge taken count.
4571 const SCEV *ScalarEvolution::getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
4572   return getBackedgeTakenInfo(L).getMax(this);
4573 }
4574
4575 /// PushLoopPHIs - Push PHI nodes in the header of the given loop
4576 /// onto the given Worklist.
4577 static void
4578 PushLoopPHIs(const Loop *L, SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
4579   BasicBlock *Header = L->getHeader();
4580
4581   // Push all Loop-header PHIs onto the Worklist stack.
4582   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
4583        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
4584     Worklist.push_back(PN);
4585 }
4586
4587 const ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo &
4588 ScalarEvolution::getBackedgeTakenInfo(const Loop *L) {
4589   // Initially insert an invalid entry for this loop. If the insertion
4590   // succeeds, proceed to actually compute a backedge-taken count and
4591   // update the value. The temporary CouldNotCompute value tells SCEV
4592   // code elsewhere that it shouldn't attempt to request a new
4593   // backedge-taken count, which could result in infinite recursion.
4594   std::pair<DenseMap<const Loop *, BackedgeTakenInfo>::iterator, bool> Pair =
4595     BackedgeTakenCounts.insert(std::make_pair(L, BackedgeTakenInfo()));
4596   if (!Pair.second)
4597     return Pair.first->second;
4598
4599   // ComputeBackedgeTakenCount may allocate memory for its result. Inserting it
4600   // into the BackedgeTakenCounts map transfers ownership. Otherwise, the result
4601   // must be cleared in this scope.
4602   BackedgeTakenInfo Result = ComputeBackedgeTakenCount(L);
4603
4604   if (Result.getExact(this) != getCouldNotCompute()) {
4605     assert(isLoopInvariant(Result.getExact(this), L) &&
4606            isLoopInvariant(Result.getMax(this), L) &&
4607            "Computed backedge-taken count isn't loop invariant for loop!");
4608     ++NumTripCountsComputed;
4609   }
4610   else if (Result.getMax(this) == getCouldNotCompute() &&
4611            isa<PHINode>(L->getHeader()->begin())) {
4612     // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
4613     ++NumTripCountsNotComputed;
4614   }
4615
4616   // Now that we know more about the trip count for this loop, forget any
4617   // existing SCEV values for PHI nodes in this loop since they are only
4618   // conservative estimates made without the benefit of trip count
4619   // information. This is similar to the code in forgetLoop, except that
4620   // it handles SCEVUnknown PHI nodes specially.
4621   if (Result.hasAnyInfo()) {
4622     SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
4623     PushLoopPHIs(L, Worklist);
4624
4625     SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
4626     while (!Worklist.empty()) {
4627       Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
4628       if (!Visited.insert(I).second)
4629         continue;
4630
4631       ValueExprMapType::iterator It =
4632         ValueExprMap.find_as(static_cast<Value *>(I));
4633       if (It != ValueExprMap.end()) {
4634         const SCEV *Old = It->second;
4635
4636         // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
4637         // structure, or it's a PHI that's in the progress of being computed
4638         // by createNodeForPHI.  In the former case, additional loop trip
4639         // count information isn't going to change anything. In the later
4640         // case, createNodeForPHI will perform the necessary updates on its
4641         // own when it gets to that point.
4642         if (!isa<PHINode>(I) || !isa<SCEVUnknown>(Old)) {
4643           forgetMemoizedResults(Old);
4644           ValueExprMap.erase(It);
4645         }
4646         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4647           ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4648       }
4649
4650       PushDefUseChildren(I, Worklist);
4651     }
4652   }
4653
4654   // Re-lookup the insert position, since the call to
4655   // ComputeBackedgeTakenCount above could result in a
4656   // recusive call to getBackedgeTakenInfo (on a different
4657   // loop), which would invalidate the iterator computed
4658   // earlier.
4659   return BackedgeTakenCounts.find(L)->second = Result;
4660 }
4661
4662 /// forgetLoop - This method should be called by the client when it has
4663 /// changed a loop in a way that may effect ScalarEvolution's ability to
4664 /// compute a trip count, or if the loop is deleted.
4665 void ScalarEvolution::forgetLoop(const Loop *L) {
4666   // Drop any stored trip count value.
4667   DenseMap<const Loop*, BackedgeTakenInfo>::iterator BTCPos =
4668     BackedgeTakenCounts.find(L);
4669   if (BTCPos != BackedgeTakenCounts.end()) {
4670     BTCPos->second.clear();
4671     BackedgeTakenCounts.erase(BTCPos);
4672   }
4673
4674   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
4675   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
4676   PushLoopPHIs(L, Worklist);
4677
4678   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
4679   while (!Worklist.empty()) {
4680     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
4681     if (!Visited.insert(I).second)
4682       continue;
4683
4684     ValueExprMapType::iterator It =
4685       ValueExprMap.find_as(static_cast<Value *>(I));
4686     if (It != ValueExprMap.end()) {
4687       forgetMemoizedResults(It->second);
4688       ValueExprMap.erase(It);
4689       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4690         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4691     }
4692
4693     PushDefUseChildren(I, Worklist);
4694   }
4695
4696   // Forget all contained loops too, to avoid dangling entries in the
4697   // ValuesAtScopes map.
4698   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
4699     forgetLoop(*I);
4700 }
4701
4702 /// forgetValue - This method should be called by the client when it has
4703 /// changed a value in a way that may effect its value, or which may
4704 /// disconnect it from a def-use chain linking it to a loop.
4705 void ScalarEvolution::forgetValue(Value *V) {
4706   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
4707   if (!I) return;
4708
4709   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
4710   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
4711   Worklist.push_back(I);
4712
4713   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
4714   while (!Worklist.empty()) {
4715     I = Worklist.pop_back_val();
4716     if (!Visited.insert(I).second)
4717       continue;
4718
4719     ValueExprMapType::iterator It =
4720       ValueExprMap.find_as(static_cast<Value *>(I));
4721     if (It != ValueExprMap.end()) {
4722       forgetMemoizedResults(It->second);
4723       ValueExprMap.erase(It);
4724       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4725         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4726     }
4727
4728     PushDefUseChildren(I, Worklist);
4729   }
4730 }
4731
4732 /// getExact - Get the exact loop backedge taken count considering all loop
4733 /// exits. A computable result can only be return for loops with a single exit.
4734 /// Returning the minimum taken count among all exits is incorrect because one
4735 /// of the loop's exit limit's may have been skipped. HowFarToZero assumes that
4736 /// the limit of each loop test is never skipped. This is a valid assumption as
4737 /// long as the loop exits via that test. For precise results, it is the
4738 /// caller's responsibility to specify the relevant loop exit using
4739 /// getExact(ExitingBlock, SE).
4740 const SCEV *
4741 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::getExact(ScalarEvolution *SE) const {
4742   // If any exits were not computable, the loop is not computable.
4743   if (!ExitNotTaken.isCompleteList()) return SE->getCouldNotCompute();
4744
4745   // We need exactly one computable exit.
4746   if (!ExitNotTaken.ExitingBlock) return SE->getCouldNotCompute();
4747   assert(ExitNotTaken.ExactNotTaken && "uninitialized not-taken info");
4748
4749   const SCEV *BECount = nullptr;
4750   for (const ExitNotTakenInfo *ENT = &ExitNotTaken;
4751        ENT != nullptr; ENT = ENT->getNextExit()) {
4752
4753     assert(ENT->ExactNotTaken != SE->getCouldNotCompute() && "bad exit SCEV");
4754
4755     if (!BECount)
4756       BECount = ENT->ExactNotTaken;
4757     else if (BECount != ENT->ExactNotTaken)
4758       return SE->getCouldNotCompute();
4759   }
4760   assert(BECount && "Invalid not taken count for loop exit");
4761   return BECount;
4762 }
4763
4764 /// getExact - Get the exact not taken count for this loop exit.
4765 const SCEV *
4766 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::getExact(BasicBlock *ExitingBlock,
4767                                              ScalarEvolution *SE) const {
4768   for (const ExitNotTakenInfo *ENT = &ExitNotTaken;
4769        ENT != nullptr; ENT = ENT->getNextExit()) {
4770
4771     if (ENT->ExitingBlock == ExitingBlock)
4772       return ENT->ExactNotTaken;
4773   }
4774   return SE->getCouldNotCompute();
4775 }
4776
4777 /// getMax - Get the max backedge taken count for the loop.
4778 const SCEV *
4779 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::getMax(ScalarEvolution *SE) const {
4780   return Max ? Max : SE->getCouldNotCompute();
4781 }
4782
4783 bool ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::hasOperand(const SCEV *S,
4784                                                     ScalarEvolution *SE) const {
4785   if (Max && Max != SE->getCouldNotCompute() && SE->hasOperand(Max, S))
4786     return true;
4787
4788   if (!ExitNotTaken.ExitingBlock)
4789     return false;
4790
4791   for (const ExitNotTakenInfo *ENT = &ExitNotTaken;
4792        ENT != nullptr; ENT = ENT->getNextExit()) {
4793
4794     if (ENT->ExactNotTaken != SE->getCouldNotCompute()
4795         && SE->hasOperand(ENT->ExactNotTaken, S)) {
4796       return true;
4797     }
4798   }
4799   return false;
4800 }
4801
4802 /// Allocate memory for BackedgeTakenInfo and copy the not-taken count of each
4803 /// computable exit into a persistent ExitNotTakenInfo array.
4804 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::BackedgeTakenInfo(
4805   SmallVectorImpl< std::pair<BasicBlock *, const SCEV *> > &ExitCounts,
4806   bool Complete, const SCEV *MaxCount) : Max(MaxCount) {
4807
4808   if (!Complete)
4809     ExitNotTaken.setIncomplete();
4810
4811   unsigned NumExits = ExitCounts.size();
4812   if (NumExits == 0) return;
4813
4814   ExitNotTaken.ExitingBlock = ExitCounts[0].first;
4815   ExitNotTaken.ExactNotTaken = ExitCounts[0].second;
4816   if (NumExits == 1) return;
4817
4818   // Handle the rare case of multiple computable exits.
4819   ExitNotTakenInfo *ENT = new ExitNotTakenInfo[NumExits-1];
4820
4821   ExitNotTakenInfo *PrevENT = &ExitNotTaken;
4822   for (unsigned i = 1; i < NumExits; ++i, PrevENT = ENT, ++ENT) {
4823     PrevENT->setNextExit(ENT);
4824     ENT->ExitingBlock = ExitCounts[i].first;
4825     ENT->ExactNotTaken = ExitCounts[i].second;
4826   }
4827 }
4828
4829 /// clear - Invalidate this result and free the ExitNotTakenInfo array.
4830 void ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo::clear() {
4831   ExitNotTaken.ExitingBlock = nullptr;
4832   ExitNotTaken.ExactNotTaken = nullptr;
4833   delete[] ExitNotTaken.getNextExit();
4834 }
4835
4836 /// ComputeBackedgeTakenCount - Compute the number of times the backedge
4837 /// of the specified loop will execute.
4838 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4839 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
4840   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitingBlocks;
4841   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
4842
4843   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, const SCEV *>, 4> ExitCounts;
4844   bool CouldComputeBECount = true;
4845   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch(); // may be NULL.
4846   const SCEV *MustExitMaxBECount = nullptr;
4847   const SCEV *MayExitMaxBECount = nullptr;
4848
4849   // Compute the ExitLimit for each loop exit. Use this to populate ExitCounts
4850   // and compute maxBECount.
4851   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
4852     BasicBlock *ExitBB = ExitingBlocks[i];
4853     ExitLimit EL = ComputeExitLimit(L, ExitBB);
4854
4855     // 1. For each exit that can be computed, add an entry to ExitCounts.
4856     // CouldComputeBECount is true only if all exits can be computed.
4857     if (EL.Exact == getCouldNotCompute())
4858       // We couldn't compute an exact value for this exit, so
4859       // we won't be able to compute an exact value for the loop.
4860       CouldComputeBECount = false;
4861     else
4862       ExitCounts.push_back(std::make_pair(ExitBB, EL.Exact));
4863
4864     // 2. Derive the loop's MaxBECount from each exit's max number of
4865     // non-exiting iterations. Partition the loop exits into two kinds:
4866     // LoopMustExits and LoopMayExits.
4867     //
4868     // If the exit dominates the loop latch, it is a LoopMustExit otherwise it
4869     // is a LoopMayExit.  If any computable LoopMustExit is found, then
4870     // MaxBECount is the minimum EL.Max of computable LoopMustExits. Otherwise,
4871     // MaxBECount is conservatively the maximum EL.Max, where CouldNotCompute is
4872     // considered greater than any computable EL.Max.
4873     if (EL.Max != getCouldNotCompute() && Latch &&
4874         DT->dominates(ExitBB, Latch)) {
4875       if (!MustExitMaxBECount)
4876         MustExitMaxBECount = EL.Max;
4877       else {
4878         MustExitMaxBECount =
4879           getUMinFromMismatchedTypes(MustExitMaxBECount, EL.Max);
4880       }
4881     } else if (MayExitMaxBECount != getCouldNotCompute()) {
4882       if (!MayExitMaxBECount || EL.Max == getCouldNotCompute())
4883         MayExitMaxBECount = EL.Max;
4884       else {
4885         MayExitMaxBECount =
4886           getUMaxFromMismatchedTypes(MayExitMaxBECount, EL.Max);
4887       }
4888     }
4889   }
4890   const SCEV *MaxBECount = MustExitMaxBECount ? MustExitMaxBECount :
4891     (MayExitMaxBECount ? MayExitMaxBECount : getCouldNotCompute());
4892   return BackedgeTakenInfo(ExitCounts, CouldComputeBECount, MaxBECount);
4893 }
4894
4895 /// ComputeExitLimit - Compute the number of times the backedge of the specified
4896 /// loop will execute if it exits via the specified block.
4897 ScalarEvolution::ExitLimit
4898 ScalarEvolution::ComputeExitLimit(const Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock) {
4899
4900   // Okay, we've chosen an exiting block.  See what condition causes us to
4901   // exit at this block and remember the exit block and whether all other targets
4902   // lead to the loop header.
4903   bool MustExecuteLoopHeader = true;
4904   BasicBlock *Exit = nullptr;
4905   for (succ_iterator SI = succ_begin(ExitingBlock), SE = succ_end(ExitingBlock);
4906        SI != SE; ++SI)
4907     if (!L->contains(*SI)) {
4908       if (Exit) // Multiple exit successors.
4909         return getCouldNotCompute();
4910       Exit = *SI;
4911     } else if (*SI != L->getHeader()) {
4912       MustExecuteLoopHeader = false;
4913     }
4914
4915   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
4916   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
4917   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
4918   // not be equal to the trip count of the loop.
4919   //
4920   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
4921   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
4922   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
4923   // loop header.  This is common for un-rotated loops.
4924   //
4925   // If both of those tests fail, walk up the unique predecessor chain to the
4926   // header, stopping if there is an edge that doesn't exit the loop. If the
4927   // header is reached, the execution count of the branch will be equal to the
4928   // trip count of the loop.
4929   //
4930   //  More extensive analysis could be done to handle more cases here.
4931   //
4932   if (!MustExecuteLoopHeader && ExitingBlock != L->getHeader()) {
4933     // The simple checks failed, try climbing the unique predecessor chain
4934     // up to the header.
4935     bool Ok = false;
4936     for (BasicBlock *BB = ExitingBlock; BB; ) {
4937       BasicBlock *Pred = BB->getUniquePredecessor();
4938       if (!Pred)
4939         return getCouldNotCompute();
4940       TerminatorInst *PredTerm = Pred->getTerminator();
4941       for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
4942         BasicBlock *PredSucc = PredTerm->getSuccessor(i);
4943         if (PredSucc == BB)
4944           continue;
4945         // If the predecessor has a successor that isn't BB and isn't
4946         // outside the loop, assume the worst.
4947         if (L->contains(PredSucc))
4948           return getCouldNotCompute();
4949       }
4950       if (Pred == L->getHeader()) {
4951         Ok = true;
4952         break;
4953       }
4954       BB = Pred;
4955     }
4956     if (!Ok)
4957       return getCouldNotCompute();
4958   }
4959
4960   bool IsOnlyExit = (L->getExitingBlock() != nullptr);
4961   TerminatorInst *Term = ExitingBlock->getTerminator();
4962   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Term)) {
4963     assert(BI->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
4964     // Proceed to the next level to examine the exit condition expression.
4965     return ComputeExitLimitFromCond(L, BI->getCondition(), BI->getSuccessor(0),
4966                                     BI->getSuccessor(1),
4967                                     /*ControlsExit=*/IsOnlyExit);
4968   }
4969
4970   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(Term))
4971     return ComputeExitLimitFromSingleExitSwitch(L, SI, Exit,
4972                                                 /*ControlsExit=*/IsOnlyExit);
4973
4974   return getCouldNotCompute();
4975 }
4976
4977 /// ComputeExitLimitFromCond - Compute the number of times the
4978 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
4979 /// were a conditional branch of ExitCond, TBB, and FBB.
4980 ///
4981 /// @param ControlsExit is true if ExitCond directly controls the exit
4982 /// branch. In this case, we can assume that the loop exits only if the
4983 /// condition is true and can infer that failing to meet the condition prior to
4984 /// integer wraparound results in undefined behavior.
4985 ScalarEvolution::ExitLimit
4986 ScalarEvolution::ComputeExitLimitFromCond(const Loop *L,
4987                                           Value *ExitCond,
4988                                           BasicBlock *TBB,
4989                                           BasicBlock *FBB,
4990                                           bool ControlsExit) {
4991   // Check if the controlling expression for this loop is an And or Or.
4992   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(ExitCond)) {
4993     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
4994       // Recurse on the operands of the and.
4995       bool EitherMayExit = L->contains(TBB);
4996       ExitLimit EL0 = ComputeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB,
4997                                                ControlsExit && !EitherMayExit);
4998       ExitLimit EL1 = ComputeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB,
4999                                                ControlsExit && !EitherMayExit);
5000       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
5001       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
5002       if (EitherMayExit) {
5003         // Both conditions must be true for the loop to continue executing.
5004         // Choose the less conservative count.
5005         if (EL0.Exact == getCouldNotCompute() ||
5006             EL1.Exact == getCouldNotCompute())
5007           BECount = getCouldNotCompute();
5008         else
5009           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Exact, EL1.Exact);
5010         if (EL0.Max == getCouldNotCompute())
5011           MaxBECount = EL1.Max;
5012         else if (EL1.Max == getCouldNotCompute())
5013           MaxBECount = EL0.Max;
5014         else
5015           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Max, EL1.Max);
5016       } else {
5017         // Both conditions must be true at the same time for the loop to exit.
5018         // For now, be conservative.
5019         assert(L->contains(FBB) && "Loop block has no successor in loop!");
5020         if (EL0.Max == EL1.Max)
5021           MaxBECount = EL0.Max;
5022         if (EL0.Exact == EL1.Exact)
5023           BECount = EL0.Exact;
5024       }
5025
5026       return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
5027     }
5028     if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
5029       // Recurse on the operands of the or.
5030       bool EitherMayExit = L->contains(FBB);
5031       ExitLimit EL0 = ComputeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB,
5032                                                ControlsExit && !EitherMayExit);
5033       ExitLimit EL1 = ComputeExitLimitFromCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB,
5034                                                ControlsExit && !EitherMayExit);
5035       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
5036       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
5037       if (EitherMayExit) {
5038         // Both conditions must be false for the loop to continue executing.
5039         // Choose the less conservative count.
5040         if (EL0.Exact == getCouldNotCompute() ||
5041             EL1.Exact == getCouldNotCompute())
5042           BECount = getCouldNotCompute();
5043         else
5044           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Exact, EL1.Exact);
5045         if (EL0.Max == getCouldNotCompute())
5046           MaxBECount = EL1.Max;
5047         else if (EL1.Max == getCouldNotCompute())
5048           MaxBECount = EL0.Max;
5049         else
5050           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(EL0.Max, EL1.Max);
5051       } else {
5052         // Both conditions must be false at the same time for the loop to exit.
5053         // For now, be conservative.
5054         assert(L->contains(TBB) && "Loop block has no successor in loop!");
5055         if (EL0.Max == EL1.Max)
5056           MaxBECount = EL0.Max;
5057         if (EL0.Exact == EL1.Exact)
5058           BECount = EL0.Exact;
5059       }
5060
5061       return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
5062     }
5063   }
5064
5065   // With an icmp, it may be feasible to compute an exact backedge-taken count.
5066   // Proceed to the next level to examine the icmp.
5067   if (ICmpInst *ExitCondICmp = dyn_cast<ICmpInst>(ExitCond))
5068     return ComputeExitLimitFromICmp(L, ExitCondICmp, TBB, FBB, ControlsExit);
5069
5070   // Check for a constant condition. These are normally stripped out by
5071   // SimplifyCFG, but ScalarEvolution may be used by a pass which wishes to
5072   // preserve the CFG and is temporarily leaving constant conditions
5073   // in place.
5074   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(ExitCond)) {
5075     if (L->contains(FBB) == !CI->getZExtValue())
5076       // The backedge is always taken.
5077       return getCouldNotCompute();
5078     else
5079       // The backedge is never taken.
5080       return getConstant(CI->getType(), 0);
5081   }
5082
5083   // If it's not an integer or pointer comparison then compute it the hard way.
5084   return ComputeExitCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
5085 }
5086
5087 /// ComputeExitLimitFromICmp - Compute the number of times the
5088 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
5089 /// were a conditional branch of the ICmpInst ExitCond, TBB, and FBB.
5090 ScalarEvolution::ExitLimit
5091 ScalarEvolution::ComputeExitLimitFromICmp(const Loop *L,
5092                                           ICmpInst *ExitCond,
5093                                           BasicBlock *TBB,
5094                                           BasicBlock *FBB,
5095                                           bool ControlsExit) {
5096
5097   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
5098   ICmpInst::Predicate Cond;
5099   if (!L->contains(FBB))
5100     Cond = ExitCond->getPredicate();
5101   else
5102     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
5103
5104   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
5105   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
5106     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
5107       ExitLimit ItCnt =
5108         ComputeLoadConstantCompareExitLimit(LI, RHS, L, Cond);
5109       if (ItCnt.hasAnyInfo())
5110         return ItCnt;
5111     }
5112
5113   const SCEV *LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
5114   const SCEV *RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
5115
5116   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
5117   LHS = getSCEVAtScope(LHS, L);
5118   RHS = getSCEVAtScope(RHS, L);
5119
5120   // At this point, we would like to compute how many iterations of the
5121   // loop the predicate will return true for these inputs.
5122   if (isLoopInvariant(LHS, L) && !isLoopInvariant(RHS, L)) {
5123     // If there is a loop-invariant, force it into the RHS.
5124     std::swap(LHS, RHS);
5125     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
5126   }
5127
5128   // Simplify the operands before analyzing them.
5129   (void)SimplifyICmpOperands(Cond, LHS, RHS);
5130
5131   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
5132   // ranges to answer this query.
5133   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
5134     if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
5135       if (AddRec->getLoop() == L) {
5136         // Form the constant range.
5137         ConstantRange CompRange(
5138             ICmpInst::makeConstantRange(Cond, RHSC->getValue()->getValue()));
5139
5140         const SCEV *Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, *this);
5141         if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
5142       }
5143
5144   switch (Cond) {
5145   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
5146     // Convert to: while (X-Y != 0)
5147     ExitLimit EL = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L, ControlsExit);
5148     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
5149     break;
5150   }
5151   case ICmpInst::ICMP_EQ: {                     // while (X == Y)
5152     // Convert to: while (X-Y == 0)
5153     ExitLimit EL = HowFarToNonZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
5154     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
5155     break;
5156   }
5157   case ICmpInst::ICMP_SLT:
5158   case ICmpInst::ICMP_ULT: {                    // while (X < Y)
5159     bool IsSigned = Cond == ICmpInst::ICMP_SLT;
5160     ExitLimit EL = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, IsSigned, ControlsExit);
5161     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
5162     break;
5163   }
5164   case ICmpInst::ICMP_SGT:
5165   case ICmpInst::ICMP_UGT: {                    // while (X > Y)
5166     bool IsSigned = Cond == ICmpInst::ICMP_SGT;
5167     ExitLimit EL = HowManyGreaterThans(LHS, RHS, L, IsSigned, ControlsExit);
5168     if (EL.hasAnyInfo()) return EL;
5169     break;
5170   }
5171   default:
5172 #if 0
5173     dbgs() << "ComputeBackedgeTakenCount ";
5174     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
5175       dbgs() << "[unsigned] ";
5176     dbgs() << *LHS << "   "
5177          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp)
5178          << "   " << *RHS << "\n";
5179 #endif
5180     break;
5181   }
5182   return ComputeExitCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
5183 }
5184
5185 ScalarEvolution::ExitLimit
5186 ScalarEvolution::ComputeExitLimitFromSingleExitSwitch(const Loop *L,
5187                                                       SwitchInst *Switch,
5188                                                       BasicBlock *ExitingBlock,
5189                                                       bool ControlsExit) {
5190   assert(!L->contains(ExitingBlock) && "Not an exiting block!");
5191
5192   // Give up if the exit is the default dest of a switch.
5193   if (Switch->getDefaultDest() == ExitingBlock)
5194     return getCouldNotCompute();
5195
5196   assert(L->contains(Switch->getDefaultDest()) &&
5197          "Default case must not exit the loop!");
5198   const SCEV *LHS = getSCEVAtScope(Switch->getCondition(), L);
5199   const SCEV *RHS = getConstant(Switch->findCaseDest(ExitingBlock));
5200
5201   // while (X != Y) --> while (X-Y != 0)
5202   ExitLimit EL = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L, ControlsExit);
5203   if (EL.hasAnyInfo())
5204     return EL;
5205
5206   return getCouldNotCompute();
5207 }
5208
5209 static ConstantInt *
5210 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
5211                                 ScalarEvolution &SE) {
5212   const SCEV *InVal = SE.getConstant(C);
5213   const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
5214   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
5215          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
5216   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
5217 }
5218
5219 /// ComputeLoadConstantCompareExitLimit - Given an exit condition of
5220 /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the backedge
5221 /// execution count.
5222 ScalarEvolution::ExitLimit
5223 ScalarEvolution::ComputeLoadConstantCompareExitLimit(
5224   LoadInst *LI,
5225   Constant *RHS,
5226   const Loop *L,
5227   ICmpInst::Predicate predicate) {
5228
5229   if (LI->isVolatile()) return getCouldNotCompute();
5230
5231   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
5232   // TODO: Use SCEV instead of manually grubbing with GEPs.
5233   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
5234   if (!GEP) return getCouldNotCompute();
5235
5236   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
5237   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
5238   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
5239   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer() ||
5240       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
5241       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
5242     return getCouldNotCompute();
5243
5244   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
5245   Value *VarIdx = nullptr;
5246   std::vector<Constant*> Indexes;
5247   unsigned VarIdxNum = 0;
5248   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
5249     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
5250       Indexes.push_back(CI);
5251     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
5252       if (VarIdx) return getCouldNotCompute();  // Multiple non-constant idx's.
5253       VarIdx = GEP->getOperand(i);
5254       VarIdxNum = i-2;
5255       Indexes.push_back(nullptr);
5256     }
5257
5258   // Loop-invariant loads may be a byproduct of loop optimization. Skip them.
5259   if (!VarIdx)
5260     return getCouldNotCompute();
5261
5262   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
5263   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
5264   const SCEV *Idx = getSCEV(VarIdx);
5265   Idx = getSCEVAtScope(Idx, L);
5266
5267   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
5268   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
5269   const SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
5270   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || isLoopInvariant(IdxExpr, L) ||
5271       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
5272       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
5273     return getCouldNotCompute();
5274
5275   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
5276   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
5277     ConstantInt *ItCst = ConstantInt::get(
5278                            cast<IntegerType>(IdxExpr->getType()), IterationNum);
5279     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, *this);
5280
5281     // Form the GEP offset.
5282     Indexes[VarIdxNum] = Val;
5283
5284     Constant *Result = ConstantFoldLoadThroughGEPIndices(GV->getInitializer(),
5285                                                          Indexes);
5286     if (!Result) break;  // Cannot compute!
5287
5288     // Evaluate the condition for this iteration.
5289     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
5290     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
5291     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
5292 #if 0
5293       dbgs() << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
5294              << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
5295              << "***\n";
5296 #endif
5297       ++NumArrayLenItCounts;
5298       return getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
5299     }
5300   }
5301   return getCouldNotCompute();
5302 }
5303
5304
5305 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
5306 /// specified type, assuming that all operands were constants.
5307 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
5308   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
5309       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) ||
5310       isa<LoadInst>(I))
5311     return true;
5312
5313   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
5314     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
5315       return canConstantFoldCallTo(F);
5316   return false;
5317 }
5318
5319 /// Determine whether this instruction can constant evolve within this loop
5320 /// assuming its operands can all constant evolve.
5321 static bool canConstantEvolve(Instruction *I, const Loop *L) {
5322   // An instruction outside of the loop can't be derived from a loop PHI.
5323   if (!L->contains(I)) return false;
5324
5325   if (isa<PHINode>(I)) {
5326     // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
5327     // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
5328     return L->getHeader() == I->getParent();
5329   }
5330
5331   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
5332   // are constants, bail early.
5333   return CanConstantFold(I);
5334 }
5335
5336 /// getConstantEvolvingPHIOperands - Implement getConstantEvolvingPHI by
5337 /// recursing through each instruction operand until reaching a loop header phi.
5338 static PHINode *
5339 getConstantEvolvingPHIOperands(Instruction *UseInst, const Loop *L,
5340                                DenseMap<Instruction *, PHINode *> &PHIMap) {
5341
5342   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
5343   // constant or derived from a PHI node themselves.
5344   PHINode *PHI = nullptr;
5345   for (Instruction::op_iterator OpI = UseInst->op_begin(),
5346          OpE = UseInst->op_end(); OpI != OpE; ++OpI) {
5347
5348     if (isa<Constant>(*OpI)) continue;
5349
5350     Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(*OpI);
5351     if (!OpInst || !canConstantEvolve(OpInst, L)) return nullptr;
5352
5353     PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(OpInst);
5354     if (!P)
5355       // If this operand is already visited, reuse the prior result.
5356       // We may have P != PHI if this is the deepest point at which the
5357       // inconsistent paths meet.
5358       P = PHIMap.lookup(OpInst);
5359     if (!P) {
5360       // Recurse and memoize the results, whether a phi is found or not.
5361       // This recursive call invalidates pointers into PHIMap.
5362       P = getConstantEvolvingPHIOperands(OpInst, L, PHIMap);
5363       PHIMap[OpInst] = P;
5364     }
5365     if (!P)
5366       return nullptr;  // Not evolving from PHI
5367     if (PHI && PHI != P)
5368       return nullptr;  // Evolving from multiple different PHIs.
5369     PHI = P;
5370   }
5371   // This is a expression evolving from a constant PHI!
5372   return PHI;
5373 }
5374
5375 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
5376 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
5377 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
5378 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
5379 /// constraints, return null.
5380 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
5381   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
5382   if (!I || !canConstantEvolve(I, L)) return nullptr;
5383
5384   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
5385     return PN;
5386   }
5387
5388   // Record non-constant instructions contained by the loop.
5389   DenseMap<Instruction *, PHINode *> PHIMap;
5390   return getConstantEvolvingPHIOperands(I, L, PHIMap);
5391 }
5392
5393 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
5394 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
5395 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
5396 /// reason, return null.
5397 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, const Loop *L,
5398                                     DenseMap<Instruction *, Constant *> &Vals,
5399                                     const DataLayout &DL,
5400                                     const TargetLibraryInfo *TLI) {
5401   // Convenient constant check, but redundant for recursive calls.
5402   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
5403   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
5404   if (!I) return nullptr;
5405
5406   if (Constant *C = Vals.lookup(I)) return C;
5407
5408   // An instruction inside the loop depends on a value outside the loop that we
5409   // weren't given a mapping for, or a value such as a call inside the loop.
5410   if (!canConstantEvolve(I, L)) return nullptr;
5411
5412   // An unmapped PHI can be due to a branch or another loop inside this loop,
5413   // or due to this not being the initial iteration through a loop where we
5414   // couldn't compute the evolution of this particular PHI last time.
5415   if (isa<PHINode>(I)) return nullptr;
5416
5417   std::vector<Constant*> Operands(I->getNumOperands());
5418
5419   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5420     Instruction *Operand = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i));
5421     if (!Operand) {
5422       Operands[i] = dyn_cast<Constant>(I->getOperand(i));
5423       if (!Operands[i]) return nullptr;
5424       continue;
5425     }
5426     Constant *C = EvaluateExpression(Operand, L, Vals, DL, TLI);
5427     Vals[Operand] = C;
5428     if (!C) return nullptr;
5429     Operands[i] = C;
5430   }
5431
5432   if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
5433     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(), Operands[0],
5434                                            Operands[1], DL, TLI);
5435   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
5436     if (!LI->isVolatile())
5437       return ConstantFoldLoadFromConstPtr(Operands[0], DL);
5438   }
5439   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(), Operands, DL,
5440                                   TLI);
5441 }
5442
5443 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
5444 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
5445 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
5446 /// involving constants, fold it.
5447 Constant *
5448 ScalarEvolution::getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN,
5449                                                    const APInt &BEs,
5450                                                    const Loop *L) {
5451   DenseMap<PHINode*, Constant*>::const_iterator I =
5452     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
5453   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
5454     return I->second;
5455
5456   if (BEs.ugt(MaxBruteForceIterations))
5457     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = nullptr;  // Not going to evaluate it.
5458
5459   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
5460
5461   DenseMap<Instruction *, Constant *> CurrentIterVals;
5462   BasicBlock *Header = L->getHeader();
5463   assert(PN->getParent() == Header && "Can't evaluate PHI not in loop header!");
5464
5465   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
5466   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
5467   // second must be derived from the same PHI.
5468   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
5469   PHINode *PHI = nullptr;
5470   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
5471        (PHI = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I) {
5472     Constant *StartCST =
5473       dyn_cast<Constant>(PHI->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
5474     if (!StartCST) continue;
5475     CurrentIterVals[PHI] = StartCST;
5476   }
5477   if (!CurrentIterVals.count(PN))
5478     return RetVal = nullptr;
5479
5480   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
5481
5482   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
5483   if (BEs.getActiveBits() >= 32)
5484     return RetVal = nullptr; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
5485
5486   unsigned NumIterations = BEs.getZExtValue(); // must be in range
5487   unsigned IterationNum = 0;
5488   const DataLayout &DL = F->getParent()->getDataLayout();
5489   for (; ; ++IterationNum) {
5490     if (IterationNum == NumIterations)
5491       return RetVal = CurrentIterVals[PN];  // Got exit value!
5492
5493     // Compute the value of the PHIs for the next iteration.
5494     // EvaluateExpression adds non-phi values to the CurrentIterVals map.
5495     DenseMap<Instruction *, Constant *> NextIterVals;
5496     Constant *NextPHI =
5497         EvaluateExpression(BEValue, L, CurrentIterVals, DL, TLI);
5498     if (!NextPHI)
5499       return nullptr;        // Couldn't evaluate!
5500     NextIterVals[PN] = NextPHI;
5501
5502     bool StoppedEvolving = NextPHI == CurrentIterVals[PN];
5503
5504     // Also evaluate the other PHI nodes.  However, we don't get to stop if we
5505     // cease to be able to evaluate one of them or if they stop evolving,
5506     // because that doesn't necessarily prevent us from computing PN.
5507     SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 8> PHIsToCompute;
5508     for (DenseMap<Instruction *, Constant *>::const_iterator
5509            I = CurrentIterVals.begin(), E = CurrentIterVals.end(); I != E; ++I){
5510       PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I->first);
5511       if (!PHI || PHI == PN || PHI->getParent() != Header) continue;
5512       PHIsToCompute.push_back(std::make_pair(PHI, I->second));
5513     }
5514     // We use two distinct loops because EvaluateExpression may invalidate any
5515     // iterators into CurrentIterVals.
5516     for (SmallVectorImpl<std::pair<PHINode *, Constant*> >::const_iterator
5517              I = PHIsToCompute.begin(), E = PHIsToCompute.end(); I != E; ++I) {
5518       PHINode *PHI = I->first;
5519       Constant *&NextPHI = NextIterVals[PHI];
5520       if (!NextPHI) {   // Not already computed.
5521         Value *BEValue = PHI->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
5522         NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, L, CurrentIterVals, DL, TLI);
5523       }
5524       if (NextPHI != I->second)
5525         StoppedEvolving = false;
5526     }
5527
5528     // If all entries in CurrentIterVals == NextIterVals then we can stop
5529     // iterating, the loop can't continue to change.
5530     if (StoppedEvolving)
5531       return RetVal = CurrentIterVals[PN];
5532
5533     CurrentIterVals.swap(NextIterVals);
5534   }
5535 }
5536
5537 /// ComputeExitCountExhaustively - If the loop is known to execute a
5538 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
5539 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
5540 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
5541 /// evaluate the trip count of the loop, return getCouldNotCompute().
5542 const SCEV *ScalarEvolution::ComputeExitCountExhaustively(const Loop *L,
5543                                                           Value *Cond,
5544                                                           bool ExitWhen) {
5545   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
5546   if (!PN) return getCouldNotCompute();
5547
5548   // If the loop is canonicalized, the PHI will have exactly two entries.
5549   // That's the only form we support here.
5550   if (PN->getNumIncomingValues() != 2) return getCouldNotCompute();
5551
5552   DenseMap<Instruction *, Constant *> CurrentIterVals;
5553   BasicBlock *Header = L->getHeader();
5554   assert(PN->getParent() == Header && "Can't evaluate PHI not in loop header!");
5555
5556   // One entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
5557   // second must be derived from the same PHI.
5558   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
5559   PHINode *PHI = nullptr;
5560   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
5561        (PHI = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I) {
5562     Constant *StartCST =
5563       dyn_cast<Constant>(PHI->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
5564     if (!StartCST) continue;
5565     CurrentIterVals[PHI] = StartCST;
5566   }
5567   if (!CurrentIterVals.count(PN))
5568     return getCouldNotCompute();
5569
5570   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
5571   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
5572   // "ExitWhen".
5573   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
5574   const DataLayout &DL = F->getParent()->getDataLayout();
5575   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxIterations;++IterationNum){
5576     ConstantInt *CondVal = dyn_cast_or_null<ConstantInt>(
5577         EvaluateExpression(Cond, L, CurrentIterVals, DL, TLI));
5578
5579     // Couldn't symbolically evaluate.
5580     if (!CondVal) return getCouldNotCompute();
5581
5582     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
5583       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
5584       return getConstant(Type::getInt32Ty(getContext()), IterationNum);
5585     }
5586
5587     // Update all the PHI nodes for the next iteration.
5588     DenseMap<Instruction *, Constant *> NextIterVals;
5589
5590     // Create a list of which PHIs we need to compute. We want to do this before
5591     // calling EvaluateExpression on them because that may invalidate iterators
5592     // into CurrentIterVals.
5593     SmallVector<PHINode *, 8> PHIsToCompute;
5594     for (DenseMap<Instruction *, Constant *>::const_iterator
5595            I = CurrentIterVals.begin(), E = CurrentIterVals.end(); I != E; ++I){
5596       PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I->first);
5597       if (!PHI || PHI->getParent() != Header) continue;
5598       PHIsToCompute.push_back(PHI);
5599     }
5600     for (SmallVectorImpl<PHINode *>::const_iterator I = PHIsToCompute.begin(),
5601              E = PHIsToCompute.end(); I != E; ++I) {
5602       PHINode *PHI = *I;
5603       Constant *&NextPHI = NextIterVals[PHI];
5604       if (NextPHI) continue;    // Already computed!
5605
5606       Value *BEValue = PHI->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
5607       NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, L, CurrentIterVals, DL, TLI);
5608     }
5609     CurrentIterVals.swap(NextIterVals);
5610   }
5611
5612   // Too many iterations were needed to evaluate.
5613   return getCouldNotCompute();
5614 }
5615
5616 /// getSCEVAtScope - Return a SCEV expression for the specified value
5617 /// at the specified scope in the program.  The L value specifies a loop
5618 /// nest to evaluate the expression at, where null is the top-level or a
5619 /// specified loop is immediately inside of the loop.
5620 ///
5621 /// This method can be used to compute the exit value for a variable defined
5622 /// in a loop by querying what the value will hold in the parent loop.
5623 ///
5624 /// In the case that a relevant loop exit value cannot be computed, the
5625 /// original value V is returned.
5626 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
5627   // Check to see if we've folded this expression at this loop before.
5628   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 2> &Values = ValuesAtScopes[V];
5629   for (unsigned u = 0; u < Values.size(); u++) {
5630     if (Values[u].first == L)
5631       return Values[u].second ? Values[u].second : V;
5632   }
5633   Values.push_back(std::make_pair(L, static_cast<const SCEV *>(nullptr)));
5634   // Otherwise compute it.
5635   const SCEV *C = computeSCEVAtScope(V, L);
5636   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 2> &Values2 = ValuesAtScopes[V];
5637   for (unsigned u = Values2.size(); u > 0; u--) {
5638     if (Values2[u - 1].first == L) {
5639       Values2[u - 1].second = C;
5640       break;
5641     }
5642   }
5643   return C;
5644 }
5645
5646 /// This builds up a Constant using the ConstantExpr interface.  That way, we
5647 /// will return Constants for objects which aren't represented by a
5648 /// SCEVConstant, because SCEVConstant is restricted to ConstantInt.
5649 /// Returns NULL if the SCEV isn't representable as a Constant.
5650 static Constant *BuildConstantFromSCEV(const SCEV *V) {
5651   switch (static_cast<SCEVTypes>(V->getSCEVType())) {
5652     case scCouldNotCompute:
5653     case scAddRecExpr:
5654       break;
5655     case scConstant:
5656       return cast<SCEVConstant>(V)->getValue();
5657     case scUnknown:
5658       return dyn_cast<Constant>(cast<SCEVUnknown>(V)->getValue());
5659     case scSignExtend: {
5660       const SCEVSignExtendExpr *SS = cast<SCEVSignExtendExpr>(V);
5661       if (Constant *CastOp = BuildConstantFromSCEV(SS->getOperand()))
5662         return ConstantExpr::getSExt(CastOp, SS->getType());
5663       break;
5664     }
5665     case scZeroExtend: {
5666       const SCEVZeroExtendExpr *SZ = cast<SCEVZeroExtendExpr>(V);
5667       if (Constant *CastOp = BuildConstantFromSCEV(SZ->getOperand()))
5668         return ConstantExpr::getZExt(CastOp, SZ->getType());
5669       break;
5670     }
5671     case scTruncate: {
5672       const SCEVTruncateExpr *ST = cast<SCEVTruncateExpr>(V);
5673       if (Constant *CastOp = BuildConstantFromSCEV(ST->getOperand()))
5674         return ConstantExpr::getTrunc(CastOp, ST->getType());
5675       break;
5676     }
5677     case scAddExpr: {
5678       const SCEVAddExpr *SA = cast<SCEVAddExpr>(V);
5679       if (Constant *C = BuildConstantFromSCEV(SA->getOperand(0))) {
5680         if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(C->getType())) {
5681           unsigned AS = PTy->getAddressSpace();
5682           Type *DestPtrTy = Type::getInt8PtrTy(C->getContext(), AS);
5683           C = ConstantExpr::getBitCast(C, DestPtrTy);
5684         }
5685         for (unsigned i = 1, e = SA->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5686           Constant *C2 = BuildConstantFromSCEV(SA->getOperand(i));
5687           if (!C2) return nullptr;
5688
5689           // First pointer!
5690           if (!C->getType()->isPointerTy() && C2->getType()->isPointerTy()) {
5691             unsigned AS = C2->getType()->getPointerAddressSpace();
5692             std::swap(C, C2);
5693             Type *DestPtrTy = Type::getInt8PtrTy(C->getContext(), AS);
5694             // The offsets have been converted to bytes.  We can add bytes to an
5695             // i8* by GEP with the byte count in the first index.
5696             C = ConstantExpr::getBitCast(C, DestPtrTy);
5697           }
5698
5699           // Don't bother trying to sum two pointers. We probably can't
5700           // statically compute a load that results from it anyway.
5701           if (C2->getType()->isPointerTy())
5702             return nullptr;
5703
5704           if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(C->getType())) {
5705             if (PTy->getElementType()->isStructTy())
5706               C2 = ConstantExpr::getIntegerCast(
5707                   C2, Type::getInt32Ty(C->getContext()), true);
5708             C = ConstantExpr::getGetElementPtr(PTy->getElementType(), C, C2);
5709           } else
5710             C = ConstantExpr::getAdd(C, C2);
5711         }
5712         return C;
5713       }
5714       break;
5715     }
5716     case scMulExpr: {
5717       const SCEVMulExpr *SM = cast<SCEVMulExpr>(V);
5718       if (Constant *C = BuildConstantFromSCEV(SM->getOperand(0))) {
5719         // Don't bother with pointers at all.
5720         if (C->getType()->isPointerTy()) return nullptr;
5721         for (unsigned i = 1, e = SM->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5722           Constant *C2 = BuildConstantFromSCEV(SM->getOperand(i));
5723           if (!C2 || C2->getType()->isPointerTy()) return nullptr;
5724           C = ConstantExpr::getMul(C, C2);
5725         }
5726         return C;
5727       }
5728       break;
5729     }
5730     case scUDivExpr: {
5731       const SCEVUDivExpr *SU = cast<SCEVUDivExpr>(V);
5732       if (Constant *LHS = BuildConstantFromSCEV(SU->getLHS()))
5733         if (Constant *RHS = BuildConstantFromSCEV(SU->getRHS()))
5734           if (LHS->getType() == RHS->getType())
5735             return ConstantExpr::getUDiv(LHS, RHS);
5736       break;
5737     }
5738     case scSMaxExpr:
5739     case scUMaxExpr:
5740       break; // TODO: smax, umax.
5741   }
5742   return nullptr;
5743 }
5744
5745 const SCEV *ScalarEvolution::computeSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
5746   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
5747
5748   // If this instruction is evolved from a constant-evolving PHI, compute the
5749   // exit value from the loop without using SCEVs.
5750   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
5751     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
5752       const Loop *LI = (*this->LI)[I->getParent()];
5753       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
5754         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
5755           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
5756             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
5757             // to see if the loop that contains it has a known backedge-taken
5758             // count.  If so, we may be able to force computation of the exit
5759             // value.
5760             const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(LI);
5761             if (const SCEVConstant *BTCC =
5762                   dyn_cast<SCEVConstant>(BackedgeTakenCount)) {
5763               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
5764               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
5765               // the specified iteration number.
5766               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
5767                                                    BTCC->getValue()->getValue(),
5768                                                                LI);
5769               if (RV) return getSCEV(RV);
5770             }
5771           }
5772
5773       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
5774       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
5775       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
5776       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
5777       if (CanConstantFold(I)) {
5778         SmallVector<Constant *, 4> Operands;
5779         bool MadeImprovement = false;
5780         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5781           Value *Op = I->getOperand(i);
5782           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
5783             Operands.push_back(C);
5784             continue;
5785           }
5786
5787           // If any of the operands is non-constant and if they are
5788           // non-integer and non-pointer, don't even try to analyze them
5789           // with scev techniques.
5790           if (!isSCEVable(Op->getType()))
5791             return V;
5792
5793           const SCEV *OrigV = getSCEV(Op);
5794           const SCEV *OpV = getSCEVAtScope(OrigV, L);
5795           MadeImprovement |= OrigV != OpV;
5796
5797           Constant *C = BuildConstantFromSCEV(OpV);
5798           if (!C) return V;
5799           if (C->getType() != Op->getType())
5800             C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
5801                                                               Op->getType(),
5802                                                               false),
5803                                       C, Op->getType());
5804           Operands.push_back(C);
5805         }
5806
5807         // Check to see if getSCEVAtScope actually made an improvement.
5808         if (MadeImprovement) {
5809           Constant *C = nullptr;
5810           const DataLayout &DL = F->getParent()->getDataLayout();
5811           if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
5812             C = ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(), Operands[0],
5813                                                 Operands[1], DL, TLI);
5814           else if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
5815             if (!LI->isVolatile())
5816               C = ConstantFoldLoadFromConstPtr(Operands[0], DL);
5817           } else
5818             C = ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(), Operands,
5819                                          DL, TLI);
5820           if (!C) return V;
5821           return getSCEV(C);
5822         }
5823       }
5824     }
5825
5826     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
5827     return V;
5828   }
5829
5830   if (const SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
5831     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
5832     // expression has no loop-variant portions.
5833     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5834       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
5835       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
5836         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
5837         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
5838         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Comm->op_begin(),
5839                                             Comm->op_begin()+i);
5840         NewOps.push_back(OpAtScope);
5841
5842         for (++i; i != e; ++i) {
5843           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
5844           NewOps.push_back(OpAtScope);
5845         }
5846         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
5847           return getAddExpr(NewOps);
5848         if (isa<SCEVMulExpr>(Comm))
5849           return getMulExpr(NewOps);
5850         if (isa<SCEVSMaxExpr>(Comm))
5851           return getSMaxExpr(NewOps);
5852         if (isa<SCEVUMaxExpr>(Comm))
5853           return getUMaxExpr(NewOps);
5854         llvm_unreachable("Unknown commutative SCEV type!");
5855       }
5856     }
5857     // If we got here, all operands are loop invariant.
5858     return Comm;
5859   }
5860
5861   if (const SCEVUDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(V)) {
5862     const SCEV *LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
5863     const SCEV *RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
5864     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
5865       return Div;   // must be loop invariant
5866     return getUDivExpr(LHS, RHS);
5867   }
5868
5869   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
5870   // are dealing with the final value computed by the loop.
5871   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
5872     // First, attempt to evaluate each operand.
5873     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
5874     // expression has no loop-variant portions.
5875     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
5876       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(i), L);
5877       if (OpAtScope == AddRec->getOperand(i))
5878         continue;
5879
5880       // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
5881       // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
5882       SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AddRec->op_begin(),
5883                                           AddRec->op_begin()+i);
5884       NewOps.push_back(OpAtScope);
5885       for (++i; i != e; ++i)
5886         NewOps.push_back(getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(i), L));
5887
5888       const SCEV *FoldedRec =
5889         getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop(),
5890                       AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
5891       AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(FoldedRec);
5892       // The addrec may be folded to a nonrecurrence, for example, if the
5893       // induction variable is multiplied by zero after constant folding. Go
5894       // ahead and return the folded value.
5895       if (!AddRec)
5896         return FoldedRec;
5897       break;
5898     }
5899
5900     // If the scope is outside the addrec's loop, evaluate it by using the
5901     // loop exit value of the addrec.
5902     if (!AddRec->getLoop()->contains(L)) {
5903       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
5904       // loop iterates.  Compute this now.
5905       const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
5906       if (BackedgeTakenCount == getCouldNotCompute()) return AddRec;
5907
5908       // Then, evaluate the AddRec.
5909       return AddRec->evaluateAtIteration(BackedgeTakenCount, *this);
5910     }
5911
5912     return AddRec;
5913   }
5914
5915   if (const SCEVZeroExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(V)) {
5916     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
5917     if (Op == Cast->getOperand())
5918       return Cast;  // must be loop invariant
5919     return getZeroExtendExpr(Op, Cast->getType());
5920   }
5921
5922   if (const SCEVSignExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(V)) {
5923     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
5924     if (Op == Cast->getOperand())
5925       return Cast;  // must be loop invariant
5926     return getSignExtendExpr(Op, Cast->getType());
5927   }
5928
5929   if (const SCEVTruncateExpr *Cast = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(V)) {
5930     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
5931     if (Op == Cast->getOperand())
5932       return Cast;  // must be loop invariant
5933     return getTruncateExpr(Op, Cast->getType());
5934   }
5935
5936   llvm_unreachable("Unknown SCEV type!");
5937 }
5938
5939 /// getSCEVAtScope - This is a convenience function which does
5940 /// getSCEVAtScope(getSCEV(V), L).
5941 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) {
5942   return getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
5943 }
5944
5945 /// SolveLinEquationWithOverflow - Finds the minimum unsigned root of the
5946 /// following equation:
5947 ///
5948 ///     A * X = B (mod N)
5949 ///
5950 /// where N = 2^BW and BW is the common bit width of A and B. The signedness of
5951 /// A and B isn't important.
5952 ///
5953 /// If the equation does not have a solution, SCEVCouldNotCompute is returned.
5954 static const SCEV *SolveLinEquationWithOverflow(const APInt &A, const APInt &B,
5955                                                ScalarEvolution &SE) {
5956   uint32_t BW = A.getBitWidth();
5957   assert(BW == B.getBitWidth() && "Bit widths must be the same.");
5958   assert(A != 0 && "A must be non-zero.");
5959
5960   // 1. D = gcd(A, N)
5961   //
5962   // The gcd of A and N may have only one prime factor: 2. The number of
5963   // trailing zeros in A is its multiplicity
5964   uint32_t Mult2 = A.countTrailingZeros();
5965   // D = 2^Mult2
5966
5967   // 2. Check if B is divisible by D.
5968   //
5969   // B is divisible by D if and only if the multiplicity of prime factor 2 for B
5970   // is not less than multiplicity of this prime factor for D.
5971   if (B.countTrailingZeros() < Mult2)
5972     return SE.getCouldNotCompute();
5973
5974   // 3. Compute I: the multiplicative inverse of (A / D) in arithmetic
5975   // modulo (N / D).
5976   //
5977   // (N / D) may need BW+1 bits in its representation.  Hence, we'll use this
5978   // bit width during computations.
5979   APInt AD = A.lshr(Mult2).zext(BW + 1);  // AD = A / D
5980   APInt Mod(BW + 1, 0);
5981   Mod.setBit(BW - Mult2);  // Mod = N / D
5982   APInt I = AD.multiplicativeInverse(Mod);
5983
5984   // 4. Compute the minimum unsigned root of the equation:
5985   // I * (B / D) mod (N / D)
5986   APInt Result = (I * B.lshr(Mult2).zext(BW + 1)).urem(Mod);
5987
5988   // The result is guaranteed to be less than 2^BW so we may truncate it to BW
5989   // bits.
5990   return SE.getConstant(Result.trunc(BW));
5991 }
5992
5993 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
5994 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
5995 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
5996 ///
5997 static std::pair<const SCEV *,const SCEV *>
5998 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ScalarEvolution &SE) {
5999   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
6000   const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
6001   const SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
6002   const SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
6003
6004   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
6005   if (!LC || !MC || !NC) {
6006     const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
6007     return std::make_pair(CNC, CNC);
6008   }
6009
6010   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
6011   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
6012   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
6013   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
6014   APInt Two(BitWidth, 2);
6015   APInt Four(BitWidth, 4);
6016
6017   {
6018     using namespace APIntOps;
6019     const APInt& C = L;
6020     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
6021     // The B coefficient is M-N/2
6022     APInt B(M);
6023     B -= sdiv(N,Two);
6024
6025     // The A coefficient is N/2
6026     APInt A(N.sdiv(Two));
6027
6028     // Compute the B^2-4ac term.
6029     APInt SqrtTerm(B);
6030     SqrtTerm *= B;
6031     SqrtTerm -= Four * (A * C);
6032
6033     if (SqrtTerm.isNegative()) {
6034       // The loop is provably infinite.
6035       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
6036       return std::make_pair(CNC, CNC);
6037     }
6038
6039     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
6040     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
6041     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
6042
6043     // Compute the two solutions for the quadratic formula.
6044     // The divisions must be performed as signed divisions.
6045     APInt NegB(-B);
6046     APInt TwoA(A << 1);
6047     if (TwoA.isMinValue()) {
6048       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
6049       return std::make_pair(CNC, CNC);
6050     }
6051
6052     LLVMContext &Context = SE.getContext();
6053
6054     ConstantInt *Solution1 =
6055       ConstantInt::get(Context, (NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
6056     ConstantInt *Solution2 =
6057       ConstantInt::get(Context, (NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
6058
6059     return std::make_pair(SE.getConstant(Solution1),
6060                           SE.getConstant(Solution2));
6061   } // end APIntOps namespace
6062 }
6063
6064 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
6065 /// value to zero will execute.  If not computable, return CouldNotCompute.
6066 ///
6067 /// This is only used for loops with a "x != y" exit test. The exit condition is
6068 /// now expressed as a single expression, V = x-y. So the exit test is
6069 /// effectively V != 0.  We know and take advantage of the fact that this
6070 /// expression only being used in a comparison by zero context.
6071 ScalarEvolution::ExitLimit
6072 ScalarEvolution::HowFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L, bool ControlsExit) {
6073   // If the value is a constant
6074   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
6075     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
6076     if (C->getValue()->isZero()) return C;
6077     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
6078   }
6079
6080   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
6081   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
6082     return getCouldNotCompute();
6083
6084   // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
6085   // the quadratic equation to solve it.
6086   if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isIntegerTy()) {
6087     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots =
6088       SolveQuadraticEquation(AddRec, *this);
6089     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
6090     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
6091     if (R1 && R2) {
6092 #if 0
6093       dbgs() << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
6094              << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
6095 #endif
6096       // Pick the smallest positive root value.
6097       if (ConstantInt *CB =
6098           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(CmpInst::ICMP_ULT,
6099                                                       R1->getValue(),
6100                                                       R2->getValue()))) {
6101         if (!CB->getZExtValue())
6102           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
6103
6104         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
6105         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
6106         // should not accept a root of 2.
6107         const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1, *this);
6108         if (Val->isZero())
6109           return R1;  // We found a quadratic root!
6110       }
6111     }
6112     return getCouldNotCompute();
6113   }
6114
6115   // Otherwise we can only handle this if it is affine.
6116   if (!AddRec->isAffine())
6117     return getCouldNotCompute();
6118
6119   // If this is an affine expression, the execution count of this branch is
6120   // the minimum unsigned root of the following equation:
6121   //
6122   //     Start + Step*N = 0 (mod 2^BW)
6123   //
6124   // equivalent to:
6125   //
6126   //             Step*N = -Start (mod 2^BW)
6127   //
6128   // where BW is the common bit width of Start and Step.
6129
6130   // Get the initial value for the loop.
6131   const SCEV *Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(), L->getParentLoop());
6132   const SCEV *Step = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(1), L->getParentLoop());
6133
6134   // For now we handle only constant steps.
6135   //
6136   // TODO: Handle a nonconstant Step given AddRec<NUW>. If the
6137   // AddRec is NUW, then (in an unsigned sense) it cannot be counting up to wrap
6138   // to 0, it must be counting down to equal 0. Consequently, N = Start / -Step.
6139   // We have not yet seen any such cases.
6140   const SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
6141   if (!StepC || StepC->getValue()->equalsInt(0))
6142     return getCouldNotCompute();
6143
6144   // For positive steps (counting up until unsigned overflow):
6145   //   N = -Start/Step (as unsigned)
6146   // For negative steps (counting down to zero):
6147   //   N = Start/-Step
6148   // First compute the unsigned distance from zero in the direction of Step.
6149   bool CountDown = StepC->getValue()->getValue().isNegative();
6150   const SCEV *Distance = CountDown ? Start : getNegativeSCEV(Start);
6151
6152   // Handle unitary steps, which cannot wraparound.
6153   // 1*N = -Start; -1*N = Start (mod 2^BW), so:
6154   //   N = Distance (as unsigned)
6155   if (StepC->getValue()->equalsInt(1) || StepC->getValue()->isAllOnesValue()) {
6156     ConstantRange CR = getUnsignedRange(Start);
6157     const SCEV *MaxBECount;
6158     if (!CountDown && CR.getUnsignedMin().isMinValue())
6159       // When counting up, the worst starting value is 1, not 0.
6160       MaxBECount = CR.getUnsignedMax().isMinValue()
6161         ? getConstant(APInt::getMinValue(CR.getBitWidth()))
6162         : getConstant(APInt::getMaxValue(CR.getBitWidth()));
6163     else
6164       MaxBECount = getConstant(CountDown ? CR.getUnsignedMax()
6165                                          : -CR.getUnsignedMin());
6166     return ExitLimit(Distance, MaxBECount);
6167   }
6168
6169   // As a special case, handle the instance where Step is a positive power of
6170   // two. In this case, determining whether Step divides Distance evenly can be
6171   // done by counting and comparing the number of trailing zeros of Step and
6172   // Distance.
6173   if (!CountDown) {
6174     const APInt &StepV = StepC->getValue()->getValue();
6175     // StepV.isPowerOf2() returns true if StepV is an positive power of two.  It
6176     // also returns true if StepV is maximally negative (eg, INT_MIN), but that
6177     // case is not handled as this code is guarded by !CountDown.
6178     if (StepV.isPowerOf2() &&
6179         GetMinTrailingZeros(Distance) >= StepV.countTrailingZeros())
6180       return getUDivExactExpr(Distance, Step);
6181   }
6182
6183   // If the condition controls loop exit (the loop exits only if the expression
6184   // is true) and the addition is no-wrap we can use unsigned divide to
6185   // compute the backedge count.  In this case, the step may not divide the
6186   // distance, but we don't care because if the condition is "missed" the loop
6187   // will have undefined behavior due to wrapping.
6188   if (ControlsExit && AddRec->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)) {
6189     const SCEV *Exact =
6190         getUDivExpr(Distance, CountDown ? getNegativeSCEV(Step) : Step);
6191     return ExitLimit(Exact, Exact);
6192   }
6193
6194   // Then, try to solve the above equation provided that Start is constant.
6195   if (const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start))
6196     return SolveLinEquationWithOverflow(StepC->getValue()->getValue(),
6197                                         -StartC->getValue()->getValue(),
6198                                         *this);
6199   return getCouldNotCompute();
6200 }
6201
6202 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
6203 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
6204 /// CouldNotCompute
6205 ScalarEvolution::ExitLimit
6206 ScalarEvolution::HowFarToNonZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
6207   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
6208   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
6209   // future as needed.
6210
6211   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
6212   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
6213   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
6214     if (!C->getValue()->isNullValue())
6215       return getConstant(C->getType(), 0);
6216     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
6217   }
6218
6219   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
6220   // this, and if they did, they would already be constant folded.
6221   return getCouldNotCompute();
6222 }
6223
6224 /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
6225 /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
6226 /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
6227 /// found.
6228 ///
6229 std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
6230 ScalarEvolution::getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB) {
6231   // If the block has a unique predecessor, then there is no path from the
6232   // predecessor to the block that does not go through the direct edge
6233   // from the predecessor to the block.
6234   if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor())
6235     return std::make_pair(Pred, BB);
6236
6237   // A loop's header is defined to be a block that dominates the loop.
6238   // If the header has a unique predecessor outside the loop, it must be
6239   // a block that has exactly one successor that can reach the loop.
6240   if (Loop *L = LI->getLoopFor(BB))
6241     return std::make_pair(L->getLoopPredecessor(), L->getHeader());
6242
6243   return std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>();
6244 }
6245
6246 /// HasSameValue - SCEV structural equivalence is usually sufficient for
6247 /// testing whether two expressions are equal, however for the purposes of
6248 /// looking for a condition guarding a loop, it can be useful to be a little
6249 /// more general, since a front-end may have replicated the controlling
6250 /// expression.
6251 ///
6252 static bool HasSameValue(const SCEV *A, const SCEV *B) {
6253   // Quick check to see if they are the same SCEV.
6254   if (A == B) return true;
6255
6256   // Otherwise, if they're both SCEVUnknown, it's possible that they hold
6257   // two different instructions with the same value. Check for this case.
6258   if (const SCEVUnknown *AU = dyn_cast<SCEVUnknown>(A))
6259     if (const SCEVUnknown *BU = dyn_cast<SCEVUnknown>(B))
6260       if (const Instruction *AI = dyn_cast<Instruction>(AU->getValue()))
6261         if (const Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(BU->getValue()))
6262           if (AI->isIdenticalTo(BI) && !AI->mayReadFromMemory())
6263             return true;
6264
6265   // Otherwise assume they may have a different value.
6266   return false;
6267 }
6268
6269 /// SimplifyICmpOperands - Simplify LHS and RHS in a comparison with
6270 /// predicate Pred. Return true iff any changes were made.
6271 ///
6272 bool ScalarEvolution::SimplifyICmpOperands(ICmpInst::Predicate &Pred,
6273                                            const SCEV *&LHS, const SCEV *&RHS,
6274                                            unsigned Depth) {
6275   bool Changed = false;
6276
6277   // If we hit the max recursion limit bail out.
6278   if (Depth >= 3)
6279     return false;
6280
6281   // Canonicalize a constant to the right side.
6282   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
6283     // Check for both operands constant.
6284     if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
6285       if (ConstantExpr::getICmp(Pred,
6286                                 LHSC->getValue(),
6287                                 RHSC->getValue())->isNullValue())
6288         goto trivially_false;
6289       else
6290         goto trivially_true;
6291     }
6292     // Otherwise swap the operands to put the constant on the right.
6293     std::swap(LHS, RHS);
6294     Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
6295     Changed = true;
6296   }
6297
6298   // If we're comparing an addrec with a value which is loop-invariant in the
6299   // addrec's loop, put the addrec on the left. Also make a dominance check,
6300   // as both operands could be addrecs loop-invariant in each other's loop.
6301   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS)) {
6302     const Loop *L = AR->getLoop();
6303     if (isLoopInvariant(LHS, L) && properlyDominates(LHS, L->getHeader())) {
6304       std::swap(LHS, RHS);
6305       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
6306       Changed = true;
6307     }
6308   }
6309
6310   // If there's a constant operand, canonicalize comparisons with boundary
6311   // cases, and canonicalize *-or-equal comparisons to regular comparisons.
6312   if (const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
6313     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
6314     switch (Pred) {
6315     default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
6316     case ICmpInst::ICMP_EQ:
6317     case ICmpInst::ICMP_NE:
6318       // Fold ((-1) * %a) + %b == 0 (equivalent to %b-%a == 0) into %a == %b.
6319       if (!RA)
6320         if (const SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS))
6321           if (const SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(AE->getOperand(0)))
6322             if (AE->getNumOperands() == 2 && ME->getNumOperands() == 2 &&
6323                 ME->getOperand(0)->isAllOnesValue()) {
6324               RHS = AE->getOperand(1);
6325               LHS = ME->getOperand(1);
6326               Changed = true;
6327             }
6328       break;
6329     case ICmpInst::ICMP_UGE:
6330       if ((RA - 1).isMinValue()) {
6331         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6332         RHS = getConstant(RA - 1);
6333         Changed = true;
6334         break;
6335       }
6336       if (RA.isMaxValue()) {
6337         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6338         Changed = true;
6339         break;
6340       }
6341       if (RA.isMinValue()) goto trivially_true;
6342
6343       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
6344       RHS = getConstant(RA - 1);
6345       Changed = true;
6346       break;
6347     case ICmpInst::ICMP_ULE:
6348       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
6349         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6350         RHS = getConstant(RA + 1);
6351         Changed = true;
6352         break;
6353       }
6354       if (RA.isMinValue()) {
6355         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6356         Changed = true;
6357         break;
6358       }
6359       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_true;
6360
6361       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
6362       RHS = getConstant(RA + 1);
6363       Changed = true;
6364       break;
6365     case ICmpInst::ICMP_SGE:
6366       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
6367         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6368         RHS = getConstant(RA - 1);
6369         Changed = true;
6370         break;
6371       }
6372       if (RA.isMaxSignedValue()) {
6373         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6374         Changed = true;
6375         break;
6376       }
6377       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_true;
6378
6379       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
6380       RHS = getConstant(RA - 1);
6381       Changed = true;
6382       break;
6383     case ICmpInst::ICMP_SLE:
6384       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
6385         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6386         RHS = getConstant(RA + 1);
6387         Changed = true;
6388         break;
6389       }
6390       if (RA.isMinSignedValue()) {
6391         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6392         Changed = true;
6393         break;
6394       }
6395       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_true;
6396
6397       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
6398       RHS = getConstant(RA + 1);
6399       Changed = true;
6400       break;
6401     case ICmpInst::ICMP_UGT:
6402       if (RA.isMinValue()) {
6403         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6404         Changed = true;
6405         break;
6406       }
6407       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
6408         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6409         RHS = getConstant(RA + 1);
6410         Changed = true;
6411         break;
6412       }
6413       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_false;
6414       break;
6415     case ICmpInst::ICMP_ULT:
6416       if (RA.isMaxValue()) {
6417         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6418         Changed = true;
6419         break;
6420       }
6421       if ((RA - 1).isMinValue()) {
6422         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6423         RHS = getConstant(RA - 1);
6424         Changed = true;
6425         break;
6426       }
6427       if (RA.isMinValue()) goto trivially_false;
6428       break;
6429     case ICmpInst::ICMP_SGT:
6430       if (RA.isMinSignedValue()) {
6431         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6432         Changed = true;
6433         break;
6434       }
6435       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
6436         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6437         RHS = getConstant(RA + 1);
6438         Changed = true;
6439         break;
6440       }
6441       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_false;
6442       break;
6443     case ICmpInst::ICMP_SLT:
6444       if (RA.isMaxSignedValue()) {
6445         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6446         Changed = true;
6447         break;
6448       }
6449       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
6450        Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6451        RHS = getConstant(RA - 1);
6452         Changed = true;
6453        break;
6454       }
6455       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_false;
6456       break;
6457     }
6458   }
6459
6460   // Check for obvious equality.
6461   if (HasSameValue(LHS, RHS)) {
6462     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
6463       goto trivially_true;
6464     if (ICmpInst::isFalseWhenEqual(Pred))
6465       goto trivially_false;
6466   }
6467
6468   // If possible, canonicalize GE/LE comparisons to GT/LT comparisons, by
6469   // adding or subtracting 1 from one of the operands.
6470   switch (Pred) {
6471   case ICmpInst::ICMP_SLE:
6472     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
6473       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
6474                        SCEV::FlagNSW);
6475       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
6476       Changed = true;
6477     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
6478       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
6479                        SCEV::FlagNSW);
6480       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
6481       Changed = true;
6482     }
6483     break;
6484   case ICmpInst::ICMP_SGE:
6485     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
6486       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
6487                        SCEV::FlagNSW);
6488       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
6489       Changed = true;
6490     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
6491       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
6492                        SCEV::FlagNSW);
6493       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
6494       Changed = true;
6495     }
6496     break;
6497   case ICmpInst::ICMP_ULE:
6498     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
6499       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
6500                        SCEV::FlagNUW);
6501       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
6502       Changed = true;
6503     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
6504       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
6505                        SCEV::FlagNUW);
6506       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
6507       Changed = true;
6508     }
6509     break;
6510   case ICmpInst::ICMP_UGE:
6511     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
6512       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
6513                        SCEV::FlagNUW);
6514       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
6515       Changed = true;
6516     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
6517       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
6518                        SCEV::FlagNUW);
6519       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
6520       Changed = true;
6521     }
6522     break;
6523   default:
6524     break;
6525   }
6526
6527   // TODO: More simplifications are possible here.
6528
6529   // Recursively simplify until we either hit a recursion limit or nothing
6530   // changes.
6531   if (Changed)
6532     return SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS, Depth+1);
6533
6534   return Changed;
6535
6536 trivially_true:
6537   // Return 0 == 0.
6538   LHS = RHS = getConstant(ConstantInt::getFalse(getContext()));
6539   Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
6540   return true;
6541
6542 trivially_false:
6543   // Return 0 != 0.
6544   LHS = RHS = getConstant(ConstantInt::getFalse(getContext()));
6545   Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
6546   return true;
6547 }
6548
6549 bool ScalarEvolution::isKnownNegative(const SCEV *S) {
6550   return getSignedRange(S).getSignedMax().isNegative();
6551 }
6552
6553 bool ScalarEvolution::isKnownPositive(const SCEV *S) {
6554   return getSignedRange(S).getSignedMin().isStrictlyPositive();
6555 }
6556
6557 bool ScalarEvolution::isKnownNonNegative(const SCEV *S) {
6558   return !getSignedRange(S).getSignedMin().isNegative();
6559 }
6560
6561 bool ScalarEvolution::isKnownNonPositive(const SCEV *S) {
6562   return !getSignedRange(S).getSignedMax().isStrictlyPositive();
6563 }
6564
6565 bool ScalarEvolution::isKnownNonZero(const SCEV *S) {
6566   return isKnownNegative(S) || isKnownPositive(S);
6567 }
6568
6569 bool ScalarEvolution::isKnownPredicate(ICmpInst::Predicate Pred,
6570                                        const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
6571   // Canonicalize the inputs first.
6572   (void)SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS);
6573
6574   // If LHS or RHS is an addrec, check to see if the condition is true in
6575   // every iteration of the loop.
6576   // If LHS and RHS are both addrec, both conditions must be true in
6577   // every iteration of the loop.
6578   const SCEVAddRecExpr *LAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
6579   const SCEVAddRecExpr *RAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
6580   bool LeftGuarded = false;
6581   bool RightGuarded = false;
6582   if (LAR) {
6583     const Loop *L = LAR->getLoop();
6584     if (isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, LAR->getStart(), RHS) &&
6585         isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, LAR->getPostIncExpr(*this), RHS)) {
6586       if (!RAR) return true;
6587       LeftGuarded = true;
6588     }
6589   }
6590   if (RAR) {
6591     const Loop *L = RAR->getLoop();
6592     if (isLoopEntryGuardedByCond(L, Pred, LHS, RAR->getStart()) &&
6593         isLoopBackedgeGuardedByCond(L, Pred, LHS, RAR->getPostIncExpr(*this))) {
6594       if (!LAR) return true;
6595       RightGuarded = true;
6596     }
6597   }
6598   if (LeftGuarded && RightGuarded)
6599     return true;
6600
6601   // Otherwise see what can be done with known constant ranges.
6602   return isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS);
6603 }
6604
6605 bool
6606 ScalarEvolution::isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
6607                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
6608   if (HasSameValue(LHS, RHS))
6609     return ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
6610
6611   // This code is split out from isKnownPredicate because it is called from
6612   // within isLoopEntryGuardedByCond.
6613   switch (Pred) {
6614   default:
6615     llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
6616   case ICmpInst::ICMP_SGT:
6617     std::swap(LHS, RHS);
6618   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
6619     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
6620     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
6621     if (LHSRange.getSignedMax().slt(RHSRange.getSignedMin()))
6622       return true;
6623     if (LHSRange.getSignedMin().sge(RHSRange.getSignedMax()))
6624       return false;
6625     break;
6626   }
6627   case ICmpInst::ICMP_SGE:
6628     std::swap(LHS, RHS);
6629   case ICmpInst::ICMP_SLE: {
6630     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
6631     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
6632     if (LHSRange.getSignedMax().sle(RHSRange.getSignedMin()))
6633       return true;
6634     if (LHSRange.getSignedMin().sgt(RHSRange.getSignedMax()))
6635       return false;
6636     break;
6637   }
6638   case ICmpInst::ICMP_UGT:
6639     std::swap(LHS, RHS);
6640   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
6641     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
6642     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
6643     if (LHSRange.getUnsignedMax().ult(RHSRange.getUnsignedMin()))
6644       return true;
6645     if (LHSRange.getUnsignedMin().uge(RHSRange.getUnsignedMax()))
6646       return false;
6647     break;
6648   }
6649   case ICmpInst::ICMP_UGE:
6650     std::swap(LHS, RHS);
6651   case ICmpInst::ICMP_ULE: {
6652     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
6653     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
6654     if (LHSRange.getUnsignedMax().ule(RHSRange.getUnsignedMin()))
6655       return true;
6656     if (LHSRange.getUnsignedMin().ugt(RHSRange.getUnsignedMax()))
6657       return false;
6658     break;
6659   }
6660   case ICmpInst::ICMP_NE: {
6661     if (getUnsignedRange(LHS).intersectWith(getUnsignedRange(RHS)).isEmptySet())
6662       return true;
6663     if (getSignedRange(LHS).intersectWith(getSignedRange(RHS)).isEmptySet())
6664       return true;
6665
6666     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(LHS, RHS);
6667     if (isKnownNonZero(Diff))
6668       return true;
6669     break;
6670   }
6671   case ICmpInst::ICMP_EQ:
6672     // The check at the top of the function catches the case where
6673     // the values are known to be equal.
6674     break;
6675   }
6676   return false;
6677 }
6678
6679 /// isLoopBackedgeGuardedByCond - Test whether the backedge of the loop is
6680 /// protected by a conditional between LHS and RHS.  This is used to
6681 /// to eliminate casts.
6682 bool
6683 ScalarEvolution::isLoopBackedgeGuardedByCond(const Loop *L,
6684                                              ICmpInst::Predicate Pred,
6685                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
6686   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
6687   // (interprocedural conditions notwithstanding).
6688   if (!L) return true;
6689
6690   if (isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS)) return true;
6691
6692   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
6693   if (!Latch)
6694     return false;
6695
6696   BranchInst *LoopContinuePredicate =
6697     dyn_cast<BranchInst>(Latch->getTerminator());
6698   if (LoopContinuePredicate && LoopContinuePredicate->isConditional() &&
6699       isImpliedCond(Pred, LHS, RHS,
6700                     LoopContinuePredicate->getCondition(),
6701                     LoopContinuePredicate->getSuccessor(0) != L->getHeader()))
6702     return true;
6703
6704   // Check conditions due to any @llvm.assume intrinsics.
6705   for (auto &AssumeVH : AC->assumptions()) {
6706     if (!AssumeVH)
6707       continue;
6708     auto *CI = cast<CallInst>(AssumeVH);
6709     if (!DT->dominates(CI, Latch->getTerminator()))
6710       continue;
6711
6712     if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, CI->getArgOperand(0), false))
6713       return true;
6714   }
6715
6716   struct ClearWalkingBEDominatingCondsOnExit {
6717     ScalarEvolution &SE;
6718
6719     explicit ClearWalkingBEDominatingCondsOnExit(ScalarEvolution &SE)
6720         : SE(SE){};
6721
6722     ~ClearWalkingBEDominatingCondsOnExit() {
6723       SE.WalkingBEDominatingConds = false;
6724     }
6725   };
6726
6727   // We don't want more than one activation of the following loop on the stack
6728   // -- that can lead to O(n!) time complexity.
6729   if (WalkingBEDominatingConds)
6730     return false;
6731
6732   WalkingBEDominatingConds = true;
6733   ClearWalkingBEDominatingCondsOnExit ClearOnExit(*this);
6734
6735   // If the loop is not reachable from the entry block, we risk running into an
6736   // infinite loop as we walk up into the dom tree.  These loops do not matter
6737   // anyway, so we just return a conservative answer when we see them.
6738   if (!DT->isReachableFromEntry(L->getHeader()))
6739     return false;
6740
6741   for (DomTreeNode *DTN = (*DT)[Latch], *HeaderDTN = (*DT)[L->getHeader()];
6742        DTN != HeaderDTN;
6743        DTN = DTN->getIDom()) {
6744
6745     assert(DTN && "should reach the loop header before reaching the root!");
6746
6747     BasicBlock *BB = DTN->getBlock();
6748     BasicBlock *PBB = BB->getSinglePredecessor();
6749     if (!PBB)
6750       continue;
6751
6752     BranchInst *ContinuePredicate = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
6753     if (!ContinuePredicate || !ContinuePredicate->isConditional())
6754       continue;
6755
6756     Value *Condition = ContinuePredicate->getCondition();
6757
6758     // If we have an edge `E` within the loop body that dominates the only
6759     // latch, the condition guarding `E` also guards the backedge.  This
6760     // reasoning works only for loops with a single latch.
6761
6762     BasicBlockEdge DominatingEdge(PBB, BB);
6763     if (DominatingEdge.isSingleEdge()) {
6764       // We're constructively (and conservatively) enumerating edges within the
6765       // loop body that dominate the latch.  The dominator tree better agree
6766       // with us on this:
6767       assert(DT->dominates(DominatingEdge, Latch) && "should be!");
6768
6769       if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, Condition,
6770                         BB != ContinuePredicate->getSuccessor(0)))
6771         return true;
6772     }
6773   }
6774
6775   return false;
6776 }
6777
6778 /// isLoopEntryGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected
6779 /// by a conditional between LHS and RHS.  This is used to help avoid max
6780 /// expressions in loop trip counts, and to eliminate casts.
6781 bool
6782 ScalarEvolution::isLoopEntryGuardedByCond(const Loop *L,
6783                                           ICmpInst::Predicate Pred,
6784                                           const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
6785   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
6786   // (interprocedural conditions notwithstanding).
6787   if (!L) return false;
6788
6789   if (isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS)) return true;
6790
6791   // Starting at the loop predecessor, climb up the predecessor chain, as long
6792   // as there are predecessors that can be found that have unique successors
6793   // leading to the original header.
6794   for (std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
6795          Pair(L->getLoopPredecessor(), L->getHeader());
6796        Pair.first;
6797        Pair = getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(Pair.first)) {
6798
6799     BranchInst *LoopEntryPredicate =
6800       dyn_cast<BranchInst>(Pair.first->getTerminator());
6801     if (!LoopEntryPredicate ||
6802         LoopEntryPredicate->isUnconditional())
6803       continue;
6804
6805     if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS,
6806                       LoopEntryPredicate->getCondition(),
6807                       LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) != Pair.second))
6808       return true;
6809   }
6810
6811   // Check conditions due to any @llvm.assume intrinsics.
6812   for (auto &AssumeVH : AC->assumptions()) {
6813     if (!AssumeVH)
6814       continue;
6815     auto *CI = cast<CallInst>(AssumeVH);
6816     if (!DT->dominates(CI, L->getHeader()))
6817       continue;
6818
6819     if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, CI->getArgOperand(0), false))
6820       return true;
6821   }
6822
6823   return false;
6824 }
6825
6826 /// RAII wrapper to prevent recursive application of isImpliedCond.
6827 /// ScalarEvolution's PendingLoopPredicates set must be empty unless we are
6828 /// currently evaluating isImpliedCond.
6829 struct MarkPendingLoopPredicate {
6830   Value *Cond;
6831   DenseSet<Value*> &LoopPreds;
6832   bool Pending;
6833
6834   MarkPendingLoopPredicate(Value *C, DenseSet<Value*> &LP)
6835     : Cond(C), LoopPreds(LP) {
6836     Pending = !LoopPreds.insert(Cond).second;
6837   }
6838   ~MarkPendingLoopPredicate() {
6839     if (!Pending)
6840       LoopPreds.erase(Cond);
6841   }
6842 };
6843
6844 /// isImpliedCond - Test whether the condition described by Pred, LHS,
6845 /// and RHS is true whenever the given Cond value evaluates to true.
6846 bool ScalarEvolution::isImpliedCond(ICmpInst::Predicate Pred,
6847                                     const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
6848                                     Value *FoundCondValue,
6849                                     bool Inverse) {
6850   MarkPendingLoopPredicate Mark(FoundCondValue, PendingLoopPredicates);
6851   if (Mark.Pending)
6852     return false;
6853
6854   // Recursively handle And and Or conditions.
6855   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(FoundCondValue)) {
6856     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
6857       if (!Inverse)
6858         return isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(0), Inverse) ||
6859                isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(1), Inverse);
6860     } else if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
6861       if (Inverse)
6862         return isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(0), Inverse) ||
6863                isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(1), Inverse);
6864     }
6865   }
6866
6867   ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(FoundCondValue);
6868   if (!ICI) return false;
6869
6870   // Now that we found a conditional branch that dominates the loop or controls
6871   // the loop latch. Check to see if it is the comparison we are looking for.
6872   ICmpInst::Predicate FoundPred;
6873   if (Inverse)
6874     FoundPred = ICI->getInversePredicate();
6875   else
6876     FoundPred = ICI->getPredicate();
6877
6878   const SCEV *FoundLHS = getSCEV(ICI->getOperand(0));
6879   const SCEV *FoundRHS = getSCEV(ICI->getOperand(1));
6880
6881   // Balance the types.
6882   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <
6883       getTypeSizeInBits(FoundLHS->getType())) {
6884     if (CmpInst::isSigned(Pred)) {
6885       LHS = getSignExtendExpr(LHS, FoundLHS->getType());
6886       RHS = getSignExtendExpr(RHS, FoundLHS->getType());
6887     } else {
6888       LHS = getZeroExtendExpr(LHS, FoundLHS->getType());
6889       RHS = getZeroExtendExpr(RHS, FoundLHS->getType());
6890     }
6891   } else if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) >
6892       getTypeSizeInBits(FoundLHS->getType())) {
6893     if (CmpInst::isSigned(FoundPred)) {
6894       FoundLHS = getSignExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
6895       FoundRHS = getSignExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
6896     } else {
6897       FoundLHS = getZeroExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
6898       FoundRHS = getZeroExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
6899     }
6900   }
6901
6902   // Canonicalize the query to match the way instcombine will have
6903   // canonicalized the comparison.
6904   if (SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS))
6905     if (LHS == RHS)
6906       return CmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
6907   if (SimplifyICmpOperands(FoundPred, FoundLHS, FoundRHS))
6908     if (FoundLHS == FoundRHS)
6909       return CmpInst::isFalseWhenEqual(FoundPred);
6910
6911   // Check to see if we can make the LHS or RHS match.
6912   if (LHS == FoundRHS || RHS == FoundLHS) {
6913     if (isa<SCEVConstant>(RHS)) {
6914       std::swap(FoundLHS, FoundRHS);
6915       FoundPred = ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred);
6916     } else {
6917       std::swap(LHS, RHS);
6918       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
6919     }
6920   }
6921
6922   // Check whether the found predicate is the same as the desired predicate.
6923   if (FoundPred == Pred)
6924     return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS);
6925
6926   // Check whether swapping the found predicate makes it the same as the
6927   // desired predicate.
6928   if (ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred) == Pred) {
6929     if (isa<SCEVConstant>(RHS))
6930       return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundRHS, FoundLHS);
6931     else
6932       return isImpliedCondOperands(ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred),
6933                                    RHS, LHS, FoundLHS, FoundRHS);
6934   }
6935
6936   // Check if we can make progress by sharpening ranges.
6937   if (FoundPred == ICmpInst::ICMP_NE &&
6938       (isa<SCEVConstant>(FoundLHS) || isa<SCEVConstant>(FoundRHS))) {
6939
6940     const SCEVConstant *C = nullptr;
6941     const SCEV *V = nullptr;
6942
6943     if (isa<SCEVConstant>(FoundLHS)) {
6944       C = cast<SCEVConstant>(FoundLHS);
6945       V = FoundRHS;
6946     } else {
6947       C = cast<SCEVConstant>(FoundRHS);
6948       V = FoundLHS;
6949     }
6950
6951     // The guarding predicate tells us that C != V. If the known range
6952     // of V is [C, t), we can sharpen the range to [C + 1, t).  The
6953     // range we consider has to correspond to same signedness as the
6954     // predicate we're interested in folding.
6955
6956     APInt Min = ICmpInst::isSigned(Pred) ?
6957         getSignedRange(V).getSignedMin() : getUnsignedRange(V).getUnsignedMin();
6958
6959     if (Min == C->getValue()->getValue()) {
6960       // Given (V >= Min && V != Min) we conclude V >= (Min + 1).
6961       // This is true even if (Min + 1) wraps around -- in case of
6962       // wraparound, (Min + 1) < Min, so (V >= Min => V >= (Min + 1)).
6963
6964       APInt SharperMin = Min + 1;
6965
6966       switch (Pred) {
6967         case ICmpInst::ICMP_SGE:
6968         case ICmpInst::ICMP_UGE:
6969           // We know V `Pred` SharperMin.  If this implies LHS `Pred`
6970           // RHS, we're done.
6971           if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, V,
6972                                     getConstant(SharperMin)))
6973             return true;
6974
6975         case ICmpInst::ICMP_SGT:
6976         case ICmpInst::ICMP_UGT:
6977           // We know from the range information that (V `Pred` Min ||
6978           // V == Min).  We know from the guarding condition that !(V
6979           // == Min).  This gives us
6980           //
6981           //       V `Pred` Min || V == Min && !(V == Min)
6982           //   =>  V `Pred` Min
6983           //
6984           // If V `Pred` Min implies LHS `Pred` RHS, we're done.
6985
6986           if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, V, getConstant(Min)))
6987             return true;
6988
6989         default:
6990           // No change
6991           break;
6992       }
6993     }
6994   }
6995
6996   // Check whether the actual condition is beyond sufficient.
6997   if (FoundPred == ICmpInst::ICMP_EQ)
6998     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
6999       if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
7000         return true;
7001   if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
7002     if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(FoundPred))
7003       if (isImpliedCondOperands(FoundPred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
7004         return true;
7005
7006   // Otherwise assume the worst.
7007   return false;
7008 }
7009
7010 /// isImpliedCondOperands - Test whether the condition described by Pred,
7011 /// LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred, FoundLHS,
7012 /// and FoundRHS is true.
7013 bool ScalarEvolution::isImpliedCondOperands(ICmpInst::Predicate Pred,
7014                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
7015                                             const SCEV *FoundLHS,
7016                                             const SCEV *FoundRHS) {
7017   if (isImpliedCondOperandsViaRanges(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
7018     return true;
7019
7020   return isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
7021                                      FoundLHS, FoundRHS) ||
7022          // ~x < ~y --> x > y
7023          isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
7024                                      getNotSCEV(FoundRHS),
7025                                      getNotSCEV(FoundLHS));
7026 }
7027
7028
7029 /// If Expr computes ~A, return A else return nullptr
7030 static const SCEV *MatchNotExpr(const SCEV *Expr) {
7031   const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr);
7032   if (!Add || Add->getNumOperands() != 2) return nullptr;
7033
7034   const SCEVConstant *AddLHS = dyn_cast<SCEVConstant>(Add->getOperand(0));
7035   if (!(AddLHS && AddLHS->getValue()->getValue().isAllOnesValue()))
7036     return nullptr;
7037
7038   const SCEVMulExpr *AddRHS = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Add->getOperand(1));
7039   if (!AddRHS || AddRHS->getNumOperands() != 2) return nullptr;
7040
7041   const SCEVConstant *MulLHS = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRHS->getOperand(0));
7042   if (!(MulLHS && MulLHS->getValue()->getValue().isAllOnesValue()))
7043     return nullptr;
7044
7045   return AddRHS->getOperand(1);
7046 }
7047
7048
7049 /// Is MaybeMaxExpr an SMax or UMax of Candidate and some other values?
7050 template<typename MaxExprType>
7051 static bool IsMaxConsistingOf(const SCEV *MaybeMaxExpr,
7052                               const SCEV *Candidate) {
7053   const MaxExprType *MaxExpr = dyn_cast<MaxExprType>(MaybeMaxExpr);
7054   if (!MaxExpr) return false;
7055
7056   auto It = std::find(MaxExpr->op_begin(), MaxExpr->op_end(), Candidate);
7057   return It != MaxExpr->op_end();
7058 }
7059
7060
7061 /// Is MaybeMinExpr an SMin or UMin of Candidate and some other values?
7062 template<typename MaxExprType>
7063 static bool IsMinConsistingOf(ScalarEvolution &SE,
7064                               const SCEV *MaybeMinExpr,
7065                               const SCEV *Candidate) {
7066   const SCEV *MaybeMaxExpr = MatchNotExpr(MaybeMinExpr);
7067   if (!MaybeMaxExpr)
7068     return false;
7069
7070   return IsMaxConsistingOf<MaxExprType>(MaybeMaxExpr, SE.getNotSCEV(Candidate));
7071 }
7072
7073
7074 /// Is LHS `Pred` RHS true on the virtue of LHS or RHS being a Min or Max
7075 /// expression?
7076 static bool IsKnownPredicateViaMinOrMax(ScalarEvolution &SE,
7077                                         ICmpInst::Predicate Pred,
7078                                         const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
7079   switch (Pred) {
7080   default:
7081     return false;
7082
7083   case ICmpInst::ICMP_SGE:
7084     std::swap(LHS, RHS);
7085     // fall through
7086   case ICmpInst::ICMP_SLE:
7087     return
7088       // min(A, ...) <= A
7089       IsMinConsistingOf<SCEVSMaxExpr>(SE, LHS, RHS) ||
7090       // A <= max(A, ...)
7091       IsMaxConsistingOf<SCEVSMaxExpr>(RHS, LHS);
7092
7093   case ICmpInst::ICMP_UGE:
7094     std::swap(LHS, RHS);
7095     // fall through
7096   case ICmpInst::ICMP_ULE:
7097     return
7098       // min(A, ...) <= A
7099       IsMinConsistingOf<SCEVUMaxExpr>(SE, LHS, RHS) ||
7100       // A <= max(A, ...)
7101       IsMaxConsistingOf<SCEVUMaxExpr>(RHS, LHS);
7102   }
7103
7104   llvm_unreachable("covered switch fell through?!");
7105 }
7106
7107 /// isImpliedCondOperandsHelper - Test whether the condition described by
7108 /// Pred, LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred,
7109 /// FoundLHS, and FoundRHS is true.
7110 bool
7111 ScalarEvolution::isImpliedCondOperandsHelper(ICmpInst::Predicate Pred,
7112                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
7113                                              const SCEV *FoundLHS,
7114                                              const SCEV *FoundRHS) {
7115   auto IsKnownPredicateFull =
7116       [this](ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
7117     return isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS) ||
7118         IsKnownPredicateViaMinOrMax(*this, Pred, LHS, RHS);
7119   };
7120
7121   switch (Pred) {
7122   default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
7123   case ICmpInst::ICMP_EQ:
7124   case ICmpInst::ICMP_NE:
7125     if (HasSameValue(LHS, FoundLHS) && HasSameValue(RHS, FoundRHS))
7126       return true;
7127     break;
7128   case ICmpInst::ICMP_SLT:
7129   case ICmpInst::ICMP_SLE:
7130     if (IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_SLE, LHS, FoundLHS) &&
7131         IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_SGE, RHS, FoundRHS))
7132       return true;
7133     break;
7134   case ICmpInst::ICMP_SGT:
7135   case ICmpInst::ICMP_SGE:
7136     if (IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_SGE, LHS, FoundLHS) &&
7137         IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_SLE, RHS, FoundRHS))
7138       return true;
7139     break;
7140   case ICmpInst::ICMP_ULT:
7141   case ICmpInst::ICMP_ULE:
7142     if (IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_ULE, LHS, FoundLHS) &&
7143         IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_UGE, RHS, FoundRHS))
7144       return true;
7145     break;
7146   case ICmpInst::ICMP_UGT:
7147   case ICmpInst::ICMP_UGE:
7148     if (IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_UGE, LHS, FoundLHS) &&
7149         IsKnownPredicateFull(ICmpInst::ICMP_ULE, RHS, FoundRHS))
7150       return true;
7151     break;
7152   }
7153
7154   return false;
7155 }
7156
7157 /// isImpliedCondOperandsViaRanges - helper function for isImpliedCondOperands.
7158 /// Tries to get cases like "X `sgt` 0 => X - 1 `sgt` -1".
7159 bool ScalarEvolution::isImpliedCondOperandsViaRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
7160                                                      const SCEV *LHS,
7161                                                      const SCEV *RHS,
7162                                                      const SCEV *FoundLHS,
7163                                                      const SCEV *FoundRHS) {
7164   if (!isa<SCEVConstant>(RHS) || !isa<SCEVConstant>(FoundRHS))
7165     // The restriction on `FoundRHS` be lifted easily -- it exists only to
7166     // reduce the compile time impact of this optimization.
7167     return false;
7168
7169   const SCEVAddExpr *AddLHS = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS);
7170   if (!AddLHS || AddLHS->getOperand(1) != FoundLHS ||
7171       !isa<SCEVConstant>(AddLHS->getOperand(0)))
7172     return false;
7173
7174   APInt ConstFoundRHS = cast<SCEVConstant>(FoundRHS)->getValue()->getValue();
7175
7176   // `FoundLHSRange` is the range we know `FoundLHS` to be in by virtue of the
7177   // antecedent "`FoundLHS` `Pred` `FoundRHS`".
7178   ConstantRange FoundLHSRange =
7179       ConstantRange::makeAllowedICmpRegion(Pred, ConstFoundRHS);
7180
7181   // Since `LHS` is `FoundLHS` + `AddLHS->getOperand(0)`, we can compute a range
7182   // for `LHS`:
7183   APInt Addend =
7184       cast<SCEVConstant>(AddLHS->getOperand(0))->getValue()->getValue();
7185   ConstantRange LHSRange = FoundLHSRange.add(ConstantRange(Addend));
7186
7187   // We can also compute the range of values for `LHS` that satisfy the
7188   // consequent, "`LHS` `Pred` `RHS`":
7189   APInt ConstRHS = cast<SCEVConstant>(RHS)->getValue()->getValue();
7190   ConstantRange SatisfyingLHSRange =
7191       ConstantRange::makeSatisfyingICmpRegion(Pred, ConstRHS);
7192
7193   // The antecedent implies the consequent if every value of `LHS` that
7194   // satisfies the antecedent also satisfies the consequent.
7195   return SatisfyingLHSRange.contains(LHSRange);
7196 }
7197
7198 // Verify if an linear IV with positive stride can overflow when in a
7199 // less-than comparison, knowing the invariant term of the comparison, the
7200 // stride and the knowledge of NSW/NUW flags on the recurrence.
7201 bool ScalarEvolution::doesIVOverflowOnLT(const SCEV *RHS, const SCEV *Stride,
7202                                          bool IsSigned, bool NoWrap) {
7203   if (NoWrap) return false;
7204
7205   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(RHS->getType());
7206   const SCEV *One = getConstant(Stride->getType(), 1);
7207
7208   if (IsSigned) {
7209     APInt MaxRHS = getSignedRange(RHS).getSignedMax();
7210     APInt MaxValue = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
7211     APInt MaxStrideMinusOne = getSignedRange(getMinusSCEV(Stride, One))
7212                                 .getSignedMax();
7213
7214     // SMaxRHS + SMaxStrideMinusOne > SMaxValue => overflow!
7215     return (MaxValue - MaxStrideMinusOne).slt(MaxRHS);
7216   }
7217
7218   APInt MaxRHS = getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax();
7219   APInt MaxValue = APInt::getMaxValue(BitWidth);
7220   APInt MaxStrideMinusOne = getUnsignedRange(getMinusSCEV(Stride, One))
7221                               .getUnsignedMax();
7222
7223   // UMaxRHS + UMaxStrideMinusOne > UMaxValue => overflow!
7224   return (MaxValue - MaxStrideMinusOne).ult(MaxRHS);
7225 }
7226
7227 // Verify if an linear IV with negative stride can overflow when in a
7228 // greater-than comparison, knowing the invariant term of the comparison,
7229 // the stride and the knowledge of NSW/NUW flags on the recurrence.
7230 bool ScalarEvolution::doesIVOverflowOnGT(const SCEV *RHS, const SCEV *Stride,
7231                                          bool IsSigned, bool NoWrap) {
7232   if (NoWrap) return false;
7233
7234   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(RHS->getType());
7235   const SCEV *One = getConstant(Stride->getType(), 1);
7236
7237   if (IsSigned) {
7238     APInt MinRHS = getSignedRange(RHS).getSignedMin();
7239     APInt MinValue = APInt::getSignedMinValue(BitWidth);
7240     APInt MaxStrideMinusOne = getSignedRange(getMinusSCEV(Stride, One))
7241                                .getSignedMax();
7242
7243     // SMinRHS - SMaxStrideMinusOne < SMinValue => overflow!
7244     return (MinValue + MaxStrideMinusOne).sgt(MinRHS);
7245   }
7246
7247   APInt MinRHS = getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMin();
7248   APInt MinValue = APInt::getMinValue(BitWidth);
7249   APInt MaxStrideMinusOne = getUnsignedRange(getMinusSCEV(Stride, One))
7250                             .getUnsignedMax();
7251
7252   // UMinRHS - UMaxStrideMinusOne < UMinValue => overflow!
7253   return (MinValue + MaxStrideMinusOne).ugt(MinRHS);
7254 }
7255
7256 // Compute the backedge taken count knowing the interval difference, the
7257 // stride and presence of the equality in the comparison.
7258 const SCEV *ScalarEvolution::computeBECount(const SCEV *Delta, const SCEV *Step,
7259                                             bool Equality) {
7260   const SCEV *One = getConstant(Step->getType(), 1);
7261   Delta = Equality ? getAddExpr(Delta, Step)
7262                    : getAddExpr(Delta, getMinusSCEV(Step, One));
7263   return getUDivExpr(Delta, Step);
7264 }
7265
7266 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
7267 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
7268 /// CouldNotCompute.
7269 ///
7270 /// @param ControlsExit is true when the LHS < RHS condition directly controls
7271 /// the branch (loops exits only if condition is true). In this case, we can use
7272 /// NoWrapFlags to skip overflow checks.
7273 ScalarEvolution::ExitLimit
7274 ScalarEvolution::HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
7275                                   const Loop *L, bool IsSigned,
7276                                   bool ControlsExit) {
7277   // We handle only IV < Invariant
7278   if (!isLoopInvariant(RHS, L))
7279     return getCouldNotCompute();
7280
7281   const SCEVAddRecExpr *IV = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
7282
7283   // Avoid weird loops
7284   if (!IV || IV->getLoop() != L || !IV->isAffine())
7285     return getCouldNotCompute();
7286
7287   bool NoWrap = ControlsExit &&
7288                 IV->getNoWrapFlags(IsSigned ? SCEV::FlagNSW : SCEV::FlagNUW);
7289
7290   const SCEV *Stride = IV->getStepRecurrence(*this);
7291
7292   // Avoid negative or zero stride values
7293   if (!isKnownPositive(Stride))
7294     return getCouldNotCompute();
7295
7296   // Avoid proven overflow cases: this will ensure that the backedge taken count
7297   // will not generate any unsigned overflow. Relaxed no-overflow conditions
7298   // exploit NoWrapFlags, allowing to optimize in presence of undefined
7299   // behaviors like the case of C language.
7300   if (!Stride->isOne() && doesIVOverflowOnLT(RHS, Stride, IsSigned, NoWrap))
7301     return getCouldNotCompute();
7302
7303   ICmpInst::Predicate Cond = IsSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT
7304                                       : ICmpInst::ICMP_ULT;
7305   const SCEV *Start = IV->getStart();
7306   const SCEV *End = RHS;
7307   if (!isLoopEntryGuardedByCond(L, Cond, getMinusSCEV(Start, Stride), RHS)) {
7308     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(RHS, Start);
7309     // If we have NoWrap set, then we can assume that the increment won't
7310     // overflow, in which case if RHS - Start is a constant, we don't need to
7311     // do a max operation since we can just figure it out statically
7312     if (NoWrap && isa<SCEVConstant>(Diff)) {
7313       APInt D = dyn_cast<const SCEVConstant>(Diff)->getValue()->getValue();
7314       if (D.isNegative())
7315         End = Start;
7316     } else
7317       End = IsSigned ? getSMaxExpr(RHS, Start)
7318                      : getUMaxExpr(RHS, Start);
7319   }
7320
7321   const SCEV *BECount = computeBECount(getMinusSCEV(End, Start), Stride, false);
7322
7323   APInt MinStart = IsSigned ? getSignedRange(Start).getSignedMin()
7324                             : getUnsignedRange(Start).getUnsignedMin();
7325
7326   APInt MinStride = IsSigned ? getSignedRange(Stride).getSignedMin()
7327                              : getUnsignedRange(Stride).getUnsignedMin();
7328
7329   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(LHS->getType());
7330   APInt Limit = IsSigned ? APInt::getSignedMaxValue(BitWidth) - (MinStride - 1)
7331                          : APInt::getMaxValue(BitWidth) - (MinStride - 1);
7332
7333   // Although End can be a MAX expression we estimate MaxEnd considering only
7334   // the case End = RHS. This is safe because in the other case (End - Start)
7335   // is zero, leading to a zero maximum backedge taken count.
7336   APInt MaxEnd =
7337     IsSigned ? APIntOps::smin(getSignedRange(RHS).getSignedMax(), Limit)
7338              : APIntOps::umin(getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax(), Limit);
7339
7340   const SCEV *MaxBECount;
7341   if (isa<SCEVConstant>(BECount))
7342     MaxBECount = BECount;
7343   else
7344     MaxBECount = computeBECount(getConstant(MaxEnd - MinStart),
7345                                 getConstant(MinStride), false);
7346
7347   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount))
7348     MaxBECount = BECount;
7349
7350   return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
7351 }
7352
7353 ScalarEvolution::ExitLimit
7354 ScalarEvolution::HowManyGreaterThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
7355                                      const Loop *L, bool IsSigned,
7356                                      bool ControlsExit) {
7357   // We handle only IV > Invariant
7358   if (!isLoopInvariant(RHS, L))
7359     return getCouldNotCompute();
7360
7361   const SCEVAddRecExpr *IV = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
7362
7363   // Avoid weird loops
7364   if (!IV || IV->getLoop() != L || !IV->isAffine())
7365     return getCouldNotCompute();
7366
7367   bool NoWrap = ControlsExit &&
7368                 IV->getNoWrapFlags(IsSigned ? SCEV::FlagNSW : SCEV::FlagNUW);
7369
7370   const SCEV *Stride = getNegativeSCEV(IV->getStepRecurrence(*this));
7371
7372   // Avoid negative or zero stride values
7373   if (!isKnownPositive(Stride))
7374     return getCouldNotCompute();
7375
7376   // Avoid proven overflow cases: this will ensure that the backedge taken count
7377   // will not generate any unsigned overflow. Relaxed no-overflow conditions
7378   // exploit NoWrapFlags, allowing to optimize in presence of undefined
7379   // behaviors like the case of C language.
7380   if (!Stride->isOne() && doesIVOverflowOnGT(RHS, Stride, IsSigned, NoWrap))
7381     return getCouldNotCompute();
7382
7383   ICmpInst::Predicate Cond = IsSigned ? ICmpInst::ICMP_SGT
7384                                       : ICmpInst::ICMP_UGT;
7385
7386   const SCEV *Start = IV->getStart();
7387   const SCEV *End = RHS;
7388   if (!isLoopEntryGuardedByCond(L, Cond, getAddExpr(Start, Stride), RHS)) {
7389     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(RHS, Start);
7390     // If we have NoWrap set, then we can assume that the increment won't
7391     // overflow, in which case if RHS - Start is a constant, we don't need to
7392     // do a max operation since we can just figure it out statically
7393     if (NoWrap && isa<SCEVConstant>(Diff)) {
7394       APInt D = dyn_cast<const SCEVConstant>(Diff)->getValue()->getValue();
7395       if (!D.isNegative())
7396         End = Start;
7397     } else
7398       End = IsSigned ? getSMinExpr(RHS, Start)
7399                      : getUMinExpr(RHS, Start);
7400   }
7401
7402   const SCEV *BECount = computeBECount(getMinusSCEV(Start, End), Stride, false);
7403
7404   APInt MaxStart = IsSigned ? getSignedRange(Start).getSignedMax()
7405                             : getUnsignedRange(Start).getUnsignedMax();
7406
7407   APInt MinStride = IsSigned ? getSignedRange(Stride).getSignedMin()
7408                              : getUnsignedRange(Stride).getUnsignedMin();
7409
7410   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(LHS->getType());
7411   APInt Limit = IsSigned ? APInt::getSignedMinValue(BitWidth) + (MinStride - 1)
7412                          : APInt::getMinValue(BitWidth) + (MinStride - 1);
7413
7414   // Although End can be a MIN expression we estimate MinEnd considering only
7415   // the case End = RHS. This is safe because in the other case (Start - End)
7416   // is zero, leading to a zero maximum backedge taken count.
7417   APInt MinEnd =
7418     IsSigned ? APIntOps::smax(getSignedRange(RHS).getSignedMin(), Limit)
7419              : APIntOps::umax(getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMin(), Limit);
7420
7421
7422   const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
7423   if (isa<SCEVConstant>(BECount))
7424     MaxBECount = BECount;
7425   else
7426     MaxBECount = computeBECount(getConstant(MaxStart - MinEnd),
7427                                 getConstant(MinStride), false);
7428
7429   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount))
7430     MaxBECount = BECount;
7431
7432   return ExitLimit(BECount, MaxBECount);
7433 }
7434
7435 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
7436 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
7437 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
7438 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
7439 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
7440 const SCEV *SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
7441                                                     ScalarEvolution &SE) const {
7442   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
7443     return SE.getCouldNotCompute();
7444
7445   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
7446   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
7447     if (!SC->getValue()->isZero()) {
7448       SmallVector<const SCEV *, 4> Operands(op_begin(), op_end());
7449       Operands[0] = SE.getConstant(SC->getType(), 0);
7450       const SCEV *Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop(),
7451                                              getNoWrapFlags(FlagNW));
7452       if (const SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec =
7453             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
7454         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
7455                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
7456       // This is strange and shouldn't happen.
7457       return SE.getCouldNotCompute();
7458     }
7459
7460   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
7461   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
7462   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
7463     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
7464       return SE.getCouldNotCompute();
7465
7466
7467   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
7468   // that the start element is zero.
7469
7470   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
7471   // iteration exits.
7472   unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(getType());
7473   if (!Range.contains(APInt(BitWidth, 0)))
7474     return SE.getConstant(getType(), 0);
7475
7476   if (isAffine()) {
7477     // If this is an affine expression then we have this situation:
7478     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
7479
7480     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
7481     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
7482     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
7483     // value.  Also note that we already checked for a full range.
7484     APInt One(BitWidth,1);
7485     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
7486     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
7487
7488     // The exit value should be (End+A)/A.
7489     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
7490     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal);
7491
7492     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
7493     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
7494     // things must have happened.
7495     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
7496     if (Range.contains(Val->getValue()))
7497       return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
7498
7499     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
7500     assert(Range.contains(
7501            EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
7502            ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
7503            "Linear scev computation is off in a bad way!");
7504     return SE.getConstant(ExitValue);
7505   } else if (isQuadratic()) {
7506     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
7507     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
7508     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
7509     // Range.getUpper() is crossed.
7510     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(op_begin(), op_end());
7511     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
7512     const SCEV *NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop(),
7513                                              // getNoWrapFlags(FlagNW)
7514                                              FlagAnyWrap);
7515
7516     // Next, solve the constructed addrec
7517     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots =
7518       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
7519     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
7520     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
7521     if (R1) {
7522       // Pick the smallest positive root value.
7523       if (ConstantInt *CB =
7524           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
7525                          R1->getValue(), R2->getValue()))) {
7526         if (!CB->getZExtValue())
7527           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
7528
7529         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
7530         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
7531         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
7532         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
7533                                                              R1->getValue(),
7534                                                              SE);
7535         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
7536           // The next iteration must be out of the range...
7537           ConstantInt *NextVal =
7538                 ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()+1);
7539
7540           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
7541           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
7542             return SE.getConstant(NextVal);
7543           return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
7544         }
7545
7546         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
7547         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
7548         ConstantInt *NextVal =
7549                ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()-1);
7550         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
7551         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
7552           return R1;
7553         return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
7554       }
7555     }
7556   }
7557
7558   return SE.getCouldNotCompute();
7559 }
7560
7561 namespace {
7562 struct FindUndefs {
7563   bool Found;
7564   FindUndefs() : Found(false) {}
7565
7566   bool follow(const SCEV *S) {
7567     if (const SCEVUnknown *C = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
7568       if (isa<UndefValue>(C->getValue()))
7569         Found = true;
7570     } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
7571       if (isa<UndefValue>(C->getValue()))
7572         Found = true;
7573     }
7574
7575     // Keep looking if we haven't found it yet.
7576     return !Found;
7577   }
7578   bool isDone() const {
7579     // Stop recursion if we have found an undef.
7580     return Found;
7581   }
7582 };
7583 }
7584
7585 // Return true when S contains at least an undef value.
7586 static inline bool
7587 containsUndefs(const SCEV *S) {
7588   FindUndefs F;
7589   SCEVTraversal<FindUndefs> ST(F);
7590   ST.visitAll(S);
7591
7592   return F.Found;
7593 }
7594
7595 namespace {
7596 // Collect all steps of SCEV expressions.
7597 struct SCEVCollectStrides {
7598   ScalarEvolution &SE;
7599   SmallVectorImpl<const SCEV *> &Strides;
7600
7601   SCEVCollectStrides(ScalarEvolution &SE, SmallVectorImpl<const SCEV *> &S)
7602       : SE(SE), Strides(S) {}
7603
7604   bool follow(const SCEV *S) {
7605     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
7606       Strides.push_back(AR->getStepRecurrence(SE));
7607     return true;
7608   }
7609   bool isDone() const { return false; }
7610 };
7611
7612 // Collect all SCEVUnknown and SCEVMulExpr expressions.
7613 struct SCEVCollectTerms {
7614   SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms;
7615
7616   SCEVCollectTerms(SmallVectorImpl<const SCEV *> &T)
7617       : Terms(T) {}
7618
7619   bool follow(const SCEV *S) {
7620     if (isa<SCEVUnknown>(S) || isa<SCEVMulExpr>(S)) {
7621       if (!containsUndefs(S))
7622         Terms.push_back(S);
7623
7624       // Stop recursion: once we collected a term, do not walk its operands.
7625       return false;
7626     }
7627
7628     // Keep looking.
7629     return true;
7630   }
7631   bool isDone() const { return false; }
7632 };
7633 }
7634
7635 /// Find parametric terms in this SCEVAddRecExpr.
7636 void SCEVAddRecExpr::collectParametricTerms(
7637     ScalarEvolution &SE, SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms) const {
7638   SmallVector<const SCEV *, 4> Strides;
7639   SCEVCollectStrides StrideCollector(SE, Strides);
7640   visitAll(this, StrideCollector);
7641
7642   DEBUG({
7643       dbgs() << "Strides:\n";
7644       for (const SCEV *S : Strides)
7645         dbgs() << *S << "\n";
7646     });
7647
7648   for (const SCEV *S : Strides) {
7649     SCEVCollectTerms TermCollector(Terms);
7650     visitAll(S, TermCollector);
7651   }
7652
7653   DEBUG({
7654       dbgs() << "Terms:\n";
7655       for (const SCEV *T : Terms)
7656         dbgs() << *T << "\n";
7657     });
7658 }
7659
7660 static bool findArrayDimensionsRec(ScalarEvolution &SE,
7661                                    SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms,
7662                                    SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes) {
7663   int Last = Terms.size() - 1;
7664   const SCEV *Step = Terms[Last];
7665
7666   // End of recursion.
7667   if (Last == 0) {
7668     if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Step)) {
7669       SmallVector<const SCEV *, 2> Qs;
7670       for (const SCEV *Op : M->operands())
7671         if (!isa<SCEVConstant>(Op))
7672           Qs.push_back(Op);
7673
7674       Step = SE.getMulExpr(Qs);
7675     }
7676
7677     Sizes.push_back(Step);
7678     return true;
7679   }
7680
7681   for (const SCEV *&Term : Terms) {
7682     // Normalize the terms before the next call to findArrayDimensionsRec.
7683     const SCEV *Q, *R;
7684     SCEVDivision::divide(SE, Term, Step, &Q, &R);
7685
7686     // Bail out when GCD does not evenly divide one of the terms.
7687     if (!R->isZero())
7688       return false;
7689
7690     Term = Q;
7691   }
7692
7693   // Remove all SCEVConstants.
7694   Terms.erase(std::remove_if(Terms.begin(), Terms.end(), [](const SCEV *E) {
7695                 return isa<SCEVConstant>(E);
7696               }),
7697               Terms.end());
7698
7699   if (Terms.size() > 0)
7700     if (!findArrayDimensionsRec(SE, Terms, Sizes))
7701       return false;
7702
7703   Sizes.push_back(Step);
7704   return true;
7705 }
7706
7707 namespace {
7708 struct FindParameter {
7709   bool FoundParameter;
7710   FindParameter() : FoundParameter(false) {}
7711
7712   bool follow(const SCEV *S) {
7713     if (isa<SCEVUnknown>(S)) {
7714       FoundParameter = true;
7715       // Stop recursion: we found a parameter.
7716       return false;
7717     }
7718     // Keep looking.
7719     return true;
7720   }
7721   bool isDone() const {
7722     // Stop recursion if we have found a parameter.
7723     return FoundParameter;
7724   }
7725 };
7726 }
7727
7728 // Returns true when S contains at least a SCEVUnknown parameter.
7729 static inline bool
7730 containsParameters(const SCEV *S) {
7731   FindParameter F;
7732   SCEVTraversal<FindParameter> ST(F);
7733   ST.visitAll(S);
7734
7735   return F.FoundParameter;
7736 }
7737
7738 // Returns true when one of the SCEVs of Terms contains a SCEVUnknown parameter.
7739 static inline bool
7740 containsParameters(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms) {
7741   for (const SCEV *T : Terms)
7742     if (containsParameters(T))
7743       return true;
7744   return false;
7745 }
7746
7747 // Return the number of product terms in S.
7748 static inline int numberOfTerms(const SCEV *S) {
7749   if (const SCEVMulExpr *Expr = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S))
7750     return Expr->getNumOperands();
7751   return 1;
7752 }
7753
7754 static const SCEV *removeConstantFactors(ScalarEvolution &SE, const SCEV *T) {
7755   if (isa<SCEVConstant>(T))
7756     return nullptr;
7757
7758   if (isa<SCEVUnknown>(T))
7759     return T;
7760
7761   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(T)) {
7762     SmallVector<const SCEV *, 2> Factors;
7763     for (const SCEV *Op : M->operands())
7764       if (!isa<SCEVConstant>(Op))
7765         Factors.push_back(Op);
7766
7767     return SE.getMulExpr(Factors);
7768   }
7769
7770   return T;
7771 }
7772
7773 /// Return the size of an element read or written by Inst.
7774 const SCEV *ScalarEvolution::getElementSize(Instruction *Inst) {
7775   Type *Ty;
7776   if (StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
7777     Ty = Store->getValueOperand()->getType();
7778   else if (LoadInst *Load = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
7779     Ty = Load->getType();
7780   else
7781     return nullptr;
7782
7783   Type *ETy = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(Ty));
7784   return getSizeOfExpr(ETy, Ty);
7785 }
7786
7787 /// Second step of delinearization: compute the array dimensions Sizes from the
7788 /// set of Terms extracted from the memory access function of this SCEVAddRec.
7789 void ScalarEvolution::findArrayDimensions(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms,
7790                                           SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes,
7791                                           const SCEV *ElementSize) const {
7792
7793   if (Terms.size() < 1 || !ElementSize)
7794     return;
7795
7796   // Early return when Terms do not contain parameters: we do not delinearize
7797   // non parametric SCEVs.
7798   if (!containsParameters(Terms))
7799     return;
7800
7801   DEBUG({
7802       dbgs() << "Terms:\n";
7803       for (const SCEV *T : Terms)
7804         dbgs() << *T << "\n";
7805     });
7806
7807   // Remove duplicates.
7808   std::sort(Terms.begin(), Terms.end());
7809   Terms.erase(std::unique(Terms.begin(), Terms.end()), Terms.end());
7810
7811   // Put larger terms first.
7812   std::sort(Terms.begin(), Terms.end(), [](const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
7813     return numberOfTerms(LHS) > numberOfTerms(RHS);
7814   });
7815
7816   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
7817
7818   // Divide all terms by the element size.
7819   for (const SCEV *&Term : Terms) {
7820     const SCEV *Q, *R;
7821     SCEVDivision::divide(SE, Term, ElementSize, &Q, &R);
7822     Term = Q;
7823   }
7824
7825   SmallVector<const SCEV *, 4> NewTerms;
7826
7827   // Remove constant factors.
7828   for (const SCEV *T : Terms)
7829     if (const SCEV *NewT = removeConstantFactors(SE, T))
7830       NewTerms.push_back(NewT);
7831
7832   DEBUG({
7833       dbgs() << "Terms after sorting:\n";
7834       for (const SCEV *T : NewTerms)
7835         dbgs() << *T << "\n";
7836     });
7837
7838   if (NewTerms.empty() ||
7839       !findArrayDimensionsRec(SE, NewTerms, Sizes)) {
7840     Sizes.clear();
7841     return;
7842   }
7843
7844   // The last element to be pushed into Sizes is the size of an element.
7845   Sizes.push_back(ElementSize);
7846
7847   DEBUG({
7848       dbgs() << "Sizes:\n";
7849       for (const SCEV *S : Sizes)
7850         dbgs() << *S << "\n";
7851     });
7852 }
7853
7854 /// Third step of delinearization: compute the access functions for the
7855 /// Subscripts based on the dimensions in Sizes.
7856 void SCEVAddRecExpr::computeAccessFunctions(
7857     ScalarEvolution &SE, SmallVectorImpl<const SCEV *> &Subscripts,
7858     SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes) const {
7859
7860   // Early exit in case this SCEV is not an affine multivariate function.
7861   if (Sizes.empty() || !this->isAffine())
7862     return;
7863
7864   const SCEV *Res = this;
7865   int Last = Sizes.size() - 1;
7866   for (int i = Last; i >= 0; i--) {
7867     const SCEV *Q, *R;
7868     SCEVDivision::divide(SE, Res, Sizes[i], &Q, &R);
7869
7870     DEBUG({
7871         dbgs() << "Res: " << *Res << "\n";
7872         dbgs() << "Sizes[i]: " << *Sizes[i] << "\n";
7873         dbgs() << "Res divided by Sizes[i]:\n";
7874         dbgs() << "Quotient: " << *Q << "\n";
7875         dbgs() << "Remainder: " << *R << "\n";
7876       });
7877
7878     Res = Q;
7879
7880     // Do not record the last subscript corresponding to the size of elements in
7881     // the array.
7882     if (i == Last) {
7883
7884       // Bail out if the remainder is too complex.
7885       if (isa<SCEVAddRecExpr>(R)) {
7886         Subscripts.clear();
7887         Sizes.clear();
7888         return;
7889       }
7890
7891       continue;
7892     }
7893
7894     // Record the access function for the current subscript.
7895     Subscripts.push_back(R);
7896   }
7897
7898   // Also push in last position the remainder of the last division: it will be
7899   // the access function of the innermost dimension.
7900   Subscripts.push_back(Res);
7901
7902   std::reverse(Subscripts.begin(), Subscripts.end());
7903
7904   DEBUG({
7905       dbgs() << "Subscripts:\n";
7906       for (const SCEV *S : Subscripts)
7907         dbgs() << *S << "\n";
7908     });
7909 }
7910
7911 /// Splits the SCEV into two vectors of SCEVs representing the subscripts and
7912 /// sizes of an array access. Returns the remainder of the delinearization that
7913 /// is the offset start of the array.  The SCEV->delinearize algorithm computes
7914 /// the multiples of SCEV coefficients: that is a pattern matching of sub
7915 /// expressions in the stride and base of a SCEV corresponding to the
7916 /// computation of a GCD (greatest common divisor) of base and stride.  When
7917 /// SCEV->delinearize fails, it returns the SCEV unchanged.
7918 ///
7919 /// For example: when analyzing the memory access A[i][j][k] in this loop nest
7920 ///
7921 ///  void foo(long n, long m, long o, double A[n][m][o]) {
7922 ///
7923 ///    for (long i = 0; i < n; i++)
7924 ///      for (long j = 0; j < m; j++)
7925 ///        for (long k = 0; k < o; k++)
7926 ///          A[i][j][k] = 1.0;
7927 ///  }
7928 ///
7929 /// the delinearization input is the following AddRec SCEV:
7930 ///
7931 ///  AddRec: {{{%A,+,(8 * %m * %o)}<%for.i>,+,(8 * %o)}<%for.j>,+,8}<%for.k>
7932 ///
7933 /// From this SCEV, we are able to say that the base offset of the access is %A
7934 /// because it appears as an offset that does not divide any of the strides in
7935 /// the loops:
7936 ///
7937 ///  CHECK: Base offset: %A
7938 ///
7939 /// and then SCEV->delinearize determines the size of some of the dimensions of
7940 /// the array as these are the multiples by which the strides are happening:
7941 ///
7942 ///  CHECK: ArrayDecl[UnknownSize][%m][%o] with elements of sizeof(double) bytes.
7943 ///
7944 /// Note that the outermost dimension remains of UnknownSize because there are
7945 /// no strides that would help identifying the size of the last dimension: when
7946 /// the array has been statically allocated, one could compute the size of that
7947 /// dimension by dividing the overall size of the array by the size of the known
7948 /// dimensions: %m * %o * 8.
7949 ///
7950 /// Finally delinearize provides the access functions for the array reference
7951 /// that does correspond to A[i][j][k] of the above C testcase:
7952 ///
7953 ///  CHECK: ArrayRef[{0,+,1}<%for.i>][{0,+,1}<%for.j>][{0,+,1}<%for.k>]
7954 ///
7955 /// The testcases are checking the output of a function pass:
7956 /// DelinearizationPass that walks through all loads and stores of a function
7957 /// asking for the SCEV of the memory access with respect to all enclosing
7958 /// loops, calling SCEV->delinearize on that and printing the results.
7959
7960 void SCEVAddRecExpr::delinearize(ScalarEvolution &SE,
7961                                  SmallVectorImpl<const SCEV *> &Subscripts,
7962                                  SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes,
7963                                  const SCEV *ElementSize) const {
7964   // First step: collect parametric terms.
7965   SmallVector<const SCEV *, 4> Terms;
7966   collectParametricTerms(SE, Terms);
7967
7968   if (Terms.empty())
7969     return;
7970
7971   // Second step: find subscript sizes.
7972   SE.findArrayDimensions(Terms, Sizes, ElementSize);
7973
7974   if (Sizes.empty())
7975     return;
7976
7977   // Third step: compute the access functions for each subscript.
7978   computeAccessFunctions(SE, Subscripts, Sizes);
7979
7980   if (Subscripts.empty())
7981     return;
7982
7983   DEBUG({
7984       dbgs() << "succeeded to delinearize " << *this << "\n";
7985       dbgs() << "ArrayDecl[UnknownSize]";
7986       for (const SCEV *S : Sizes)
7987         dbgs() << "[" << *S << "]";
7988
7989       dbgs() << "\nArrayRef";
7990       for (const SCEV *S : Subscripts)
7991         dbgs() << "[" << *S << "]";
7992       dbgs() << "\n";
7993     });
7994 }
7995
7996 //===----------------------------------------------------------------------===//
7997 //                   SCEVCallbackVH Class Implementation
7998 //===----------------------------------------------------------------------===//
7999
8000 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::deleted() {
8001   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
8002   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(getValPtr()))
8003     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
8004   SE->ValueExprMap.erase(getValPtr());
8005   // this now dangles!
8006 }
8007
8008 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::allUsesReplacedWith(Value *V) {
8009   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
8010
8011   // Forget all the expressions associated with users of the old value,
8012   // so that future queries will recompute the expressions using the new
8013   // value.
8014   Value *Old = getValPtr();
8015   SmallVector<User *, 16> Worklist(Old->user_begin(), Old->user_end());
8016   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
8017   while (!Worklist.empty()) {
8018     User *U = Worklist.pop_back_val();
8019     // Deleting the Old value will cause this to dangle. Postpone
8020     // that until everything else is done.
8021     if (U == Old)
8022       continue;
8023     if (!Visited.insert(U).second)
8024       continue;
8025     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U))
8026       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
8027     SE->ValueExprMap.erase(U);
8028     Worklist.insert(Worklist.end(), U->user_begin(), U->user_end());
8029   }
8030   // Delete the Old value.
8031   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Old))
8032     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
8033   SE->ValueExprMap.erase(Old);
8034   // this now dangles!
8035 }
8036
8037 ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *se)
8038   : CallbackVH(V), SE(se) {}
8039
8040 //===----------------------------------------------------------------------===//
8041 //                   ScalarEvolution Class Implementation
8042 //===----------------------------------------------------------------------===//
8043
8044 ScalarEvolution::ScalarEvolution()
8045     : FunctionPass(ID), WalkingBEDominatingConds(false), ValuesAtScopes(64),
8046       LoopDispositions(64), BlockDispositions(64), FirstUnknown(nullptr) {
8047   initializeScalarEvolutionPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
8048 }
8049
8050 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
8051   this->F = &F;
8052   AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
8053   LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
8054   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
8055   DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
8056   return false;
8057 }
8058
8059 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
8060   // Iterate through all the SCEVUnknown instances and call their
8061   // destructors, so that they release their references to their values.
8062   for (SCEVUnknown *U = FirstUnknown; U; U = U->Next)
8063     U->~SCEVUnknown();
8064   FirstUnknown = nullptr;
8065
8066   ValueExprMap.clear();
8067
8068   // Free any extra memory created for ExitNotTakenInfo in the unlikely event
8069   // that a loop had multiple computable exits.
8070   for (DenseMap<const Loop*, BackedgeTakenInfo>::iterator I =
8071          BackedgeTakenCounts.begin(), E = BackedgeTakenCounts.end();
8072        I != E; ++I) {
8073     I->second.clear();
8074   }
8075
8076   assert(PendingLoopPredicates.empty() && "isImpliedCond garbage");
8077   assert(!WalkingBEDominatingConds && "isLoopBackedgeGuardedByCond garbage!");
8078
8079   BackedgeTakenCounts.clear();
8080   ConstantEvolutionLoopExitValue.clear();
8081   ValuesAtScopes.clear();
8082   LoopDispositions.clear();
8083   BlockDispositions.clear();
8084   UnsignedRanges.clear();
8085   SignedRanges.clear();
8086   UniqueSCEVs.clear();
8087   SCEVAllocator.Reset();
8088 }
8089
8090 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
8091   AU.setPreservesAll();
8092   AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
8093   AU.addRequiredTransitive<LoopInfoWrapperPass>();
8094   AU.addRequiredTransitive<DominatorTreeWrapperPass>();
8095   AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
8096 }
8097
8098 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
8099   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getBackedgeTakenCount(L));
8100 }
8101
8102 static void PrintLoopInfo(raw_ostream &OS, ScalarEvolution *SE,
8103                           const Loop *L) {
8104   // Print all inner loops first
8105   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
8106     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
8107
8108   OS << "Loop ";
8109   L->getHeader()->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
8110   OS << ": ";
8111
8112   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
8113   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
8114   if (ExitBlocks.size() != 1)
8115     OS << "<multiple exits> ";
8116
8117   if (SE->hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(L)) {
8118     OS << "backedge-taken count is " << *SE->getBackedgeTakenCount(L);
8119   } else {
8120     OS << "Unpredictable backedge-taken count. ";
8121   }
8122
8123   OS << "\n"
8124         "Loop ";
8125   L->getHeader()->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
8126   OS << ": ";
8127
8128   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(SE->getMaxBackedgeTakenCount(L))) {
8129     OS << "max backedge-taken count is " << *SE->getMaxBackedgeTakenCount(L);
8130   } else {
8131     OS << "Unpredictable max backedge-taken count. ";
8132   }
8133
8134   OS << "\n";
8135 }
8136
8137 void ScalarEvolution::print(raw_ostream &OS, const Module *) const {
8138   // ScalarEvolution's implementation of the print method is to print
8139   // out SCEV values of all instructions that are interesting. Doing
8140   // this potentially causes it to create new SCEV objects though,
8141   // which technically conflicts with the const qualifier. This isn't
8142   // observable from outside the class though, so casting away the
8143   // const isn't dangerous.
8144   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
8145
8146   OS << "Classifying expressions for: ";
8147   F->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
8148   OS << "\n";
8149   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
8150     if (isSCEVable(I->getType()) && !isa<CmpInst>(*I)) {
8151       OS << *I << '\n';
8152       OS << "  -->  ";
8153       const SCEV *SV = SE.getSCEV(&*I);
8154       SV->print(OS);
8155       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(SV)) {
8156         OS << " U: ";
8157         SE.getUnsignedRange(SV).print(OS);
8158         OS << " S: ";
8159         SE.getSignedRange(SV).print(OS);
8160       }
8161
8162       const Loop *L = LI->getLoopFor((*I).getParent());
8163
8164       const SCEV *AtUse = SE.getSCEVAtScope(SV, L);
8165       if (AtUse != SV) {
8166         OS << "  -->  ";
8167         AtUse->print(OS);
8168         if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(AtUse)) {
8169           OS << " U: ";
8170           SE.getUnsignedRange(AtUse).print(OS);
8171           OS << " S: ";
8172           SE.getSignedRange(AtUse).print(OS);
8173         }
8174       }
8175
8176       if (L) {
8177         OS << "\t\t" "Exits: ";
8178         const SCEV *ExitValue = SE.getSCEVAtScope(SV, L->getParentLoop());
8179         if (!SE.isLoopInvariant(ExitValue, L)) {
8180           OS << "<<Unknown>>";
8181         } else {
8182           OS << *ExitValue;
8183         }
8184       }
8185
8186       OS << "\n";
8187     }
8188
8189   OS << "Determining loop execution counts for: ";
8190   F->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
8191   OS << "\n";
8192   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
8193     PrintLoopInfo(OS, &SE, *I);
8194 }
8195
8196 ScalarEvolution::LoopDisposition
8197 ScalarEvolution::getLoopDisposition(const SCEV *S, const Loop *L) {
8198   auto &Values = LoopDispositions[S];
8199   for (auto &V : Values) {
8200     if (V.getPointer() == L)
8201       return V.getInt();
8202   }
8203   Values.emplace_back(L, LoopVariant);
8204   LoopDisposition D = computeLoopDisposition(S, L);
8205   auto &Values2 = LoopDispositions[S];
8206   for (auto &V : make_range(Values2.rbegin(), Values2.rend())) {
8207     if (V.getPointer() == L) {
8208       V.setInt(D);
8209       break;
8210     }
8211   }
8212   return D;
8213 }
8214
8215 ScalarEvolution::LoopDisposition
8216 ScalarEvolution::computeLoopDisposition(const SCEV *S, const Loop *L) {
8217   switch (static_cast<SCEVTypes>(S->getSCEVType())) {
8218   case scConstant:
8219     return LoopInvariant;
8220   case scTruncate:
8221   case scZeroExtend:
8222   case scSignExtend:
8223     return getLoopDisposition(cast<SCEVCastExpr>(S)->getOperand(), L);
8224   case scAddRecExpr: {
8225     const SCEVAddRecExpr *AR = cast<SCEVAddRecExpr>(S);
8226
8227     // If L is the addrec's loop, it's computable.
8228     if (AR->getLoop() == L)
8229       return LoopComputable;
8230
8231     // Add recurrences are never invariant in the function-body (null loop).
8232     if (!L)
8233       return LoopVariant;
8234
8235     // This recurrence is variant w.r.t. L if L contains AR's loop.
8236     if (L->contains(AR->getLoop()))
8237       return LoopVariant;
8238
8239     // This recurrence is invariant w.r.t. L if AR's loop contains L.
8240     if (AR->getLoop()->contains(L))
8241       return LoopInvariant;
8242
8243     // This recurrence is variant w.r.t. L if any of its operands
8244     // are variant.
8245     for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = AR->op_begin(), E = AR->op_end();
8246          I != E; ++I)
8247       if (!isLoopInvariant(*I, L))
8248         return LoopVariant;
8249
8250     // Otherwise it's loop-invariant.
8251     return LoopInvariant;
8252   }
8253   case scAddExpr:
8254   case scMulExpr:
8255   case scUMaxExpr:
8256   case scSMaxExpr: {
8257     const SCEVNAryExpr *NAry = cast<SCEVNAryExpr>(S);
8258     bool HasVarying = false;
8259     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
8260          I != E; ++I) {
8261       LoopDisposition D = getLoopDisposition(*I, L);
8262       if (D == LoopVariant)
8263         return LoopVariant;
8264       if (D == LoopComputable)
8265         HasVarying = true;
8266     }
8267     return HasVarying ? LoopComputable : LoopInvariant;
8268   }
8269   case scUDivExpr: {
8270     const SCEVUDivExpr *UDiv = cast<SCEVUDivExpr>(S);
8271     LoopDisposition LD = getLoopDisposition(UDiv->getLHS(), L);
8272     if (LD == LoopVariant)
8273       return LoopVariant;
8274     LoopDisposition RD = getLoopDisposition(UDiv->getRHS(), L);
8275     if (RD == LoopVariant)
8276       return LoopVariant;
8277     return (LD == LoopInvariant && RD == LoopInvariant) ?
8278            LoopInvariant : LoopComputable;
8279   }
8280   case scUnknown:
8281     // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
8282     // invariant if they are not contained in the specified loop.
8283     // Instructions are never considered invariant in the function body
8284     // (null loop) because they are defined within the "loop".
8285     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(cast<SCEVUnknown>(S)->getValue()))
8286       return (L && !L->contains(I)) ? LoopInvariant : LoopVariant;
8287     return LoopInvariant;
8288   case scCouldNotCompute:
8289     llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
8290   }
8291   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
8292 }
8293
8294 bool ScalarEvolution::isLoopInvariant(const SCEV *S, const Loop *L) {
8295   return getLoopDisposition(S, L) == LoopInvariant;
8296 }
8297
8298 bool ScalarEvolution::hasComputableLoopEvolution(const SCEV *S, const Loop *L) {
8299   return getLoopDisposition(S, L) == LoopComputable;
8300 }
8301
8302 ScalarEvolution::BlockDisposition
8303 ScalarEvolution::getBlockDisposition(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
8304   auto &Values = BlockDispositions[S];
8305   for (auto &V : Values) {
8306     if (V.getPointer() == BB)
8307       return V.getInt();
8308   }
8309   Values.emplace_back(BB, DoesNotDominateBlock);
8310   BlockDisposition D = computeBlockDisposition(S, BB);
8311   auto &Values2 = BlockDispositions[S];
8312   for (auto &V : make_range(Values2.rbegin(), Values2.rend())) {
8313     if (V.getPointer() == BB) {
8314       V.setInt(D);
8315       break;
8316     }
8317   }
8318   return D;
8319 }
8320
8321 ScalarEvolution::BlockDisposition
8322 ScalarEvolution::computeBlockDisposition(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
8323   switch (static_cast<SCEVTypes>(S->getSCEVType())) {
8324   case scConstant:
8325     return ProperlyDominatesBlock;
8326   case scTruncate:
8327   case scZeroExtend:
8328   case scSignExtend:
8329     return getBlockDisposition(cast<SCEVCastExpr>(S)->getOperand(), BB);
8330   case scAddRecExpr: {
8331     // This uses a "dominates" query instead of "properly dominates" query
8332     // to test for proper dominance too, because the instruction which
8333     // produces the addrec's value is a PHI, and a PHI effectively properly
8334     // dominates its entire containing block.
8335     const SCEVAddRecExpr *AR = cast<SCEVAddRecExpr>(S);
8336     if (!DT->dominates(AR->getLoop()->getHeader(), BB))
8337       return DoesNotDominateBlock;
8338   }
8339   // FALL THROUGH into SCEVNAryExpr handling.
8340   case scAddExpr:
8341   case scMulExpr:
8342   case scUMaxExpr:
8343   case scSMaxExpr: {
8344     const SCEVNAryExpr *NAry = cast<SCEVNAryExpr>(S);
8345     bool Proper = true;
8346     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
8347          I != E; ++I) {
8348       BlockDisposition D = getBlockDisposition(*I, BB);
8349       if (D == DoesNotDominateBlock)
8350         return DoesNotDominateBlock;
8351       if (D == DominatesBlock)
8352         Proper = false;
8353     }
8354     return Proper ? ProperlyDominatesBlock : DominatesBlock;
8355   }
8356   case scUDivExpr: {
8357     const SCEVUDivExpr *UDiv = cast<SCEVUDivExpr>(S);
8358     const SCEV *LHS = UDiv->getLHS(), *RHS = UDiv->getRHS();
8359     BlockDisposition LD = getBlockDisposition(LHS, BB);
8360     if (LD == DoesNotDominateBlock)
8361       return DoesNotDominateBlock;
8362     BlockDisposition RD = getBlockDisposition(RHS, BB);
8363     if (RD == DoesNotDominateBlock)
8364       return DoesNotDominateBlock;
8365     return (LD == ProperlyDominatesBlock && RD == ProperlyDominatesBlock) ?
8366       ProperlyDominatesBlock : DominatesBlock;
8367   }
8368   case scUnknown:
8369     if (Instruction *I =
8370           dyn_cast<Instruction>(cast<SCEVUnknown>(S)->getValue())) {
8371       if (I->getParent() == BB)
8372         return DominatesBlock;
8373       if (DT->properlyDominates(I->getParent(), BB))
8374         return ProperlyDominatesBlock;
8375       return DoesNotDominateBlock;
8376     }
8377     return ProperlyDominatesBlock;
8378   case scCouldNotCompute:
8379     llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
8380   }
8381   llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
8382 }
8383
8384 bool ScalarEvolution::dominates(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
8385   return getBlockDisposition(S, BB) >= DominatesBlock;
8386 }
8387
8388 bool ScalarEvolution::properlyDominates(const SCEV *S, const BasicBlock *BB) {
8389   return getBlockDisposition(S, BB) == ProperlyDominatesBlock;
8390 }
8391
8392 namespace {
8393 // Search for a SCEV expression node within an expression tree.
8394 // Implements SCEVTraversal::Visitor.
8395 struct SCEVSearch {
8396   const SCEV *Node;
8397   bool IsFound;
8398
8399   SCEVSearch(const SCEV *N): Node(N), IsFound(false) {}
8400
8401   bool follow(const SCEV *S) {
8402     IsFound |= (S == Node);
8403     return !IsFound;
8404   }
8405   bool isDone() const { return IsFound; }
8406 };
8407 }
8408
8409 bool ScalarEvolution::hasOperand(const SCEV *S, const SCEV *Op) const {
8410   SCEVSearch Search(Op);
8411   visitAll(S, Search);
8412   return Search.IsFound;
8413 }
8414
8415 void ScalarEvolution::forgetMemoizedResults(const SCEV *S) {
8416   ValuesAtScopes.erase(S);
8417   LoopDispositions.erase(S);
8418   BlockDispositions.erase(S);
8419   UnsignedRanges.erase(S);
8420   SignedRanges.erase(S);
8421
8422   for (DenseMap<const Loop*, BackedgeTakenInfo>::iterator I =
8423          BackedgeTakenCounts.begin(), E = BackedgeTakenCounts.end(); I != E; ) {
8424     BackedgeTakenInfo &BEInfo = I->second;
8425     if (BEInfo.hasOperand(S, this)) {
8426       BEInfo.clear();
8427       BackedgeTakenCounts.erase(I++);
8428     }
8429     else
8430       ++I;
8431   }
8432 }
8433
8434 typedef DenseMap<const Loop *, std::string> VerifyMap;
8435
8436 /// replaceSubString - Replaces all occurrences of From in Str with To.
8437 static void replaceSubString(std::string &Str, StringRef From, StringRef To) {
8438   size_t Pos = 0;
8439   while ((Pos = Str.find(From, Pos)) != std::string::npos) {
8440     Str.replace(Pos, From.size(), To.data(), To.size());
8441     Pos += To.size();
8442   }
8443 }
8444
8445 /// getLoopBackedgeTakenCounts - Helper method for verifyAnalysis.
8446 static void
8447 getLoopBackedgeTakenCounts(Loop *L, VerifyMap &Map, ScalarEvolution &SE) {
8448   for (Loop::reverse_iterator I = L->rbegin(), E = L->rend(); I != E; ++I) {
8449     getLoopBackedgeTakenCounts(*I, Map, SE); // recurse.
8450
8451     std::string &S = Map[L];
8452     if (S.empty()) {
8453       raw_string_ostream OS(S);
8454       SE.getBackedgeTakenCount(L)->print(OS);
8455
8456       // false and 0 are semantically equivalent. This can happen in dead loops.
8457       replaceSubString(OS.str(), "false", "0");
8458       // Remove wrap flags, their use in SCEV is highly fragile.
8459       // FIXME: Remove this when SCEV gets smarter about them.
8460       replaceSubString(OS.str(), "<nw>", "");
8461       replaceSubString(OS.str(), "<nsw>", "");
8462       replaceSubString(OS.str(), "<nuw>", "");
8463     }
8464   }
8465 }
8466
8467 void ScalarEvolution::verifyAnalysis() const {
8468   if (!VerifySCEV)
8469     return;
8470
8471   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
8472
8473   // Gather stringified backedge taken counts for all loops using SCEV's caches.
8474   // FIXME: It would be much better to store actual values instead of strings,
8475   //        but SCEV pointers will change if we drop the caches.
8476   VerifyMap BackedgeDumpsOld, BackedgeDumpsNew;
8477   for (LoopInfo::reverse_iterator I = LI->rbegin(), E = LI->rend(); I != E; ++I)
8478     getLoopBackedgeTakenCounts(*I, BackedgeDumpsOld, SE);
8479
8480   // Gather stringified backedge taken counts for all loops without using
8481   // SCEV's caches.
8482   SE.releaseMemory();
8483   for (LoopInfo::reverse_iterator I = LI->rbegin(), E = LI->rend(); I != E; ++I)
8484     getLoopBackedgeTakenCounts(*I, BackedgeDumpsNew, SE);
8485
8486   // Now compare whether they're the same with and without caches. This allows
8487   // verifying that no pass changed the cache.
8488   assert(BackedgeDumpsOld.size() == BackedgeDumpsNew.size() &&
8489          "New loops suddenly appeared!");
8490
8491   for (VerifyMap::iterator OldI = BackedgeDumpsOld.begin(),
8492                            OldE = BackedgeDumpsOld.end(),
8493                            NewI = BackedgeDumpsNew.begin();
8494        OldI != OldE; ++OldI, ++NewI) {
8495     assert(OldI->first == NewI->first && "Loop order changed!");
8496
8497     // Compare the stringified SCEVs. We don't care if undef backedgetaken count
8498     // changes.
8499     // FIXME: We currently ignore SCEV changes from/to CouldNotCompute. This
8500     // means that a pass is buggy or SCEV has to learn a new pattern but is
8501     // usually not harmful.
8502     if (OldI->second != NewI->second &&
8503         OldI->second.find("undef") == std::string::npos &&
8504         NewI->second.find("undef") == std::string::npos &&
8505         OldI->second != "***COULDNOTCOMPUTE***" &&
8506         NewI->second != "***COULDNOTCOMPUTE***") {
8507       dbgs() << "SCEVValidator: SCEV for loop '"
8508              << OldI->first->getHeader()->getName()
8509              << "' changed from '" << OldI->second
8510              << "' to '" << NewI->second << "'!\n";
8511       std::abort();
8512     }
8513   }
8514
8515   // TODO: Verify more things.
8516 }