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[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolution.cpp
1 //===- ScalarEvolution.cpp - Scalar Evolution Analysis ----------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains the implementation of the scalar evolution analysis
11 // engine, which is used primarily to analyze expressions involving induction
12 // variables in loops.
13 //
14 // There are several aspects to this library.  First is the representation of
15 // scalar expressions, which are represented as subclasses of the SCEV class.
16 // These classes are used to represent certain types of subexpressions that we
17 // can handle. 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 #define DEBUG_TYPE "scalar-evolution"
62 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
63 #include "llvm/Constants.h"
64 #include "llvm/DerivedTypes.h"
65 #include "llvm/GlobalVariable.h"
66 #include "llvm/GlobalAlias.h"
67 #include "llvm/Instructions.h"
68 #include "llvm/LLVMContext.h"
69 #include "llvm/Operator.h"
70 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
71 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
72 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
73 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
74 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
75 #include "llvm/Target/TargetData.h"
76 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
77 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
78 #include "llvm/Support/Debug.h"
79 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
80 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
81 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
82 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
83 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
84 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
85 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
86 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
87 #include <algorithm>
88 using namespace llvm;
89
90 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
91           "Number of trip counts computed with array length");
92 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
93           "Number of loops with predictable loop counts");
94 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
95           "Number of loops without predictable loop counts");
96 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
97           "Number of loops with trip counts computed by force");
98
99 static cl::opt<unsigned>
100 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
101                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
102                                  "symbolically execute a constant "
103                                  "derived loop"),
104                         cl::init(100));
105
106 INITIALIZE_PASS(ScalarEvolution, "scalar-evolution",
107                 "Scalar Evolution Analysis", false, true);
108 char ScalarEvolution::ID = 0;
109
110 //===----------------------------------------------------------------------===//
111 //                           SCEV class definitions
112 //===----------------------------------------------------------------------===//
113
114 //===----------------------------------------------------------------------===//
115 // Implementation of the SCEV class.
116 //
117
118 SCEV::~SCEV() {}
119
120 void SCEV::dump() const {
121   print(dbgs());
122   dbgs() << '\n';
123 }
124
125 bool SCEV::isZero() const {
126   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
127     return SC->getValue()->isZero();
128   return false;
129 }
130
131 bool SCEV::isOne() const {
132   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
133     return SC->getValue()->isOne();
134   return false;
135 }
136
137 bool SCEV::isAllOnesValue() const {
138   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
139     return SC->getValue()->isAllOnesValue();
140   return false;
141 }
142
143 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() :
144   SCEV(FoldingSetNodeIDRef(), scCouldNotCompute) {}
145
146 bool SCEVCouldNotCompute::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
147   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
148   return false;
149 }
150
151 const Type *SCEVCouldNotCompute::getType() const {
152   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
153   return 0;
154 }
155
156 bool SCEVCouldNotCompute::hasComputableLoopEvolution(const Loop *L) const {
157   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
158   return false;
159 }
160
161 bool SCEVCouldNotCompute::hasOperand(const SCEV *) const {
162   llvm_unreachable("Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
163   return false;
164 }
165
166 void SCEVCouldNotCompute::print(raw_ostream &OS) const {
167   OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
168 }
169
170 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
171   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
172 }
173
174 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(ConstantInt *V) {
175   FoldingSetNodeID ID;
176   ID.AddInteger(scConstant);
177   ID.AddPointer(V);
178   void *IP = 0;
179   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
180   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVConstant(ID.Intern(SCEVAllocator), V);
181   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
182   return S;
183 }
184
185 const SCEV *ScalarEvolution::getConstant(const APInt& Val) {
186   return getConstant(ConstantInt::get(getContext(), Val));
187 }
188
189 const SCEV *
190 ScalarEvolution::getConstant(const Type *Ty, uint64_t V, bool isSigned) {
191   const IntegerType *ITy = cast<IntegerType>(getEffectiveSCEVType(Ty));
192   return getConstant(ConstantInt::get(ITy, V, isSigned));
193 }
194
195 const Type *SCEVConstant::getType() const { return V->getType(); }
196
197 void SCEVConstant::print(raw_ostream &OS) const {
198   WriteAsOperand(OS, V, false);
199 }
200
201 SCEVCastExpr::SCEVCastExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
202                            unsigned SCEVTy, const SCEV *op, const Type *ty)
203   : SCEV(ID, SCEVTy), Op(op), Ty(ty) {}
204
205 bool SCEVCastExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
206   return Op->dominates(BB, DT);
207 }
208
209 bool SCEVCastExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
210   return Op->properlyDominates(BB, DT);
211 }
212
213 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
214                                    const SCEV *op, const Type *ty)
215   : SCEVCastExpr(ID, scTruncate, op, ty) {
216   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
217          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
218          "Cannot truncate non-integer value!");
219 }
220
221 void SCEVTruncateExpr::print(raw_ostream &OS) const {
222   OS << "(trunc " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
223 }
224
225 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
226                                        const SCEV *op, const Type *ty)
227   : SCEVCastExpr(ID, scZeroExtend, op, ty) {
228   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
229          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
230          "Cannot zero extend non-integer value!");
231 }
232
233 void SCEVZeroExtendExpr::print(raw_ostream &OS) const {
234   OS << "(zext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
235 }
236
237 SCEVSignExtendExpr::SCEVSignExtendExpr(const FoldingSetNodeIDRef ID,
238                                        const SCEV *op, const Type *ty)
239   : SCEVCastExpr(ID, scSignExtend, op, ty) {
240   assert((Op->getType()->isIntegerTy() || Op->getType()->isPointerTy()) &&
241          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
242          "Cannot sign extend non-integer value!");
243 }
244
245 void SCEVSignExtendExpr::print(raw_ostream &OS) const {
246   OS << "(sext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
247 }
248
249 void SCEVCommutativeExpr::print(raw_ostream &OS) const {
250   const char *OpStr = getOperationStr();
251   OS << "(";
252   for (op_iterator I = op_begin(), E = op_end(); I != E; ++I) {
253     OS << **I;
254     if (llvm::next(I) != E)
255       OS << OpStr;
256   }
257   OS << ")";
258 }
259
260 bool SCEVNAryExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
261   for (op_iterator I = op_begin(), E = op_end(); I != E; ++I)
262     if (!(*I)->dominates(BB, DT))
263       return false;
264   return true;
265 }
266
267 bool SCEVNAryExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
268   for (op_iterator I = op_begin(), E = op_end(); I != E; ++I)
269     if (!(*I)->properlyDominates(BB, DT))
270       return false;
271   return true;
272 }
273
274 bool SCEVNAryExpr::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
275   for (op_iterator I = op_begin(), E = op_end(); I != E; ++I)
276     if (!(*I)->isLoopInvariant(L))
277       return false;
278   return true;
279 }
280
281 // hasComputableLoopEvolution - N-ary expressions have computable loop
282 // evolutions iff they have at least one operand that varies with the loop,
283 // but that all varying operands are computable.
284 bool SCEVNAryExpr::hasComputableLoopEvolution(const Loop *L) const {
285   bool HasVarying = false;
286   for (op_iterator I = op_begin(), E = op_end(); I != E; ++I) {
287     const SCEV *S = *I;
288     if (!S->isLoopInvariant(L)) {
289       if (S->hasComputableLoopEvolution(L))
290         HasVarying = true;
291       else
292         return false;
293     }
294   }
295   return HasVarying;
296 }
297
298 bool SCEVNAryExpr::hasOperand(const SCEV *O) const {
299   for (op_iterator I = op_begin(), E = op_end(); I != E; ++I) {
300     const SCEV *S = *I;
301     if (O == S || S->hasOperand(O))
302       return true;
303   }
304   return false;
305 }
306
307 bool SCEVUDivExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
308   return LHS->dominates(BB, DT) && RHS->dominates(BB, DT);
309 }
310
311 bool SCEVUDivExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
312   return LHS->properlyDominates(BB, DT) && RHS->properlyDominates(BB, DT);
313 }
314
315 void SCEVUDivExpr::print(raw_ostream &OS) const {
316   OS << "(" << *LHS << " /u " << *RHS << ")";
317 }
318
319 const Type *SCEVUDivExpr::getType() const {
320   // In most cases the types of LHS and RHS will be the same, but in some
321   // crazy cases one or the other may be a pointer. ScalarEvolution doesn't
322   // depend on the type for correctness, but handling types carefully can
323   // avoid extra casts in the SCEVExpander. The LHS is more likely to be
324   // a pointer type than the RHS, so use the RHS' type here.
325   return RHS->getType();
326 }
327
328 bool SCEVAddRecExpr::isLoopInvariant(const Loop *QueryLoop) const {
329   // Add recurrences are never invariant in the function-body (null loop).
330   if (!QueryLoop)
331     return false;
332
333   // This recurrence is variant w.r.t. QueryLoop if QueryLoop contains L.
334   if (QueryLoop->contains(L))
335     return false;
336
337   // This recurrence is invariant w.r.t. QueryLoop if L contains QueryLoop.
338   if (L->contains(QueryLoop))
339     return true;
340
341   // This recurrence is variant w.r.t. QueryLoop if any of its operands
342   // are variant.
343   for (op_iterator I = op_begin(), E = op_end(); I != E; ++I)
344     if (!(*I)->isLoopInvariant(QueryLoop))
345       return false;
346
347   // Otherwise it's loop-invariant.
348   return true;
349 }
350
351 bool
352 SCEVAddRecExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
353   return DT->dominates(L->getHeader(), BB) &&
354          SCEVNAryExpr::dominates(BB, DT);
355 }
356
357 bool
358 SCEVAddRecExpr::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
359   // This uses a "dominates" query instead of "properly dominates" query because
360   // the instruction which produces the addrec's value is a PHI, and a PHI
361   // effectively properly dominates its entire containing block.
362   return DT->dominates(L->getHeader(), BB) &&
363          SCEVNAryExpr::properlyDominates(BB, DT);
364 }
365
366 void SCEVAddRecExpr::print(raw_ostream &OS) const {
367   OS << "{" << *Operands[0];
368   for (unsigned i = 1, e = NumOperands; i != e; ++i)
369     OS << ",+," << *Operands[i];
370   OS << "}<";
371   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
372   OS << ">";
373 }
374
375 void SCEVUnknown::deleted() {
376   // Clear this SCEVUnknown from ValuesAtScopes.
377   SE->ValuesAtScopes.erase(this);
378
379   // Remove this SCEVUnknown from the uniquing map.
380   SE->UniqueSCEVs.RemoveNode(this);
381
382   // Release the value.
383   setValPtr(0);
384 }
385
386 void SCEVUnknown::allUsesReplacedWith(Value *New) {
387   // Clear this SCEVUnknown from ValuesAtScopes.
388   SE->ValuesAtScopes.erase(this);
389
390   // Remove this SCEVUnknown from the uniquing map.
391   SE->UniqueSCEVs.RemoveNode(this);
392
393   // Update this SCEVUnknown to point to the new value. This is needed
394   // because there may still be outstanding SCEVs which still point to
395   // this SCEVUnknown.
396   setValPtr(New);
397 }
398
399 bool SCEVUnknown::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
400   // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
401   // invariant if they are not contained in the specified loop.
402   // Instructions are never considered invariant in the function body
403   // (null loop) because they are defined within the "loop".
404   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValue()))
405     return L && !L->contains(I);
406   return true;
407 }
408
409 bool SCEVUnknown::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
410   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValue()))
411     return DT->dominates(I->getParent(), BB);
412   return true;
413 }
414
415 bool SCEVUnknown::properlyDominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
416   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValue()))
417     return DT->properlyDominates(I->getParent(), BB);
418   return true;
419 }
420
421 const Type *SCEVUnknown::getType() const {
422   return getValue()->getType();
423 }
424
425 bool SCEVUnknown::isSizeOf(const Type *&AllocTy) const {
426   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(getValue()))
427     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
428       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
429         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
430             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
431             CE->getNumOperands() == 2)
432           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(1)))
433             if (CI->isOne()) {
434               AllocTy = cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())
435                                  ->getElementType();
436               return true;
437             }
438
439   return false;
440 }
441
442 bool SCEVUnknown::isAlignOf(const Type *&AllocTy) const {
443   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(getValue()))
444     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
445       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
446         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
447             CE->getOperand(0)->isNullValue()) {
448           const Type *Ty =
449             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
450           if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty))
451             if (!STy->isPacked() &&
452                 CE->getNumOperands() == 3 &&
453                 CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
454               if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(2)))
455                 if (CI->isOne() &&
456                     STy->getNumElements() == 2 &&
457                     STy->getElementType(0)->isIntegerTy(1)) {
458                   AllocTy = STy->getElementType(1);
459                   return true;
460                 }
461             }
462         }
463
464   return false;
465 }
466
467 bool SCEVUnknown::isOffsetOf(const Type *&CTy, Constant *&FieldNo) const {
468   if (ConstantExpr *VCE = dyn_cast<ConstantExpr>(getValue()))
469     if (VCE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
470       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(VCE->getOperand(0)))
471         if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
472             CE->getNumOperands() == 3 &&
473             CE->getOperand(0)->isNullValue() &&
474             CE->getOperand(1)->isNullValue()) {
475           const Type *Ty =
476             cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())->getElementType();
477           // Ignore vector types here so that ScalarEvolutionExpander doesn't
478           // emit getelementptrs that index into vectors.
479           if (Ty->isStructTy() || Ty->isArrayTy()) {
480             CTy = Ty;
481             FieldNo = CE->getOperand(2);
482             return true;
483           }
484         }
485
486   return false;
487 }
488
489 void SCEVUnknown::print(raw_ostream &OS) const {
490   const Type *AllocTy;
491   if (isSizeOf(AllocTy)) {
492     OS << "sizeof(" << *AllocTy << ")";
493     return;
494   }
495   if (isAlignOf(AllocTy)) {
496     OS << "alignof(" << *AllocTy << ")";
497     return;
498   }
499
500   const Type *CTy;
501   Constant *FieldNo;
502   if (isOffsetOf(CTy, FieldNo)) {
503     OS << "offsetof(" << *CTy << ", ";
504     WriteAsOperand(OS, FieldNo, false);
505     OS << ")";
506     return;
507   }
508
509   // Otherwise just print it normally.
510   WriteAsOperand(OS, getValue(), false);
511 }
512
513 //===----------------------------------------------------------------------===//
514 //                               SCEV Utilities
515 //===----------------------------------------------------------------------===//
516
517 namespace {
518   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
519   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
520   /// expressions.
521   class SCEVComplexityCompare {
522     const LoopInfo *const LI;
523   public:
524     explicit SCEVComplexityCompare(const LoopInfo *li) : LI(li) {}
525
526     // Return true or false if LHS is less than, or at least RHS, respectively.
527     bool operator()(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
528       return compare(LHS, RHS) < 0;
529     }
530
531     // Return negative, zero, or positive, if LHS is less than, equal to, or
532     // greater than RHS, respectively. A three-way result allows recursive
533     // comparisons to be more efficient.
534     int compare(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
535       // Fast-path: SCEVs are uniqued so we can do a quick equality check.
536       if (LHS == RHS)
537         return 0;
538
539       // Primarily, sort the SCEVs by their getSCEVType().
540       unsigned LType = LHS->getSCEVType(), RType = RHS->getSCEVType();
541       if (LType != RType)
542         return (int)LType - (int)RType;
543
544       // Aside from the getSCEVType() ordering, the particular ordering
545       // isn't very important except that it's beneficial to be consistent,
546       // so that (a + b) and (b + a) don't end up as different expressions.
547       switch (LType) {
548       case scUnknown: {
549         const SCEVUnknown *LU = cast<SCEVUnknown>(LHS);
550         const SCEVUnknown *RU = cast<SCEVUnknown>(RHS);
551
552         // Sort SCEVUnknown values with some loose heuristics. TODO: This is
553         // not as complete as it could be.
554         const Value *LV = LU->getValue(), *RV = RU->getValue();
555
556         // Order pointer values after integer values. This helps SCEVExpander
557         // form GEPs.
558         bool LIsPointer = LV->getType()->isPointerTy(),
559              RIsPointer = RV->getType()->isPointerTy();
560         if (LIsPointer != RIsPointer)
561           return (int)LIsPointer - (int)RIsPointer;
562
563         // Compare getValueID values.
564         unsigned LID = LV->getValueID(),
565                  RID = RV->getValueID();
566         if (LID != RID)
567           return (int)LID - (int)RID;
568
569         // Sort arguments by their position.
570         if (const Argument *LA = dyn_cast<Argument>(LV)) {
571           const Argument *RA = cast<Argument>(RV);
572           unsigned LArgNo = LA->getArgNo(), RArgNo = RA->getArgNo();
573           return (int)LArgNo - (int)RArgNo;
574         }
575
576         // For instructions, compare their loop depth, and their operand
577         // count.  This is pretty loose.
578         if (const Instruction *LInst = dyn_cast<Instruction>(LV)) {
579           const Instruction *RInst = cast<Instruction>(RV);
580
581           // Compare loop depths.
582           const BasicBlock *LParent = LInst->getParent(),
583                            *RParent = RInst->getParent();
584           if (LParent != RParent) {
585             unsigned LDepth = LI->getLoopDepth(LParent),
586                      RDepth = LI->getLoopDepth(RParent);
587             if (LDepth != RDepth)
588               return (int)LDepth - (int)RDepth;
589           }
590
591           // Compare the number of operands.
592           unsigned LNumOps = LInst->getNumOperands(),
593                    RNumOps = RInst->getNumOperands();
594           return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
595         }
596
597         return 0;
598       }
599
600       case scConstant: {
601         const SCEVConstant *LC = cast<SCEVConstant>(LHS);
602         const SCEVConstant *RC = cast<SCEVConstant>(RHS);
603
604         // Compare constant values.
605         const APInt &LA = LC->getValue()->getValue();
606         const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
607         unsigned LBitWidth = LA.getBitWidth(), RBitWidth = RA.getBitWidth();
608         if (LBitWidth != RBitWidth)
609           return (int)LBitWidth - (int)RBitWidth;
610         return LA.ult(RA) ? -1 : 1;
611       }
612
613       case scAddRecExpr: {
614         const SCEVAddRecExpr *LA = cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
615         const SCEVAddRecExpr *RA = cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
616
617         // Compare addrec loop depths.
618         const Loop *LLoop = LA->getLoop(), *RLoop = RA->getLoop();
619         if (LLoop != RLoop) {
620           unsigned LDepth = LLoop->getLoopDepth(),
621                    RDepth = RLoop->getLoopDepth();
622           if (LDepth != RDepth)
623             return (int)LDepth - (int)RDepth;
624         }
625
626         // Addrec complexity grows with operand count.
627         unsigned LNumOps = LA->getNumOperands(), RNumOps = RA->getNumOperands();
628         if (LNumOps != RNumOps)
629           return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
630
631         // Lexicographically compare.
632         for (unsigned i = 0; i != LNumOps; ++i) {
633           long X = compare(LA->getOperand(i), RA->getOperand(i));
634           if (X != 0)
635             return X;
636         }
637
638         return 0;
639       }
640
641       case scAddExpr:
642       case scMulExpr:
643       case scSMaxExpr:
644       case scUMaxExpr: {
645         const SCEVNAryExpr *LC = cast<SCEVNAryExpr>(LHS);
646         const SCEVNAryExpr *RC = cast<SCEVNAryExpr>(RHS);
647
648         // Lexicographically compare n-ary expressions.
649         unsigned LNumOps = LC->getNumOperands(), RNumOps = RC->getNumOperands();
650         for (unsigned i = 0; i != LNumOps; ++i) {
651           if (i >= RNumOps)
652             return 1;
653           long X = compare(LC->getOperand(i), RC->getOperand(i));
654           if (X != 0)
655             return X;
656         }
657         return (int)LNumOps - (int)RNumOps;
658       }
659
660       case scUDivExpr: {
661         const SCEVUDivExpr *LC = cast<SCEVUDivExpr>(LHS);
662         const SCEVUDivExpr *RC = cast<SCEVUDivExpr>(RHS);
663
664         // Lexicographically compare udiv expressions.
665         long X = compare(LC->getLHS(), RC->getLHS());
666         if (X != 0)
667           return X;
668         return compare(LC->getRHS(), RC->getRHS());
669       }
670
671       case scTruncate:
672       case scZeroExtend:
673       case scSignExtend: {
674         const SCEVCastExpr *LC = cast<SCEVCastExpr>(LHS);
675         const SCEVCastExpr *RC = cast<SCEVCastExpr>(RHS);
676
677         // Compare cast expressions by operand.
678         return compare(LC->getOperand(), RC->getOperand());
679       }
680
681       default:
682         break;
683       }
684
685       llvm_unreachable("Unknown SCEV kind!");
686       return 0;
687     }
688   };
689 }
690
691 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
692 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
693 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
694 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
695 ///
696 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get deterministic
697 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
698 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
699 /// land in memory.
700 ///
701 static void GroupByComplexity(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
702                               LoopInfo *LI) {
703   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
704   if (Ops.size() == 2) {
705     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
706     // Special case it.
707     const SCEV *&LHS = Ops[0], *&RHS = Ops[1];
708     if (SCEVComplexityCompare(LI)(RHS, LHS))
709       std::swap(LHS, RHS);
710     return;
711   }
712
713   // Do the rough sort by complexity.
714   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare(LI));
715
716   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
717   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
718   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
719   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
720   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
721     const SCEV *S = Ops[i];
722     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
723
724     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
725     // one, group them.
726     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
727       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
728         // Move it to immediately after i'th element.
729         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
730         ++i;   // no need to rescan it.
731         if (i == e-2) return;  // Done!
732       }
733     }
734   }
735 }
736
737
738
739 //===----------------------------------------------------------------------===//
740 //                      Simple SCEV method implementations
741 //===----------------------------------------------------------------------===//
742
743 /// BinomialCoefficient - Compute BC(It, K).  The result has width W.
744 /// Assume, K > 0.
745 static const SCEV *BinomialCoefficient(const SCEV *It, unsigned K,
746                                        ScalarEvolution &SE,
747                                        const Type* ResultTy) {
748   // Handle the simplest case efficiently.
749   if (K == 1)
750     return SE.getTruncateOrZeroExtend(It, ResultTy);
751
752   // We are using the following formula for BC(It, K):
753   //
754   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / K!
755   //
756   // Suppose, W is the bitwidth of the return value.  We must be prepared for
757   // overflow.  Hence, we must assure that the result of our computation is
758   // equal to the accurate one modulo 2^W.  Unfortunately, division isn't
759   // safe in modular arithmetic.
760   //
761   // However, this code doesn't use exactly that formula; the formula it uses
762   // is something like the following, where T is the number of factors of 2 in
763   // K! (i.e. trailing zeros in the binary representation of K!), and ^ is
764   // exponentiation:
765   //
766   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / 2^T / (K! / 2^T)
767   //
768   // This formula is trivially equivalent to the previous formula.  However,
769   // this formula can be implemented much more efficiently.  The trick is that
770   // K! / 2^T is odd, and exact division by an odd number *is* safe in modular
771   // arithmetic.  To do exact division in modular arithmetic, all we have
772   // to do is multiply by the inverse.  Therefore, this step can be done at
773   // width W.
774   //
775   // The next issue is how to safely do the division by 2^T.  The way this
776   // is done is by doing the multiplication step at a width of at least W + T
777   // bits.  This way, the bottom W+T bits of the product are accurate. Then,
778   // when we perform the division by 2^T (which is equivalent to a right shift
779   // by T), the bottom W bits are accurate.  Extra bits are okay; they'll get
780   // truncated out after the division by 2^T.
781   //
782   // In comparison to just directly using the first formula, this technique
783   // is much more efficient; using the first formula requires W * K bits,
784   // but this formula less than W + K bits. Also, the first formula requires
785   // a division step, whereas this formula only requires multiplies and shifts.
786   //
787   // It doesn't matter whether the subtraction step is done in the calculation
788   // width or the input iteration count's width; if the subtraction overflows,
789   // the result must be zero anyway.  We prefer here to do it in the width of
790   // the induction variable because it helps a lot for certain cases; CodeGen
791   // isn't smart enough to ignore the overflow, which leads to much less
792   // efficient code if the width of the subtraction is wider than the native
793   // register width.
794   //
795   // (It's possible to not widen at all by pulling out factors of 2 before
796   // the multiplication; for example, K=2 can be calculated as
797   // It/2*(It+(It*INT_MIN/INT_MIN)+-1). However, it requires
798   // extra arithmetic, so it's not an obvious win, and it gets
799   // much more complicated for K > 3.)
800
801   // Protection from insane SCEVs; this bound is conservative,
802   // but it probably doesn't matter.
803   if (K > 1000)
804     return SE.getCouldNotCompute();
805
806   unsigned W = SE.getTypeSizeInBits(ResultTy);
807
808   // Calculate K! / 2^T and T; we divide out the factors of two before
809   // multiplying for calculating K! / 2^T to avoid overflow.
810   // Other overflow doesn't matter because we only care about the bottom
811   // W bits of the result.
812   APInt OddFactorial(W, 1);
813   unsigned T = 1;
814   for (unsigned i = 3; i <= K; ++i) {
815     APInt Mult(W, i);
816     unsigned TwoFactors = Mult.countTrailingZeros();
817     T += TwoFactors;
818     Mult = Mult.lshr(TwoFactors);
819     OddFactorial *= Mult;
820   }
821
822   // We need at least W + T bits for the multiplication step
823   unsigned CalculationBits = W + T;
824
825   // Calculate 2^T, at width T+W.
826   APInt DivFactor = APInt(CalculationBits, 1).shl(T);
827
828   // Calculate the multiplicative inverse of K! / 2^T;
829   // this multiplication factor will perform the exact division by
830   // K! / 2^T.
831   APInt Mod = APInt::getSignedMinValue(W+1);
832   APInt MultiplyFactor = OddFactorial.zext(W+1);
833   MultiplyFactor = MultiplyFactor.multiplicativeInverse(Mod);
834   MultiplyFactor = MultiplyFactor.trunc(W);
835
836   // Calculate the product, at width T+W
837   const IntegerType *CalculationTy = IntegerType::get(SE.getContext(),
838                                                       CalculationBits);
839   const SCEV *Dividend = SE.getTruncateOrZeroExtend(It, CalculationTy);
840   for (unsigned i = 1; i != K; ++i) {
841     const SCEV *S = SE.getMinusSCEV(It, SE.getConstant(It->getType(), i));
842     Dividend = SE.getMulExpr(Dividend,
843                              SE.getTruncateOrZeroExtend(S, CalculationTy));
844   }
845
846   // Divide by 2^T
847   const SCEV *DivResult = SE.getUDivExpr(Dividend, SE.getConstant(DivFactor));
848
849   // Truncate the result, and divide by K! / 2^T.
850
851   return SE.getMulExpr(SE.getConstant(MultiplyFactor),
852                        SE.getTruncateOrZeroExtend(DivResult, ResultTy));
853 }
854
855 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
856 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
857 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
858 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
859 ///
860 ///   A*BC(It, 0) + B*BC(It, 1) + C*BC(It, 2) + D*BC(It, 3)
861 ///
862 /// where BC(It, k) stands for binomial coefficient.
863 ///
864 const SCEV *SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(const SCEV *It,
865                                                 ScalarEvolution &SE) const {
866   const SCEV *Result = getStart();
867   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
868     // The computation is correct in the face of overflow provided that the
869     // multiplication is performed _after_ the evaluation of the binomial
870     // coefficient.
871     const SCEV *Coeff = BinomialCoefficient(It, i, SE, getType());
872     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Coeff))
873       return Coeff;
874
875     Result = SE.getAddExpr(Result, SE.getMulExpr(getOperand(i), Coeff));
876   }
877   return Result;
878 }
879
880 //===----------------------------------------------------------------------===//
881 //                    SCEV Expression folder implementations
882 //===----------------------------------------------------------------------===//
883
884 const SCEV *ScalarEvolution::getTruncateExpr(const SCEV *Op,
885                                              const Type *Ty) {
886   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) > getTypeSizeInBits(Ty) &&
887          "This is not a truncating conversion!");
888   assert(isSCEVable(Ty) &&
889          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
890   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
891
892   FoldingSetNodeID ID;
893   ID.AddInteger(scTruncate);
894   ID.AddPointer(Op);
895   ID.AddPointer(Ty);
896   void *IP = 0;
897   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
898
899   // Fold if the operand is constant.
900   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
901     return getConstant(
902       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(),
903                                                getEffectiveSCEVType(Ty))));
904
905   // trunc(trunc(x)) --> trunc(x)
906   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op))
907     return getTruncateExpr(ST->getOperand(), Ty);
908
909   // trunc(sext(x)) --> sext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
910   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
911     return getTruncateOrSignExtend(SS->getOperand(), Ty);
912
913   // trunc(zext(x)) --> zext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
914   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
915     return getTruncateOrZeroExtend(SZ->getOperand(), Ty);
916
917   // If the input value is a chrec scev, truncate the chrec's operands.
918   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
919     SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
920     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
921       Operands.push_back(getTruncateExpr(AddRec->getOperand(i), Ty));
922     return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop());
923   }
924
925   // As a special case, fold trunc(undef) to undef. We don't want to
926   // know too much about SCEVUnknowns, but this special case is handy
927   // and harmless.
928   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(Op))
929     if (isa<UndefValue>(U->getValue()))
930       return getSCEV(UndefValue::get(Ty));
931
932   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node. We can reuse
933   // the existing insert position since if we get here, we won't have
934   // made any changes which would invalidate it.
935   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVTruncateExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
936                                                  Op, Ty);
937   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
938   return S;
939 }
940
941 const SCEV *ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEV *Op,
942                                                const Type *Ty) {
943   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
944          "This is not an extending conversion!");
945   assert(isSCEVable(Ty) &&
946          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
947   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
948
949   // Fold if the operand is constant.
950   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
951     return getConstant(
952       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(),
953                                               getEffectiveSCEVType(Ty))));
954
955   // zext(zext(x)) --> zext(x)
956   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
957     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
958
959   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
960   // computed a SCEV for this Op and Ty.
961   FoldingSetNodeID ID;
962   ID.AddInteger(scZeroExtend);
963   ID.AddPointer(Op);
964   ID.AddPointer(Ty);
965   void *IP = 0;
966   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
967
968   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
969   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
970   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
971   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
972   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
973     if (AR->isAffine()) {
974       const SCEV *Start = AR->getStart();
975       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
976       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
977       const Loop *L = AR->getLoop();
978
979       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
980       // we don't need to do any further analysis.
981       if (AR->hasNoUnsignedWrap())
982         return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
983                              getZeroExtendExpr(Step, Ty),
984                              L);
985
986       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
987       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
988       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
989       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
990       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
991       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
992       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
993       // that value once it has finished.
994       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
995       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
996         // Manually compute the final value for AR, checking for
997         // overflow.
998
999         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
1000         // the addrec's type. The count is always unsigned.
1001         const SCEV *CastedMaxBECount =
1002           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
1003         const SCEV *RecastedMaxBECount =
1004           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
1005         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
1006           const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
1007           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no unsigned overflow.
1008           const SCEV *ZMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1009           const SCEV *Add = getAddExpr(Start, ZMul);
1010           const SCEV *OperandExtendedAdd =
1011             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
1012                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1013                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
1014           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
1015             // Return the expression with the addrec on the outside.
1016             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
1017                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
1018                                  L);
1019
1020           // Similar to above, only this time treat the step value as signed.
1021           // This covers loops that count down.
1022           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1023           Add = getAddExpr(Start, SMul);
1024           OperandExtendedAdd =
1025             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
1026                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1027                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
1028           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
1029             // Return the expression with the addrec on the outside.
1030             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
1031                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1032                                  L);
1033         }
1034
1035         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
1036         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
1037         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
1038         // with the post-inc value, the addrec is safe.
1039         if (isKnownPositive(Step)) {
1040           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMinValue(BitWidth) -
1041                                       getUnsignedRange(Step).getUnsignedMax());
1042           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, AR, N) ||
1043               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT, Start, N) &&
1044                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_ULT,
1045                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
1046             // Return the expression with the addrec on the outside.
1047             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
1048                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
1049                                  L);
1050         } else if (isKnownNegative(Step)) {
1051           const SCEV *N = getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth) -
1052                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
1053           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, AR, N) ||
1054               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT, Start, N) &&
1055                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_UGT,
1056                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
1057             // Return the expression with the addrec on the outside.
1058             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
1059                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1060                                  L);
1061         }
1062       }
1063     }
1064
1065   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
1066   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
1067   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1068   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVZeroExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1069                                                    Op, Ty);
1070   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1071   return S;
1072 }
1073
1074 const SCEV *ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEV *Op,
1075                                                const Type *Ty) {
1076   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1077          "This is not an extending conversion!");
1078   assert(isSCEVable(Ty) &&
1079          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1080   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1081
1082   // Fold if the operand is constant.
1083   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1084     return getConstant(
1085       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(),
1086                                               getEffectiveSCEVType(Ty))));
1087
1088   // sext(sext(x)) --> sext(x)
1089   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
1090     return getSignExtendExpr(SS->getOperand(), Ty);
1091
1092   // Before doing any expensive analysis, check to see if we've already
1093   // computed a SCEV for this Op and Ty.
1094   FoldingSetNodeID ID;
1095   ID.AddInteger(scSignExtend);
1096   ID.AddPointer(Op);
1097   ID.AddPointer(Ty);
1098   void *IP = 0;
1099   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1100
1101   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
1102   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
1103   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
1104   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
1105   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
1106     if (AR->isAffine()) {
1107       const SCEV *Start = AR->getStart();
1108       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*this);
1109       unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AR->getType());
1110       const Loop *L = AR->getLoop();
1111
1112       // If we have special knowledge that this addrec won't overflow,
1113       // we don't need to do any further analysis.
1114       if (AR->hasNoSignedWrap())
1115         return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1116                              getSignExtendExpr(Step, Ty),
1117                              L);
1118
1119       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
1120       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
1121       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
1122       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
1123       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
1124       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
1125       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
1126       // that value once it has finished.
1127       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(L);
1128       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
1129         // Manually compute the final value for AR, checking for
1130         // overflow.
1131
1132         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
1133         // the addrec's type. The count is always unsigned.
1134         const SCEV *CastedMaxBECount =
1135           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
1136         const SCEV *RecastedMaxBECount =
1137           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
1138         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
1139           const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(), BitWidth * 2);
1140           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no signed overflow.
1141           const SCEV *SMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1142           const SCEV *Add = getAddExpr(Start, SMul);
1143           const SCEV *OperandExtendedAdd =
1144             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
1145                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1146                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
1147           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
1148             // Return the expression with the addrec on the outside.
1149             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1150                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1151                                  L);
1152
1153           // Similar to above, only this time treat the step value as unsigned.
1154           // This covers loops that count up with an unsigned step.
1155           const SCEV *UMul = getMulExpr(CastedMaxBECount, Step);
1156           Add = getAddExpr(Start, UMul);
1157           OperandExtendedAdd =
1158             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
1159                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
1160                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
1161           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
1162             // Return the expression with the addrec on the outside.
1163             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1164                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
1165                                  L);
1166         }
1167
1168         // If the backedge is guarded by a comparison with the pre-inc value
1169         // the addrec is safe. Also, if the entry is guarded by a comparison
1170         // with the start value and the backedge is guarded by a comparison
1171         // with the post-inc value, the addrec is safe.
1172         if (isKnownPositive(Step)) {
1173           const SCEV *N = getConstant(APInt::getSignedMinValue(BitWidth) -
1174                                       getSignedRange(Step).getSignedMax());
1175           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT, AR, N) ||
1176               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT, Start, N) &&
1177                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SLT,
1178                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
1179             // Return the expression with the addrec on the outside.
1180             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1181                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1182                                  L);
1183         } else if (isKnownNegative(Step)) {
1184           const SCEV *N = getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth) -
1185                                       getSignedRange(Step).getSignedMin());
1186           if (isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT, AR, N) ||
1187               (isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT, Start, N) &&
1188                isLoopBackedgeGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_SGT,
1189                                            AR->getPostIncExpr(*this), N)))
1190             // Return the expression with the addrec on the outside.
1191             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
1192                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
1193                                  L);
1194         }
1195       }
1196     }
1197
1198   // The cast wasn't folded; create an explicit cast node.
1199   // Recompute the insert position, as it may have been invalidated.
1200   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
1201   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSignExtendExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1202                                                    Op, Ty);
1203   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1204   return S;
1205 }
1206
1207 /// getAnyExtendExpr - Return a SCEV for the given operand extended with
1208 /// unspecified bits out to the given type.
1209 ///
1210 const SCEV *ScalarEvolution::getAnyExtendExpr(const SCEV *Op,
1211                                               const Type *Ty) {
1212   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
1213          "This is not an extending conversion!");
1214   assert(isSCEVable(Ty) &&
1215          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
1216   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1217
1218   // Sign-extend negative constants.
1219   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
1220     if (SC->getValue()->getValue().isNegative())
1221       return getSignExtendExpr(Op, Ty);
1222
1223   // Peel off a truncate cast.
1224   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
1225     const SCEV *NewOp = T->getOperand();
1226     if (getTypeSizeInBits(NewOp->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty))
1227       return getAnyExtendExpr(NewOp, Ty);
1228     return getTruncateOrNoop(NewOp, Ty);
1229   }
1230
1231   // Next try a zext cast. If the cast is folded, use it.
1232   const SCEV *ZExt = getZeroExtendExpr(Op, Ty);
1233   if (!isa<SCEVZeroExtendExpr>(ZExt))
1234     return ZExt;
1235
1236   // Next try a sext cast. If the cast is folded, use it.
1237   const SCEV *SExt = getSignExtendExpr(Op, Ty);
1238   if (!isa<SCEVSignExtendExpr>(SExt))
1239     return SExt;
1240
1241   // Force the cast to be folded into the operands of an addrec.
1242   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
1243     SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
1244     for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = AR->op_begin(), E = AR->op_end();
1245          I != E; ++I)
1246       Ops.push_back(getAnyExtendExpr(*I, Ty));
1247     return getAddRecExpr(Ops, AR->getLoop());
1248   }
1249
1250   // As a special case, fold anyext(undef) to undef. We don't want to
1251   // know too much about SCEVUnknowns, but this special case is handy
1252   // and harmless.
1253   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(Op))
1254     if (isa<UndefValue>(U->getValue()))
1255       return getSCEV(UndefValue::get(Ty));
1256
1257   // If the expression is obviously signed, use the sext cast value.
1258   if (isa<SCEVSMaxExpr>(Op))
1259     return SExt;
1260
1261   // Absent any other information, use the zext cast value.
1262   return ZExt;
1263 }
1264
1265 /// CollectAddOperandsWithScales - Process the given Ops list, which is
1266 /// a list of operands to be added under the given scale, update the given
1267 /// map. This is a helper function for getAddRecExpr. As an example of
1268 /// what it does, given a sequence of operands that would form an add
1269 /// expression like this:
1270 ///
1271 ///    m + n + 13 + (A * (o + p + (B * q + m + 29))) + r + (-1 * r)
1272 ///
1273 /// where A and B are constants, update the map with these values:
1274 ///
1275 ///    (m, 1+A*B), (n, 1), (o, A), (p, A), (q, A*B), (r, 0)
1276 ///
1277 /// and add 13 + A*B*29 to AccumulatedConstant.
1278 /// This will allow getAddRecExpr to produce this:
1279 ///
1280 ///    13+A*B*29 + n + (m * (1+A*B)) + ((o + p) * A) + (q * A*B)
1281 ///
1282 /// This form often exposes folding opportunities that are hidden in
1283 /// the original operand list.
1284 ///
1285 /// Return true iff it appears that any interesting folding opportunities
1286 /// may be exposed. This helps getAddRecExpr short-circuit extra work in
1287 /// the common case where no interesting opportunities are present, and
1288 /// is also used as a check to avoid infinite recursion.
1289 ///
1290 static bool
1291 CollectAddOperandsWithScales(DenseMap<const SCEV *, APInt> &M,
1292                              SmallVector<const SCEV *, 8> &NewOps,
1293                              APInt &AccumulatedConstant,
1294                              const SCEV *const *Ops, size_t NumOperands,
1295                              const APInt &Scale,
1296                              ScalarEvolution &SE) {
1297   bool Interesting = false;
1298
1299   // Iterate over the add operands. They are sorted, with constants first.
1300   unsigned i = 0;
1301   while (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1302     ++i;
1303     // Pull a buried constant out to the outside.
1304     if (Scale != 1 || AccumulatedConstant != 0 || C->getValue()->isZero())
1305       Interesting = true;
1306     AccumulatedConstant += Scale * C->getValue()->getValue();
1307   }
1308
1309   // Next comes everything else. We're especially interested in multiplies
1310   // here, but they're in the middle, so just visit the rest with one loop.
1311   for (; i != NumOperands; ++i) {
1312     const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i]);
1313     if (Mul && isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
1314       APInt NewScale =
1315         Scale * cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))->getValue()->getValue();
1316       if (Mul->getNumOperands() == 2 && isa<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1))) {
1317         // A multiplication of a constant with another add; recurse.
1318         const SCEVAddExpr *Add = cast<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1));
1319         Interesting |=
1320           CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1321                                        Add->op_begin(), Add->getNumOperands(),
1322                                        NewScale, SE);
1323       } else {
1324         // A multiplication of a constant with some other value. Update
1325         // the map.
1326         SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
1327         const SCEV *Key = SE.getMulExpr(MulOps);
1328         std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1329           M.insert(std::make_pair(Key, NewScale));
1330         if (Pair.second) {
1331           NewOps.push_back(Pair.first->first);
1332         } else {
1333           Pair.first->second += NewScale;
1334           // The map already had an entry for this value, which may indicate
1335           // a folding opportunity.
1336           Interesting = true;
1337         }
1338       }
1339     } else {
1340       // An ordinary operand. Update the map.
1341       std::pair<DenseMap<const SCEV *, APInt>::iterator, bool> Pair =
1342         M.insert(std::make_pair(Ops[i], Scale));
1343       if (Pair.second) {
1344         NewOps.push_back(Pair.first->first);
1345       } else {
1346         Pair.first->second += Scale;
1347         // The map already had an entry for this value, which may indicate
1348         // a folding opportunity.
1349         Interesting = true;
1350       }
1351     }
1352   }
1353
1354   return Interesting;
1355 }
1356
1357 namespace {
1358   struct APIntCompare {
1359     bool operator()(const APInt &LHS, const APInt &RHS) const {
1360       return LHS.ult(RHS);
1361     }
1362   };
1363 }
1364
1365 /// getAddExpr - Get a canonical add expression, or something simpler if
1366 /// possible.
1367 const SCEV *ScalarEvolution::getAddExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1368                                         bool HasNUW, bool HasNSW) {
1369   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
1370   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1371 #ifndef NDEBUG
1372   const Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
1373   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1374     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
1375            "SCEVAddExpr operand types don't match!");
1376 #endif
1377
1378   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1379   if (!HasNUW && HasNSW) {
1380     bool All = true;
1381     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = Ops.begin(),
1382          E = Ops.end(); I != E; ++I)
1383       if (!isKnownNonNegative(*I)) {
1384         All = false;
1385         break;
1386       }
1387     if (All) HasNUW = true;
1388   }
1389
1390   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1391   GroupByComplexity(Ops, LI);
1392
1393   // If there are any constants, fold them together.
1394   unsigned Idx = 0;
1395   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1396     ++Idx;
1397     assert(Idx < Ops.size());
1398     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1399       // We found two constants, fold them together!
1400       Ops[0] = getConstant(LHSC->getValue()->getValue() +
1401                            RHSC->getValue()->getValue());
1402       if (Ops.size() == 2) return Ops[0];
1403       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1404       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1405     }
1406
1407     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
1408     if (LHSC->getValue()->isZero()) {
1409       Ops.erase(Ops.begin());
1410       --Idx;
1411     }
1412
1413     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1414   }
1415
1416   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list more than
1417   // once.  If so, merge them together into an multiply expression.  Since we
1418   // sorted the list, these values are required to be adjacent.
1419   const Type *Ty = Ops[0]->getType();
1420   bool FoundMatch = false;
1421   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-1; ++i)
1422     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
1423       // Scan ahead to count how many equal operands there are.
1424       unsigned Count = 2;
1425       while (i+Count != e && Ops[i+Count] == Ops[i])
1426         ++Count;
1427       // Merge the values into a multiply.
1428       const SCEV *Scale = getConstant(Ty, Count);
1429       const SCEV *Mul = getMulExpr(Scale, Ops[i]);
1430       if (Ops.size() == Count)
1431         return Mul;
1432       Ops[i] = Mul;
1433       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+Count);
1434       --i; e -= Count - 1;
1435       FoundMatch = true;
1436     }
1437   if (FoundMatch)
1438     return getAddExpr(Ops, HasNUW, HasNSW);
1439
1440   // Check for truncates. If all the operands are truncated from the same
1441   // type, see if factoring out the truncate would permit the result to be
1442   // folded. eg., trunc(x) + m*trunc(n) --> trunc(x + trunc(m)*n)
1443   // if the contents of the resulting outer trunc fold to something simple.
1444   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1445     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]);
1446     const Type *DstType = Trunc->getType();
1447     const Type *SrcType = Trunc->getOperand()->getType();
1448     SmallVector<const SCEV *, 8> LargeOps;
1449     bool Ok = true;
1450     // Check all the operands to see if they can be represented in the
1451     // source type of the truncate.
1452     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1453       if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[i])) {
1454         if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1455           Ok = false;
1456           break;
1457         }
1458         LargeOps.push_back(T->getOperand());
1459       } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1460         LargeOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
1461       } else if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i])) {
1462         SmallVector<const SCEV *, 8> LargeMulOps;
1463         for (unsigned j = 0, f = M->getNumOperands(); j != f && Ok; ++j) {
1464           if (const SCEVTruncateExpr *T =
1465                 dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(M->getOperand(j))) {
1466             if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1467               Ok = false;
1468               break;
1469             }
1470             LargeMulOps.push_back(T->getOperand());
1471           } else if (const SCEVConstant *C =
1472                        dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(j))) {
1473             LargeMulOps.push_back(getAnyExtendExpr(C, SrcType));
1474           } else {
1475             Ok = false;
1476             break;
1477           }
1478         }
1479         if (Ok)
1480           LargeOps.push_back(getMulExpr(LargeMulOps));
1481       } else {
1482         Ok = false;
1483         break;
1484       }
1485     }
1486     if (Ok) {
1487       // Evaluate the expression in the larger type.
1488       const SCEV *Fold = getAddExpr(LargeOps, HasNUW, HasNSW);
1489       // If it folds to something simple, use it. Otherwise, don't.
1490       if (isa<SCEVConstant>(Fold) || isa<SCEVUnknown>(Fold))
1491         return getTruncateExpr(Fold, DstType);
1492     }
1493   }
1494
1495   // Skip past any other cast SCEVs.
1496   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
1497     ++Idx;
1498
1499   // If there are add operands they would be next.
1500   if (Idx < Ops.size()) {
1501     bool DeletedAdd = false;
1502     while (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
1503       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
1504       // list.
1505       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1506       Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
1507       DeletedAdd = true;
1508     }
1509
1510     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
1511     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1512     // any operands we just acquired.
1513     if (DeletedAdd)
1514       return getAddExpr(Ops);
1515   }
1516
1517   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1518   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1519     ++Idx;
1520
1521   // Check to see if there are any folding opportunities present with
1522   // operands multiplied by constant values.
1523   if (Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1524     uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(Ty);
1525     DenseMap<const SCEV *, APInt> M;
1526     SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
1527     APInt AccumulatedConstant(BitWidth, 0);
1528     if (CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1529                                      Ops.data(), Ops.size(),
1530                                      APInt(BitWidth, 1), *this)) {
1531       // Some interesting folding opportunity is present, so its worthwhile to
1532       // re-generate the operands list. Group the operands by constant scale,
1533       // to avoid multiplying by the same constant scale multiple times.
1534       std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare> MulOpLists;
1535       for (SmallVector<const SCEV *, 8>::const_iterator I = NewOps.begin(),
1536            E = NewOps.end(); I != E; ++I)
1537         MulOpLists[M.find(*I)->second].push_back(*I);
1538       // Re-generate the operands list.
1539       Ops.clear();
1540       if (AccumulatedConstant != 0)
1541         Ops.push_back(getConstant(AccumulatedConstant));
1542       for (std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare>::iterator
1543            I = MulOpLists.begin(), E = MulOpLists.end(); I != E; ++I)
1544         if (I->first != 0)
1545           Ops.push_back(getMulExpr(getConstant(I->first),
1546                                    getAddExpr(I->second)));
1547       if (Ops.empty())
1548         return getConstant(Ty, 0);
1549       if (Ops.size() == 1)
1550         return Ops[0];
1551       return getAddExpr(Ops);
1552     }
1553   }
1554
1555   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
1556   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
1557   // the multiply.
1558   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1559     const SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
1560     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
1561       const SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
1562       if (isa<SCEVConstant>(MulOpSCEV))
1563         continue;
1564       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
1565         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp]) {
1566           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
1567           const SCEV *InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1568           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1569             // If the multiply has more than two operands, we must get the
1570             // Y*Z term.
1571             SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
1572                                                 Mul->op_begin()+MulOp);
1573             MulOps.append(Mul->op_begin()+MulOp+1, Mul->op_end());
1574             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
1575           }
1576           const SCEV *One = getConstant(Ty, 1);
1577           const SCEV *AddOne = getAddExpr(One, InnerMul);
1578           const SCEV *OuterMul = getMulExpr(AddOne, MulOpSCEV);
1579           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1580           if (AddOp < Idx) {
1581             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
1582             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
1583           } else {
1584             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1585             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
1586           }
1587           Ops.push_back(OuterMul);
1588           return getAddExpr(Ops);
1589         }
1590
1591       // Check this multiply against other multiplies being added together.
1592       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
1593            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1594            ++OtherMulIdx) {
1595         const SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1596         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
1597         // together.
1598         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
1599              OMulOp != e; ++OMulOp)
1600           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
1601             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
1602             const SCEV *InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1603             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1604               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
1605                                                   Mul->op_begin()+MulOp);
1606               MulOps.append(Mul->op_begin()+MulOp+1, Mul->op_end());
1607               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
1608             }
1609             const SCEV *InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
1610             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
1611               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(OtherMul->op_begin(),
1612                                                   OtherMul->op_begin()+OMulOp);
1613               MulOps.append(OtherMul->op_begin()+OMulOp+1, OtherMul->op_end());
1614               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
1615             }
1616             const SCEV *InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
1617             const SCEV *OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
1618             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1619             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1620             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
1621             Ops.push_back(OuterMul);
1622             return getAddExpr(Ops);
1623           }
1624       }
1625     }
1626   }
1627
1628   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1629   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1630   // recurrence.
1631   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1632     ++Idx;
1633
1634   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1635   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1636     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
1637     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1638     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
1639     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1640     const Loop *AddRecLoop = AddRec->getLoop();
1641     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1642       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRecLoop)) {
1643         LIOps.push_back(Ops[i]);
1644         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1645         --i; --e;
1646       }
1647
1648     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1649     if (!LIOps.empty()) {
1650       //  NLI + LI + {Start,+,Step}  -->  NLI + {LI+Start,+,Step}
1651       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
1652
1653       SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
1654                                              AddRec->op_end());
1655       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
1656
1657       // Build the new addrec. Propagate the NUW and NSW flags if both the
1658       // outer add and the inner addrec are guaranteed to have no overflow.
1659       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRecLoop,
1660                                          HasNUW && AddRec->hasNoUnsignedWrap(),
1661                                          HasNSW && AddRec->hasNoSignedWrap());
1662
1663       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1664       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1665
1666       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-liv parts.
1667       for (unsigned i = 0;; ++i)
1668         if (Ops[i] == AddRec) {
1669           Ops[i] = NewRec;
1670           break;
1671         }
1672       return getAddExpr(Ops);
1673     }
1674
1675     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1676     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1677     // added together.  If so, we can fold them.
1678     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1679          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1680          ++OtherIdx)
1681       if (AddRecLoop == cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx])->getLoop()) {
1682         // Other + {A,+,B}<L> + {C,+,D}<L>  -->  Other + {A+C,+,B+D}<L>
1683         SmallVector<const SCEV *, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
1684                                                AddRec->op_end());
1685         for (; OtherIdx != Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1686              ++OtherIdx)
1687           if (const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec =
1688                 dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]))
1689             if (OtherAddRec->getLoop() == AddRecLoop) {
1690               for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands();
1691                    i != e; ++i) {
1692                 if (i >= AddRecOps.size()) {
1693                   AddRecOps.append(OtherAddRec->op_begin()+i,
1694                                    OtherAddRec->op_end());
1695                   break;
1696                 }
1697                 AddRecOps[i] = getAddExpr(AddRecOps[i],
1698                                           OtherAddRec->getOperand(i));
1699               }
1700               Ops.erase(Ops.begin() + OtherIdx); --OtherIdx;
1701             }
1702         Ops[Idx] = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRecLoop);
1703         return getAddExpr(Ops);
1704       }
1705
1706     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1707     // next one.
1708   }
1709
1710   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
1711   // already have one, otherwise create a new one.
1712   FoldingSetNodeID ID;
1713   ID.AddInteger(scAddExpr);
1714   ID.AddInteger(Ops.size());
1715   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1716     ID.AddPointer(Ops[i]);
1717   void *IP = 0;
1718   SCEVAddExpr *S =
1719     static_cast<SCEVAddExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
1720   if (!S) {
1721     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
1722     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
1723     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1724                                         O, Ops.size());
1725     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1726   }
1727   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
1728   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
1729   return S;
1730 }
1731
1732 /// getMulExpr - Get a canonical multiply expression, or something simpler if
1733 /// possible.
1734 const SCEV *ScalarEvolution::getMulExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1735                                         bool HasNUW, bool HasNSW) {
1736   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
1737   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1738 #ifndef NDEBUG
1739   const Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
1740   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1741     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
1742            "SCEVMulExpr operand types don't match!");
1743 #endif
1744
1745   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
1746   if (!HasNUW && HasNSW) {
1747     bool All = true;
1748     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = Ops.begin(),
1749          E = Ops.end(); I != E; ++I)
1750       if (!isKnownNonNegative(*I)) {
1751         All = false;
1752         break;
1753       }
1754     if (All) HasNUW = true;
1755   }
1756
1757   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1758   GroupByComplexity(Ops, LI);
1759
1760   // If there are any constants, fold them together.
1761   unsigned Idx = 0;
1762   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1763
1764     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
1765     if (Ops.size() == 2)
1766       if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
1767         if (Add->getNumOperands() == 2 &&
1768             isa<SCEVConstant>(Add->getOperand(0)))
1769           return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
1770                             getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
1771
1772     ++Idx;
1773     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1774       // We found two constants, fold them together!
1775       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
1776                                            LHSC->getValue()->getValue() *
1777                                            RHSC->getValue()->getValue());
1778       Ops[0] = getConstant(Fold);
1779       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1780       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1781       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1782     }
1783
1784     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
1785     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
1786       Ops.erase(Ops.begin());
1787       --Idx;
1788     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
1789       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
1790       return Ops[0];
1791     } else if (Ops[0]->isAllOnesValue()) {
1792       // If we have a mul by -1 of an add, try distributing the -1 among the
1793       // add operands.
1794       if (Ops.size() == 2)
1795         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1])) {
1796           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
1797           bool AnyFolded = false;
1798           for (SCEVAddRecExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
1799                I != E; ++I) {
1800             const SCEV *Mul = getMulExpr(Ops[0], *I);
1801             if (!isa<SCEVMulExpr>(Mul)) AnyFolded = true;
1802             NewOps.push_back(Mul);
1803           }
1804           if (AnyFolded)
1805             return getAddExpr(NewOps);
1806         }
1807     }
1808
1809     if (Ops.size() == 1)
1810       return Ops[0];
1811   }
1812
1813   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1814   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1815     ++Idx;
1816
1817   // If there are mul operands inline them all into this expression.
1818   if (Idx < Ops.size()) {
1819     bool DeletedMul = false;
1820     while (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1821       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
1822       // list.
1823       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1824       Ops.append(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1825       DeletedMul = true;
1826     }
1827
1828     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
1829     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1830     // any operands we just acquired.
1831     if (DeletedMul)
1832       return getMulExpr(Ops);
1833   }
1834
1835   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1836   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1837   // recurrence.
1838   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1839     ++Idx;
1840
1841   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1842   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1843     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
1844     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1845     SmallVector<const SCEV *, 8> LIOps;
1846     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1847     const Loop *AddRecLoop = AddRec->getLoop();
1848     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1849       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRecLoop)) {
1850         LIOps.push_back(Ops[i]);
1851         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1852         --i; --e;
1853       }
1854
1855     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1856     if (!LIOps.empty()) {
1857       //  NLI * LI * {Start,+,Step}  -->  NLI * {LI*Start,+,LI*Step}
1858       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
1859       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
1860       const SCEV *Scale = getMulExpr(LIOps);
1861       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
1862         NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
1863
1864       // Build the new addrec. Propagate the NUW and NSW flags if both the
1865       // outer mul and the inner addrec are guaranteed to have no overflow.
1866       const SCEV *NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRecLoop,
1867                                          HasNUW && AddRec->hasNoUnsignedWrap(),
1868                                          HasNSW && AddRec->hasNoSignedWrap());
1869
1870       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1871       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1872
1873       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-liv parts.
1874       for (unsigned i = 0;; ++i)
1875         if (Ops[i] == AddRec) {
1876           Ops[i] = NewRec;
1877           break;
1878         }
1879       return getMulExpr(Ops);
1880     }
1881
1882     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1883     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1884     // multiplied together.  If so, we can fold them.
1885     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1886          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1887       if (OtherIdx != Idx) {
1888         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1889         if (AddRecLoop == OtherAddRec->getLoop()) {
1890           // F * G  -->  {A,+,B} * {C,+,D}  -->  {A*C,+,F*D + G*B + B*D}
1891           const SCEVAddRecExpr *F = AddRec, *G = OtherAddRec;
1892           const SCEV *NewStart = getMulExpr(F->getStart(), G->getStart());
1893           const SCEV *B = F->getStepRecurrence(*this);
1894           const SCEV *D = G->getStepRecurrence(*this);
1895           const SCEV *NewStep = getAddExpr(getMulExpr(F, D),
1896                                            getMulExpr(G, B),
1897                                            getMulExpr(B, D));
1898           const SCEV *NewAddRec = getAddRecExpr(NewStart, NewStep,
1899                                                 F->getLoop());
1900           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1901
1902           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1903           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1904           Ops.push_back(NewAddRec);
1905           return getMulExpr(Ops);
1906         }
1907       }
1908
1909     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1910     // next one.
1911   }
1912
1913   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
1914   // already have one, otherwise create a new one.
1915   FoldingSetNodeID ID;
1916   ID.AddInteger(scMulExpr);
1917   ID.AddInteger(Ops.size());
1918   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1919     ID.AddPointer(Ops[i]);
1920   void *IP = 0;
1921   SCEVMulExpr *S =
1922     static_cast<SCEVMulExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
1923   if (!S) {
1924     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
1925     std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
1926     S = new (SCEVAllocator) SCEVMulExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
1927                                         O, Ops.size());
1928     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
1929   }
1930   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
1931   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
1932   return S;
1933 }
1934
1935 /// getUDivExpr - Get a canonical unsigned division expression, or something
1936 /// simpler if possible.
1937 const SCEV *ScalarEvolution::getUDivExpr(const SCEV *LHS,
1938                                          const SCEV *RHS) {
1939   assert(getEffectiveSCEVType(LHS->getType()) ==
1940          getEffectiveSCEVType(RHS->getType()) &&
1941          "SCEVUDivExpr operand types don't match!");
1942
1943   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
1944     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
1945       return LHS;                               // X udiv 1 --> x
1946     // If the denominator is zero, the result of the udiv is undefined. Don't
1947     // try to analyze it, because the resolution chosen here may differ from
1948     // the resolution chosen in other parts of the compiler.
1949     if (!RHSC->getValue()->isZero()) {
1950       // Determine if the division can be folded into the operands of
1951       // its operands.
1952       // TODO: Generalize this to non-constants by using known-bits information.
1953       const Type *Ty = LHS->getType();
1954       unsigned LZ = RHSC->getValue()->getValue().countLeadingZeros();
1955       unsigned MaxShiftAmt = getTypeSizeInBits(Ty) - LZ - 1;
1956       // For non-power-of-two values, effectively round the value up to the
1957       // nearest power of two.
1958       if (!RHSC->getValue()->getValue().isPowerOf2())
1959         ++MaxShiftAmt;
1960       const IntegerType *ExtTy =
1961         IntegerType::get(getContext(), getTypeSizeInBits(Ty) + MaxShiftAmt);
1962       // {X,+,N}/C --> {X/C,+,N/C} if safe and N/C can be folded.
1963       if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
1964         if (const SCEVConstant *Step =
1965               dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*this)))
1966           if (!Step->getValue()->getValue()
1967                 .urem(RHSC->getValue()->getValue()) &&
1968               getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
1969               getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
1970                             getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
1971                             AR->getLoop())) {
1972             SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1973             for (unsigned i = 0, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
1974               Operands.push_back(getUDivExpr(AR->getOperand(i), RHS));
1975             return getAddRecExpr(Operands, AR->getLoop());
1976           }
1977       // (A*B)/C --> A*(B/C) if safe and B/C can be folded.
1978       if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
1979         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1980         for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i)
1981           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(M->getOperand(i), ExtTy));
1982         if (getZeroExtendExpr(M, ExtTy) == getMulExpr(Operands))
1983           // Find an operand that's safely divisible.
1984           for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1985             const SCEV *Op = M->getOperand(i);
1986             const SCEV *Div = getUDivExpr(Op, RHSC);
1987             if (!isa<SCEVUDivExpr>(Div) && getMulExpr(Div, RHSC) == Op) {
1988               Operands = SmallVector<const SCEV *, 4>(M->op_begin(),
1989                                                       M->op_end());
1990               Operands[i] = Div;
1991               return getMulExpr(Operands);
1992             }
1993           }
1994       }
1995       // (A+B)/C --> (A/C + B/C) if safe and A/C and B/C can be folded.
1996       if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
1997         SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
1998         for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i)
1999           Operands.push_back(getZeroExtendExpr(A->getOperand(i), ExtTy));
2000         if (getZeroExtendExpr(A, ExtTy) == getAddExpr(Operands)) {
2001           Operands.clear();
2002           for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2003             const SCEV *Op = getUDivExpr(A->getOperand(i), RHS);
2004             if (isa<SCEVUDivExpr>(Op) ||
2005                 getMulExpr(Op, RHS) != A->getOperand(i))
2006               break;
2007             Operands.push_back(Op);
2008           }
2009           if (Operands.size() == A->getNumOperands())
2010             return getAddExpr(Operands);
2011         }
2012       }
2013
2014       // Fold if both operands are constant.
2015       if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
2016         Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
2017         Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
2018         return getConstant(cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getUDiv(LHSCV,
2019                                                                    RHSCV)));
2020       }
2021     }
2022   }
2023
2024   FoldingSetNodeID ID;
2025   ID.AddInteger(scUDivExpr);
2026   ID.AddPointer(LHS);
2027   ID.AddPointer(RHS);
2028   void *IP = 0;
2029   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2030   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUDivExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2031                                              LHS, RHS);
2032   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2033   return S;
2034 }
2035
2036
2037 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
2038 /// Simplify the expression as much as possible.
2039 const SCEV *ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEV *Start,
2040                                            const SCEV *Step, const Loop *L,
2041                                            bool HasNUW, bool HasNSW) {
2042   SmallVector<const SCEV *, 4> Operands;
2043   Operands.push_back(Start);
2044   if (const SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
2045     if (StepChrec->getLoop() == L) {
2046       Operands.append(StepChrec->op_begin(), StepChrec->op_end());
2047       return getAddRecExpr(Operands, L);
2048     }
2049
2050   Operands.push_back(Step);
2051   return getAddRecExpr(Operands, L, HasNUW, HasNSW);
2052 }
2053
2054 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
2055 /// Simplify the expression as much as possible.
2056 const SCEV *
2057 ScalarEvolution::getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
2058                                const Loop *L,
2059                                bool HasNUW, bool HasNSW) {
2060   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
2061 #ifndef NDEBUG
2062   const Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Operands[0]->getType());
2063   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2064     assert(getEffectiveSCEVType(Operands[i]->getType()) == ETy &&
2065            "SCEVAddRecExpr operand types don't match!");
2066 #endif
2067
2068   if (Operands.back()->isZero()) {
2069     Operands.pop_back();
2070     return getAddRecExpr(Operands, L, HasNUW, HasNSW); // {X,+,0}  -->  X
2071   }
2072
2073   // It's tempting to want to call getMaxBackedgeTakenCount count here and
2074   // use that information to infer NUW and NSW flags. However, computing a
2075   // BE count requires calling getAddRecExpr, so we may not yet have a
2076   // meaningful BE count at this point (and if we don't, we'd be stuck
2077   // with a SCEVCouldNotCompute as the cached BE count).
2078
2079   // If HasNSW is true and all the operands are non-negative, infer HasNUW.
2080   if (!HasNUW && HasNSW) {
2081     bool All = true;
2082     for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = Operands.begin(),
2083          E = Operands.end(); I != E; ++I)
2084       if (!isKnownNonNegative(*I)) {
2085         All = false;
2086         break;
2087       }
2088     if (All) HasNUW = true;
2089   }
2090
2091   // Canonicalize nested AddRecs in by nesting them in order of loop depth.
2092   if (const SCEVAddRecExpr *NestedAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Operands[0])) {
2093     const Loop *NestedLoop = NestedAR->getLoop();
2094     if (L->contains(NestedLoop) ?
2095         (L->getLoopDepth() < NestedLoop->getLoopDepth()) :
2096         (!NestedLoop->contains(L) &&
2097          DT->dominates(L->getHeader(), NestedLoop->getHeader()))) {
2098       SmallVector<const SCEV *, 4> NestedOperands(NestedAR->op_begin(),
2099                                                   NestedAR->op_end());
2100       Operands[0] = NestedAR->getStart();
2101       // AddRecs require their operands be loop-invariant with respect to their
2102       // loops. Don't perform this transformation if it would break this
2103       // requirement.
2104       bool AllInvariant = true;
2105       for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2106         if (!Operands[i]->isLoopInvariant(L)) {
2107           AllInvariant = false;
2108           break;
2109         }
2110       if (AllInvariant) {
2111         NestedOperands[0] = getAddRecExpr(Operands, L);
2112         AllInvariant = true;
2113         for (unsigned i = 0, e = NestedOperands.size(); i != e; ++i)
2114           if (!NestedOperands[i]->isLoopInvariant(NestedLoop)) {
2115             AllInvariant = false;
2116             break;
2117           }
2118         if (AllInvariant)
2119           // Ok, both add recurrences are valid after the transformation.
2120           return getAddRecExpr(NestedOperands, NestedLoop, HasNUW, HasNSW);
2121       }
2122       // Reset Operands to its original state.
2123       Operands[0] = NestedAR;
2124     }
2125   }
2126
2127   // Okay, it looks like we really DO need an addrec expr.  Check to see if we
2128   // already have one, otherwise create a new one.
2129   FoldingSetNodeID ID;
2130   ID.AddInteger(scAddRecExpr);
2131   ID.AddInteger(Operands.size());
2132   for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
2133     ID.AddPointer(Operands[i]);
2134   ID.AddPointer(L);
2135   void *IP = 0;
2136   SCEVAddRecExpr *S =
2137     static_cast<SCEVAddRecExpr *>(UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP));
2138   if (!S) {
2139     const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Operands.size());
2140     std::uninitialized_copy(Operands.begin(), Operands.end(), O);
2141     S = new (SCEVAllocator) SCEVAddRecExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2142                                            O, Operands.size(), L);
2143     UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2144   }
2145   if (HasNUW) S->setHasNoUnsignedWrap(true);
2146   if (HasNSW) S->setHasNoSignedWrap(true);
2147   return S;
2148 }
2149
2150 const SCEV *ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEV *LHS,
2151                                          const SCEV *RHS) {
2152   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2153   Ops.push_back(LHS);
2154   Ops.push_back(RHS);
2155   return getSMaxExpr(Ops);
2156 }
2157
2158 const SCEV *
2159 ScalarEvolution::getSMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2160   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
2161   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2162 #ifndef NDEBUG
2163   const Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
2164   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2165     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
2166            "SCEVSMaxExpr operand types don't match!");
2167 #endif
2168
2169   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2170   GroupByComplexity(Ops, LI);
2171
2172   // If there are any constants, fold them together.
2173   unsigned Idx = 0;
2174   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2175     ++Idx;
2176     assert(Idx < Ops.size());
2177     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2178       // We found two constants, fold them together!
2179       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2180                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
2181                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2182       Ops[0] = getConstant(Fold);
2183       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2184       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2185       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2186     }
2187
2188     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2189     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
2190       Ops.erase(Ops.begin());
2191       --Idx;
2192     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(true)) {
2193       // If we have an smax with a constant maximum-int, it will always be
2194       // maximum-int.
2195       return Ops[0];
2196     }
2197
2198     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2199   }
2200
2201   // Find the first SMax
2202   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
2203     ++Idx;
2204
2205   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
2206   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2207   if (Idx < Ops.size()) {
2208     bool DeletedSMax = false;
2209     while (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2210       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2211       Ops.append(SMax->op_begin(), SMax->op_end());
2212       DeletedSMax = true;
2213     }
2214
2215     if (DeletedSMax)
2216       return getSMaxExpr(Ops);
2217   }
2218
2219   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2220   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2221   // be adjacent.
2222   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2223     //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
2224     //  X smax Y         -->  X, if X is always greater than Y
2225     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
2226         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2227       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
2228       --i; --e;
2229     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SLE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2230       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2231       --i; --e;
2232     }
2233
2234   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2235
2236   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
2237
2238   // Okay, it looks like we really DO need an smax expr.  Check to see if we
2239   // already have one, otherwise create a new one.
2240   FoldingSetNodeID ID;
2241   ID.AddInteger(scSMaxExpr);
2242   ID.AddInteger(Ops.size());
2243   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2244     ID.AddPointer(Ops[i]);
2245   void *IP = 0;
2246   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2247   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2248   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2249   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVSMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2250                                              O, Ops.size());
2251   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2252   return S;
2253 }
2254
2255 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxExpr(const SCEV *LHS,
2256                                          const SCEV *RHS) {
2257   SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
2258   Ops.push_back(LHS);
2259   Ops.push_back(RHS);
2260   return getUMaxExpr(Ops);
2261 }
2262
2263 const SCEV *
2264 ScalarEvolution::getUMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops) {
2265   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty umax!");
2266   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2267 #ifndef NDEBUG
2268   const Type *ETy = getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType());
2269   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2270     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) == ETy &&
2271            "SCEVUMaxExpr operand types don't match!");
2272 #endif
2273
2274   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
2275   GroupByComplexity(Ops, LI);
2276
2277   // If there are any constants, fold them together.
2278   unsigned Idx = 0;
2279   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
2280     ++Idx;
2281     assert(Idx < Ops.size());
2282     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
2283       // We found two constants, fold them together!
2284       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(getContext(),
2285                               APIntOps::umax(LHSC->getValue()->getValue(),
2286                                              RHSC->getValue()->getValue()));
2287       Ops[0] = getConstant(Fold);
2288       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
2289       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2290       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
2291     }
2292
2293     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
2294     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(false)) {
2295       Ops.erase(Ops.begin());
2296       --Idx;
2297     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(false)) {
2298       // If we have an umax with a constant maximum-int, it will always be
2299       // maximum-int.
2300       return Ops[0];
2301     }
2302
2303     if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2304   }
2305
2306   // Find the first UMax
2307   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scUMaxExpr)
2308     ++Idx;
2309
2310   // Check to see if one of the operands is a UMax. If so, expand its operands
2311   // onto our operand list, and recurse to simplify.
2312   if (Idx < Ops.size()) {
2313     bool DeletedUMax = false;
2314     while (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(Ops[Idx])) {
2315       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
2316       Ops.append(UMax->op_begin(), UMax->op_end());
2317       DeletedUMax = true;
2318     }
2319
2320     if (DeletedUMax)
2321       return getUMaxExpr(Ops);
2322   }
2323
2324   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
2325   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
2326   // be adjacent.
2327   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
2328     //  X umax Y umax Y  -->  X umax Y
2329     //  X umax Y         -->  X, if X is always greater than Y
2330     if (Ops[i] == Ops[i+1] ||
2331         isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_UGE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2332       Ops.erase(Ops.begin()+i+1, Ops.begin()+i+2);
2333       --i; --e;
2334     } else if (isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_ULE, Ops[i], Ops[i+1])) {
2335       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
2336       --i; --e;
2337     }
2338
2339   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
2340
2341   assert(!Ops.empty() && "Reduced umax down to nothing!");
2342
2343   // Okay, it looks like we really DO need a umax expr.  Check to see if we
2344   // already have one, otherwise create a new one.
2345   FoldingSetNodeID ID;
2346   ID.AddInteger(scUMaxExpr);
2347   ID.AddInteger(Ops.size());
2348   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
2349     ID.AddPointer(Ops[i]);
2350   void *IP = 0;
2351   if (const SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) return S;
2352   const SCEV **O = SCEVAllocator.Allocate<const SCEV *>(Ops.size());
2353   std::uninitialized_copy(Ops.begin(), Ops.end(), O);
2354   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUMaxExpr(ID.Intern(SCEVAllocator),
2355                                              O, Ops.size());
2356   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2357   return S;
2358 }
2359
2360 const SCEV *ScalarEvolution::getSMinExpr(const SCEV *LHS,
2361                                          const SCEV *RHS) {
2362   // ~smax(~x, ~y) == smin(x, y).
2363   return getNotSCEV(getSMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2364 }
2365
2366 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinExpr(const SCEV *LHS,
2367                                          const SCEV *RHS) {
2368   // ~umax(~x, ~y) == umin(x, y)
2369   return getNotSCEV(getUMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
2370 }
2371
2372 const SCEV *ScalarEvolution::getSizeOfExpr(const Type *AllocTy) {
2373   // If we have TargetData, we can bypass creating a target-independent
2374   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
2375   // This is just a compile-time optimization.
2376   if (TD)
2377     return getConstant(TD->getIntPtrType(getContext()),
2378                        TD->getTypeAllocSize(AllocTy));
2379
2380   Constant *C = ConstantExpr::getSizeOf(AllocTy);
2381   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2382     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2383       C = Folded;
2384   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(AllocTy));
2385   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2386 }
2387
2388 const SCEV *ScalarEvolution::getAlignOfExpr(const Type *AllocTy) {
2389   Constant *C = ConstantExpr::getAlignOf(AllocTy);
2390   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2391     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2392       C = Folded;
2393   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(AllocTy));
2394   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2395 }
2396
2397 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(const StructType *STy,
2398                                              unsigned FieldNo) {
2399   // If we have TargetData, we can bypass creating a target-independent
2400   // constant expression and then folding it back into a ConstantInt.
2401   // This is just a compile-time optimization.
2402   if (TD)
2403     return getConstant(TD->getIntPtrType(getContext()),
2404                        TD->getStructLayout(STy)->getElementOffset(FieldNo));
2405
2406   Constant *C = ConstantExpr::getOffsetOf(STy, FieldNo);
2407   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2408     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2409       C = Folded;
2410   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(STy));
2411   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2412 }
2413
2414 const SCEV *ScalarEvolution::getOffsetOfExpr(const Type *CTy,
2415                                              Constant *FieldNo) {
2416   Constant *C = ConstantExpr::getOffsetOf(CTy, FieldNo);
2417   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2418     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
2419       C = Folded;
2420   const Type *Ty = getEffectiveSCEVType(PointerType::getUnqual(CTy));
2421   return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(C), Ty);
2422 }
2423
2424 const SCEV *ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
2425   // Don't attempt to do anything other than create a SCEVUnknown object
2426   // here.  createSCEV only calls getUnknown after checking for all other
2427   // interesting possibilities, and any other code that calls getUnknown
2428   // is doing so in order to hide a value from SCEV canonicalization.
2429
2430   FoldingSetNodeID ID;
2431   ID.AddInteger(scUnknown);
2432   ID.AddPointer(V);
2433   void *IP = 0;
2434   if (SCEV *S = UniqueSCEVs.FindNodeOrInsertPos(ID, IP)) {
2435     assert(cast<SCEVUnknown>(S)->getValue() == V &&
2436            "Stale SCEVUnknown in uniquing map!");
2437     return S;
2438   }
2439   SCEV *S = new (SCEVAllocator) SCEVUnknown(ID.Intern(SCEVAllocator), V, this,
2440                                             FirstUnknown);
2441   FirstUnknown = cast<SCEVUnknown>(S);
2442   UniqueSCEVs.InsertNode(S, IP);
2443   return S;
2444 }
2445
2446 //===----------------------------------------------------------------------===//
2447 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
2448 //
2449
2450 /// isSCEVable - Test if values of the given type are analyzable within
2451 /// the SCEV framework. This primarily includes integer types, and it
2452 /// can optionally include pointer types if the ScalarEvolution class
2453 /// has access to target-specific information.
2454 bool ScalarEvolution::isSCEVable(const Type *Ty) const {
2455   // Integers and pointers are always SCEVable.
2456   return Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy();
2457 }
2458
2459 /// getTypeSizeInBits - Return the size in bits of the specified type,
2460 /// for which isSCEVable must return true.
2461 uint64_t ScalarEvolution::getTypeSizeInBits(const Type *Ty) const {
2462   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
2463
2464   // If we have a TargetData, use it!
2465   if (TD)
2466     return TD->getTypeSizeInBits(Ty);
2467
2468   // Integer types have fixed sizes.
2469   if (Ty->isIntegerTy())
2470     return Ty->getPrimitiveSizeInBits();
2471
2472   // The only other support type is pointer. Without TargetData, conservatively
2473   // assume pointers are 64-bit.
2474   assert(Ty->isPointerTy() && "isSCEVable permitted a non-SCEVable type!");
2475   return 64;
2476 }
2477
2478 /// getEffectiveSCEVType - Return a type with the same bitwidth as
2479 /// the given type and which represents how SCEV will treat the given
2480 /// type, for which isSCEVable must return true. For pointer types,
2481 /// this is the pointer-sized integer type.
2482 const Type *ScalarEvolution::getEffectiveSCEVType(const Type *Ty) const {
2483   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
2484
2485   if (Ty->isIntegerTy())
2486     return Ty;
2487
2488   // The only other support type is pointer.
2489   assert(Ty->isPointerTy() && "Unexpected non-pointer non-integer type!");
2490   if (TD) return TD->getIntPtrType(getContext());
2491
2492   // Without TargetData, conservatively assume pointers are 64-bit.
2493   return Type::getInt64Ty(getContext());
2494 }
2495
2496 const SCEV *ScalarEvolution::getCouldNotCompute() {
2497   return &CouldNotCompute;
2498 }
2499
2500 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
2501 /// expression and create a new one.
2502 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) {
2503   assert(isSCEVable(V->getType()) && "Value is not SCEVable!");
2504
2505   ValueExprMapType::const_iterator I = ValueExprMap.find(V);
2506   if (I != ValueExprMap.end()) return I->second;
2507   const SCEV *S = createSCEV(V);
2508
2509   // The process of creating a SCEV for V may have caused other SCEVs
2510   // to have been created, so it's necessary to insert the new entry
2511   // from scratch, rather than trying to remember the insert position
2512   // above.
2513   ValueExprMap.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(V, this), S));
2514   return S;
2515 }
2516
2517 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
2518 ///
2519 const SCEV *ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEV *V) {
2520   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2521     return getConstant(
2522                cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue())));
2523
2524   const Type *Ty = V->getType();
2525   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2526   return getMulExpr(V,
2527                   getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty))));
2528 }
2529
2530 /// getNotSCEV - Return a SCEV corresponding to ~V = -1-V
2531 const SCEV *ScalarEvolution::getNotSCEV(const SCEV *V) {
2532   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
2533     return getConstant(
2534                 cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(VC->getValue())));
2535
2536   const Type *Ty = V->getType();
2537   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
2538   const SCEV *AllOnes =
2539                    getConstant(cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(Ty)));
2540   return getMinusSCEV(AllOnes, V);
2541 }
2542
2543 /// getMinusSCEV - Return a SCEV corresponding to LHS - RHS.
2544 ///
2545 const SCEV *ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEV *LHS,
2546                                           const SCEV *RHS) {
2547   // Fast path: X - X --> 0.
2548   if (LHS == RHS)
2549     return getConstant(LHS->getType(), 0);
2550
2551   // X - Y --> X + -Y
2552   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS));
2553 }
2554
2555 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2556 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2557 /// extended.
2558 const SCEV *
2559 ScalarEvolution::getTruncateOrZeroExtend(const SCEV *V,
2560                                          const Type *Ty) {
2561   const Type *SrcTy = V->getType();
2562   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2563          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2564          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2565   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2566     return V;  // No conversion
2567   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2568     return getTruncateExpr(V, Ty);
2569   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2570 }
2571
2572 /// getTruncateOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2573 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2574 /// extended.
2575 const SCEV *
2576 ScalarEvolution::getTruncateOrSignExtend(const SCEV *V,
2577                                          const Type *Ty) {
2578   const Type *SrcTy = V->getType();
2579   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2580          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2581          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2582   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2583     return V;  // No conversion
2584   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2585     return getTruncateExpr(V, Ty);
2586   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2587 }
2588
2589 /// getNoopOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2590 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2591 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2592 const SCEV *
2593 ScalarEvolution::getNoopOrZeroExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2594   const Type *SrcTy = V->getType();
2595   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2596          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2597          "Cannot noop or zero extend with non-integer arguments!");
2598   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2599          "getNoopOrZeroExtend cannot truncate!");
2600   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2601     return V;  // No conversion
2602   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2603 }
2604
2605 /// getNoopOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2606 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2607 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2608 const SCEV *
2609 ScalarEvolution::getNoopOrSignExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2610   const Type *SrcTy = V->getType();
2611   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2612          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2613          "Cannot noop or sign extend with non-integer arguments!");
2614   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2615          "getNoopOrSignExtend cannot truncate!");
2616   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2617     return V;  // No conversion
2618   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2619 }
2620
2621 /// getNoopOrAnyExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
2622 /// the input value to the specified type. If the type must be extended,
2623 /// it is extended with unspecified bits. The conversion must not be
2624 /// narrowing.
2625 const SCEV *
2626 ScalarEvolution::getNoopOrAnyExtend(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2627   const Type *SrcTy = V->getType();
2628   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2629          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2630          "Cannot noop or any extend with non-integer arguments!");
2631   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2632          "getNoopOrAnyExtend cannot truncate!");
2633   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2634     return V;  // No conversion
2635   return getAnyExtendExpr(V, Ty);
2636 }
2637
2638 /// getTruncateOrNoop - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2639 /// input value to the specified type.  The conversion must not be widening.
2640 const SCEV *
2641 ScalarEvolution::getTruncateOrNoop(const SCEV *V, const Type *Ty) {
2642   const Type *SrcTy = V->getType();
2643   assert((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
2644          (Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy()) &&
2645          "Cannot truncate or noop with non-integer arguments!");
2646   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) >= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2647          "getTruncateOrNoop cannot extend!");
2648   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2649     return V;  // No conversion
2650   return getTruncateExpr(V, Ty);
2651 }
2652
2653 /// getUMaxFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2654 /// the types using zero-extension, and then perform a umax operation
2655 /// with them.
2656 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2657                                                         const SCEV *RHS) {
2658   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
2659   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
2660
2661   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2662     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2663   else
2664     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2665
2666   return getUMaxExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2667 }
2668
2669 /// getUMinFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2670 /// the types using zero-extension, and then perform a umin operation
2671 /// with them.
2672 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2673                                                         const SCEV *RHS) {
2674   const SCEV *PromotedLHS = LHS;
2675   const SCEV *PromotedRHS = RHS;
2676
2677   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2678     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2679   else
2680     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2681
2682   return getUMinExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2683 }
2684
2685 /// PushDefUseChildren - Push users of the given Instruction
2686 /// onto the given Worklist.
2687 static void
2688 PushDefUseChildren(Instruction *I,
2689                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
2690   // Push the def-use children onto the Worklist stack.
2691   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
2692        UI != UE; ++UI)
2693     Worklist.push_back(cast<Instruction>(*UI));
2694 }
2695
2696 /// ForgetSymbolicValue - This looks up computed SCEV values for all
2697 /// instructions that depend on the given instruction and removes them from
2698 /// the ValueExprMapType map if they reference SymName. This is used during PHI
2699 /// resolution.
2700 void
2701 ScalarEvolution::ForgetSymbolicName(Instruction *PN, const SCEV *SymName) {
2702   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
2703   PushDefUseChildren(PN, Worklist);
2704
2705   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
2706   Visited.insert(PN);
2707   while (!Worklist.empty()) {
2708     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
2709     if (!Visited.insert(I)) continue;
2710
2711     ValueExprMapType::iterator It =
2712       ValueExprMap.find(static_cast<Value *>(I));
2713     if (It != ValueExprMap.end()) {
2714       // Short-circuit the def-use traversal if the symbolic name
2715       // ceases to appear in expressions.
2716       if (It->second != SymName && !It->second->hasOperand(SymName))
2717         continue;
2718
2719       // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
2720       // structure, it's a PHI that's in the progress of being computed
2721       // by createNodeForPHI, or it's a single-value PHI. In the first case,
2722       // additional loop trip count information isn't going to change anything.
2723       // In the second case, createNodeForPHI will perform the necessary
2724       // updates on its own when it gets to that point. In the third, we do
2725       // want to forget the SCEVUnknown.
2726       if (!isa<PHINode>(I) ||
2727           !isa<SCEVUnknown>(It->second) ||
2728           (I != PN && It->second == SymName)) {
2729         ValuesAtScopes.erase(It->second);
2730         ValueExprMap.erase(It);
2731       }
2732     }
2733
2734     PushDefUseChildren(I, Worklist);
2735   }
2736 }
2737
2738 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
2739 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
2740 ///
2741 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
2742   if (const Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent()))
2743     if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
2744       // The loop may have multiple entrances or multiple exits; we can analyze
2745       // this phi as an addrec if it has a unique entry value and a unique
2746       // backedge value.
2747       Value *BEValueV = 0, *StartValueV = 0;
2748       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2749         Value *V = PN->getIncomingValue(i);
2750         if (L->contains(PN->getIncomingBlock(i))) {
2751           if (!BEValueV) {
2752             BEValueV = V;
2753           } else if (BEValueV != V) {
2754             BEValueV = 0;
2755             break;
2756           }
2757         } else if (!StartValueV) {
2758           StartValueV = V;
2759         } else if (StartValueV != V) {
2760           StartValueV = 0;
2761           break;
2762         }
2763       }
2764       if (BEValueV && StartValueV) {
2765         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
2766         const SCEV *SymbolicName = getUnknown(PN);
2767         assert(ValueExprMap.find(PN) == ValueExprMap.end() &&
2768                "PHI node already processed?");
2769         ValueExprMap.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(PN, this), SymbolicName));
2770
2771         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
2772         // the back-edge.
2773         const SCEV *BEValue = getSCEV(BEValueV);
2774
2775         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
2776         // has a special value for the first iteration of the loop.
2777
2778         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
2779         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
2780         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
2781           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
2782           // with a recurrence.
2783           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
2784           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2785             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
2786               if (FoundIndex == e) {
2787                 FoundIndex = i;
2788                 break;
2789               }
2790
2791           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
2792             // Create an add with everything but the specified operand.
2793             SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
2794             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2795               if (i != FoundIndex)
2796                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
2797             const SCEV *Accum = getAddExpr(Ops);
2798
2799             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
2800             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
2801             if (Accum->isLoopInvariant(L) ||
2802                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
2803                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
2804               bool HasNUW = false;
2805               bool HasNSW = false;
2806
2807               // If the increment doesn't overflow, then neither the addrec nor
2808               // the post-increment will overflow.
2809               if (const AddOperator *OBO = dyn_cast<AddOperator>(BEValueV)) {
2810                 if (OBO->hasNoUnsignedWrap())
2811                   HasNUW = true;
2812                 if (OBO->hasNoSignedWrap())
2813                   HasNSW = true;
2814               }
2815
2816               const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
2817               const SCEV *PHISCEV =
2818                 getAddRecExpr(StartVal, Accum, L, HasNUW, HasNSW);
2819
2820               // Since the no-wrap flags are on the increment, they apply to the
2821               // post-incremented value as well.
2822               if (Accum->isLoopInvariant(L))
2823                 (void)getAddRecExpr(getAddExpr(StartVal, Accum),
2824                                     Accum, L, HasNUW, HasNSW);
2825
2826               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2827               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
2828               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
2829               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
2830               ValueExprMap[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
2831               return PHISCEV;
2832             }
2833           }
2834         } else if (const SCEVAddRecExpr *AddRec =
2835                      dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
2836           // Otherwise, this could be a loop like this:
2837           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
2838           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
2839           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
2840           // i really is an addrec evolution.
2841           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
2842             const SCEV *StartVal = getSCEV(StartValueV);
2843
2844             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
2845             // initial step of the addrec evolution.
2846             if (StartVal == getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
2847                                          AddRec->getOperand(1))) {
2848               const SCEV *PHISCEV =
2849                  getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1), L);
2850
2851               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2852               // to be symbolic.  We now need to go back and purge all of the
2853               // entries for the scalars that use the symbolic expression.
2854               ForgetSymbolicName(PN, SymbolicName);
2855               ValueExprMap[SCEVCallbackVH(PN, this)] = PHISCEV;
2856               return PHISCEV;
2857             }
2858           }
2859         }
2860       }
2861     }
2862
2863   // If the PHI has a single incoming value, follow that value, unless the
2864   // PHI's incoming blocks are in a different loop, in which case doing so
2865   // risks breaking LCSSA form. Instcombine would normally zap these, but
2866   // it doesn't have DominatorTree information, so it may miss cases.
2867   if (Value *V = PN->hasConstantValue(DT)) {
2868     bool AllSameLoop = true;
2869     Loop *PNLoop = LI->getLoopFor(PN->getParent());
2870     for (size_t i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
2871       if (LI->getLoopFor(PN->getIncomingBlock(i)) != PNLoop) {
2872         AllSameLoop = false;
2873         break;
2874       }
2875     if (AllSameLoop)
2876       return getSCEV(V);
2877   }
2878
2879   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
2880   return getUnknown(PN);
2881 }
2882
2883 /// createNodeForGEP - Expand GEP instructions into add and multiply
2884 /// operations. This allows them to be analyzed by regular SCEV code.
2885 ///
2886 const SCEV *ScalarEvolution::createNodeForGEP(GEPOperator *GEP) {
2887
2888   // Don't blindly transfer the inbounds flag from the GEP instruction to the
2889   // Add expression, because the Instruction may be guarded by control flow
2890   // and the no-overflow bits may not be valid for the expression in any
2891   // context.
2892
2893   const Type *IntPtrTy = getEffectiveSCEVType(GEP->getType());
2894   Value *Base = GEP->getOperand(0);
2895   // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
2896   if (!cast<PointerType>(Base->getType())->getElementType()->isSized())
2897     return getUnknown(GEP);
2898   const SCEV *TotalOffset = getConstant(IntPtrTy, 0);
2899   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
2900   for (GetElementPtrInst::op_iterator I = llvm::next(GEP->op_begin()),
2901                                       E = GEP->op_end();
2902        I != E; ++I) {
2903     Value *Index = *I;
2904     // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
2905     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
2906       // For a struct, add the member offset.
2907       unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
2908       const SCEV *FieldOffset = getOffsetOfExpr(STy, FieldNo);
2909
2910       // Add the field offset to the running total offset.
2911       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, FieldOffset);
2912     } else {
2913       // For an array, add the element offset, explicitly scaled.
2914       const SCEV *ElementSize = getSizeOfExpr(*GTI);
2915       const SCEV *IndexS = getSCEV(Index);
2916       // Getelementptr indices are signed.
2917       IndexS = getTruncateOrSignExtend(IndexS, IntPtrTy);
2918
2919       // Multiply the index by the element size to compute the element offset.
2920       const SCEV *LocalOffset = getMulExpr(IndexS, ElementSize);
2921
2922       // Add the element offset to the running total offset.
2923       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, LocalOffset);
2924     }
2925   }
2926
2927   // Get the SCEV for the GEP base.
2928   const SCEV *BaseS = getSCEV(Base);
2929
2930   // Add the total offset from all the GEP indices to the base.
2931   return getAddExpr(BaseS, TotalOffset);
2932 }
2933
2934 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
2935 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
2936 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
2937 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
2938 uint32_t
2939 ScalarEvolution::GetMinTrailingZeros(const SCEV *S) {
2940   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
2941     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
2942
2943   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
2944     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand()),
2945                     (uint32_t)getTypeSizeInBits(T->getType()));
2946
2947   if (const SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
2948     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
2949     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2950              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2951   }
2952
2953   if (const SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
2954     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
2955     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2956              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2957   }
2958
2959   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2960     // The result is the min of all operands results.
2961     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2962     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2963       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2964     return MinOpRes;
2965   }
2966
2967   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2968     // The result is the sum of all operands results.
2969     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2970     uint32_t BitWidth = getTypeSizeInBits(M->getType());
2971     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
2972          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
2973       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)),
2974                           BitWidth);
2975     return SumOpRes;
2976   }
2977
2978   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2979     // The result is the min of all operands results.
2980     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2981     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2982       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2983     return MinOpRes;
2984   }
2985
2986   if (const SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
2987     // The result is the min of all operands results.
2988     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2989     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2990       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2991     return MinOpRes;
2992   }
2993
2994   if (const SCEVUMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
2995     // The result is the min of all operands results.
2996     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2997     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2998       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2999     return MinOpRes;
3000   }
3001
3002   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3003     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3004     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
3005     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
3006     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
3007     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones);
3008     return Zeros.countTrailingOnes();
3009   }
3010
3011   // SCEVUDivExpr
3012   return 0;
3013 }
3014
3015 /// getUnsignedRange - Determine the unsigned range for a particular SCEV.
3016 ///
3017 ConstantRange
3018 ScalarEvolution::getUnsignedRange(const SCEV *S) {
3019
3020   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3021     return ConstantRange(C->getValue()->getValue());
3022
3023   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
3024   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
3025
3026   // If the value has known zeros, the maximum unsigned value will have those
3027   // known zeros as well.
3028   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
3029   if (TZ != 0)
3030     ConservativeResult =
3031       ConstantRange(APInt::getMinValue(BitWidth),
3032                     APInt::getMaxValue(BitWidth).lshr(TZ).shl(TZ) + 1);
3033
3034   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3035     ConstantRange X = getUnsignedRange(Add->getOperand(0));
3036     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3037       X = X.add(getUnsignedRange(Add->getOperand(i)));
3038     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3039   }
3040
3041   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3042     ConstantRange X = getUnsignedRange(Mul->getOperand(0));
3043     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
3044       X = X.multiply(getUnsignedRange(Mul->getOperand(i)));
3045     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3046   }
3047
3048   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3049     ConstantRange X = getUnsignedRange(SMax->getOperand(0));
3050     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3051       X = X.smax(getUnsignedRange(SMax->getOperand(i)));
3052     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3053   }
3054
3055   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3056     ConstantRange X = getUnsignedRange(UMax->getOperand(0));
3057     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3058       X = X.umax(getUnsignedRange(UMax->getOperand(i)));
3059     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3060   }
3061
3062   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3063     ConstantRange X = getUnsignedRange(UDiv->getLHS());
3064     ConstantRange Y = getUnsignedRange(UDiv->getRHS());
3065     return ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y));
3066   }
3067
3068   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3069     ConstantRange X = getUnsignedRange(ZExt->getOperand());
3070     return ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth));
3071   }
3072
3073   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3074     ConstantRange X = getUnsignedRange(SExt->getOperand());
3075     return ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth));
3076   }
3077
3078   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
3079     ConstantRange X = getUnsignedRange(Trunc->getOperand());
3080     return ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth));
3081   }
3082
3083   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3084     // If there's no unsigned wrap, the value will never be less than its
3085     // initial value.
3086     if (AddRec->hasNoUnsignedWrap())
3087       if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getStart()))
3088         if (!C->getValue()->isZero())
3089           ConservativeResult =
3090             ConservativeResult.intersectWith(
3091               ConstantRange(C->getValue()->getValue(), APInt(BitWidth, 0)));
3092
3093     // TODO: non-affine addrec
3094     if (AddRec->isAffine()) {
3095       const Type *Ty = AddRec->getType();
3096       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
3097       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
3098           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
3099         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
3100
3101         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
3102         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
3103
3104         ConstantRange StartRange = getUnsignedRange(Start);
3105         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
3106         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
3107         ConstantRange EndRange =
3108           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
3109
3110         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
3111         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
3112         // checking code.
3113         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3114         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3115         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
3116           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3117         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3118         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
3119             ExtEndRange)
3120           return ConservativeResult;
3121
3122         APInt Min = APIntOps::umin(StartRange.getUnsignedMin(),
3123                                    EndRange.getUnsignedMin());
3124         APInt Max = APIntOps::umax(StartRange.getUnsignedMax(),
3125                                    EndRange.getUnsignedMax());
3126         if (Min.isMinValue() && Max.isMaxValue())
3127           return ConservativeResult;
3128         return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1));
3129       }
3130     }
3131
3132     return ConservativeResult;
3133   }
3134
3135   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3136     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3137     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
3138     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
3139     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones, TD);
3140     if (Ones == ~Zeros + 1)
3141       return ConservativeResult;
3142     return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Ones, ~Zeros + 1));
3143   }
3144
3145   return ConservativeResult;
3146 }
3147
3148 /// getSignedRange - Determine the signed range for a particular SCEV.
3149 ///
3150 ConstantRange
3151 ScalarEvolution::getSignedRange(const SCEV *S) {
3152
3153   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
3154     return ConstantRange(C->getValue()->getValue());
3155
3156   unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(S->getType());
3157   ConstantRange ConservativeResult(BitWidth, /*isFullSet=*/true);
3158
3159   // If the value has known zeros, the maximum signed value will have those
3160   // known zeros as well.
3161   uint32_t TZ = GetMinTrailingZeros(S);
3162   if (TZ != 0)
3163     ConservativeResult =
3164       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3165                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(TZ).shl(TZ) + 1);
3166
3167   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
3168     ConstantRange X = getSignedRange(Add->getOperand(0));
3169     for (unsigned i = 1, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
3170       X = X.add(getSignedRange(Add->getOperand(i)));
3171     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3172   }
3173
3174   if (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
3175     ConstantRange X = getSignedRange(Mul->getOperand(0));
3176     for (unsigned i = 1, e = Mul->getNumOperands(); i != e; ++i)
3177       X = X.multiply(getSignedRange(Mul->getOperand(i)));
3178     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3179   }
3180
3181   if (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
3182     ConstantRange X = getSignedRange(SMax->getOperand(0));
3183     for (unsigned i = 1, e = SMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3184       X = X.smax(getSignedRange(SMax->getOperand(i)));
3185     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3186   }
3187
3188   if (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
3189     ConstantRange X = getSignedRange(UMax->getOperand(0));
3190     for (unsigned i = 1, e = UMax->getNumOperands(); i != e; ++i)
3191       X = X.umax(getSignedRange(UMax->getOperand(i)));
3192     return ConservativeResult.intersectWith(X);
3193   }
3194
3195   if (const SCEVUDivExpr *UDiv = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
3196     ConstantRange X = getSignedRange(UDiv->getLHS());
3197     ConstantRange Y = getSignedRange(UDiv->getRHS());
3198     return ConservativeResult.intersectWith(X.udiv(Y));
3199   }
3200
3201   if (const SCEVZeroExtendExpr *ZExt = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
3202     ConstantRange X = getSignedRange(ZExt->getOperand());
3203     return ConservativeResult.intersectWith(X.zeroExtend(BitWidth));
3204   }
3205
3206   if (const SCEVSignExtendExpr *SExt = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
3207     ConstantRange X = getSignedRange(SExt->getOperand());
3208     return ConservativeResult.intersectWith(X.signExtend(BitWidth));
3209   }
3210
3211   if (const SCEVTruncateExpr *Trunc = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
3212     ConstantRange X = getSignedRange(Trunc->getOperand());
3213     return ConservativeResult.intersectWith(X.truncate(BitWidth));
3214   }
3215
3216   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3217     // If there's no signed wrap, and all the operands have the same sign or
3218     // zero, the value won't ever change sign.
3219     if (AddRec->hasNoSignedWrap()) {
3220       bool AllNonNeg = true;
3221       bool AllNonPos = true;
3222       for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3223         if (!isKnownNonNegative(AddRec->getOperand(i))) AllNonNeg = false;
3224         if (!isKnownNonPositive(AddRec->getOperand(i))) AllNonPos = false;
3225       }
3226       if (AllNonNeg)
3227         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3228           ConstantRange(APInt(BitWidth, 0),
3229                         APInt::getSignedMinValue(BitWidth)));
3230       else if (AllNonPos)
3231         ConservativeResult = ConservativeResult.intersectWith(
3232           ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth),
3233                         APInt(BitWidth, 1)));
3234     }
3235
3236     // TODO: non-affine addrec
3237     if (AddRec->isAffine()) {
3238       const Type *Ty = AddRec->getType();
3239       const SCEV *MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
3240       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount) &&
3241           getTypeSizeInBits(MaxBECount->getType()) <= BitWidth) {
3242         MaxBECount = getNoopOrZeroExtend(MaxBECount, Ty);
3243
3244         const SCEV *Start = AddRec->getStart();
3245         const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
3246
3247         ConstantRange StartRange = getSignedRange(Start);
3248         ConstantRange StepRange = getSignedRange(Step);
3249         ConstantRange MaxBECountRange = getUnsignedRange(MaxBECount);
3250         ConstantRange EndRange =
3251           StartRange.add(MaxBECountRange.multiply(StepRange));
3252
3253         // Check for overflow. This must be done with ConstantRange arithmetic
3254         // because we could be called from within the ScalarEvolution overflow
3255         // checking code.
3256         ConstantRange ExtStartRange = StartRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3257         ConstantRange ExtStepRange = StepRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3258         ConstantRange ExtMaxBECountRange =
3259           MaxBECountRange.zextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3260         ConstantRange ExtEndRange = EndRange.sextOrTrunc(BitWidth*2+1);
3261         if (ExtStartRange.add(ExtMaxBECountRange.multiply(ExtStepRange)) !=
3262             ExtEndRange)
3263           return ConservativeResult;
3264
3265         APInt Min = APIntOps::smin(StartRange.getSignedMin(),
3266                                    EndRange.getSignedMin());
3267         APInt Max = APIntOps::smax(StartRange.getSignedMax(),
3268                                    EndRange.getSignedMax());
3269         if (Min.isMinSignedValue() && Max.isMaxSignedValue())
3270           return ConservativeResult;
3271         return ConservativeResult.intersectWith(ConstantRange(Min, Max+1));
3272       }
3273     }
3274
3275     return ConservativeResult;
3276   }
3277
3278   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
3279     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
3280     if (!U->getValue()->getType()->isIntegerTy() && !TD)
3281       return ConservativeResult;
3282     unsigned NS = ComputeNumSignBits(U->getValue(), TD);
3283     if (NS == 1)
3284       return ConservativeResult;
3285     return ConservativeResult.intersectWith(
3286       ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(BitWidth).ashr(NS - 1),
3287                     APInt::getSignedMaxValue(BitWidth).ashr(NS - 1)+1));
3288   }
3289
3290   return ConservativeResult;
3291 }
3292
3293 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
3294 /// Analyze the expression.
3295 ///
3296 const SCEV *ScalarEvolution::createSCEV(Value *V) {
3297   if (!isSCEVable(V->getType()))
3298     return getUnknown(V);
3299
3300   unsigned Opcode = Instruction::UserOp1;
3301   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
3302     Opcode = I->getOpcode();
3303
3304     // Don't attempt to analyze instructions in blocks that aren't
3305     // reachable. Such instructions don't matter, and they aren't required
3306     // to obey basic rules for definitions dominating uses which this
3307     // analysis depends on.
3308     if (!DT->isReachableFromEntry(I->getParent()))
3309       return getUnknown(V);
3310   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
3311     Opcode = CE->getOpcode();
3312   else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
3313     return getConstant(CI);
3314   else if (isa<ConstantPointerNull>(V))
3315     return getConstant(V->getType(), 0);
3316   else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V))
3317     return GA->mayBeOverridden() ? getUnknown(V) : getSCEV(GA->getAliasee());
3318   else
3319     return getUnknown(V);
3320
3321   Operator *U = cast<Operator>(V);
3322   switch (Opcode) {
3323   case Instruction::Add: {
3324     // The simple thing to do would be to just call getSCEV on both operands
3325     // and call getAddExpr with the result. However if we're looking at a
3326     // bunch of things all added together, this can be quite inefficient,
3327     // because it leads to N-1 getAddExpr calls for N ultimate operands.
3328     // Instead, gather up all the operands and make a single getAddExpr call.
3329     // LLVM IR canonical form means we need only traverse the left operands.
3330     SmallVector<const SCEV *, 4> AddOps;
3331     AddOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
3332     for (Value *Op = U->getOperand(0);
3333          Op->getValueID() == Instruction::Add + Value::InstructionVal;
3334          Op = U->getOperand(0)) {
3335       U = cast<Operator>(Op);
3336       AddOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
3337     }
3338     AddOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(0)));
3339     return getAddExpr(AddOps);
3340   }
3341   case Instruction::Mul: {
3342     // See the Add code above.
3343     SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps;
3344     MulOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
3345     for (Value *Op = U->getOperand(0);
3346          Op->getValueID() == Instruction::Mul + Value::InstructionVal; 
3347          Op = U->getOperand(0)) {
3348       U = cast<Operator>(Op);
3349       MulOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(1)));
3350     }
3351     MulOps.push_back(getSCEV(U->getOperand(0)));
3352     return getMulExpr(MulOps);
3353   }
3354   case Instruction::UDiv:
3355     return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3356                        getSCEV(U->getOperand(1)));
3357   case Instruction::Sub:
3358     return getMinusSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)),
3359                         getSCEV(U->getOperand(1)));
3360   case Instruction::And:
3361     // For an expression like x&255 that merely masks off the high bits,
3362     // use zext(trunc(x)) as the SCEV expression.
3363     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3364       if (CI->isNullValue())
3365         return getSCEV(U->getOperand(1));
3366       if (CI->isAllOnesValue())
3367         return getSCEV(U->getOperand(0));
3368       const APInt &A = CI->getValue();
3369
3370       // Instcombine's ShrinkDemandedConstant may strip bits out of
3371       // constants, obscuring what would otherwise be a low-bits mask.
3372       // Use ComputeMaskedBits to compute what ShrinkDemandedConstant
3373       // knew about to reconstruct a low-bits mask value.
3374       unsigned LZ = A.countLeadingZeros();
3375       unsigned BitWidth = A.getBitWidth();
3376       APInt AllOnes = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
3377       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
3378       ComputeMaskedBits(U->getOperand(0), AllOnes, KnownZero, KnownOne, TD);
3379
3380       APInt EffectiveMask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, BitWidth - LZ);
3381
3382       if (LZ != 0 && !((~A & ~KnownZero) & EffectiveMask))
3383         return
3384           getZeroExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3385                                 IntegerType::get(getContext(), BitWidth - LZ)),
3386                             U->getType());
3387     }
3388     break;
3389
3390   case Instruction::Or:
3391     // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
3392     // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
3393     // optimizations will transparently handle this case.
3394     //
3395     // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
3396     // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
3397     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3398       const SCEV *LHS = getSCEV(U->getOperand(0));
3399       const APInt &CIVal = CI->getValue();
3400       if (GetMinTrailingZeros(LHS) >=
3401           (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros())) {
3402         // Build a plain add SCEV.
3403         const SCEV *S = getAddExpr(LHS, getSCEV(CI));
3404         // If the LHS of the add was an addrec and it has no-wrap flags,
3405         // transfer the no-wrap flags, since an or won't introduce a wrap.
3406         if (const SCEVAddRecExpr *NewAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
3407           const SCEVAddRecExpr *OldAR = cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
3408           if (OldAR->hasNoUnsignedWrap())
3409             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setHasNoUnsignedWrap(true);
3410           if (OldAR->hasNoSignedWrap())
3411             const_cast<SCEVAddRecExpr *>(NewAR)->setHasNoSignedWrap(true);
3412         }
3413         return S;
3414       }
3415     }
3416     break;
3417   case Instruction::Xor:
3418     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3419       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
3420       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
3421       if (CI->getValue().isSignBit())
3422         return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
3423                           getSCEV(U->getOperand(1)));
3424
3425       // If the RHS of xor is -1, then this is a not operation.
3426       if (CI->isAllOnesValue())
3427         return getNotSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)));
3428
3429       // Model xor(and(x, C), C) as and(~x, C), if C is a low-bits mask.
3430       // This is a variant of the check for xor with -1, and it handles
3431       // the case where instcombine has trimmed non-demanded bits out
3432       // of an xor with -1.
3433       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U->getOperand(0)))
3434         if (ConstantInt *LCI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
3435           if (BO->getOpcode() == Instruction::And &&
3436               LCI->getValue() == CI->getValue())
3437             if (const SCEVZeroExtendExpr *Z =
3438                   dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(getSCEV(U->getOperand(0)))) {
3439               const Type *UTy = U->getType();
3440               const SCEV *Z0 = Z->getOperand();
3441               const Type *Z0Ty = Z0->getType();
3442               unsigned Z0TySize = getTypeSizeInBits(Z0Ty);
3443
3444               // If C is a low-bits mask, the zero extend is serving to
3445               // mask off the high bits. Complement the operand and
3446               // re-apply the zext.
3447               if (APIntOps::isMask(Z0TySize, CI->getValue()))
3448                 return getZeroExtendExpr(getNotSCEV(Z0), UTy);
3449
3450               // If C is a single bit, it may be in the sign-bit position
3451               // before the zero-extend. In this case, represent the xor
3452               // using an add, which is equivalent, and re-apply the zext.
3453               APInt Trunc = APInt(CI->getValue()).trunc(Z0TySize);
3454               if (APInt(Trunc).zext(getTypeSizeInBits(UTy)) == CI->getValue() &&
3455                   Trunc.isSignBit())
3456                 return getZeroExtendExpr(getAddExpr(Z0, getConstant(Trunc)),
3457                                          UTy);
3458             }
3459     }
3460     break;
3461
3462   case Instruction::Shl:
3463     // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
3464     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3465       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
3466
3467       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
3468       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
3469       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
3470       // other parts of the compiler.
3471       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
3472         break;
3473
3474       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
3475         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getZExtValue()));
3476       return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
3477     }
3478     break;
3479
3480   case Instruction::LShr:
3481     // Turn logical shift right of a constant into a unsigned divide.
3482     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
3483       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(U->getType())->getBitWidth();
3484
3485       // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
3486       // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
3487       // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
3488       // other parts of the compiler.
3489       if (SA->getValue().uge(BitWidth))
3490         break;
3491
3492       Constant *X = ConstantInt::get(getContext(),
3493         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getZExtValue()));
3494       return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
3495     }
3496     break;
3497
3498   case Instruction::AShr:
3499     // For a two-shift sext-inreg, use sext(trunc(x)) as the SCEV expression.
3500     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
3501       if (Operator *L = dyn_cast<Operator>(U->getOperand(0)))
3502         if (L->getOpcode() == Instruction::Shl &&
3503             L->getOperand(1) == U->getOperand(1)) {
3504           uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
3505
3506           // If the shift count is not less than the bitwidth, the result of
3507           // the shift is undefined. Don't try to analyze it, because the
3508           // resolution chosen here may differ from the resolution chosen in
3509           // other parts of the compiler.
3510           if (CI->getValue().uge(BitWidth))
3511             break;
3512
3513           uint64_t Amt = BitWidth - CI->getZExtValue();
3514           if (Amt == BitWidth)
3515             return getSCEV(L->getOperand(0));       // shift by zero --> noop
3516           return
3517             getSignExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(L->getOperand(0)),
3518                                               IntegerType::get(getContext(),
3519                                                                Amt)),
3520                               U->getType());
3521         }
3522     break;
3523
3524   case Instruction::Trunc:
3525     return getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3526
3527   case Instruction::ZExt:
3528     return getZeroExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3529
3530   case Instruction::SExt:
3531     return getSignExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
3532
3533   case Instruction::BitCast:
3534     // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
3535     if (isSCEVable(U->getType()) && isSCEVable(U->getOperand(0)->getType()))
3536       return getSCEV(U->getOperand(0));
3537     break;
3538
3539   // It's tempting to handle inttoptr and ptrtoint as no-ops, however this can
3540   // lead to pointer expressions which cannot safely be expanded to GEPs,
3541   // because ScalarEvolution doesn't respect the GEP aliasing rules when
3542   // simplifying integer expressions.
3543
3544   case Instruction::GetElementPtr:
3545     return createNodeForGEP(cast<GEPOperator>(U));
3546
3547   case Instruction::PHI:
3548     return createNodeForPHI(cast<PHINode>(U));
3549
3550   case Instruction::Select:
3551     // This could be a smax or umax that was lowered earlier.
3552     // Try to recover it.
3553     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U->getOperand(0))) {
3554       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
3555       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
3556       switch (ICI->getPredicate()) {
3557       case ICmpInst::ICMP_SLT:
3558       case ICmpInst::ICMP_SLE:
3559         std::swap(LHS, RHS);
3560         // fall through
3561       case ICmpInst::ICMP_SGT:
3562       case ICmpInst::ICMP_SGE:
3563         // a >s b ? a+x : b+x  ->  smax(a, b)+x
3564         // a >s b ? b+x : a+x  ->  smin(a, b)+x
3565         if (LHS->getType() == U->getType()) {
3566           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3567           const SCEV *RS = getSCEV(RHS);
3568           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3569           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3570           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
3571           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
3572           if (LDiff == RDiff)
3573             return getAddExpr(getSMaxExpr(LS, RS), LDiff);
3574           LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
3575           RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
3576           if (LDiff == RDiff)
3577             return getAddExpr(getSMinExpr(LS, RS), LDiff);
3578         }
3579         break;
3580       case ICmpInst::ICMP_ULT:
3581       case ICmpInst::ICMP_ULE:
3582         std::swap(LHS, RHS);
3583         // fall through
3584       case ICmpInst::ICMP_UGT:
3585       case ICmpInst::ICMP_UGE:
3586         // a >u b ? a+x : b+x  ->  umax(a, b)+x
3587         // a >u b ? b+x : a+x  ->  umin(a, b)+x
3588         if (LHS->getType() == U->getType()) {
3589           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3590           const SCEV *RS = getSCEV(RHS);
3591           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3592           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3593           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
3594           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, RS);
3595           if (LDiff == RDiff)
3596             return getAddExpr(getUMaxExpr(LS, RS), LDiff);
3597           LDiff = getMinusSCEV(LA, RS);
3598           RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
3599           if (LDiff == RDiff)
3600             return getAddExpr(getUMinExpr(LS, RS), LDiff);
3601         }
3602         break;
3603       case ICmpInst::ICMP_NE:
3604         // n != 0 ? n+x : 1+x  ->  umax(n, 1)+x
3605         if (LHS->getType() == U->getType() &&
3606             isa<ConstantInt>(RHS) &&
3607             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
3608           const SCEV *One = getConstant(LHS->getType(), 1);
3609           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3610           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3611           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3612           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, LS);
3613           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, One);
3614           if (LDiff == RDiff)
3615             return getAddExpr(getUMaxExpr(One, LS), LDiff);
3616         }
3617         break;
3618       case ICmpInst::ICMP_EQ:
3619         // n == 0 ? 1+x : n+x  ->  umax(n, 1)+x
3620         if (LHS->getType() == U->getType() &&
3621             isa<ConstantInt>(RHS) &&
3622             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero()) {
3623           const SCEV *One = getConstant(LHS->getType(), 1);
3624           const SCEV *LS = getSCEV(LHS);
3625           const SCEV *LA = getSCEV(U->getOperand(1));
3626           const SCEV *RA = getSCEV(U->getOperand(2));
3627           const SCEV *LDiff = getMinusSCEV(LA, One);
3628           const SCEV *RDiff = getMinusSCEV(RA, LS);
3629           if (LDiff == RDiff)
3630             return getAddExpr(getUMaxExpr(One, LS), LDiff);
3631         }
3632         break;
3633       default:
3634         break;
3635       }
3636     }
3637
3638   default: // We cannot analyze this expression.
3639     break;
3640   }
3641
3642   return getUnknown(V);
3643 }
3644
3645
3646
3647 //===----------------------------------------------------------------------===//
3648 //                   Iteration Count Computation Code
3649 //
3650
3651 /// getBackedgeTakenCount - If the specified loop has a predictable
3652 /// backedge-taken count, return it, otherwise return a SCEVCouldNotCompute
3653 /// object. The backedge-taken count is the number of times the loop header
3654 /// will be branched to from within the loop. This is one less than the
3655 /// trip count of the loop, since it doesn't count the first iteration,
3656 /// when the header is branched to from outside the loop.
3657 ///
3658 /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
3659 /// loop-invariant backedge-taken count (see
3660 /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
3661 ///
3662 const SCEV *ScalarEvolution::getBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3663   return getBackedgeTakenInfo(L).Exact;
3664 }
3665
3666 /// getMaxBackedgeTakenCount - Similar to getBackedgeTakenCount, except
3667 /// return the least SCEV value that is known never to be less than the
3668 /// actual backedge taken count.
3669 const SCEV *ScalarEvolution::getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3670   return getBackedgeTakenInfo(L).Max;
3671 }
3672
3673 /// PushLoopPHIs - Push PHI nodes in the header of the given loop
3674 /// onto the given Worklist.
3675 static void
3676 PushLoopPHIs(const Loop *L, SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist) {
3677   BasicBlock *Header = L->getHeader();
3678
3679   // Push all Loop-header PHIs onto the Worklist stack.
3680   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
3681        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
3682     Worklist.push_back(PN);
3683 }
3684
3685 const ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo &
3686 ScalarEvolution::getBackedgeTakenInfo(const Loop *L) {
3687   // Initially insert a CouldNotCompute for this loop. If the insertion
3688   // succeeds, proceed to actually compute a backedge-taken count and
3689   // update the value. The temporary CouldNotCompute value tells SCEV
3690   // code elsewhere that it shouldn't attempt to request a new
3691   // backedge-taken count, which could result in infinite recursion.
3692   std::pair<std::map<const Loop *, BackedgeTakenInfo>::iterator, bool> Pair =
3693     BackedgeTakenCounts.insert(std::make_pair(L, getCouldNotCompute()));
3694   if (Pair.second) {
3695     BackedgeTakenInfo BECount = ComputeBackedgeTakenCount(L);
3696     if (BECount.Exact != getCouldNotCompute()) {
3697       assert(BECount.Exact->isLoopInvariant(L) &&
3698              BECount.Max->isLoopInvariant(L) &&
3699              "Computed backedge-taken count isn't loop invariant for loop!");
3700       ++NumTripCountsComputed;
3701
3702       // Update the value in the map.
3703       Pair.first->second = BECount;
3704     } else {
3705       if (BECount.Max != getCouldNotCompute())
3706         // Update the value in the map.
3707         Pair.first->second = BECount;
3708       if (isa<PHINode>(L->getHeader()->begin()))
3709         // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
3710         ++NumTripCountsNotComputed;
3711     }
3712
3713     // Now that we know more about the trip count for this loop, forget any
3714     // existing SCEV values for PHI nodes in this loop since they are only
3715     // conservative estimates made without the benefit of trip count
3716     // information. This is similar to the code in forgetLoop, except that
3717     // it handles SCEVUnknown PHI nodes specially.
3718     if (BECount.hasAnyInfo()) {
3719       SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3720       PushLoopPHIs(L, Worklist);
3721
3722       SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3723       while (!Worklist.empty()) {
3724         Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3725         if (!Visited.insert(I)) continue;
3726
3727         ValueExprMapType::iterator It =
3728           ValueExprMap.find(static_cast<Value *>(I));
3729         if (It != ValueExprMap.end()) {
3730           // SCEVUnknown for a PHI either means that it has an unrecognized
3731           // structure, or it's a PHI that's in the progress of being computed
3732           // by createNodeForPHI.  In the former case, additional loop trip
3733           // count information isn't going to change anything. In the later
3734           // case, createNodeForPHI will perform the necessary updates on its
3735           // own when it gets to that point.
3736           if (!isa<PHINode>(I) || !isa<SCEVUnknown>(It->second)) {
3737             ValuesAtScopes.erase(It->second);
3738             ValueExprMap.erase(It);
3739           }
3740           if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3741             ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3742         }
3743
3744         PushDefUseChildren(I, Worklist);
3745       }
3746     }
3747   }
3748   return Pair.first->second;
3749 }
3750
3751 /// forgetLoop - This method should be called by the client when it has
3752 /// changed a loop in a way that may effect ScalarEvolution's ability to
3753 /// compute a trip count, or if the loop is deleted.
3754 void ScalarEvolution::forgetLoop(const Loop *L) {
3755   // Drop any stored trip count value.
3756   BackedgeTakenCounts.erase(L);
3757
3758   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
3759   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3760   PushLoopPHIs(L, Worklist);
3761
3762   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3763   while (!Worklist.empty()) {
3764     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3765     if (!Visited.insert(I)) continue;
3766
3767     ValueExprMapType::iterator It = ValueExprMap.find(static_cast<Value *>(I));
3768     if (It != ValueExprMap.end()) {
3769       ValuesAtScopes.erase(It->second);
3770       ValueExprMap.erase(It);
3771       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3772         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3773     }
3774
3775     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3776   }
3777 }
3778
3779 /// forgetValue - This method should be called by the client when it has
3780 /// changed a value in a way that may effect its value, or which may
3781 /// disconnect it from a def-use chain linking it to a loop.
3782 void ScalarEvolution::forgetValue(Value *V) {
3783   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
3784   if (!I) return;
3785
3786   // Drop information about expressions based on loop-header PHIs.
3787   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
3788   Worklist.push_back(I);
3789
3790   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3791   while (!Worklist.empty()) {
3792     I = Worklist.pop_back_val();
3793     if (!Visited.insert(I)) continue;
3794
3795     ValueExprMapType::iterator It = ValueExprMap.find(static_cast<Value *>(I));
3796     if (It != ValueExprMap.end()) {
3797       ValuesAtScopes.erase(It->second);
3798       ValueExprMap.erase(It);
3799       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3800         ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
3801     }
3802
3803     PushDefUseChildren(I, Worklist);
3804   }
3805 }
3806
3807 /// ComputeBackedgeTakenCount - Compute the number of times the backedge
3808 /// of the specified loop will execute.
3809 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3810 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
3811   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitingBlocks;
3812   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
3813
3814   // Examine all exits and pick the most conservative values.
3815   const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3816   const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3817   bool CouldNotComputeBECount = false;
3818   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
3819     BackedgeTakenInfo NewBTI =
3820       ComputeBackedgeTakenCountFromExit(L, ExitingBlocks[i]);
3821
3822     if (NewBTI.Exact == getCouldNotCompute()) {
3823       // We couldn't compute an exact value for this exit, so
3824       // we won't be able to compute an exact value for the loop.
3825       CouldNotComputeBECount = true;
3826       BECount = getCouldNotCompute();
3827     } else if (!CouldNotComputeBECount) {
3828       if (BECount == getCouldNotCompute())
3829         BECount = NewBTI.Exact;
3830       else
3831         BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BECount, NewBTI.Exact);
3832     }
3833     if (MaxBECount == getCouldNotCompute())
3834       MaxBECount = NewBTI.Max;
3835     else if (NewBTI.Max != getCouldNotCompute())
3836       MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(MaxBECount, NewBTI.Max);
3837   }
3838
3839   return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3840 }
3841
3842 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExit - Compute the number of times the backedge
3843 /// of the specified loop will execute if it exits via the specified block.
3844 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3845 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExit(const Loop *L,
3846                                                    BasicBlock *ExitingBlock) {
3847
3848   // Okay, we've chosen an exiting block.  See what condition causes us to
3849   // exit at this block.
3850   //
3851   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
3852   BranchInst *ExitBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
3853   if (ExitBr == 0) return getCouldNotCompute();
3854   assert(ExitBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
3855
3856   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
3857   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
3858   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
3859   // not be equal to the trip count of the loop.
3860   //
3861   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
3862   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
3863   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
3864   // loop header.  This is common for un-rotated loops.
3865   //
3866   // If both of those tests fail, walk up the unique predecessor chain to the
3867   // header, stopping if there is an edge that doesn't exit the loop. If the
3868   // header is reached, the execution count of the branch will be equal to the
3869   // trip count of the loop.
3870   //
3871   //  More extensive analysis could be done to handle more cases here.
3872   //
3873   if (ExitBr->getSuccessor(0) != L->getHeader() &&
3874       ExitBr->getSuccessor(1) != L->getHeader() &&
3875       ExitBr->getParent() != L->getHeader()) {
3876     // The simple checks failed, try climbing the unique predecessor chain
3877     // up to the header.
3878     bool Ok = false;
3879     for (BasicBlock *BB = ExitBr->getParent(); BB; ) {
3880       BasicBlock *Pred = BB->getUniquePredecessor();
3881       if (!Pred)
3882         return getCouldNotCompute();
3883       TerminatorInst *PredTerm = Pred->getTerminator();
3884       for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
3885         BasicBlock *PredSucc = PredTerm->getSuccessor(i);
3886         if (PredSucc == BB)
3887           continue;
3888         // If the predecessor has a successor that isn't BB and isn't
3889         // outside the loop, assume the worst.
3890         if (L->contains(PredSucc))
3891           return getCouldNotCompute();
3892       }
3893       if (Pred == L->getHeader()) {
3894         Ok = true;
3895         break;
3896       }
3897       BB = Pred;
3898     }
3899     if (!Ok)
3900       return getCouldNotCompute();
3901   }
3902
3903   // Proceed to the next level to examine the exit condition expression.
3904   return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, ExitBr->getCondition(),
3905                                                ExitBr->getSuccessor(0),
3906                                                ExitBr->getSuccessor(1));
3907 }
3908
3909 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond - Compute the number of times the
3910 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
3911 /// were a conditional branch of ExitCond, TBB, and FBB.
3912 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3913 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(const Loop *L,
3914                                                        Value *ExitCond,
3915                                                        BasicBlock *TBB,
3916                                                        BasicBlock *FBB) {
3917   // Check if the controlling expression for this loop is an And or Or.
3918   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(ExitCond)) {
3919     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
3920       // Recurse on the operands of the and.
3921       BackedgeTakenInfo BTI0 =
3922         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
3923       BackedgeTakenInfo BTI1 =
3924         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
3925       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3926       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3927       if (L->contains(TBB)) {
3928         // Both conditions must be true for the loop to continue executing.
3929         // Choose the less conservative count.
3930         if (BTI0.Exact == getCouldNotCompute() ||
3931             BTI1.Exact == getCouldNotCompute())
3932           BECount = getCouldNotCompute();
3933         else
3934           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3935         if (BTI0.Max == getCouldNotCompute())
3936           MaxBECount = BTI1.Max;
3937         else if (BTI1.Max == getCouldNotCompute())
3938           MaxBECount = BTI0.Max;
3939         else
3940           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3941       } else {
3942         // Both conditions must be true at the same time for the loop to exit.
3943         // For now, be conservative.
3944         assert(L->contains(FBB) && "Loop block has no successor in loop!");
3945         if (BTI0.Max == BTI1.Max)
3946           MaxBECount = BTI0.Max;
3947         if (BTI0.Exact == BTI1.Exact)
3948           BECount = BTI0.Exact;
3949       }
3950
3951       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3952     }
3953     if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
3954       // Recurse on the operands of the or.
3955       BackedgeTakenInfo BTI0 =
3956         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
3957       BackedgeTakenInfo BTI1 =
3958         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
3959       const SCEV *BECount = getCouldNotCompute();
3960       const SCEV *MaxBECount = getCouldNotCompute();
3961       if (L->contains(FBB)) {
3962         // Both conditions must be false for the loop to continue executing.
3963         // Choose the less conservative count.
3964         if (BTI0.Exact == getCouldNotCompute() ||
3965             BTI1.Exact == getCouldNotCompute())
3966           BECount = getCouldNotCompute();
3967         else
3968           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
3969         if (BTI0.Max == getCouldNotCompute())
3970           MaxBECount = BTI1.Max;
3971         else if (BTI1.Max == getCouldNotCompute())
3972           MaxBECount = BTI0.Max;
3973         else
3974           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
3975       } else {
3976         // Both conditions must be false at the same time for the loop to exit.
3977         // For now, be conservative.
3978         assert(L->contains(TBB) && "Loop block has no successor in loop!");
3979         if (BTI0.Max == BTI1.Max)
3980           MaxBECount = BTI0.Max;
3981         if (BTI0.Exact == BTI1.Exact)
3982           BECount = BTI0.Exact;
3983       }
3984
3985       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
3986     }
3987   }
3988
3989   // With an icmp, it may be feasible to compute an exact backedge-taken count.
3990   // Proceed to the next level to examine the icmp.
3991   if (ICmpInst *ExitCondICmp = dyn_cast<ICmpInst>(ExitCond))
3992     return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(L, ExitCondICmp, TBB, FBB);
3993
3994   // Check for a constant condition. These are normally stripped out by
3995   // SimplifyCFG, but ScalarEvolution may be used by a pass which wishes to
3996   // preserve the CFG and is temporarily leaving constant conditions
3997   // in place.
3998   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(ExitCond)) {
3999     if (L->contains(FBB) == !CI->getZExtValue())
4000       // The backedge is always taken.
4001       return getCouldNotCompute();
4002     else
4003       // The backedge is never taken.
4004       return getConstant(CI->getType(), 0);
4005   }
4006
4007   // If it's not an integer or pointer comparison then compute it the hard way.
4008   return ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
4009 }
4010
4011 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp - Compute the number of times the
4012 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
4013 /// were a conditional branch of the ICmpInst ExitCond, TBB, and FBB.
4014 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4015 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(const Loop *L,
4016                                                            ICmpInst *ExitCond,
4017                                                            BasicBlock *TBB,
4018                                                            BasicBlock *FBB) {
4019
4020   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
4021   ICmpInst::Predicate Cond;
4022   if (!L->contains(FBB))
4023     Cond = ExitCond->getPredicate();
4024   else
4025     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
4026
4027   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
4028   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
4029     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
4030       BackedgeTakenInfo ItCnt =
4031         ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(LI, RHS, L, Cond);
4032       if (ItCnt.hasAnyInfo())
4033         return ItCnt;
4034     }
4035
4036   const SCEV *LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
4037   const SCEV *RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
4038
4039   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
4040   LHS = getSCEVAtScope(LHS, L);
4041   RHS = getSCEVAtScope(RHS, L);
4042
4043   // At this point, we would like to compute how many iterations of the
4044   // loop the predicate will return true for these inputs.
4045   if (LHS->isLoopInvariant(L) && !RHS->isLoopInvariant(L)) {
4046     // If there is a loop-invariant, force it into the RHS.
4047     std::swap(LHS, RHS);
4048     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
4049   }
4050
4051   // Simplify the operands before analyzing them.
4052   (void)SimplifyICmpOperands(Cond, LHS, RHS);
4053
4054   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
4055   // ranges to answer this query.
4056   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
4057     if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
4058       if (AddRec->getLoop() == L) {
4059         // Form the constant range.
4060         ConstantRange CompRange(
4061             ICmpInst::makeConstantRange(Cond, RHSC->getValue()->getValue()));
4062
4063         const SCEV *Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, *this);
4064         if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
4065       }
4066
4067   switch (Cond) {
4068   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
4069     // Convert to: while (X-Y != 0)
4070     BackedgeTakenInfo BTI = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
4071     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
4072     break;
4073   }
4074   case ICmpInst::ICMP_EQ: {                     // while (X == Y)
4075     // Convert to: while (X-Y == 0)
4076     BackedgeTakenInfo BTI = HowFarToNonZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
4077     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
4078     break;
4079   }
4080   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
4081     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, true);
4082     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
4083     break;
4084   }
4085   case ICmpInst::ICMP_SGT: {
4086     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
4087                                              getNotSCEV(RHS), L, true);
4088     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
4089     break;
4090   }
4091   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
4092     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, false);
4093     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
4094     break;
4095   }
4096   case ICmpInst::ICMP_UGT: {
4097     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
4098                                              getNotSCEV(RHS), L, false);
4099     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
4100     break;
4101   }
4102   default:
4103 #if 0
4104     dbgs() << "ComputeBackedgeTakenCount ";
4105     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
4106       dbgs() << "[unsigned] ";
4107     dbgs() << *LHS << "   "
4108          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp)
4109          << "   " << *RHS << "\n";
4110 #endif
4111     break;
4112   }
4113   return
4114     ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
4115 }
4116
4117 static ConstantInt *
4118 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
4119                                 ScalarEvolution &SE) {
4120   const SCEV *InVal = SE.getConstant(C);
4121   const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
4122   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
4123          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
4124   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
4125 }
4126
4127 /// GetAddressedElementFromGlobal - Given a global variable with an initializer
4128 /// and a GEP expression (missing the pointer index) indexing into it, return
4129 /// the addressed element of the initializer or null if the index expression is
4130 /// invalid.
4131 static Constant *
4132 GetAddressedElementFromGlobal(GlobalVariable *GV,
4133                               const std::vector<ConstantInt*> &Indices) {
4134   Constant *Init = GV->getInitializer();
4135   for (unsigned i = 0, e = Indices.size(); i != e; ++i) {
4136     uint64_t Idx = Indices[i]->getZExtValue();
4137     if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Init)) {
4138       assert(Idx < CS->getNumOperands() && "Bad struct index!");
4139       Init = cast<Constant>(CS->getOperand(Idx));
4140     } else if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Init)) {
4141       if (Idx >= CA->getNumOperands()) return 0;  // Bogus program
4142       Init = cast<Constant>(CA->getOperand(Idx));
4143     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
4144       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
4145         assert(Idx < STy->getNumElements() && "Bad struct index!");
4146         Init = Constant::getNullValue(STy->getElementType(Idx));
4147       } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Init->getType())) {
4148         if (Idx >= ATy->getNumElements()) return 0;  // Bogus program
4149         Init = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
4150       } else {
4151         llvm_unreachable("Unknown constant aggregate type!");
4152       }
4153       return 0;
4154     } else {
4155       return 0; // Unknown initializer type
4156     }
4157   }
4158   return Init;
4159 }
4160
4161 /// ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount - Given an exit condition of
4162 /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the backedge
4163 /// execution count.
4164 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4165 ScalarEvolution::ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(
4166                                                 LoadInst *LI,
4167                                                 Constant *RHS,
4168                                                 const Loop *L,
4169                                                 ICmpInst::Predicate predicate) {
4170   if (LI->isVolatile()) return getCouldNotCompute();
4171
4172   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
4173   // TODO: Use SCEV instead of manually grubbing with GEPs.
4174   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
4175   if (!GEP) return getCouldNotCompute();
4176
4177   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
4178   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
4179   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
4180   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer() ||
4181       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
4182       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
4183     return getCouldNotCompute();
4184
4185   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
4186   Value *VarIdx = 0;
4187   std::vector<ConstantInt*> Indexes;
4188   unsigned VarIdxNum = 0;
4189   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
4190     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
4191       Indexes.push_back(CI);
4192     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
4193       if (VarIdx) return getCouldNotCompute();  // Multiple non-constant idx's.
4194       VarIdx = GEP->getOperand(i);
4195       VarIdxNum = i-2;
4196       Indexes.push_back(0);
4197     }
4198
4199   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
4200   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
4201   const SCEV *Idx = getSCEV(VarIdx);
4202   Idx = getSCEVAtScope(Idx, L);
4203
4204   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
4205   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
4206   const SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
4207   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || IdxExpr->isLoopInvariant(L) ||
4208       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
4209       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
4210     return getCouldNotCompute();
4211
4212   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
4213   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
4214     ConstantInt *ItCst = ConstantInt::get(
4215                            cast<IntegerType>(IdxExpr->getType()), IterationNum);
4216     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, *this);
4217
4218     // Form the GEP offset.
4219     Indexes[VarIdxNum] = Val;
4220
4221     Constant *Result = GetAddressedElementFromGlobal(GV, Indexes);
4222     if (Result == 0) break;  // Cannot compute!
4223
4224     // Evaluate the condition for this iteration.
4225     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
4226     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
4227     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
4228 #if 0
4229       dbgs() << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
4230              << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
4231              << "***\n";
4232 #endif
4233       ++NumArrayLenItCounts;
4234       return getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
4235     }
4236   }
4237   return getCouldNotCompute();
4238 }
4239
4240
4241 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
4242 /// specified type, assuming that all operands were constants.
4243 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
4244   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
4245       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I))
4246     return true;
4247
4248   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
4249     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
4250       return canConstantFoldCallTo(F);
4251   return false;
4252 }
4253
4254 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
4255 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
4256 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
4257 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
4258 /// constraints, return null.
4259 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
4260   // If this is not an instruction, or if this is an instruction outside of the
4261   // loop, it can't be derived from a loop PHI.
4262   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
4263   if (I == 0 || !L->contains(I)) return 0;
4264
4265   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
4266     if (L->getHeader() == I->getParent())
4267       return PN;
4268     else
4269       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
4270       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
4271       return 0;
4272   }
4273
4274   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
4275   // are constants, return early.
4276   if (!CanConstantFold(I)) return 0;
4277
4278   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
4279   // constant or derived from a PHI node themselves.
4280   PHINode *PHI = 0;
4281   for (unsigned Op = 0, e = I->getNumOperands(); Op != e; ++Op)
4282     if (!isa<Constant>(I->getOperand(Op))) {
4283       PHINode *P = getConstantEvolvingPHI(I->getOperand(Op), L);
4284       if (P == 0) return 0;  // Not evolving from PHI
4285       if (PHI == 0)
4286         PHI = P;
4287       else if (PHI != P)
4288         return 0;  // Evolving from multiple different PHIs.
4289     }
4290
4291   // This is a expression evolving from a constant PHI!
4292   return PHI;
4293 }
4294
4295 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
4296 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
4297 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
4298 /// reason, return null.
4299 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, Constant *PHIVal,
4300                                     const TargetData *TD) {
4301   if (isa<PHINode>(V)) return PHIVal;
4302   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
4303   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
4304
4305   std::vector<Constant*> Operands(I->getNumOperands());
4306
4307   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4308     Operands[i] = EvaluateExpression(I->getOperand(i), PHIVal, TD);
4309     if (Operands[i] == 0) return 0;
4310   }
4311
4312   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
4313     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(), Operands[0],
4314                                            Operands[1], TD);
4315   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
4316                                   &Operands[0], Operands.size(), TD);
4317 }
4318
4319 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
4320 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
4321 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
4322 /// involving constants, fold it.
4323 Constant *
4324 ScalarEvolution::getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN,
4325                                                    const APInt &BEs,
4326                                                    const Loop *L) {
4327   std::map<PHINode*, Constant*>::const_iterator I =
4328     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
4329   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
4330     return I->second;
4331
4332   if (BEs.ugt(MaxBruteForceIterations))
4333     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = 0;  // Not going to evaluate it.
4334
4335   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
4336
4337   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
4338   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
4339   // second must be derived from the same PHI.
4340   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
4341   Constant *StartCST =
4342     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
4343   if (StartCST == 0)
4344     return RetVal = 0;  // Must be a constant.
4345
4346   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
4347   if (getConstantEvolvingPHI(BEValue, L) != PN &&
4348       !isa<Constant>(BEValue))
4349     return RetVal = 0;  // Not derived from same PHI.
4350
4351   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
4352   if (BEs.getActiveBits() >= 32)
4353     return RetVal = 0; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
4354
4355   unsigned NumIterations = BEs.getZExtValue(); // must be in range
4356   unsigned IterationNum = 0;
4357   for (Constant *PHIVal = StartCST; ; ++IterationNum) {
4358     if (IterationNum == NumIterations)
4359       return RetVal = PHIVal;  // Got exit value!
4360
4361     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
4362     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal, TD);
4363     if (NextPHI == PHIVal)
4364       return RetVal = NextPHI;  // Stopped evolving!
4365     if (NextPHI == 0)
4366       return 0;        // Couldn't evaluate!
4367     PHIVal = NextPHI;
4368   }
4369 }
4370
4371 /// ComputeBackedgeTakenCountExhaustively - If the loop is known to execute a
4372 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
4373 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
4374 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
4375 /// evaluate the trip count of the loop, return getCouldNotCompute().
4376 const SCEV *
4377 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(const Loop *L,
4378                                                        Value *Cond,
4379                                                        bool ExitWhen) {
4380   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
4381   if (PN == 0) return getCouldNotCompute();
4382
4383   // If the loop is canonicalized, the PHI will have exactly two entries.
4384   // That's the only form we support here.
4385   if (PN->getNumIncomingValues() != 2) return getCouldNotCompute();
4386
4387   // One entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
4388   // second must be derived from the same PHI.
4389   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
4390   Constant *StartCST =
4391     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
4392   if (StartCST == 0) return getCouldNotCompute();  // Must be a constant.
4393
4394   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
4395   if (getConstantEvolvingPHI(BEValue, L) != PN &&
4396       !isa<Constant>(BEValue))
4397     return getCouldNotCompute();  // Not derived from same PHI.
4398
4399   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
4400   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
4401   // "ExitWhen".
4402   unsigned IterationNum = 0;
4403   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
4404   for (Constant *PHIVal = StartCST;
4405        IterationNum != MaxIterations; ++IterationNum) {
4406     ConstantInt *CondVal =
4407       dyn_cast_or_null<ConstantInt>(EvaluateExpression(Cond, PHIVal, TD));
4408
4409     // Couldn't symbolically evaluate.
4410     if (!CondVal) return getCouldNotCompute();
4411
4412     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
4413       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
4414       return getConstant(Type::getInt32Ty(getContext()), IterationNum);
4415     }
4416
4417     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
4418     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal, TD);
4419     if (NextPHI == 0 || NextPHI == PHIVal)
4420       return getCouldNotCompute();// Couldn't evaluate or not making progress...
4421     PHIVal = NextPHI;
4422   }
4423
4424   // Too many iterations were needed to evaluate.
4425   return getCouldNotCompute();
4426 }
4427
4428 /// getSCEVAtScope - Return a SCEV expression for the specified value
4429 /// at the specified scope in the program.  The L value specifies a loop
4430 /// nest to evaluate the expression at, where null is the top-level or a
4431 /// specified loop is immediately inside of the loop.
4432 ///
4433 /// This method can be used to compute the exit value for a variable defined
4434 /// in a loop by querying what the value will hold in the parent loop.
4435 ///
4436 /// In the case that a relevant loop exit value cannot be computed, the
4437 /// original value V is returned.
4438 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
4439   // Check to see if we've folded this expression at this loop before.
4440   std::map<const Loop *, const SCEV *> &Values = ValuesAtScopes[V];
4441   std::pair<std::map<const Loop *, const SCEV *>::iterator, bool> Pair =
4442     Values.insert(std::make_pair(L, static_cast<const SCEV *>(0)));
4443   if (!Pair.second)
4444     return Pair.first->second ? Pair.first->second : V;
4445
4446   // Otherwise compute it.
4447   const SCEV *C = computeSCEVAtScope(V, L);
4448   ValuesAtScopes[V][L] = C;
4449   return C;
4450 }
4451
4452 const SCEV *ScalarEvolution::computeSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
4453   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
4454
4455   // If this instruction is evolved from a constant-evolving PHI, compute the
4456   // exit value from the loop without using SCEVs.
4457   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
4458     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
4459       const Loop *LI = (*this->LI)[I->getParent()];
4460       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
4461         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
4462           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
4463             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
4464             // to see if the loop that contains it has a known backedge-taken
4465             // count.  If so, we may be able to force computation of the exit
4466             // value.
4467             const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(LI);
4468             if (const SCEVConstant *BTCC =
4469                   dyn_cast<SCEVConstant>(BackedgeTakenCount)) {
4470               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
4471               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
4472               // the specified iteration number.
4473               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
4474                                                    BTCC->getValue()->getValue(),
4475                                                                LI);
4476               if (RV) return getSCEV(RV);
4477             }
4478           }
4479
4480       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
4481       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
4482       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
4483       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
4484       if (CanConstantFold(I)) {
4485         SmallVector<Constant *, 4> Operands;
4486         bool MadeImprovement = false;
4487         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4488           Value *Op = I->getOperand(i);
4489           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
4490             Operands.push_back(C);
4491             continue;
4492           }
4493
4494           // If any of the operands is non-constant and if they are
4495           // non-integer and non-pointer, don't even try to analyze them
4496           // with scev techniques.
4497           if (!isSCEVable(Op->getType()))
4498             return V;
4499
4500           const SCEV *OrigV = getSCEV(Op);
4501           const SCEV *OpV = getSCEVAtScope(OrigV, L);
4502           MadeImprovement |= OrigV != OpV;
4503
4504           Constant *C = 0;
4505           if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OpV))
4506             C = SC->getValue();
4507           if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(OpV))
4508             C = dyn_cast<Constant>(SU->getValue());
4509           if (!C) return V;
4510           if (C->getType() != Op->getType())
4511             C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
4512                                                               Op->getType(),
4513                                                               false),
4514                                       C, Op->getType());
4515           Operands.push_back(C);
4516         }
4517
4518         // Check to see if getSCEVAtScope actually made an improvement.
4519         if (MadeImprovement) {
4520           Constant *C = 0;
4521           if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
4522             C = ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
4523                                                 Operands[0], Operands[1], TD);
4524           else
4525             C = ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
4526                                          &Operands[0], Operands.size(), TD);
4527           if (!C) return V;
4528           return getSCEV(C);
4529         }
4530       }
4531     }
4532
4533     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
4534     return V;
4535   }
4536
4537   if (const SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
4538     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
4539     // expression has no loop-variant portions.
4540     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4541       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
4542       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
4543         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
4544         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
4545         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Comm->op_begin(),
4546                                             Comm->op_begin()+i);
4547         NewOps.push_back(OpAtScope);
4548
4549         for (++i; i != e; ++i) {
4550           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
4551           NewOps.push_back(OpAtScope);
4552         }
4553         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
4554           return getAddExpr(NewOps);
4555         if (isa<SCEVMulExpr>(Comm))
4556           return getMulExpr(NewOps);
4557         if (isa<SCEVSMaxExpr>(Comm))
4558           return getSMaxExpr(NewOps);
4559         if (isa<SCEVUMaxExpr>(Comm))
4560           return getUMaxExpr(NewOps);
4561         llvm_unreachable("Unknown commutative SCEV type!");
4562       }
4563     }
4564     // If we got here, all operands are loop invariant.
4565     return Comm;
4566   }
4567
4568   if (const SCEVUDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(V)) {
4569     const SCEV *LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
4570     const SCEV *RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
4571     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
4572       return Div;   // must be loop invariant
4573     return getUDivExpr(LHS, RHS);
4574   }
4575
4576   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
4577   // are dealing with the final value computed by the loop.
4578   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
4579     // First, attempt to evaluate each operand.
4580     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
4581     // expression has no loop-variant portions.
4582     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
4583       const SCEV *OpAtScope = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(i), L);
4584       if (OpAtScope == AddRec->getOperand(i))
4585         continue;
4586
4587       // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
4588       // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
4589       SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(AddRec->op_begin(),
4590                                           AddRec->op_begin()+i);
4591       NewOps.push_back(OpAtScope);
4592       for (++i; i != e; ++i)
4593         NewOps.push_back(getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(i), L));
4594
4595       AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop()));
4596       break;
4597     }
4598
4599     // If the scope is outside the addrec's loop, evaluate it by using the
4600     // loop exit value of the addrec.
4601     if (!AddRec->getLoop()->contains(L)) {
4602       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
4603       // loop iterates.  Compute this now.
4604       const SCEV *BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
4605       if (BackedgeTakenCount == getCouldNotCompute()) return AddRec;
4606
4607       // Then, evaluate the AddRec.
4608       return AddRec->evaluateAtIteration(BackedgeTakenCount, *this);
4609     }
4610
4611     return AddRec;
4612   }
4613
4614   if (const SCEVZeroExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(V)) {
4615     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4616     if (Op == Cast->getOperand())
4617       return Cast;  // must be loop invariant
4618     return getZeroExtendExpr(Op, Cast->getType());
4619   }
4620
4621   if (const SCEVSignExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(V)) {
4622     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4623     if (Op == Cast->getOperand())
4624       return Cast;  // must be loop invariant
4625     return getSignExtendExpr(Op, Cast->getType());
4626   }
4627
4628   if (const SCEVTruncateExpr *Cast = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(V)) {
4629     const SCEV *Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
4630     if (Op == Cast->getOperand())
4631       return Cast;  // must be loop invariant
4632     return getTruncateExpr(Op, Cast->getType());
4633   }
4634
4635   llvm_unreachable("Unknown SCEV type!");
4636   return 0;
4637 }
4638
4639 /// getSCEVAtScope - This is a convenience function which does
4640 /// getSCEVAtScope(getSCEV(V), L).
4641 const SCEV *ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) {
4642   return getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
4643 }
4644
4645 /// SolveLinEquationWithOverflow - Finds the minimum unsigned root of the
4646 /// following equation:
4647 ///
4648 ///     A * X = B (mod N)
4649 ///
4650 /// where N = 2^BW and BW is the common bit width of A and B. The signedness of
4651 /// A and B isn't important.
4652 ///
4653 /// If the equation does not have a solution, SCEVCouldNotCompute is returned.
4654 static const SCEV *SolveLinEquationWithOverflow(const APInt &A, const APInt &B,
4655                                                ScalarEvolution &SE) {
4656   uint32_t BW = A.getBitWidth();
4657   assert(BW == B.getBitWidth() && "Bit widths must be the same.");
4658   assert(A != 0 && "A must be non-zero.");
4659
4660   // 1. D = gcd(A, N)
4661   //
4662   // The gcd of A and N may have only one prime factor: 2. The number of
4663   // trailing zeros in A is its multiplicity
4664   uint32_t Mult2 = A.countTrailingZeros();
4665   // D = 2^Mult2
4666
4667   // 2. Check if B is divisible by D.
4668   //
4669   // B is divisible by D if and only if the multiplicity of prime factor 2 for B
4670   // is not less than multiplicity of this prime factor for D.
4671   if (B.countTrailingZeros() < Mult2)
4672     return SE.getCouldNotCompute();
4673
4674   // 3. Compute I: the multiplicative inverse of (A / D) in arithmetic
4675   // modulo (N / D).
4676   //
4677   // (N / D) may need BW+1 bits in its representation.  Hence, we'll use this
4678   // bit width during computations.
4679   APInt AD = A.lshr(Mult2).zext(BW + 1);  // AD = A / D
4680   APInt Mod(BW + 1, 0);
4681   Mod.set(BW - Mult2);  // Mod = N / D
4682   APInt I = AD.multiplicativeInverse(Mod);
4683
4684   // 4. Compute the minimum unsigned root of the equation:
4685   // I * (B / D) mod (N / D)
4686   APInt Result = (I * B.lshr(Mult2).zext(BW + 1)).urem(Mod);
4687
4688   // The result is guaranteed to be less than 2^BW so we may truncate it to BW
4689   // bits.
4690   return SE.getConstant(Result.trunc(BW));
4691 }
4692
4693 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
4694 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
4695 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
4696 ///
4697 static std::pair<const SCEV *,const SCEV *>
4698 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ScalarEvolution &SE) {
4699   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
4700   const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
4701   const SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
4702   const SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
4703
4704   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
4705   if (!LC || !MC || !NC) {
4706     const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
4707     return std::make_pair(CNC, CNC);
4708   }
4709
4710   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
4711   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
4712   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
4713   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
4714   APInt Two(BitWidth, 2);
4715   APInt Four(BitWidth, 4);
4716
4717   {
4718     using namespace APIntOps;
4719     const APInt& C = L;
4720     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
4721     // The B coefficient is M-N/2
4722     APInt B(M);
4723     B -= sdiv(N,Two);
4724
4725     // The A coefficient is N/2
4726     APInt A(N.sdiv(Two));
4727
4728     // Compute the B^2-4ac term.
4729     APInt SqrtTerm(B);
4730     SqrtTerm *= B;
4731     SqrtTerm -= Four * (A * C);
4732
4733     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
4734     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
4735     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
4736
4737     // Compute the two solutions for the quadratic formula.
4738     // The divisions must be performed as signed divisions.
4739     APInt NegB(-B);
4740     APInt TwoA( A << 1 );
4741     if (TwoA.isMinValue()) {
4742       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
4743       return std::make_pair(CNC, CNC);
4744     }
4745
4746     LLVMContext &Context = SE.getContext();
4747
4748     ConstantInt *Solution1 =
4749       ConstantInt::get(Context, (NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
4750     ConstantInt *Solution2 =
4751       ConstantInt::get(Context, (NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
4752
4753     return std::make_pair(SE.getConstant(Solution1),
4754                           SE.getConstant(Solution2));
4755     } // end APIntOps namespace
4756 }
4757
4758 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
4759 /// value to zero will execute.  If not computable, return CouldNotCompute.
4760 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4761 ScalarEvolution::HowFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
4762   // If the value is a constant
4763   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
4764     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
4765     if (C->getValue()->isZero()) return C;
4766     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
4767   }
4768
4769   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
4770   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
4771     return getCouldNotCompute();
4772
4773   if (AddRec->isAffine()) {
4774     // If this is an affine expression, the execution count of this branch is
4775     // the minimum unsigned root of the following equation:
4776     //
4777     //     Start + Step*N = 0 (mod 2^BW)
4778     //
4779     // equivalent to:
4780     //
4781     //             Step*N = -Start (mod 2^BW)
4782     //
4783     // where BW is the common bit width of Start and Step.
4784
4785     // Get the initial value for the loop.
4786     const SCEV *Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(),
4787                                        L->getParentLoop());
4788     const SCEV *Step = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(1),
4789                                       L->getParentLoop());
4790
4791     if (const SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step)) {
4792       // For now we handle only constant steps.
4793
4794       // First, handle unitary steps.
4795       if (StepC->getValue()->equalsInt(1))      // 1*N = -Start (mod 2^BW), so:
4796         return getNegativeSCEV(Start);          //   N = -Start (as unsigned)
4797       if (StepC->getValue()->isAllOnesValue())  // -1*N = -Start (mod 2^BW), so:
4798         return Start;                           //    N = Start (as unsigned)
4799
4800       // Then, try to solve the above equation provided that Start is constant.
4801       if (const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start))
4802         return SolveLinEquationWithOverflow(StepC->getValue()->getValue(),
4803                                             -StartC->getValue()->getValue(),
4804                                             *this);
4805     }
4806   } else if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isIntegerTy()) {
4807     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
4808     // the quadratic equation to solve it.
4809     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots = SolveQuadraticEquation(AddRec,
4810                                                                     *this);
4811     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
4812     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
4813     if (R1) {
4814 #if 0
4815       dbgs() << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
4816              << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
4817 #endif
4818       // Pick the smallest positive root value.
4819       if (ConstantInt *CB =
4820           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
4821                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
4822         if (CB->getZExtValue() == false)
4823           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
4824
4825         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
4826         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
4827         // should not accept a root of 2.
4828         const SCEV *Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1, *this);
4829         if (Val->isZero())
4830           return R1;  // We found a quadratic root!
4831       }
4832     }
4833   }
4834
4835   return getCouldNotCompute();
4836 }
4837
4838 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
4839 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
4840 /// CouldNotCompute
4841 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4842 ScalarEvolution::HowFarToNonZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
4843   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
4844   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
4845   // future as needed.
4846
4847   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
4848   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
4849   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
4850     if (!C->getValue()->isNullValue())
4851       return getConstant(C->getType(), 0);
4852     return getCouldNotCompute();  // Otherwise it will loop infinitely.
4853   }
4854
4855   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
4856   // this, and if they did, they would already be constant folded.
4857   return getCouldNotCompute();
4858 }
4859
4860 /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
4861 /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
4862 /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
4863 /// found.
4864 ///
4865 std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
4866 ScalarEvolution::getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB) {
4867   // If the block has a unique predecessor, then there is no path from the
4868   // predecessor to the block that does not go through the direct edge
4869   // from the predecessor to the block.
4870   if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor())
4871     return std::make_pair(Pred, BB);
4872
4873   // A loop's header is defined to be a block that dominates the loop.
4874   // If the header has a unique predecessor outside the loop, it must be
4875   // a block that has exactly one successor that can reach the loop.
4876   if (Loop *L = LI->getLoopFor(BB))
4877     return std::make_pair(L->getLoopPredecessor(), L->getHeader());
4878
4879   return std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>();
4880 }
4881
4882 /// HasSameValue - SCEV structural equivalence is usually sufficient for
4883 /// testing whether two expressions are equal, however for the purposes of
4884 /// looking for a condition guarding a loop, it can be useful to be a little
4885 /// more general, since a front-end may have replicated the controlling
4886 /// expression.
4887 ///
4888 static bool HasSameValue(const SCEV *A, const SCEV *B) {
4889   // Quick check to see if they are the same SCEV.
4890   if (A == B) return true;
4891
4892   // Otherwise, if they're both SCEVUnknown, it's possible that they hold
4893   // two different instructions with the same value. Check for this case.
4894   if (const SCEVUnknown *AU = dyn_cast<SCEVUnknown>(A))
4895     if (const SCEVUnknown *BU = dyn_cast<SCEVUnknown>(B))
4896       if (const Instruction *AI = dyn_cast<Instruction>(AU->getValue()))
4897         if (const Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(BU->getValue()))
4898           if (AI->isIdenticalTo(BI) && !AI->mayReadFromMemory())
4899             return true;
4900
4901   // Otherwise assume they may have a different value.
4902   return false;
4903 }
4904
4905 /// SimplifyICmpOperands - Simplify LHS and RHS in a comparison with
4906 /// predicate Pred. Return true iff any changes were made.
4907 ///
4908 bool ScalarEvolution::SimplifyICmpOperands(ICmpInst::Predicate &Pred,
4909                                            const SCEV *&LHS, const SCEV *&RHS) {
4910   bool Changed = false;
4911
4912   // Canonicalize a constant to the right side.
4913   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
4914     // Check for both operands constant.
4915     if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
4916       if (ConstantExpr::getICmp(Pred,
4917                                 LHSC->getValue(),
4918                                 RHSC->getValue())->isNullValue())
4919         goto trivially_false;
4920       else
4921         goto trivially_true;
4922     }
4923     // Otherwise swap the operands to put the constant on the right.
4924     std::swap(LHS, RHS);
4925     Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4926     Changed = true;
4927   }
4928
4929   // If we're comparing an addrec with a value which is loop-invariant in the
4930   // addrec's loop, put the addrec on the left. Also make a dominance check,
4931   // as both operands could be addrecs loop-invariant in each other's loop.
4932   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS)) {
4933     const Loop *L = AR->getLoop();
4934     if (LHS->isLoopInvariant(L) && LHS->properlyDominates(L->getHeader(), DT)) {
4935       std::swap(LHS, RHS);
4936       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
4937       Changed = true;
4938     }
4939   }
4940
4941   // If there's a constant operand, canonicalize comparisons with boundary
4942   // cases, and canonicalize *-or-equal comparisons to regular comparisons.
4943   if (const SCEVConstant *RC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
4944     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
4945     switch (Pred) {
4946     default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
4947     case ICmpInst::ICMP_EQ:
4948     case ICmpInst::ICMP_NE:
4949       break;
4950     case ICmpInst::ICMP_UGE:
4951       if ((RA - 1).isMinValue()) {
4952         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4953         RHS = getConstant(RA - 1);
4954         Changed = true;
4955         break;
4956       }
4957       if (RA.isMaxValue()) {
4958         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4959         Changed = true;
4960         break;
4961       }
4962       if (RA.isMinValue()) goto trivially_true;
4963
4964       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
4965       RHS = getConstant(RA - 1);
4966       Changed = true;
4967       break;
4968     case ICmpInst::ICMP_ULE:
4969       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
4970         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4971         RHS = getConstant(RA + 1);
4972         Changed = true;
4973         break;
4974       }
4975       if (RA.isMinValue()) {
4976         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4977         Changed = true;
4978         break;
4979       }
4980       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_true;
4981
4982       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
4983       RHS = getConstant(RA + 1);
4984       Changed = true;
4985       break;
4986     case ICmpInst::ICMP_SGE:
4987       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
4988         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
4989         RHS = getConstant(RA - 1);
4990         Changed = true;
4991         break;
4992       }
4993       if (RA.isMaxSignedValue()) {
4994         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
4995         Changed = true;
4996         break;
4997       }
4998       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_true;
4999
5000       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
5001       RHS = getConstant(RA - 1);
5002       Changed = true;
5003       break;
5004     case ICmpInst::ICMP_SLE:
5005       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
5006         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5007         RHS = getConstant(RA + 1);
5008         Changed = true;
5009         break;
5010       }
5011       if (RA.isMinSignedValue()) {
5012         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5013         Changed = true;
5014         break;
5015       }
5016       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_true;
5017
5018       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
5019       RHS = getConstant(RA + 1);
5020       Changed = true;
5021       break;
5022     case ICmpInst::ICMP_UGT:
5023       if (RA.isMinValue()) {
5024         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5025         Changed = true;
5026         break;
5027       }
5028       if ((RA + 1).isMaxValue()) {
5029         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5030         RHS = getConstant(RA + 1);
5031         Changed = true;
5032         break;
5033       }
5034       if (RA.isMaxValue()) goto trivially_false;
5035       break;
5036     case ICmpInst::ICMP_ULT:
5037       if (RA.isMaxValue()) {
5038         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5039         Changed = true;
5040         break;
5041       }
5042       if ((RA - 1).isMinValue()) {
5043         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5044         RHS = getConstant(RA - 1);
5045         Changed = true;
5046         break;
5047       }
5048       if (RA.isMinValue()) goto trivially_false;
5049       break;
5050     case ICmpInst::ICMP_SGT:
5051       if (RA.isMinSignedValue()) {
5052         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5053         Changed = true;
5054         break;
5055       }
5056       if ((RA + 1).isMaxSignedValue()) {
5057         Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5058         RHS = getConstant(RA + 1);
5059         Changed = true;
5060         break;
5061       }
5062       if (RA.isMaxSignedValue()) goto trivially_false;
5063       break;
5064     case ICmpInst::ICMP_SLT:
5065       if (RA.isMaxSignedValue()) {
5066         Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5067         Changed = true;
5068         break;
5069       }
5070       if ((RA - 1).isMinSignedValue()) {
5071        Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5072        RHS = getConstant(RA - 1);
5073         Changed = true;
5074        break;
5075       }
5076       if (RA.isMinSignedValue()) goto trivially_false;
5077       break;
5078     }
5079   }
5080
5081   // Check for obvious equality.
5082   if (HasSameValue(LHS, RHS)) {
5083     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
5084       goto trivially_true;
5085     if (ICmpInst::isFalseWhenEqual(Pred))
5086       goto trivially_false;
5087   }
5088
5089   // If possible, canonicalize GE/LE comparisons to GT/LT comparisons, by
5090   // adding or subtracting 1 from one of the operands.
5091   switch (Pred) {
5092   case ICmpInst::ICMP_SLE:
5093     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
5094       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
5095                        /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/true);
5096       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
5097       Changed = true;
5098     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
5099       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
5100                        /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/true);
5101       Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
5102       Changed = true;
5103     }
5104     break;
5105   case ICmpInst::ICMP_SGE:
5106     if (!getSignedRange(RHS).getSignedMin().isMinSignedValue()) {
5107       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
5108                        /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/true);
5109       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
5110       Changed = true;
5111     } else if (!getSignedRange(LHS).getSignedMax().isMaxSignedValue()) {
5112       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
5113                        /*HasNUW=*/false, /*HasNSW=*/true);
5114       Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
5115       Changed = true;
5116     }
5117     break;
5118   case ICmpInst::ICMP_ULE:
5119     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
5120       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), RHS,
5121                        /*HasNUW=*/true, /*HasNSW=*/false);
5122       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
5123       Changed = true;
5124     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
5125       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), LHS,
5126                        /*HasNUW=*/true, /*HasNSW=*/false);
5127       Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
5128       Changed = true;
5129     }
5130     break;
5131   case ICmpInst::ICMP_UGE:
5132     if (!getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMin().isMinValue()) {
5133       RHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), (uint64_t)-1, true), RHS,
5134                        /*HasNUW=*/true, /*HasNSW=*/false);
5135       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
5136       Changed = true;
5137     } else if (!getUnsignedRange(LHS).getUnsignedMax().isMaxValue()) {
5138       LHS = getAddExpr(getConstant(RHS->getType(), 1, true), LHS,
5139                        /*HasNUW=*/true, /*HasNSW=*/false);
5140       Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
5141       Changed = true;
5142     }
5143     break;
5144   default:
5145     break;
5146   }
5147
5148   // TODO: More simplifications are possible here.
5149
5150   return Changed;
5151
5152 trivially_true:
5153   // Return 0 == 0.
5154   LHS = RHS = getConstant(Type::getInt1Ty(getContext()), 0);
5155   Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
5156   return true;
5157
5158 trivially_false:
5159   // Return 0 != 0.
5160   LHS = RHS = getConstant(Type::getInt1Ty(getContext()), 0);
5161   Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
5162   return true;
5163 }
5164
5165 bool ScalarEvolution::isKnownNegative(const SCEV *S) {
5166   return getSignedRange(S).getSignedMax().isNegative();
5167 }
5168
5169 bool ScalarEvolution::isKnownPositive(const SCEV *S) {
5170   return getSignedRange(S).getSignedMin().isStrictlyPositive();
5171 }
5172
5173 bool ScalarEvolution::isKnownNonNegative(const SCEV *S) {
5174   return !getSignedRange(S).getSignedMin().isNegative();
5175 }
5176
5177 bool ScalarEvolution::isKnownNonPositive(const SCEV *S) {
5178   return !getSignedRange(S).getSignedMax().isStrictlyPositive();
5179 }
5180
5181 bool ScalarEvolution::isKnownNonZero(const SCEV *S) {
5182   return isKnownNegative(S) || isKnownPositive(S);
5183 }
5184
5185 bool ScalarEvolution::isKnownPredicate(ICmpInst::Predicate Pred,
5186                                        const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5187   // Canonicalize the inputs first.
5188   (void)SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS);
5189
5190   // If LHS or RHS is an addrec, check to see if the condition is true in
5191   // every iteration of the loop.
5192   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
5193     if (isLoopEntryGuardedByCond(
5194           AR->getLoop(), Pred, AR->getStart(), RHS) &&
5195         isLoopBackedgeGuardedByCond(
5196           AR->getLoop(), Pred, AR->getPostIncExpr(*this), RHS))
5197       return true;
5198   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(RHS))
5199     if (isLoopEntryGuardedByCond(
5200           AR->getLoop(), Pred, LHS, AR->getStart()) &&
5201         isLoopBackedgeGuardedByCond(
5202           AR->getLoop(), Pred, LHS, AR->getPostIncExpr(*this)))
5203       return true;
5204
5205   // Otherwise see what can be done with known constant ranges.
5206   return isKnownPredicateWithRanges(Pred, LHS, RHS);
5207 }
5208
5209 bool
5210 ScalarEvolution::isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
5211                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5212   if (HasSameValue(LHS, RHS))
5213     return ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
5214
5215   // This code is split out from isKnownPredicate because it is called from
5216   // within isLoopEntryGuardedByCond.
5217   switch (Pred) {
5218   default:
5219     llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
5220     break;
5221   case ICmpInst::ICMP_SGT:
5222     Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
5223     std::swap(LHS, RHS);
5224   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
5225     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
5226     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
5227     if (LHSRange.getSignedMax().slt(RHSRange.getSignedMin()))
5228       return true;
5229     if (LHSRange.getSignedMin().sge(RHSRange.getSignedMax()))
5230       return false;
5231     break;
5232   }
5233   case ICmpInst::ICMP_SGE:
5234     Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
5235     std::swap(LHS, RHS);
5236   case ICmpInst::ICMP_SLE: {
5237     ConstantRange LHSRange = getSignedRange(LHS);
5238     ConstantRange RHSRange = getSignedRange(RHS);
5239     if (LHSRange.getSignedMax().sle(RHSRange.getSignedMin()))
5240       return true;
5241     if (LHSRange.getSignedMin().sgt(RHSRange.getSignedMax()))
5242       return false;
5243     break;
5244   }
5245   case ICmpInst::ICMP_UGT:
5246     Pred = ICmpInst::ICMP_ULT;
5247     std::swap(LHS, RHS);
5248   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
5249     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
5250     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
5251     if (LHSRange.getUnsignedMax().ult(RHSRange.getUnsignedMin()))
5252       return true;
5253     if (LHSRange.getUnsignedMin().uge(RHSRange.getUnsignedMax()))
5254       return false;
5255     break;
5256   }
5257   case ICmpInst::ICMP_UGE:
5258     Pred = ICmpInst::ICMP_ULE;
5259     std::swap(LHS, RHS);
5260   case ICmpInst::ICMP_ULE: {
5261     ConstantRange LHSRange = getUnsignedRange(LHS);
5262     ConstantRange RHSRange = getUnsignedRange(RHS);
5263     if (LHSRange.getUnsignedMax().ule(RHSRange.getUnsignedMin()))
5264       return true;
5265     if (LHSRange.getUnsignedMin().ugt(RHSRange.getUnsignedMax()))
5266       return false;
5267     break;
5268   }
5269   case ICmpInst::ICMP_NE: {
5270     if (getUnsignedRange(LHS).intersectWith(getUnsignedRange(RHS)).isEmptySet())
5271       return true;
5272     if (getSignedRange(LHS).intersectWith(getSignedRange(RHS)).isEmptySet())
5273       return true;
5274
5275     const SCEV *Diff = getMinusSCEV(LHS, RHS);
5276     if (isKnownNonZero(Diff))
5277       return true;
5278     break;
5279   }
5280   case ICmpInst::ICMP_EQ:
5281     // The check at the top of the function catches the case where
5282     // the values are known to be equal.
5283     break;
5284   }
5285   return false;
5286 }
5287
5288 /// isLoopBackedgeGuardedByCond - Test whether the backedge of the loop is
5289 /// protected by a conditional between LHS and RHS.  This is used to
5290 /// to eliminate casts.
5291 bool
5292 ScalarEvolution::isLoopBackedgeGuardedByCond(const Loop *L,
5293                                              ICmpInst::Predicate Pred,
5294                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5295   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
5296   // (interprocedural conditions notwithstanding).
5297   if (!L) return true;
5298
5299   BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
5300   if (!Latch)
5301     return false;
5302
5303   BranchInst *LoopContinuePredicate =
5304     dyn_cast<BranchInst>(Latch->getTerminator());
5305   if (!LoopContinuePredicate ||
5306       LoopContinuePredicate->isUnconditional())
5307     return false;
5308
5309   return isImpliedCond(Pred, LHS, RHS,
5310                        LoopContinuePredicate->getCondition(),
5311                        LoopContinuePredicate->getSuccessor(0) != L->getHeader());
5312 }
5313
5314 /// isLoopEntryGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected
5315 /// by a conditional between LHS and RHS.  This is used to help avoid max
5316 /// expressions in loop trip counts, and to eliminate casts.
5317 bool
5318 ScalarEvolution::isLoopEntryGuardedByCond(const Loop *L,
5319                                           ICmpInst::Predicate Pred,
5320                                           const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
5321   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
5322   // (interprocedural conditions notwithstanding).
5323   if (!L) return false;
5324
5325   // Starting at the loop predecessor, climb up the predecessor chain, as long
5326   // as there are predecessors that can be found that have unique successors
5327   // leading to the original header.
5328   for (std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
5329          Pair(L->getLoopPredecessor(), L->getHeader());
5330        Pair.first;
5331        Pair = getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(Pair.first)) {
5332
5333     BranchInst *LoopEntryPredicate =
5334       dyn_cast<BranchInst>(Pair.first->getTerminator());
5335     if (!LoopEntryPredicate ||
5336         LoopEntryPredicate->isUnconditional())
5337       continue;
5338
5339     if (isImpliedCond(Pred, LHS, RHS,
5340                       LoopEntryPredicate->getCondition(),
5341                       LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) != Pair.second))
5342       return true;
5343   }
5344
5345   return false;
5346 }
5347
5348 /// isImpliedCond - Test whether the condition described by Pred, LHS,
5349 /// and RHS is true whenever the given Cond value evaluates to true.
5350 bool ScalarEvolution::isImpliedCond(ICmpInst::Predicate Pred,
5351                                     const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5352                                     Value *FoundCondValue,
5353                                     bool Inverse) {
5354   // Recursively handle And and Or conditions.
5355   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(FoundCondValue)) {
5356     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
5357       if (!Inverse)
5358         return isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(0), Inverse) ||
5359                isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(1), Inverse);
5360     } else if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
5361       if (Inverse)
5362         return isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(0), Inverse) ||
5363                isImpliedCond(Pred, LHS, RHS, BO->getOperand(1), Inverse);
5364     }
5365   }
5366
5367   ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(FoundCondValue);
5368   if (!ICI) return false;
5369
5370   // Bail if the ICmp's operands' types are wider than the needed type
5371   // before attempting to call getSCEV on them. This avoids infinite
5372   // recursion, since the analysis of widening casts can require loop
5373   // exit condition information for overflow checking, which would
5374   // lead back here.
5375   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) <
5376       getTypeSizeInBits(ICI->getOperand(0)->getType()))
5377     return false;
5378
5379   // Now that we found a conditional branch that dominates the loop, check to
5380   // see if it is the comparison we are looking for.
5381   ICmpInst::Predicate FoundPred;
5382   if (Inverse)
5383     FoundPred = ICI->getInversePredicate();
5384   else
5385     FoundPred = ICI->getPredicate();
5386
5387   const SCEV *FoundLHS = getSCEV(ICI->getOperand(0));
5388   const SCEV *FoundRHS = getSCEV(ICI->getOperand(1));
5389
5390   // Balance the types. The case where FoundLHS' type is wider than
5391   // LHS' type is checked for above.
5392   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) >
5393       getTypeSizeInBits(FoundLHS->getType())) {
5394     if (CmpInst::isSigned(Pred)) {
5395       FoundLHS = getSignExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
5396       FoundRHS = getSignExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
5397     } else {
5398       FoundLHS = getZeroExtendExpr(FoundLHS, LHS->getType());
5399       FoundRHS = getZeroExtendExpr(FoundRHS, LHS->getType());
5400     }
5401   }
5402
5403   // Canonicalize the query to match the way instcombine will have
5404   // canonicalized the comparison.
5405   if (SimplifyICmpOperands(Pred, LHS, RHS))
5406     if (LHS == RHS)
5407       return CmpInst::isTrueWhenEqual(Pred);
5408   if (SimplifyICmpOperands(FoundPred, FoundLHS, FoundRHS))
5409     if (FoundLHS == FoundRHS)
5410       return CmpInst::isFalseWhenEqual(Pred);
5411
5412   // Check to see if we can make the LHS or RHS match.
5413   if (LHS == FoundRHS || RHS == FoundLHS) {
5414     if (isa<SCEVConstant>(RHS)) {
5415       std::swap(FoundLHS, FoundRHS);
5416       FoundPred = ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred);
5417     } else {
5418       std::swap(LHS, RHS);
5419       Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
5420     }
5421   }
5422
5423   // Check whether the found predicate is the same as the desired predicate.
5424   if (FoundPred == Pred)
5425     return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS);
5426
5427   // Check whether swapping the found predicate makes it the same as the
5428   // desired predicate.
5429   if (ICmpInst::getSwappedPredicate(FoundPred) == Pred) {
5430     if (isa<SCEVConstant>(RHS))
5431       return isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundRHS, FoundLHS);
5432     else
5433       return isImpliedCondOperands(ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred),
5434                                    RHS, LHS, FoundLHS, FoundRHS);
5435   }
5436
5437   // Check whether the actual condition is beyond sufficient.
5438   if (FoundPred == ICmpInst::ICMP_EQ)
5439     if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
5440       if (isImpliedCondOperands(Pred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
5441         return true;
5442   if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
5443     if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(FoundPred))
5444       if (isImpliedCondOperands(FoundPred, LHS, RHS, FoundLHS, FoundRHS))
5445         return true;
5446
5447   // Otherwise assume the worst.
5448   return false;
5449 }
5450
5451 /// isImpliedCondOperands - Test whether the condition described by Pred,
5452 /// LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred, FoundLHS,
5453 /// and FoundRHS is true.
5454 bool ScalarEvolution::isImpliedCondOperands(ICmpInst::Predicate Pred,
5455                                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5456                                             const SCEV *FoundLHS,
5457                                             const SCEV *FoundRHS) {
5458   return isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
5459                                      FoundLHS, FoundRHS) ||
5460          // ~x < ~y --> x > y
5461          isImpliedCondOperandsHelper(Pred, LHS, RHS,
5462                                      getNotSCEV(FoundRHS),
5463                                      getNotSCEV(FoundLHS));
5464 }
5465
5466 /// isImpliedCondOperandsHelper - Test whether the condition described by
5467 /// Pred, LHS, and RHS is true whenever the condition described by Pred,
5468 /// FoundLHS, and FoundRHS is true.
5469 bool
5470 ScalarEvolution::isImpliedCondOperandsHelper(ICmpInst::Predicate Pred,
5471                                              const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5472                                              const SCEV *FoundLHS,
5473                                              const SCEV *FoundRHS) {
5474   switch (Pred) {
5475   default: llvm_unreachable("Unexpected ICmpInst::Predicate value!");
5476   case ICmpInst::ICMP_EQ:
5477   case ICmpInst::ICMP_NE:
5478     if (HasSameValue(LHS, FoundLHS) && HasSameValue(RHS, FoundRHS))
5479       return true;
5480     break;
5481   case ICmpInst::ICMP_SLT:
5482   case ICmpInst::ICMP_SLE:
5483     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SLE, LHS, FoundLHS) &&
5484         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SGE, RHS, FoundRHS))
5485       return true;
5486     break;
5487   case ICmpInst::ICMP_SGT:
5488   case ICmpInst::ICMP_SGE:
5489     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SGE, LHS, FoundLHS) &&
5490         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_SLE, RHS, FoundRHS))
5491       return true;
5492     break;
5493   case ICmpInst::ICMP_ULT:
5494   case ICmpInst::ICMP_ULE:
5495     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_ULE, LHS, FoundLHS) &&
5496         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_UGE, RHS, FoundRHS))
5497       return true;
5498     break;
5499   case ICmpInst::ICMP_UGT:
5500   case ICmpInst::ICMP_UGE:
5501     if (isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_UGE, LHS, FoundLHS) &&
5502         isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::ICMP_ULE, RHS, FoundRHS))
5503       return true;
5504     break;
5505   }
5506
5507   return false;
5508 }
5509
5510 /// getBECount - Subtract the end and start values and divide by the step,
5511 /// rounding up, to get the number of times the backedge is executed. Return
5512 /// CouldNotCompute if an intermediate computation overflows.
5513 const SCEV *ScalarEvolution::getBECount(const SCEV *Start,
5514                                         const SCEV *End,
5515                                         const SCEV *Step,
5516                                         bool NoWrap) {
5517   assert(!isKnownNegative(Step) &&
5518          "This code doesn't handle negative strides yet!");
5519
5520   const Type *Ty = Start->getType();
5521   const SCEV *NegOne = getConstant(Ty, (uint64_t)-1);
5522   const SCEV *Diff = getMinusSCEV(End, Start);
5523   const SCEV *RoundUp = getAddExpr(Step, NegOne);
5524
5525   // Add an adjustment to the difference between End and Start so that
5526   // the division will effectively round up.
5527   const SCEV *Add = getAddExpr(Diff, RoundUp);
5528
5529   if (!NoWrap) {
5530     // Check Add for unsigned overflow.
5531     // TODO: More sophisticated things could be done here.
5532     const Type *WideTy = IntegerType::get(getContext(),
5533                                           getTypeSizeInBits(Ty) + 1);
5534     const SCEV *EDiff = getZeroExtendExpr(Diff, WideTy);
5535     const SCEV *ERoundUp = getZeroExtendExpr(RoundUp, WideTy);
5536     const SCEV *OperandExtendedAdd = getAddExpr(EDiff, ERoundUp);
5537     if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) != OperandExtendedAdd)
5538       return getCouldNotCompute();
5539   }
5540
5541   return getUDivExpr(Add, Step);
5542 }
5543
5544 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
5545 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
5546 /// CouldNotCompute.
5547 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
5548 ScalarEvolution::HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
5549                                   const Loop *L, bool isSigned) {
5550   // Only handle:  "ADDREC < LoopInvariant".
5551   if (!RHS->isLoopInvariant(L)) return getCouldNotCompute();
5552
5553   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
5554   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
5555     return getCouldNotCompute();
5556
5557   // Check to see if we have a flag which makes analysis easy.
5558   bool NoWrap = isSigned ? AddRec->hasNoSignedWrap() :
5559                            AddRec->hasNoUnsignedWrap();
5560
5561   if (AddRec->isAffine()) {
5562     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AddRec->getType());
5563     const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
5564
5565     if (Step->isZero())
5566       return getCouldNotCompute();
5567     if (Step->isOne()) {
5568       // With unit stride, the iteration never steps past the limit value.
5569     } else if (isKnownPositive(Step)) {
5570       // Test whether a positive iteration can step past the limit
5571       // value and past the maximum value for its type in a single step.
5572       // Note that it's not sufficient to check NoWrap here, because even
5573       // though the value after a wrap is undefined, it's not undefined
5574       // behavior, so if wrap does occur, the loop could either terminate or
5575       // loop infinitely, but in either case, the loop is guaranteed to
5576       // iterate at least until the iteration where the wrapping occurs.
5577       const SCEV *One = getConstant(Step->getType(), 1);
5578       if (isSigned) {
5579         APInt Max = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
5580         if ((Max - getSignedRange(getMinusSCEV(Step, One)).getSignedMax())
5581               .slt(getSignedRange(RHS).getSignedMax()))
5582           return getCouldNotCompute();
5583       } else {
5584         APInt Max = APInt::getMaxValue(BitWidth);
5585         if ((Max - getUnsignedRange(getMinusSCEV(Step, One)).getUnsignedMax())
5586               .ult(getUnsignedRange(RHS).getUnsignedMax()))
5587           return getCouldNotCompute();
5588       }
5589     } else
5590       // TODO: Handle negative strides here and below.
5591       return getCouldNotCompute();
5592
5593     // We know the LHS is of the form {n,+,s} and the RHS is some loop-invariant
5594     // m.  So, we count the number of iterations in which {n,+,s} < m is true.
5595     // Note that we cannot simply return max(m-n,0)/s because it's not safe to
5596     // treat m-n as signed nor unsigned due to overflow possibility.
5597
5598     // First, we get the value of the LHS in the first iteration: n
5599     const SCEV *Start = AddRec->getOperand(0);
5600
5601     // Determine the minimum constant start value.
5602     const SCEV *MinStart = getConstant(isSigned ?
5603       getSignedRange(Start).getSignedMin() :
5604       getUnsignedRange(Start).getUnsignedMin());
5605
5606     // If we know that the condition is true in order to enter the loop,
5607     // then we know that it will run exactly (m-n)/s times. Otherwise, we
5608     // only know that it will execute (max(m,n)-n)/s times. In both cases,
5609     // the division must round up.
5610     const SCEV *End = RHS;
5611     if (!isLoopEntryGuardedByCond(L,
5612                                   isSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT :
5613                                              ICmpInst::ICMP_ULT,
5614                                   getMinusSCEV(Start, Step), RHS))
5615       End = isSigned ? getSMaxExpr(RHS, Start)
5616                      : getUMaxExpr(RHS, Start);
5617
5618     // Determine the maximum constant end value.
5619     const SCEV *MaxEnd = getConstant(isSigned ?
5620       getSignedRange(End).getSignedMax() :
5621       getUnsignedRange(End).getUnsignedMax());
5622
5623     // If MaxEnd is within a step of the maximum integer value in its type,
5624     // adjust it down to the minimum value which would produce the same effect.
5625     // This allows the subsequent ceiling division of (N+(step-1))/step to
5626     // compute the correct value.
5627     const SCEV *StepMinusOne = getMinusSCEV(Step,
5628                                             getConstant(Step->getType(), 1));
5629     MaxEnd = isSigned ?
5630       getSMinExpr(MaxEnd,
5631                   getMinusSCEV(getConstant(APInt::getSignedMaxValue(BitWidth)),
5632                                StepMinusOne)) :
5633       getUMinExpr(MaxEnd,
5634                   getMinusSCEV(getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth)),
5635                                StepMinusOne));
5636
5637     // Finally, we subtract these two values and divide, rounding up, to get
5638     // the number of times the backedge is executed.
5639     const SCEV *BECount = getBECount(Start, End, Step, NoWrap);
5640
5641     // The maximum backedge count is similar, except using the minimum start
5642     // value and the maximum end value.
5643     const SCEV *MaxBECount = getBECount(MinStart, MaxEnd, Step, NoWrap);
5644
5645     return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
5646   }
5647
5648   return getCouldNotCompute();
5649 }
5650
5651 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
5652 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
5653 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
5654 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
5655 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
5656 const SCEV *SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
5657                                                     ScalarEvolution &SE) const {
5658   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
5659     return SE.getCouldNotCompute();
5660
5661   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
5662   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
5663     if (!SC->getValue()->isZero()) {
5664       SmallVector<const SCEV *, 4> Operands(op_begin(), op_end());
5665       Operands[0] = SE.getConstant(SC->getType(), 0);
5666       const SCEV *Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop());
5667       if (const SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec =
5668             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
5669         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
5670                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
5671       // This is strange and shouldn't happen.
5672       return SE.getCouldNotCompute();
5673     }
5674
5675   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
5676   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
5677   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
5678     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
5679       return SE.getCouldNotCompute();
5680
5681
5682   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
5683   // that the start element is zero.
5684
5685   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
5686   // iteration exits.
5687   unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(getType());
5688   if (!Range.contains(APInt(BitWidth, 0)))
5689     return SE.getConstant(getType(), 0);
5690
5691   if (isAffine()) {
5692     // If this is an affine expression then we have this situation:
5693     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
5694
5695     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
5696     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
5697     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
5698     // value.  Also note that we already checked for a full range.
5699     APInt One(BitWidth,1);
5700     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
5701     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
5702
5703     // The exit value should be (End+A)/A.
5704     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
5705     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal);
5706
5707     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
5708     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
5709     // things must have happened.
5710     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
5711     if (Range.contains(Val->getValue()))
5712       return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5713
5714     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
5715     assert(Range.contains(
5716            EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
5717            ConstantInt::get(SE.getContext(), ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
5718            "Linear scev computation is off in a bad way!");
5719     return SE.getConstant(ExitValue);
5720   } else if (isQuadratic()) {
5721     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
5722     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
5723     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
5724     // Range.getUpper() is crossed.
5725     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(op_begin(), op_end());
5726     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
5727     const SCEV *NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop());
5728
5729     // Next, solve the constructed addrec
5730     std::pair<const SCEV *,const SCEV *> Roots =
5731       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
5732     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
5733     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
5734     if (R1) {
5735       // Pick the smallest positive root value.
5736       if (ConstantInt *CB =
5737           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
5738                          R1->getValue(), R2->getValue()))) {
5739         if (CB->getZExtValue() == false)
5740           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
5741
5742         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
5743         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
5744         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
5745         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
5746                                                              R1->getValue(),
5747                                                              SE);
5748         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
5749           // The next iteration must be out of the range...
5750           ConstantInt *NextVal =
5751                 ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()+1);
5752
5753           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
5754           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
5755             return SE.getConstant(NextVal);
5756           return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5757         }
5758
5759         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
5760         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
5761         ConstantInt *NextVal =
5762                ConstantInt::get(SE.getContext(), R1->getValue()->getValue()-1);
5763         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
5764         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
5765           return R1;
5766         return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
5767       }
5768     }
5769   }
5770
5771   return SE.getCouldNotCompute();
5772 }
5773
5774
5775
5776 //===----------------------------------------------------------------------===//
5777 //                   SCEVCallbackVH Class Implementation
5778 //===----------------------------------------------------------------------===//
5779
5780 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::deleted() {
5781   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
5782   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(getValPtr()))
5783     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5784   SE->ValueExprMap.erase(getValPtr());
5785   // this now dangles!
5786 }
5787
5788 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::allUsesReplacedWith(Value *V) {
5789   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a null ScalarEvolution!");
5790
5791   // Forget all the expressions associated with users of the old value,
5792   // so that future queries will recompute the expressions using the new
5793   // value.
5794   Value *Old = getValPtr();
5795   SmallVector<User *, 16> Worklist;
5796   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
5797   for (Value::use_iterator UI = Old->use_begin(), UE = Old->use_end();
5798        UI != UE; ++UI)
5799     Worklist.push_back(*UI);
5800   while (!Worklist.empty()) {
5801     User *U = Worklist.pop_back_val();
5802     // Deleting the Old value will cause this to dangle. Postpone
5803     // that until everything else is done.
5804     if (U == Old)
5805       continue;
5806     if (!Visited.insert(U))
5807       continue;
5808     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U))
5809       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5810     SE->ValueExprMap.erase(U);
5811     for (Value::use_iterator UI = U->use_begin(), UE = U->use_end();
5812          UI != UE; ++UI)
5813       Worklist.push_back(*UI);
5814   }
5815   // Delete the Old value.
5816   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Old))
5817     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
5818   SE->ValueExprMap.erase(Old);
5819   // this now dangles!
5820 }
5821
5822 ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *se)
5823   : CallbackVH(V), SE(se) {}
5824
5825 //===----------------------------------------------------------------------===//
5826 //                   ScalarEvolution Class Implementation
5827 //===----------------------------------------------------------------------===//
5828
5829 ScalarEvolution::ScalarEvolution()
5830   : FunctionPass(ID), FirstUnknown(0) {
5831 }
5832
5833 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
5834   this->F = &F;
5835   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
5836   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
5837   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
5838   return false;
5839 }
5840
5841 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
5842   // Iterate through all the SCEVUnknown instances and call their
5843   // destructors, so that they release their references to their values.
5844   for (SCEVUnknown *U = FirstUnknown; U; U = U->Next)
5845     U->~SCEVUnknown();
5846   FirstUnknown = 0;
5847
5848   ValueExprMap.clear();
5849   BackedgeTakenCounts.clear();
5850   ConstantEvolutionLoopExitValue.clear();
5851   ValuesAtScopes.clear();
5852   UniqueSCEVs.clear();
5853   SCEVAllocator.Reset();
5854 }
5855
5856 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
5857   AU.setPreservesAll();
5858   AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
5859   AU.addRequiredTransitive<DominatorTree>();
5860 }
5861
5862 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
5863   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getBackedgeTakenCount(L));
5864 }
5865
5866 static void PrintLoopInfo(raw_ostream &OS, ScalarEvolution *SE,
5867                           const Loop *L) {
5868   // Print all inner loops first
5869   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
5870     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
5871
5872   OS << "Loop ";
5873   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
5874   OS << ": ";
5875
5876   SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
5877   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
5878   if (ExitBlocks.size() != 1)
5879     OS << "<multiple exits> ";
5880
5881   if (SE->hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(L)) {
5882     OS << "backedge-taken count is " << *SE->getBackedgeTakenCount(L);
5883   } else {
5884     OS << "Unpredictable backedge-taken count. ";
5885   }
5886
5887   OS << "\n"
5888         "Loop ";
5889   WriteAsOperand(OS, L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
5890   OS << ": ";
5891
5892   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(SE->getMaxBackedgeTakenCount(L))) {
5893     OS << "max backedge-taken count is " << *SE->getMaxBackedgeTakenCount(L);
5894   } else {
5895     OS << "Unpredictable max backedge-taken count. ";
5896   }
5897
5898   OS << "\n";
5899 }
5900
5901 void ScalarEvolution::print(raw_ostream &OS, const Module *) const {
5902   // ScalarEvolution's implementation of the print method is to print
5903   // out SCEV values of all instructions that are interesting. Doing
5904   // this potentially causes it to create new SCEV objects though,
5905   // which technically conflicts with the const qualifier. This isn't
5906   // observable from outside the class though, so casting away the
5907   // const isn't dangerous.
5908   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution *>(this);
5909
5910   OS << "Classifying expressions for: ";
5911   WriteAsOperand(OS, F, /*PrintType=*/false);
5912   OS << "\n";
5913   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
5914     if (isSCEVable(I->getType()) && !isa<CmpInst>(*I)) {
5915       OS << *I << '\n';
5916       OS << "  -->  ";
5917       const SCEV *SV = SE.getSCEV(&*I);
5918       SV->print(OS);
5919
5920       const Loop *L = LI->getLoopFor((*I).getParent());
5921
5922       const SCEV *AtUse = SE.getSCEVAtScope(SV, L);
5923       if (AtUse != SV) {
5924         OS << "  -->  ";
5925         AtUse->print(OS);
5926       }
5927
5928       if (L) {
5929         OS << "\t\t" "Exits: ";
5930         const SCEV *ExitValue = SE.getSCEVAtScope(SV, L->getParentLoop());
5931         if (!ExitValue->isLoopInvariant(L)) {
5932           OS << "<<Unknown>>";
5933         } else {
5934           OS << *ExitValue;
5935         }
5936       }
5937
5938       OS << "\n";
5939     }
5940
5941   OS << "Determining loop execution counts for: ";
5942   WriteAsOperand(OS, F, /*PrintType=*/false);
5943   OS << "\n";
5944   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
5945     PrintLoopInfo(OS, &SE, *I);
5946 }
5947