dcb179afd233a0b4017c9ca51cfd71ea23fae18a
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolution.cpp
1 //===- ScalarEvolution.cpp - Scalar Evolution Analysis ----------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains the implementation of the scalar evolution analysis
11 // engine, which is used primarily to analyze expressions involving induction
12 // variables in loops.
13 //
14 // There are several aspects to this library.  First is the representation of
15 // scalar expressions, which are represented as subclasses of the SCEV class.
16 // These classes are used to represent certain types of subexpressions that we
17 // can handle.  These classes are reference counted, managed by the const SCEV*
18 // class.  We only create one SCEV of a particular shape, so pointer-comparisons
19 // for equality are legal.
20 //
21 // One important aspect of the SCEV objects is that they are never cyclic, even
22 // if there is a cycle in the dataflow for an expression (ie, a PHI node).  If
23 // the PHI node is one of the idioms that we can represent (e.g., a polynomial
24 // recurrence) then we represent it directly as a recurrence node, otherwise we
25 // represent it as a SCEVUnknown node.
26 //
27 // In addition to being able to represent expressions of various types, we also
28 // have folders that are used to build the *canonical* representation for a
29 // particular expression.  These folders are capable of using a variety of
30 // rewrite rules to simplify the expressions.
31 //
32 // Once the folders are defined, we can implement the more interesting
33 // higher-level code, such as the code that recognizes PHI nodes of various
34 // types, computes the execution count of a loop, etc.
35 //
36 // TODO: We should use these routines and value representations to implement
37 // dependence analysis!
38 //
39 //===----------------------------------------------------------------------===//
40 //
41 // There are several good references for the techniques used in this analysis.
42 //
43 //  Chains of recurrences -- a method to expedite the evaluation
44 //  of closed-form functions
45 //  Olaf Bachmann, Paul S. Wang, Eugene V. Zima
46 //
47 //  On computational properties of chains of recurrences
48 //  Eugene V. Zima
49 //
50 //  Symbolic Evaluation of Chains of Recurrences for Loop Optimization
51 //  Robert A. van Engelen
52 //
53 //  Efficient Symbolic Analysis for Optimizing Compilers
54 //  Robert A. van Engelen
55 //
56 //  Using the chains of recurrences algebra for data dependence testing and
57 //  induction variable substitution
58 //  MS Thesis, Johnie Birch
59 //
60 //===----------------------------------------------------------------------===//
61
62 #define DEBUG_TYPE "scalar-evolution"
63 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
64 #include "llvm/Constants.h"
65 #include "llvm/DerivedTypes.h"
66 #include "llvm/GlobalVariable.h"
67 #include "llvm/Instructions.h"
68 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
69 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
70 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
71 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
72 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
73 #include "llvm/Target/TargetData.h"
74 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
75 #include "llvm/Support/Compiler.h"
76 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
77 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
78 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
79 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
80 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
81 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
82 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
83 #include <algorithm>
84 using namespace llvm;
85
86 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
87           "Number of trip counts computed with array length");
88 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
89           "Number of loops with predictable loop counts");
90 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
91           "Number of loops without predictable loop counts");
92 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
93           "Number of loops with trip counts computed by force");
94
95 static cl::opt<unsigned>
96 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
97                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
98                                  "symbolically execute a constant "
99                                  "derived loop"),
100                         cl::init(100));
101
102 static RegisterPass<ScalarEvolution>
103 R("scalar-evolution", "Scalar Evolution Analysis", false, true);
104 char ScalarEvolution::ID = 0;
105
106 //===----------------------------------------------------------------------===//
107 //                           SCEV class definitions
108 //===----------------------------------------------------------------------===//
109
110 //===----------------------------------------------------------------------===//
111 // Implementation of the SCEV class.
112 //
113 SCEV::~SCEV() {}
114 void SCEV::dump() const {
115   print(errs());
116   errs() << '\n';
117 }
118
119 void SCEV::print(std::ostream &o) const {
120   raw_os_ostream OS(o);
121   print(OS);
122 }
123
124 bool SCEV::isZero() const {
125   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
126     return SC->getValue()->isZero();
127   return false;
128 }
129
130 bool SCEV::isOne() const {
131   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
132     return SC->getValue()->isOne();
133   return false;
134 }
135
136 bool SCEV::isAllOnesValue() const {
137   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
138     return SC->getValue()->isAllOnesValue();
139   return false;
140 }
141
142 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() :
143   SCEV(scCouldNotCompute) {}
144
145 bool SCEVCouldNotCompute::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
146   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
147   return false;
148 }
149
150 const Type *SCEVCouldNotCompute::getType() const {
151   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
152   return 0;
153 }
154
155 bool SCEVCouldNotCompute::hasComputableLoopEvolution(const Loop *L) const {
156   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
157   return false;
158 }
159
160 const SCEV *
161 SCEVCouldNotCompute::replaceSymbolicValuesWithConcrete(
162                                                     const SCEV *Sym,
163                                                     const SCEV *Conc,
164                                                     ScalarEvolution &SE) const {
165   return this;
166 }
167
168 void SCEVCouldNotCompute::print(raw_ostream &OS) const {
169   OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
170 }
171
172 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
173   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
174 }
175
176 const SCEV* ScalarEvolution::getConstant(ConstantInt *V) {
177   SCEVConstant *&R = SCEVConstants[V];
178   if (R == 0) R = new SCEVConstant(V);
179   return R;
180 }
181
182 const SCEV* ScalarEvolution::getConstant(const APInt& Val) {
183   return getConstant(ConstantInt::get(Val));
184 }
185
186 const SCEV*
187 ScalarEvolution::getConstant(const Type *Ty, uint64_t V, bool isSigned) {
188   return getConstant(ConstantInt::get(cast<IntegerType>(Ty), V, isSigned));
189 }
190
191 const Type *SCEVConstant::getType() const { return V->getType(); }
192
193 void SCEVConstant::print(raw_ostream &OS) const {
194   WriteAsOperand(OS, V, false);
195 }
196
197 SCEVCastExpr::SCEVCastExpr(unsigned SCEVTy,
198                            const SCEV* op, const Type *ty)
199   : SCEV(SCEVTy), Op(op), Ty(ty) {}
200
201 bool SCEVCastExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
202   return Op->dominates(BB, DT);
203 }
204
205 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const SCEV* op, const Type *ty)
206   : SCEVCastExpr(scTruncate, op, ty) {
207   assert((Op->getType()->isInteger() || isa<PointerType>(Op->getType())) &&
208          (Ty->isInteger() || isa<PointerType>(Ty)) &&
209          "Cannot truncate non-integer value!");
210 }
211
212 void SCEVTruncateExpr::print(raw_ostream &OS) const {
213   OS << "(trunc " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
214 }
215
216 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const SCEV* op, const Type *ty)
217   : SCEVCastExpr(scZeroExtend, op, ty) {
218   assert((Op->getType()->isInteger() || isa<PointerType>(Op->getType())) &&
219          (Ty->isInteger() || isa<PointerType>(Ty)) &&
220          "Cannot zero extend non-integer value!");
221 }
222
223 void SCEVZeroExtendExpr::print(raw_ostream &OS) const {
224   OS << "(zext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
225 }
226
227 SCEVSignExtendExpr::SCEVSignExtendExpr(const SCEV* op, const Type *ty)
228   : SCEVCastExpr(scSignExtend, op, ty) {
229   assert((Op->getType()->isInteger() || isa<PointerType>(Op->getType())) &&
230          (Ty->isInteger() || isa<PointerType>(Ty)) &&
231          "Cannot sign extend non-integer value!");
232 }
233
234 void SCEVSignExtendExpr::print(raw_ostream &OS) const {
235   OS << "(sext " << *Op->getType() << " " << *Op << " to " << *Ty << ")";
236 }
237
238 void SCEVCommutativeExpr::print(raw_ostream &OS) const {
239   assert(Operands.size() > 1 && "This plus expr shouldn't exist!");
240   const char *OpStr = getOperationStr();
241   OS << "(" << *Operands[0];
242   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
243     OS << OpStr << *Operands[i];
244   OS << ")";
245 }
246
247 const SCEV *
248 SCEVCommutativeExpr::replaceSymbolicValuesWithConcrete(
249                                                     const SCEV *Sym,
250                                                     const SCEV *Conc,
251                                                     ScalarEvolution &SE) const {
252   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
253     const SCEV* H =
254       getOperand(i)->replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE);
255     if (H != getOperand(i)) {
256       SmallVector<const SCEV*, 8> NewOps;
257       NewOps.reserve(getNumOperands());
258       for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
259         NewOps.push_back(getOperand(j));
260       NewOps.push_back(H);
261       for (++i; i != e; ++i)
262         NewOps.push_back(getOperand(i)->
263                          replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE));
264
265       if (isa<SCEVAddExpr>(this))
266         return SE.getAddExpr(NewOps);
267       else if (isa<SCEVMulExpr>(this))
268         return SE.getMulExpr(NewOps);
269       else if (isa<SCEVSMaxExpr>(this))
270         return SE.getSMaxExpr(NewOps);
271       else if (isa<SCEVUMaxExpr>(this))
272         return SE.getUMaxExpr(NewOps);
273       else
274         assert(0 && "Unknown commutative expr!");
275     }
276   }
277   return this;
278 }
279
280 bool SCEVNAryExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
281   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
282     if (!getOperand(i)->dominates(BB, DT))
283       return false;
284   }
285   return true;
286 }
287
288 bool SCEVUDivExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
289   return LHS->dominates(BB, DT) && RHS->dominates(BB, DT);
290 }
291
292 void SCEVUDivExpr::print(raw_ostream &OS) const {
293   OS << "(" << *LHS << " /u " << *RHS << ")";
294 }
295
296 const Type *SCEVUDivExpr::getType() const {
297   // In most cases the types of LHS and RHS will be the same, but in some
298   // crazy cases one or the other may be a pointer. ScalarEvolution doesn't
299   // depend on the type for correctness, but handling types carefully can
300   // avoid extra casts in the SCEVExpander. The LHS is more likely to be
301   // a pointer type than the RHS, so use the RHS' type here.
302   return RHS->getType();
303 }
304
305 const SCEV *
306 SCEVAddRecExpr::replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEV *Sym,
307                                                   const SCEV *Conc,
308                                                   ScalarEvolution &SE) const {
309   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
310     const SCEV* H =
311       getOperand(i)->replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE);
312     if (H != getOperand(i)) {
313       SmallVector<const SCEV*, 8> NewOps;
314       NewOps.reserve(getNumOperands());
315       for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
316         NewOps.push_back(getOperand(j));
317       NewOps.push_back(H);
318       for (++i; i != e; ++i)
319         NewOps.push_back(getOperand(i)->
320                          replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE));
321
322       return SE.getAddRecExpr(NewOps, L);
323     }
324   }
325   return this;
326 }
327
328
329 bool SCEVAddRecExpr::isLoopInvariant(const Loop *QueryLoop) const {
330   // Add recurrences are never invariant in the function-body (null loop).
331   if (!QueryLoop)
332     return false;
333
334   // This recurrence is variant w.r.t. QueryLoop if QueryLoop contains L.
335   if (QueryLoop->contains(L->getHeader()))
336     return false;
337
338   // This recurrence is variant w.r.t. QueryLoop if any of its operands
339   // are variant.
340   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
341     if (!getOperand(i)->isLoopInvariant(QueryLoop))
342       return false;
343
344   // Otherwise it's loop-invariant.
345   return true;
346 }
347
348
349 void SCEVAddRecExpr::print(raw_ostream &OS) const {
350   OS << "{" << *Operands[0];
351   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
352     OS << ",+," << *Operands[i];
353   OS << "}<" << L->getHeader()->getName() + ">";
354 }
355
356 bool SCEVUnknown::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
357   // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
358   // invariant if they are not contained in the specified loop.
359   // Instructions are never considered invariant in the function body
360   // (null loop) because they are defined within the "loop".
361   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
362     return L && !L->contains(I->getParent());
363   return true;
364 }
365
366 bool SCEVUnknown::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
367   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValue()))
368     return DT->dominates(I->getParent(), BB);
369   return true;
370 }
371
372 const Type *SCEVUnknown::getType() const {
373   return V->getType();
374 }
375
376 void SCEVUnknown::print(raw_ostream &OS) const {
377   WriteAsOperand(OS, V, false);
378 }
379
380 //===----------------------------------------------------------------------===//
381 //                               SCEV Utilities
382 //===----------------------------------------------------------------------===//
383
384 namespace {
385   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
386   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
387   /// expressions.
388   class VISIBILITY_HIDDEN SCEVComplexityCompare {
389     LoopInfo *LI;
390   public:
391     explicit SCEVComplexityCompare(LoopInfo *li) : LI(li) {}
392
393     bool operator()(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
394       // Primarily, sort the SCEVs by their getSCEVType().
395       if (LHS->getSCEVType() != RHS->getSCEVType())
396         return LHS->getSCEVType() < RHS->getSCEVType();
397
398       // Aside from the getSCEVType() ordering, the particular ordering
399       // isn't very important except that it's beneficial to be consistent,
400       // so that (a + b) and (b + a) don't end up as different expressions.
401
402       // Sort SCEVUnknown values with some loose heuristics. TODO: This is
403       // not as complete as it could be.
404       if (const SCEVUnknown *LU = dyn_cast<SCEVUnknown>(LHS)) {
405         const SCEVUnknown *RU = cast<SCEVUnknown>(RHS);
406
407         // Order pointer values after integer values. This helps SCEVExpander
408         // form GEPs.
409         if (isa<PointerType>(LU->getType()) && !isa<PointerType>(RU->getType()))
410           return false;
411         if (isa<PointerType>(RU->getType()) && !isa<PointerType>(LU->getType()))
412           return true;
413
414         // Compare getValueID values.
415         if (LU->getValue()->getValueID() != RU->getValue()->getValueID())
416           return LU->getValue()->getValueID() < RU->getValue()->getValueID();
417
418         // Sort arguments by their position.
419         if (const Argument *LA = dyn_cast<Argument>(LU->getValue())) {
420           const Argument *RA = cast<Argument>(RU->getValue());
421           return LA->getArgNo() < RA->getArgNo();
422         }
423
424         // For instructions, compare their loop depth, and their opcode.
425         // This is pretty loose.
426         if (Instruction *LV = dyn_cast<Instruction>(LU->getValue())) {
427           Instruction *RV = cast<Instruction>(RU->getValue());
428
429           // Compare loop depths.
430           if (LI->getLoopDepth(LV->getParent()) !=
431               LI->getLoopDepth(RV->getParent()))
432             return LI->getLoopDepth(LV->getParent()) <
433                    LI->getLoopDepth(RV->getParent());
434
435           // Compare opcodes.
436           if (LV->getOpcode() != RV->getOpcode())
437             return LV->getOpcode() < RV->getOpcode();
438
439           // Compare the number of operands.
440           if (LV->getNumOperands() != RV->getNumOperands())
441             return LV->getNumOperands() < RV->getNumOperands();
442         }
443
444         return false;
445       }
446
447       // Compare constant values.
448       if (const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
449         const SCEVConstant *RC = cast<SCEVConstant>(RHS);
450         return LC->getValue()->getValue().ult(RC->getValue()->getValue());
451       }
452
453       // Compare addrec loop depths.
454       if (const SCEVAddRecExpr *LA = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
455         const SCEVAddRecExpr *RA = cast<SCEVAddRecExpr>(RHS);
456         if (LA->getLoop()->getLoopDepth() != RA->getLoop()->getLoopDepth())
457           return LA->getLoop()->getLoopDepth() < RA->getLoop()->getLoopDepth();
458       }
459
460       // Lexicographically compare n-ary expressions.
461       if (const SCEVNAryExpr *LC = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(LHS)) {
462         const SCEVNAryExpr *RC = cast<SCEVNAryExpr>(RHS);
463         for (unsigned i = 0, e = LC->getNumOperands(); i != e; ++i) {
464           if (i >= RC->getNumOperands())
465             return false;
466           if (operator()(LC->getOperand(i), RC->getOperand(i)))
467             return true;
468           if (operator()(RC->getOperand(i), LC->getOperand(i)))
469             return false;
470         }
471         return LC->getNumOperands() < RC->getNumOperands();
472       }
473
474       // Lexicographically compare udiv expressions.
475       if (const SCEVUDivExpr *LC = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(LHS)) {
476         const SCEVUDivExpr *RC = cast<SCEVUDivExpr>(RHS);
477         if (operator()(LC->getLHS(), RC->getLHS()))
478           return true;
479         if (operator()(RC->getLHS(), LC->getLHS()))
480           return false;
481         if (operator()(LC->getRHS(), RC->getRHS()))
482           return true;
483         if (operator()(RC->getRHS(), LC->getRHS()))
484           return false;
485         return false;
486       }
487
488       // Compare cast expressions by operand.
489       if (const SCEVCastExpr *LC = dyn_cast<SCEVCastExpr>(LHS)) {
490         const SCEVCastExpr *RC = cast<SCEVCastExpr>(RHS);
491         return operator()(LC->getOperand(), RC->getOperand());
492       }
493
494       assert(0 && "Unknown SCEV kind!");
495       return false;
496     }
497   };
498 }
499
500 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
501 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
502 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
503 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
504 ///
505 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get determinstic
506 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
507 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
508 /// land in memory.
509 ///
510 static void GroupByComplexity(SmallVectorImpl<const SCEV*> &Ops,
511                               LoopInfo *LI) {
512   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
513   if (Ops.size() == 2) {
514     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
515     // Special case it.
516     if (SCEVComplexityCompare(LI)(Ops[1], Ops[0]))
517       std::swap(Ops[0], Ops[1]);
518     return;
519   }
520
521   // Do the rough sort by complexity.
522   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare(LI));
523
524   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
525   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
526   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
527   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
528   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
529     const SCEV *S = Ops[i];
530     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
531
532     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
533     // one, group them.
534     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
535       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
536         // Move it to immediately after i'th element.
537         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
538         ++i;   // no need to rescan it.
539         if (i == e-2) return;  // Done!
540       }
541     }
542   }
543 }
544
545
546
547 //===----------------------------------------------------------------------===//
548 //                      Simple SCEV method implementations
549 //===----------------------------------------------------------------------===//
550
551 /// BinomialCoefficient - Compute BC(It, K).  The result has width W.
552 /// Assume, K > 0.
553 static const SCEV* BinomialCoefficient(const SCEV* It, unsigned K,
554                                       ScalarEvolution &SE,
555                                       const Type* ResultTy) {
556   // Handle the simplest case efficiently.
557   if (K == 1)
558     return SE.getTruncateOrZeroExtend(It, ResultTy);
559
560   // We are using the following formula for BC(It, K):
561   //
562   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / K!
563   //
564   // Suppose, W is the bitwidth of the return value.  We must be prepared for
565   // overflow.  Hence, we must assure that the result of our computation is
566   // equal to the accurate one modulo 2^W.  Unfortunately, division isn't
567   // safe in modular arithmetic.
568   //
569   // However, this code doesn't use exactly that formula; the formula it uses
570   // is something like the following, where T is the number of factors of 2 in
571   // K! (i.e. trailing zeros in the binary representation of K!), and ^ is
572   // exponentiation:
573   //
574   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / 2^T / (K! / 2^T)
575   //
576   // This formula is trivially equivalent to the previous formula.  However,
577   // this formula can be implemented much more efficiently.  The trick is that
578   // K! / 2^T is odd, and exact division by an odd number *is* safe in modular
579   // arithmetic.  To do exact division in modular arithmetic, all we have
580   // to do is multiply by the inverse.  Therefore, this step can be done at
581   // width W.
582   //
583   // The next issue is how to safely do the division by 2^T.  The way this
584   // is done is by doing the multiplication step at a width of at least W + T
585   // bits.  This way, the bottom W+T bits of the product are accurate. Then,
586   // when we perform the division by 2^T (which is equivalent to a right shift
587   // by T), the bottom W bits are accurate.  Extra bits are okay; they'll get
588   // truncated out after the division by 2^T.
589   //
590   // In comparison to just directly using the first formula, this technique
591   // is much more efficient; using the first formula requires W * K bits,
592   // but this formula less than W + K bits. Also, the first formula requires
593   // a division step, whereas this formula only requires multiplies and shifts.
594   //
595   // It doesn't matter whether the subtraction step is done in the calculation
596   // width or the input iteration count's width; if the subtraction overflows,
597   // the result must be zero anyway.  We prefer here to do it in the width of
598   // the induction variable because it helps a lot for certain cases; CodeGen
599   // isn't smart enough to ignore the overflow, which leads to much less
600   // efficient code if the width of the subtraction is wider than the native
601   // register width.
602   //
603   // (It's possible to not widen at all by pulling out factors of 2 before
604   // the multiplication; for example, K=2 can be calculated as
605   // It/2*(It+(It*INT_MIN/INT_MIN)+-1). However, it requires
606   // extra arithmetic, so it's not an obvious win, and it gets
607   // much more complicated for K > 3.)
608
609   // Protection from insane SCEVs; this bound is conservative,
610   // but it probably doesn't matter.
611   if (K > 1000)
612     return SE.getCouldNotCompute();
613
614   unsigned W = SE.getTypeSizeInBits(ResultTy);
615
616   // Calculate K! / 2^T and T; we divide out the factors of two before
617   // multiplying for calculating K! / 2^T to avoid overflow.
618   // Other overflow doesn't matter because we only care about the bottom
619   // W bits of the result.
620   APInt OddFactorial(W, 1);
621   unsigned T = 1;
622   for (unsigned i = 3; i <= K; ++i) {
623     APInt Mult(W, i);
624     unsigned TwoFactors = Mult.countTrailingZeros();
625     T += TwoFactors;
626     Mult = Mult.lshr(TwoFactors);
627     OddFactorial *= Mult;
628   }
629
630   // We need at least W + T bits for the multiplication step
631   unsigned CalculationBits = W + T;
632
633   // Calcuate 2^T, at width T+W.
634   APInt DivFactor = APInt(CalculationBits, 1).shl(T);
635
636   // Calculate the multiplicative inverse of K! / 2^T;
637   // this multiplication factor will perform the exact division by
638   // K! / 2^T.
639   APInt Mod = APInt::getSignedMinValue(W+1);
640   APInt MultiplyFactor = OddFactorial.zext(W+1);
641   MultiplyFactor = MultiplyFactor.multiplicativeInverse(Mod);
642   MultiplyFactor = MultiplyFactor.trunc(W);
643
644   // Calculate the product, at width T+W
645   const IntegerType *CalculationTy = IntegerType::get(CalculationBits);
646   const SCEV* Dividend = SE.getTruncateOrZeroExtend(It, CalculationTy);
647   for (unsigned i = 1; i != K; ++i) {
648     const SCEV* S = SE.getMinusSCEV(It, SE.getIntegerSCEV(i, It->getType()));
649     Dividend = SE.getMulExpr(Dividend,
650                              SE.getTruncateOrZeroExtend(S, CalculationTy));
651   }
652
653   // Divide by 2^T
654   const SCEV* DivResult = SE.getUDivExpr(Dividend, SE.getConstant(DivFactor));
655
656   // Truncate the result, and divide by K! / 2^T.
657
658   return SE.getMulExpr(SE.getConstant(MultiplyFactor),
659                        SE.getTruncateOrZeroExtend(DivResult, ResultTy));
660 }
661
662 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
663 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
664 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
665 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
666 ///
667 ///   A*BC(It, 0) + B*BC(It, 1) + C*BC(It, 2) + D*BC(It, 3)
668 ///
669 /// where BC(It, k) stands for binomial coefficient.
670 ///
671 const SCEV* SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(const SCEV* It,
672                                                ScalarEvolution &SE) const {
673   const SCEV* Result = getStart();
674   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
675     // The computation is correct in the face of overflow provided that the
676     // multiplication is performed _after_ the evaluation of the binomial
677     // coefficient.
678     const SCEV* Coeff = BinomialCoefficient(It, i, SE, getType());
679     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Coeff))
680       return Coeff;
681
682     Result = SE.getAddExpr(Result, SE.getMulExpr(getOperand(i), Coeff));
683   }
684   return Result;
685 }
686
687 //===----------------------------------------------------------------------===//
688 //                    SCEV Expression folder implementations
689 //===----------------------------------------------------------------------===//
690
691 const SCEV* ScalarEvolution::getTruncateExpr(const SCEV* Op,
692                                             const Type *Ty) {
693   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) > getTypeSizeInBits(Ty) &&
694          "This is not a truncating conversion!");
695   assert(isSCEVable(Ty) &&
696          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
697   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
698
699   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
700     return getConstant(
701       cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(), Ty)));
702
703   // trunc(trunc(x)) --> trunc(x)
704   if (const SCEVTruncateExpr *ST = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op))
705     return getTruncateExpr(ST->getOperand(), Ty);
706
707   // trunc(sext(x)) --> sext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
708   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
709     return getTruncateOrSignExtend(SS->getOperand(), Ty);
710
711   // trunc(zext(x)) --> zext(x) if widening or trunc(x) if narrowing
712   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
713     return getTruncateOrZeroExtend(SZ->getOperand(), Ty);
714
715   // If the input value is a chrec scev, truncate the chrec's operands.
716   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
717     SmallVector<const SCEV*, 4> Operands;
718     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
719       Operands.push_back(getTruncateExpr(AddRec->getOperand(i), Ty));
720     return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop());
721   }
722
723   SCEVTruncateExpr *&Result = SCEVTruncates[std::make_pair(Op, Ty)];
724   if (Result == 0) Result = new SCEVTruncateExpr(Op, Ty);
725   return Result;
726 }
727
728 const SCEV* ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEV* Op,
729                                               const Type *Ty) {
730   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
731          "This is not an extending conversion!");
732   assert(isSCEVable(Ty) &&
733          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
734   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
735
736   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op)) {
737     const Type *IntTy = getEffectiveSCEVType(Ty);
738     Constant *C = ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(), IntTy);
739     if (IntTy != Ty) C = ConstantExpr::getIntToPtr(C, Ty);
740     return getConstant(cast<ConstantInt>(C));
741   }
742
743   // zext(zext(x)) --> zext(x)
744   if (const SCEVZeroExtendExpr *SZ = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(Op))
745     return getZeroExtendExpr(SZ->getOperand(), Ty);
746
747   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
748   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
749   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
750   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
751   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
752     if (AR->isAffine()) {
753       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
754       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
755       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
756       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
757       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
758       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
759       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
760       // that value once it has finished.
761       const SCEV* MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AR->getLoop());
762       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
763         // Manually compute the final value for AR, checking for
764         // overflow.
765         const SCEV* Start = AR->getStart();
766         const SCEV* Step = AR->getStepRecurrence(*this);
767
768         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
769         // the addrec's type. The count is always unsigned.
770         const SCEV* CastedMaxBECount =
771           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
772         const SCEV* RecastedMaxBECount =
773           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
774         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
775           const Type *WideTy =
776             IntegerType::get(getTypeSizeInBits(Start->getType()) * 2);
777           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no unsigned overflow.
778           const SCEV* ZMul =
779             getMulExpr(CastedMaxBECount,
780                        getTruncateOrZeroExtend(Step, Start->getType()));
781           const SCEV* Add = getAddExpr(Start, ZMul);
782           const SCEV* OperandExtendedAdd =
783             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
784                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
785                                   getZeroExtendExpr(Step, WideTy)));
786           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
787             // Return the expression with the addrec on the outside.
788             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
789                                  getZeroExtendExpr(Step, Ty),
790                                  AR->getLoop());
791
792           // Similar to above, only this time treat the step value as signed.
793           // This covers loops that count down.
794           const SCEV* SMul =
795             getMulExpr(CastedMaxBECount,
796                        getTruncateOrSignExtend(Step, Start->getType()));
797           Add = getAddExpr(Start, SMul);
798           OperandExtendedAdd =
799             getAddExpr(getZeroExtendExpr(Start, WideTy),
800                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
801                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
802           if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
803             // Return the expression with the addrec on the outside.
804             return getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(Start, Ty),
805                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
806                                  AR->getLoop());
807         }
808       }
809     }
810
811   SCEVZeroExtendExpr *&Result = SCEVZeroExtends[std::make_pair(Op, Ty)];
812   if (Result == 0) Result = new SCEVZeroExtendExpr(Op, Ty);
813   return Result;
814 }
815
816 const SCEV* ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEV* Op,
817                                               const Type *Ty) {
818   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
819          "This is not an extending conversion!");
820   assert(isSCEVable(Ty) &&
821          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
822   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
823
824   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op)) {
825     const Type *IntTy = getEffectiveSCEVType(Ty);
826     Constant *C = ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(), IntTy);
827     if (IntTy != Ty) C = ConstantExpr::getIntToPtr(C, Ty);
828     return getConstant(cast<ConstantInt>(C));
829   }
830
831   // sext(sext(x)) --> sext(x)
832   if (const SCEVSignExtendExpr *SS = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(Op))
833     return getSignExtendExpr(SS->getOperand(), Ty);
834
835   // If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
836   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
837   // operands (often constants).  This allows analysis of something like
838   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
839   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op))
840     if (AR->isAffine()) {
841       // Check whether the backedge-taken count is SCEVCouldNotCompute.
842       // Note that this serves two purposes: It filters out loops that are
843       // simply not analyzable, and it covers the case where this code is
844       // being called from within backedge-taken count analysis, such that
845       // attempting to ask for the backedge-taken count would likely result
846       // in infinite recursion. In the later case, the analysis code will
847       // cope with a conservative value, and it will take care to purge
848       // that value once it has finished.
849       const SCEV* MaxBECount = getMaxBackedgeTakenCount(AR->getLoop());
850       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxBECount)) {
851         // Manually compute the final value for AR, checking for
852         // overflow.
853         const SCEV* Start = AR->getStart();
854         const SCEV* Step = AR->getStepRecurrence(*this);
855
856         // Check whether the backedge-taken count can be losslessly casted to
857         // the addrec's type. The count is always unsigned.
858         const SCEV* CastedMaxBECount =
859           getTruncateOrZeroExtend(MaxBECount, Start->getType());
860         const SCEV* RecastedMaxBECount =
861           getTruncateOrZeroExtend(CastedMaxBECount, MaxBECount->getType());
862         if (MaxBECount == RecastedMaxBECount) {
863           const Type *WideTy =
864             IntegerType::get(getTypeSizeInBits(Start->getType()) * 2);
865           // Check whether Start+Step*MaxBECount has no signed overflow.
866           const SCEV* SMul =
867             getMulExpr(CastedMaxBECount,
868                        getTruncateOrSignExtend(Step, Start->getType()));
869           const SCEV* Add = getAddExpr(Start, SMul);
870           const SCEV* OperandExtendedAdd =
871             getAddExpr(getSignExtendExpr(Start, WideTy),
872                        getMulExpr(getZeroExtendExpr(CastedMaxBECount, WideTy),
873                                   getSignExtendExpr(Step, WideTy)));
874           if (getSignExtendExpr(Add, WideTy) == OperandExtendedAdd)
875             // Return the expression with the addrec on the outside.
876             return getAddRecExpr(getSignExtendExpr(Start, Ty),
877                                  getSignExtendExpr(Step, Ty),
878                                  AR->getLoop());
879         }
880       }
881     }
882
883   SCEVSignExtendExpr *&Result = SCEVSignExtends[std::make_pair(Op, Ty)];
884   if (Result == 0) Result = new SCEVSignExtendExpr(Op, Ty);
885   return Result;
886 }
887
888 /// getAnyExtendExpr - Return a SCEV for the given operand extended with
889 /// unspecified bits out to the given type.
890 ///
891 const SCEV* ScalarEvolution::getAnyExtendExpr(const SCEV* Op,
892                                              const Type *Ty) {
893   assert(getTypeSizeInBits(Op->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty) &&
894          "This is not an extending conversion!");
895   assert(isSCEVable(Ty) &&
896          "This is not a conversion to a SCEVable type!");
897   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
898
899   // Sign-extend negative constants.
900   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
901     if (SC->getValue()->getValue().isNegative())
902       return getSignExtendExpr(Op, Ty);
903
904   // Peel off a truncate cast.
905   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Op)) {
906     const SCEV* NewOp = T->getOperand();
907     if (getTypeSizeInBits(NewOp->getType()) < getTypeSizeInBits(Ty))
908       return getAnyExtendExpr(NewOp, Ty);
909     return getTruncateOrNoop(NewOp, Ty);
910   }
911
912   // Next try a zext cast. If the cast is folded, use it.
913   const SCEV* ZExt = getZeroExtendExpr(Op, Ty);
914   if (!isa<SCEVZeroExtendExpr>(ZExt))
915     return ZExt;
916
917   // Next try a sext cast. If the cast is folded, use it.
918   const SCEV* SExt = getSignExtendExpr(Op, Ty);
919   if (!isa<SCEVSignExtendExpr>(SExt))
920     return SExt;
921
922   // If the expression is obviously signed, use the sext cast value.
923   if (isa<SCEVSMaxExpr>(Op))
924     return SExt;
925
926   // Absent any other information, use the zext cast value.
927   return ZExt;
928 }
929
930 /// CollectAddOperandsWithScales - Process the given Ops list, which is
931 /// a list of operands to be added under the given scale, update the given
932 /// map. This is a helper function for getAddRecExpr. As an example of
933 /// what it does, given a sequence of operands that would form an add
934 /// expression like this:
935 ///
936 ///    m + n + 13 + (A * (o + p + (B * q + m + 29))) + r + (-1 * r)
937 ///
938 /// where A and B are constants, update the map with these values:
939 ///
940 ///    (m, 1+A*B), (n, 1), (o, A), (p, A), (q, A*B), (r, 0)
941 ///
942 /// and add 13 + A*B*29 to AccumulatedConstant.
943 /// This will allow getAddRecExpr to produce this:
944 ///
945 ///    13+A*B*29 + n + (m * (1+A*B)) + ((o + p) * A) + (q * A*B)
946 ///
947 /// This form often exposes folding opportunities that are hidden in
948 /// the original operand list.
949 ///
950 /// Return true iff it appears that any interesting folding opportunities
951 /// may be exposed. This helps getAddRecExpr short-circuit extra work in
952 /// the common case where no interesting opportunities are present, and
953 /// is also used as a check to avoid infinite recursion.
954 ///
955 static bool
956 CollectAddOperandsWithScales(DenseMap<const SCEV*, APInt> &M,
957                              SmallVector<const SCEV*, 8> &NewOps,
958                              APInt &AccumulatedConstant,
959                              const SmallVectorImpl<const SCEV*> &Ops,
960                              const APInt &Scale,
961                              ScalarEvolution &SE) {
962   bool Interesting = false;
963
964   // Iterate over the add operands.
965   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
966     const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i]);
967     if (Mul && isa<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))) {
968       APInt NewScale =
969         Scale * cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0))->getValue()->getValue();
970       if (Mul->getNumOperands() == 2 && isa<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1))) {
971         // A multiplication of a constant with another add; recurse.
972         Interesting |=
973           CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
974                                        cast<SCEVAddExpr>(Mul->getOperand(1))
975                                          ->getOperands(),
976                                        NewScale, SE);
977       } else {
978         // A multiplication of a constant with some other value. Update
979         // the map.
980         SmallVector<const SCEV*, 4> MulOps(Mul->op_begin()+1, Mul->op_end());
981         const SCEV* Key = SE.getMulExpr(MulOps);
982         std::pair<DenseMap<const SCEV*, APInt>::iterator, bool> Pair =
983           M.insert(std::make_pair(Key, APInt()));
984         if (Pair.second) {
985           Pair.first->second = NewScale;
986           NewOps.push_back(Pair.first->first);
987         } else {
988           Pair.first->second += NewScale;
989           // The map already had an entry for this value, which may indicate
990           // a folding opportunity.
991           Interesting = true;
992         }
993       }
994     } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
995       // Pull a buried constant out to the outside.
996       if (Scale != 1 || AccumulatedConstant != 0 || C->isZero())
997         Interesting = true;
998       AccumulatedConstant += Scale * C->getValue()->getValue();
999     } else {
1000       // An ordinary operand. Update the map.
1001       std::pair<DenseMap<const SCEV*, APInt>::iterator, bool> Pair =
1002         M.insert(std::make_pair(Ops[i], APInt()));
1003       if (Pair.second) {
1004         Pair.first->second = Scale;
1005         NewOps.push_back(Pair.first->first);
1006       } else {
1007         Pair.first->second += Scale;
1008         // The map already had an entry for this value, which may indicate
1009         // a folding opportunity.
1010         Interesting = true;
1011       }
1012     }
1013   }
1014
1015   return Interesting;
1016 }
1017
1018 namespace {
1019   struct APIntCompare {
1020     bool operator()(const APInt &LHS, const APInt &RHS) const {
1021       return LHS.ult(RHS);
1022     }
1023   };
1024 }
1025
1026 /// getAddExpr - Get a canonical add expression, or something simpler if
1027 /// possible.
1028 const SCEV* ScalarEvolution::getAddExpr(SmallVectorImpl<const SCEV*> &Ops) {
1029   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
1030   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1031 #ifndef NDEBUG
1032   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1033     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1034            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1035            "SCEVAddExpr operand types don't match!");
1036 #endif
1037
1038   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1039   GroupByComplexity(Ops, LI);
1040
1041   // If there are any constants, fold them together.
1042   unsigned Idx = 0;
1043   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1044     ++Idx;
1045     assert(Idx < Ops.size());
1046     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1047       // We found two constants, fold them together!
1048       Ops[0] = getConstant(LHSC->getValue()->getValue() +
1049                            RHSC->getValue()->getValue());
1050       if (Ops.size() == 2) return Ops[0];
1051       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1052       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1053     }
1054
1055     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
1056     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
1057       Ops.erase(Ops.begin());
1058       --Idx;
1059     }
1060   }
1061
1062   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1063
1064   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1065   // so, merge them together into an multiply expression.  Since we sorted the
1066   // list, these values are required to be adjacent.
1067   const Type *Ty = Ops[0]->getType();
1068   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1069     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
1070       // Found a match, merge the two values into a multiply, and add any
1071       // remaining values to the result.
1072       const SCEV* Two = getIntegerSCEV(2, Ty);
1073       const SCEV* Mul = getMulExpr(Ops[i], Two);
1074       if (Ops.size() == 2)
1075         return Mul;
1076       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
1077       Ops.push_back(Mul);
1078       return getAddExpr(Ops);
1079     }
1080
1081   // Check for truncates. If all the operands are truncated from the same
1082   // type, see if factoring out the truncate would permit the result to be
1083   // folded. eg., trunc(x) + m*trunc(n) --> trunc(x + trunc(m)*n)
1084   // if the contents of the resulting outer trunc fold to something simple.
1085   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1086     const SCEVTruncateExpr *Trunc = cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[Idx]);
1087     const Type *DstType = Trunc->getType();
1088     const Type *SrcType = Trunc->getOperand()->getType();
1089     SmallVector<const SCEV*, 8> LargeOps;
1090     bool Ok = true;
1091     // Check all the operands to see if they can be represented in the
1092     // source type of the truncate.
1093     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1094       if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(Ops[i])) {
1095         if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1096           Ok = false;
1097           break;
1098         }
1099         LargeOps.push_back(T->getOperand());
1100       } else if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[i])) {
1101         // This could be either sign or zero extension, but sign extension
1102         // is much more likely to be foldable here.
1103         LargeOps.push_back(getSignExtendExpr(C, SrcType));
1104       } else if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[i])) {
1105         SmallVector<const SCEV*, 8> LargeMulOps;
1106         for (unsigned j = 0, f = M->getNumOperands(); j != f && Ok; ++j) {
1107           if (const SCEVTruncateExpr *T =
1108                 dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(M->getOperand(j))) {
1109             if (T->getOperand()->getType() != SrcType) {
1110               Ok = false;
1111               break;
1112             }
1113             LargeMulOps.push_back(T->getOperand());
1114           } else if (const SCEVConstant *C =
1115                        dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(j))) {
1116             // This could be either sign or zero extension, but sign extension
1117             // is much more likely to be foldable here.
1118             LargeMulOps.push_back(getSignExtendExpr(C, SrcType));
1119           } else {
1120             Ok = false;
1121             break;
1122           }
1123         }
1124         if (Ok)
1125           LargeOps.push_back(getMulExpr(LargeMulOps));
1126       } else {
1127         Ok = false;
1128         break;
1129       }
1130     }
1131     if (Ok) {
1132       // Evaluate the expression in the larger type.
1133       const SCEV* Fold = getAddExpr(LargeOps);
1134       // If it folds to something simple, use it. Otherwise, don't.
1135       if (isa<SCEVConstant>(Fold) || isa<SCEVUnknown>(Fold))
1136         return getTruncateExpr(Fold, DstType);
1137     }
1138   }
1139
1140   // Skip past any other cast SCEVs.
1141   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
1142     ++Idx;
1143
1144   // If there are add operands they would be next.
1145   if (Idx < Ops.size()) {
1146     bool DeletedAdd = false;
1147     while (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
1148       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
1149       // list.
1150       Ops.insert(Ops.end(), Add->op_begin(), Add->op_end());
1151       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1152       DeletedAdd = true;
1153     }
1154
1155     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
1156     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1157     // any operands we just aquired.
1158     if (DeletedAdd)
1159       return getAddExpr(Ops);
1160   }
1161
1162   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1163   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1164     ++Idx;
1165
1166   // Check to see if there are any folding opportunities present with
1167   // operands multiplied by constant values.
1168   if (Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1169     uint64_t BitWidth = getTypeSizeInBits(Ty);
1170     DenseMap<const SCEV*, APInt> M;
1171     SmallVector<const SCEV*, 8> NewOps;
1172     APInt AccumulatedConstant(BitWidth, 0);
1173     if (CollectAddOperandsWithScales(M, NewOps, AccumulatedConstant,
1174                                      Ops, APInt(BitWidth, 1), *this)) {
1175       // Some interesting folding opportunity is present, so its worthwhile to
1176       // re-generate the operands list. Group the operands by constant scale,
1177       // to avoid multiplying by the same constant scale multiple times.
1178       std::map<APInt, SmallVector<const SCEV*, 4>, APIntCompare> MulOpLists;
1179       for (SmallVector<const SCEV*, 8>::iterator I = NewOps.begin(),
1180            E = NewOps.end(); I != E; ++I)
1181         MulOpLists[M.find(*I)->second].push_back(*I);
1182       // Re-generate the operands list.
1183       Ops.clear();
1184       if (AccumulatedConstant != 0)
1185         Ops.push_back(getConstant(AccumulatedConstant));
1186       for (std::map<APInt, SmallVector<const SCEV *, 4>, APIntCompare>::iterator
1187            I = MulOpLists.begin(), E = MulOpLists.end(); I != E; ++I)
1188         if (I->first != 0)
1189           Ops.push_back(getMulExpr(getConstant(I->first),
1190                                    getAddExpr(I->second)));
1191       if (Ops.empty())
1192         return getIntegerSCEV(0, Ty);
1193       if (Ops.size() == 1)
1194         return Ops[0];
1195       return getAddExpr(Ops);
1196     }
1197   }
1198
1199   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
1200   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
1201   // the multiply.
1202   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1203     const SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
1204     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
1205       const SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
1206       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
1207         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp] && !isa<SCEVConstant>(Ops[AddOp])) {
1208           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
1209           const SCEV* InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1210           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1211             // If the multiply has more than two operands, we must get the
1212             // Y*Z term.
1213             SmallVector<const SCEV*, 4> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1214             MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
1215             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
1216           }
1217           const SCEV* One = getIntegerSCEV(1, Ty);
1218           const SCEV* AddOne = getAddExpr(InnerMul, One);
1219           const SCEV* OuterMul = getMulExpr(AddOne, Ops[AddOp]);
1220           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1221           if (AddOp < Idx) {
1222             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
1223             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
1224           } else {
1225             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1226             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
1227           }
1228           Ops.push_back(OuterMul);
1229           return getAddExpr(Ops);
1230         }
1231
1232       // Check this multiply against other multiplies being added together.
1233       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
1234            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1235            ++OtherMulIdx) {
1236         const SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
1237         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
1238         // together.
1239         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
1240              OMulOp != e; ++OMulOp)
1241           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
1242             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
1243             const SCEV* InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
1244             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
1245               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(Mul->op_begin(),
1246                                                   Mul->op_end());
1247               MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
1248               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
1249             }
1250             const SCEV* InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
1251             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
1252               SmallVector<const SCEV *, 4> MulOps(OtherMul->op_begin(),
1253                                                   OtherMul->op_end());
1254               MulOps.erase(MulOps.begin()+OMulOp);
1255               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
1256             }
1257             const SCEV* InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
1258             const SCEV* OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
1259             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
1260             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1261             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
1262             Ops.push_back(OuterMul);
1263             return getAddExpr(Ops);
1264           }
1265       }
1266     }
1267   }
1268
1269   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1270   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1271   // recurrence.
1272   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1273     ++Idx;
1274
1275   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1276   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1277     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
1278     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1279     SmallVector<const SCEV*, 8> LIOps;
1280     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1281     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1282       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
1283         LIOps.push_back(Ops[i]);
1284         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1285         --i; --e;
1286       }
1287
1288     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1289     if (!LIOps.empty()) {
1290       //  NLI + LI + {Start,+,Step}  -->  NLI + {LI+Start,+,Step}
1291       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
1292
1293       SmallVector<const SCEV*, 4> AddRecOps(AddRec->op_begin(),
1294                                            AddRec->op_end());
1295       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
1296
1297       const SCEV* NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRec->getLoop());
1298       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1299       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1300
1301       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-liv parts.
1302       for (unsigned i = 0;; ++i)
1303         if (Ops[i] == AddRec) {
1304           Ops[i] = NewRec;
1305           break;
1306         }
1307       return getAddExpr(Ops);
1308     }
1309
1310     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1311     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1312     // added together.  If so, we can fold them.
1313     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1314          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1315       if (OtherIdx != Idx) {
1316         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1317         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
1318           // Other + {A,+,B} + {C,+,D}  -->  Other + {A+C,+,B+D}
1319           SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(AddRec->op_begin(),
1320                                               AddRec->op_end());
1321           for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1322             if (i >= NewOps.size()) {
1323               NewOps.insert(NewOps.end(), OtherAddRec->op_begin()+i,
1324                             OtherAddRec->op_end());
1325               break;
1326             }
1327             NewOps[i] = getAddExpr(NewOps[i], OtherAddRec->getOperand(i));
1328           }
1329           const SCEV* NewAddRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop());
1330
1331           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1332
1333           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1334           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1335           Ops.push_back(NewAddRec);
1336           return getAddExpr(Ops);
1337         }
1338       }
1339
1340     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1341     // next one.
1342   }
1343
1344   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
1345   // already have one, otherwise create a new one.
1346   std::vector<const SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1347   SCEVCommutativeExpr *&Result = SCEVCommExprs[std::make_pair(scAddExpr,
1348                                                                  SCEVOps)];
1349   if (Result == 0) Result = new SCEVAddExpr(Ops);
1350   return Result;
1351 }
1352
1353
1354 /// getMulExpr - Get a canonical multiply expression, or something simpler if
1355 /// possible.
1356 const SCEV* ScalarEvolution::getMulExpr(SmallVectorImpl<const SCEV*> &Ops) {
1357   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
1358 #ifndef NDEBUG
1359   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1360     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1361            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1362            "SCEVMulExpr operand types don't match!");
1363 #endif
1364
1365   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1366   GroupByComplexity(Ops, LI);
1367
1368   // If there are any constants, fold them together.
1369   unsigned Idx = 0;
1370   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1371
1372     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
1373     if (Ops.size() == 2)
1374       if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
1375         if (Add->getNumOperands() == 2 &&
1376             isa<SCEVConstant>(Add->getOperand(0)))
1377           return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
1378                             getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
1379
1380
1381     ++Idx;
1382     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1383       // We found two constants, fold them together!
1384       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(LHSC->getValue()->getValue() *
1385                                            RHSC->getValue()->getValue());
1386       Ops[0] = getConstant(Fold);
1387       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1388       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1389       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1390     }
1391
1392     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
1393     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
1394       Ops.erase(Ops.begin());
1395       --Idx;
1396     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
1397       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
1398       return Ops[0];
1399     }
1400   }
1401
1402   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1403   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1404     ++Idx;
1405
1406   if (Ops.size() == 1)
1407     return Ops[0];
1408
1409   // If there are mul operands inline them all into this expression.
1410   if (Idx < Ops.size()) {
1411     bool DeletedMul = false;
1412     while (const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1413       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
1414       // list.
1415       Ops.insert(Ops.end(), Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1416       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1417       DeletedMul = true;
1418     }
1419
1420     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
1421     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1422     // any operands we just aquired.
1423     if (DeletedMul)
1424       return getMulExpr(Ops);
1425   }
1426
1427   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1428   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1429   // recurrence.
1430   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1431     ++Idx;
1432
1433   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1434   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1435     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
1436     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1437     SmallVector<const SCEV*, 8> LIOps;
1438     const SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1439     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1440       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
1441         LIOps.push_back(Ops[i]);
1442         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1443         --i; --e;
1444       }
1445
1446     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1447     if (!LIOps.empty()) {
1448       //  NLI * LI * {Start,+,Step}  -->  NLI * {LI*Start,+,LI*Step}
1449       SmallVector<const SCEV*, 4> NewOps;
1450       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
1451       if (LIOps.size() == 1) {
1452         const SCEV *Scale = LIOps[0];
1453         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
1454           NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
1455       } else {
1456         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1457           SmallVector<const SCEV*, 4> MulOps(LIOps.begin(), LIOps.end());
1458           MulOps.push_back(AddRec->getOperand(i));
1459           NewOps.push_back(getMulExpr(MulOps));
1460         }
1461       }
1462
1463       const SCEV* NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop());
1464
1465       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1466       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1467
1468       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-liv parts.
1469       for (unsigned i = 0;; ++i)
1470         if (Ops[i] == AddRec) {
1471           Ops[i] = NewRec;
1472           break;
1473         }
1474       return getMulExpr(Ops);
1475     }
1476
1477     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1478     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1479     // multiplied together.  If so, we can fold them.
1480     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1481          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1482       if (OtherIdx != Idx) {
1483         const SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1484         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
1485           // F * G  -->  {A,+,B} * {C,+,D}  -->  {A*C,+,F*D + G*B + B*D}
1486           const SCEVAddRecExpr *F = AddRec, *G = OtherAddRec;
1487           const SCEV* NewStart = getMulExpr(F->getStart(),
1488                                                  G->getStart());
1489           const SCEV* B = F->getStepRecurrence(*this);
1490           const SCEV* D = G->getStepRecurrence(*this);
1491           const SCEV* NewStep = getAddExpr(getMulExpr(F, D),
1492                                           getMulExpr(G, B),
1493                                           getMulExpr(B, D));
1494           const SCEV* NewAddRec = getAddRecExpr(NewStart, NewStep,
1495                                                F->getLoop());
1496           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1497
1498           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1499           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1500           Ops.push_back(NewAddRec);
1501           return getMulExpr(Ops);
1502         }
1503       }
1504
1505     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1506     // next one.
1507   }
1508
1509   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
1510   // already have one, otherwise create a new one.
1511   std::vector<const SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1512   SCEVCommutativeExpr *&Result = SCEVCommExprs[std::make_pair(scMulExpr,
1513                                                                  SCEVOps)];
1514   if (Result == 0)
1515     Result = new SCEVMulExpr(Ops);
1516   return Result;
1517 }
1518
1519 /// getUDivExpr - Get a canonical multiply expression, or something simpler if
1520 /// possible.
1521 const SCEV *ScalarEvolution::getUDivExpr(const SCEV *LHS,
1522                                          const SCEV *RHS) {
1523   assert(getEffectiveSCEVType(LHS->getType()) ==
1524          getEffectiveSCEVType(RHS->getType()) &&
1525          "SCEVUDivExpr operand types don't match!");
1526
1527   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
1528     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
1529       return LHS;                            // X udiv 1 --> x
1530     if (RHSC->isZero())
1531       return getIntegerSCEV(0, LHS->getType()); // value is undefined
1532
1533     // Determine if the division can be folded into the operands of
1534     // its operands.
1535     // TODO: Generalize this to non-constants by using known-bits information.
1536     const Type *Ty = LHS->getType();
1537     unsigned LZ = RHSC->getValue()->getValue().countLeadingZeros();
1538     unsigned MaxShiftAmt = getTypeSizeInBits(Ty) - LZ;
1539     // For non-power-of-two values, effectively round the value up to the
1540     // nearest power of two.
1541     if (!RHSC->getValue()->getValue().isPowerOf2())
1542       ++MaxShiftAmt;
1543     const IntegerType *ExtTy =
1544       IntegerType::get(getTypeSizeInBits(Ty) + MaxShiftAmt);
1545     // {X,+,N}/C --> {X/C,+,N/C} if safe and N/C can be folded.
1546     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
1547       if (const SCEVConstant *Step =
1548             dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*this)))
1549         if (!Step->getValue()->getValue()
1550               .urem(RHSC->getValue()->getValue()) &&
1551             getZeroExtendExpr(AR, ExtTy) ==
1552             getAddRecExpr(getZeroExtendExpr(AR->getStart(), ExtTy),
1553                           getZeroExtendExpr(Step, ExtTy),
1554                           AR->getLoop())) {
1555           SmallVector<const SCEV*, 4> Operands;
1556           for (unsigned i = 0, e = AR->getNumOperands(); i != e; ++i)
1557             Operands.push_back(getUDivExpr(AR->getOperand(i), RHS));
1558           return getAddRecExpr(Operands, AR->getLoop());
1559         }
1560     // (A*B)/C --> A*(B/C) if safe and B/C can be folded.
1561     if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(LHS)) {
1562       SmallVector<const SCEV*, 4> Operands;
1563       for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i)
1564         Operands.push_back(getZeroExtendExpr(M->getOperand(i), ExtTy));
1565       if (getZeroExtendExpr(M, ExtTy) == getMulExpr(Operands))
1566         // Find an operand that's safely divisible.
1567         for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1568           const SCEV* Op = M->getOperand(i);
1569           const SCEV* Div = getUDivExpr(Op, RHSC);
1570           if (!isa<SCEVUDivExpr>(Div) && getMulExpr(Div, RHSC) == Op) {
1571             const SmallVectorImpl<const SCEV*> &MOperands = M->getOperands();
1572             Operands = SmallVector<const SCEV*, 4>(MOperands.begin(),
1573                                                   MOperands.end());
1574             Operands[i] = Div;
1575             return getMulExpr(Operands);
1576           }
1577         }
1578     }
1579     // (A+B)/C --> (A/C + B/C) if safe and A/C and B/C can be folded.
1580     if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS)) {
1581       SmallVector<const SCEV*, 4> Operands;
1582       for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i)
1583         Operands.push_back(getZeroExtendExpr(A->getOperand(i), ExtTy));
1584       if (getZeroExtendExpr(A, ExtTy) == getAddExpr(Operands)) {
1585         Operands.clear();
1586         for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1587           const SCEV* Op = getUDivExpr(A->getOperand(i), RHS);
1588           if (isa<SCEVUDivExpr>(Op) || getMulExpr(Op, RHS) != A->getOperand(i))
1589             break;
1590           Operands.push_back(Op);
1591         }
1592         if (Operands.size() == A->getNumOperands())
1593           return getAddExpr(Operands);
1594       }
1595     }
1596
1597     // Fold if both operands are constant.
1598     if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
1599       Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
1600       Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
1601       return getConstant(cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getUDiv(LHSCV,
1602                                                                  RHSCV)));
1603     }
1604   }
1605
1606   SCEVUDivExpr *&Result = SCEVUDivs[std::make_pair(LHS, RHS)];
1607   if (Result == 0) Result = new SCEVUDivExpr(LHS, RHS);
1608   return Result;
1609 }
1610
1611
1612 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
1613 /// Simplify the expression as much as possible.
1614 const SCEV* ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEV* Start,
1615                                const SCEV* Step, const Loop *L) {
1616   SmallVector<const SCEV*, 4> Operands;
1617   Operands.push_back(Start);
1618   if (const SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
1619     if (StepChrec->getLoop() == L) {
1620       Operands.insert(Operands.end(), StepChrec->op_begin(),
1621                       StepChrec->op_end());
1622       return getAddRecExpr(Operands, L);
1623     }
1624
1625   Operands.push_back(Step);
1626   return getAddRecExpr(Operands, L);
1627 }
1628
1629 /// getAddRecExpr - Get an add recurrence expression for the specified loop.
1630 /// Simplify the expression as much as possible.
1631 const SCEV *
1632 ScalarEvolution::getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV*> &Operands,
1633                                const Loop *L) {
1634   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
1635 #ifndef NDEBUG
1636   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
1637     assert(getEffectiveSCEVType(Operands[i]->getType()) ==
1638            getEffectiveSCEVType(Operands[0]->getType()) &&
1639            "SCEVAddRecExpr operand types don't match!");
1640 #endif
1641
1642   if (Operands.back()->isZero()) {
1643     Operands.pop_back();
1644     return getAddRecExpr(Operands, L);             // {X,+,0}  -->  X
1645   }
1646
1647   // Canonicalize nested AddRecs in by nesting them in order of loop depth.
1648   if (const SCEVAddRecExpr *NestedAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Operands[0])) {
1649     const Loop* NestedLoop = NestedAR->getLoop();
1650     if (L->getLoopDepth() < NestedLoop->getLoopDepth()) {
1651       SmallVector<const SCEV*, 4> NestedOperands(NestedAR->op_begin(),
1652                                                 NestedAR->op_end());
1653       Operands[0] = NestedAR->getStart();
1654       // AddRecs require their operands be loop-invariant with respect to their
1655       // loops. Don't perform this transformation if it would break this
1656       // requirement.
1657       bool AllInvariant = true;
1658       for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i)
1659         if (!Operands[i]->isLoopInvariant(L)) {
1660           AllInvariant = false;
1661           break;
1662         }
1663       if (AllInvariant) {
1664         NestedOperands[0] = getAddRecExpr(Operands, L);
1665         AllInvariant = true;
1666         for (unsigned i = 0, e = NestedOperands.size(); i != e; ++i)
1667           if (!NestedOperands[i]->isLoopInvariant(NestedLoop)) {
1668             AllInvariant = false;
1669             break;
1670           }
1671         if (AllInvariant)
1672           // Ok, both add recurrences are valid after the transformation.
1673           return getAddRecExpr(NestedOperands, NestedLoop);
1674       }
1675       // Reset Operands to its original state.
1676       Operands[0] = NestedAR;
1677     }
1678   }
1679
1680   std::vector<const SCEV*> SCEVOps(Operands.begin(), Operands.end());
1681   SCEVAddRecExpr *&Result = SCEVAddRecExprs[std::make_pair(L, SCEVOps)];
1682   if (Result == 0) Result = new SCEVAddRecExpr(Operands, L);
1683   return Result;
1684 }
1685
1686 const SCEV *ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEV *LHS,
1687                                          const SCEV *RHS) {
1688   SmallVector<const SCEV*, 2> Ops;
1689   Ops.push_back(LHS);
1690   Ops.push_back(RHS);
1691   return getSMaxExpr(Ops);
1692 }
1693
1694 const SCEV*
1695 ScalarEvolution::getSMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV*> &Ops) {
1696   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
1697   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1698 #ifndef NDEBUG
1699   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1700     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1701            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1702            "SCEVSMaxExpr operand types don't match!");
1703 #endif
1704
1705   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1706   GroupByComplexity(Ops, LI);
1707
1708   // If there are any constants, fold them together.
1709   unsigned Idx = 0;
1710   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1711     ++Idx;
1712     assert(Idx < Ops.size());
1713     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1714       // We found two constants, fold them together!
1715       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(
1716                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
1717                                              RHSC->getValue()->getValue()));
1718       Ops[0] = getConstant(Fold);
1719       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1720       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1721       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1722     }
1723
1724     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
1725     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
1726       Ops.erase(Ops.begin());
1727       --Idx;
1728     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(true)) {
1729       // If we have an smax with a constant maximum-int, it will always be
1730       // maximum-int.
1731       return Ops[0];
1732     }
1733   }
1734
1735   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1736
1737   // Find the first SMax
1738   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
1739     ++Idx;
1740
1741   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
1742   // onto our operand list, and recurse to simplify.
1743   if (Idx < Ops.size()) {
1744     bool DeletedSMax = false;
1745     while (const SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
1746       Ops.insert(Ops.end(), SMax->op_begin(), SMax->op_end());
1747       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1748       DeletedSMax = true;
1749     }
1750
1751     if (DeletedSMax)
1752       return getSMaxExpr(Ops);
1753   }
1754
1755   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1756   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
1757   // be adjacent.
1758   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1759     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
1760       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
1761       --i; --e;
1762     }
1763
1764   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1765
1766   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
1767
1768   // Okay, it looks like we really DO need an smax expr.  Check to see if we
1769   // already have one, otherwise create a new one.
1770   std::vector<const SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1771   SCEVCommutativeExpr *&Result = SCEVCommExprs[std::make_pair(scSMaxExpr,
1772                                                                  SCEVOps)];
1773   if (Result == 0) Result = new SCEVSMaxExpr(Ops);
1774   return Result;
1775 }
1776
1777 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxExpr(const SCEV *LHS,
1778                                          const SCEV *RHS) {
1779   SmallVector<const SCEV*, 2> Ops;
1780   Ops.push_back(LHS);
1781   Ops.push_back(RHS);
1782   return getUMaxExpr(Ops);
1783 }
1784
1785 const SCEV*
1786 ScalarEvolution::getUMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV*> &Ops) {
1787   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty umax!");
1788   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1789 #ifndef NDEBUG
1790   for (unsigned i = 1, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1791     assert(getEffectiveSCEVType(Ops[i]->getType()) ==
1792            getEffectiveSCEVType(Ops[0]->getType()) &&
1793            "SCEVUMaxExpr operand types don't match!");
1794 #endif
1795
1796   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1797   GroupByComplexity(Ops, LI);
1798
1799   // If there are any constants, fold them together.
1800   unsigned Idx = 0;
1801   if (const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1802     ++Idx;
1803     assert(Idx < Ops.size());
1804     while (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1805       // We found two constants, fold them together!
1806       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(
1807                               APIntOps::umax(LHSC->getValue()->getValue(),
1808                                              RHSC->getValue()->getValue()));
1809       Ops[0] = getConstant(Fold);
1810       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1811       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1812       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1813     }
1814
1815     // If we are left with a constant minimum-int, strip it off.
1816     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(false)) {
1817       Ops.erase(Ops.begin());
1818       --Idx;
1819     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMaxValue(false)) {
1820       // If we have an umax with a constant maximum-int, it will always be
1821       // maximum-int.
1822       return Ops[0];
1823     }
1824   }
1825
1826   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1827
1828   // Find the first UMax
1829   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scUMaxExpr)
1830     ++Idx;
1831
1832   // Check to see if one of the operands is a UMax. If so, expand its operands
1833   // onto our operand list, and recurse to simplify.
1834   if (Idx < Ops.size()) {
1835     bool DeletedUMax = false;
1836     while (const SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(Ops[Idx])) {
1837       Ops.insert(Ops.end(), UMax->op_begin(), UMax->op_end());
1838       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1839       DeletedUMax = true;
1840     }
1841
1842     if (DeletedUMax)
1843       return getUMaxExpr(Ops);
1844   }
1845
1846   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1847   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
1848   // be adjacent.
1849   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1850     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X umax Y umax Y  -->  X umax Y
1851       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
1852       --i; --e;
1853     }
1854
1855   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1856
1857   assert(!Ops.empty() && "Reduced umax down to nothing!");
1858
1859   // Okay, it looks like we really DO need a umax expr.  Check to see if we
1860   // already have one, otherwise create a new one.
1861   std::vector<const SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1862   SCEVCommutativeExpr *&Result = SCEVCommExprs[std::make_pair(scUMaxExpr,
1863                                                                  SCEVOps)];
1864   if (Result == 0) Result = new SCEVUMaxExpr(Ops);
1865   return Result;
1866 }
1867
1868 const SCEV *ScalarEvolution::getSMinExpr(const SCEV *LHS,
1869                                          const SCEV *RHS) {
1870   // ~smax(~x, ~y) == smin(x, y).
1871   return getNotSCEV(getSMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
1872 }
1873
1874 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinExpr(const SCEV *LHS,
1875                                          const SCEV *RHS) {
1876   // ~umax(~x, ~y) == umin(x, y)
1877   return getNotSCEV(getUMaxExpr(getNotSCEV(LHS), getNotSCEV(RHS)));
1878 }
1879
1880 const SCEV* ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
1881   // Don't attempt to do anything other than create a SCEVUnknown object
1882   // here.  createSCEV only calls getUnknown after checking for all other
1883   // interesting possibilities, and any other code that calls getUnknown
1884   // is doing so in order to hide a value from SCEV canonicalization.
1885
1886   SCEVUnknown *&Result = SCEVUnknowns[V];
1887   if (Result == 0) Result = new SCEVUnknown(V);
1888   return Result;
1889 }
1890
1891 //===----------------------------------------------------------------------===//
1892 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
1893 //
1894
1895 /// isSCEVable - Test if values of the given type are analyzable within
1896 /// the SCEV framework. This primarily includes integer types, and it
1897 /// can optionally include pointer types if the ScalarEvolution class
1898 /// has access to target-specific information.
1899 bool ScalarEvolution::isSCEVable(const Type *Ty) const {
1900   // Integers are always SCEVable.
1901   if (Ty->isInteger())
1902     return true;
1903
1904   // Pointers are SCEVable if TargetData information is available
1905   // to provide pointer size information.
1906   if (isa<PointerType>(Ty))
1907     return TD != NULL;
1908
1909   // Otherwise it's not SCEVable.
1910   return false;
1911 }
1912
1913 /// getTypeSizeInBits - Return the size in bits of the specified type,
1914 /// for which isSCEVable must return true.
1915 uint64_t ScalarEvolution::getTypeSizeInBits(const Type *Ty) const {
1916   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
1917
1918   // If we have a TargetData, use it!
1919   if (TD)
1920     return TD->getTypeSizeInBits(Ty);
1921
1922   // Otherwise, we support only integer types.
1923   assert(Ty->isInteger() && "isSCEVable permitted a non-SCEVable type!");
1924   return Ty->getPrimitiveSizeInBits();
1925 }
1926
1927 /// getEffectiveSCEVType - Return a type with the same bitwidth as
1928 /// the given type and which represents how SCEV will treat the given
1929 /// type, for which isSCEVable must return true. For pointer types,
1930 /// this is the pointer-sized integer type.
1931 const Type *ScalarEvolution::getEffectiveSCEVType(const Type *Ty) const {
1932   assert(isSCEVable(Ty) && "Type is not SCEVable!");
1933
1934   if (Ty->isInteger())
1935     return Ty;
1936
1937   assert(isa<PointerType>(Ty) && "Unexpected non-pointer non-integer type!");
1938   return TD->getIntPtrType();
1939 }
1940
1941 const SCEV* ScalarEvolution::getCouldNotCompute() {
1942   return CouldNotCompute;
1943 }
1944
1945 /// hasSCEV - Return true if the SCEV for this value has already been
1946 /// computed.
1947 bool ScalarEvolution::hasSCEV(Value *V) const {
1948   return Scalars.count(V);
1949 }
1950
1951 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
1952 /// expression and create a new one.
1953 const SCEV* ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) {
1954   assert(isSCEVable(V->getType()) && "Value is not SCEVable!");
1955
1956   std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV*>::iterator I = Scalars.find(V);
1957   if (I != Scalars.end()) return I->second;
1958   const SCEV* S = createSCEV(V);
1959   Scalars.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(V, this), S));
1960   return S;
1961 }
1962
1963 /// getIntegerSCEV - Given a SCEVable type, create a constant for the
1964 /// specified signed integer value and return a SCEV for the constant.
1965 const SCEV* ScalarEvolution::getIntegerSCEV(int Val, const Type *Ty) {
1966   const IntegerType *ITy = cast<IntegerType>(getEffectiveSCEVType(Ty));
1967   return getConstant(ConstantInt::get(ITy, Val));
1968 }
1969
1970 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
1971 ///
1972 const SCEV* ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEV* V) {
1973   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
1974     return getConstant(cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue())));
1975
1976   const Type *Ty = V->getType();
1977   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1978   return getMulExpr(V, getConstant(ConstantInt::getAllOnesValue(Ty)));
1979 }
1980
1981 /// getNotSCEV - Return a SCEV corresponding to ~V = -1-V
1982 const SCEV* ScalarEvolution::getNotSCEV(const SCEV* V) {
1983   if (const SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
1984     return getConstant(cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(VC->getValue())));
1985
1986   const Type *Ty = V->getType();
1987   Ty = getEffectiveSCEVType(Ty);
1988   const SCEV* AllOnes = getConstant(ConstantInt::getAllOnesValue(Ty));
1989   return getMinusSCEV(AllOnes, V);
1990 }
1991
1992 /// getMinusSCEV - Return a SCEV corresponding to LHS - RHS.
1993 ///
1994 const SCEV *ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEV *LHS,
1995                                           const SCEV *RHS) {
1996   // X - Y --> X + -Y
1997   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS));
1998 }
1999
2000 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2001 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2002 /// extended.
2003 const SCEV*
2004 ScalarEvolution::getTruncateOrZeroExtend(const SCEV* V,
2005                                          const Type *Ty) {
2006   const Type *SrcTy = V->getType();
2007   assert((SrcTy->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(SrcTy))) &&
2008          (Ty->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(Ty))) &&
2009          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2010   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2011     return V;  // No conversion
2012   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2013     return getTruncateExpr(V, Ty);
2014   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2015 }
2016
2017 /// getTruncateOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2018 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2019 /// extended.
2020 const SCEV*
2021 ScalarEvolution::getTruncateOrSignExtend(const SCEV* V,
2022                                          const Type *Ty) {
2023   const Type *SrcTy = V->getType();
2024   assert((SrcTy->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(SrcTy))) &&
2025          (Ty->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(Ty))) &&
2026          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
2027   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2028     return V;  // No conversion
2029   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) > getTypeSizeInBits(Ty))
2030     return getTruncateExpr(V, Ty);
2031   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2032 }
2033
2034 /// getNoopOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2035 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
2036 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2037 const SCEV*
2038 ScalarEvolution::getNoopOrZeroExtend(const SCEV* V, const Type *Ty) {
2039   const Type *SrcTy = V->getType();
2040   assert((SrcTy->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(SrcTy))) &&
2041          (Ty->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(Ty))) &&
2042          "Cannot noop or zero extend with non-integer arguments!");
2043   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2044          "getNoopOrZeroExtend cannot truncate!");
2045   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2046     return V;  // No conversion
2047   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
2048 }
2049
2050 /// getNoopOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2051 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is sign
2052 /// extended.  The conversion must not be narrowing.
2053 const SCEV*
2054 ScalarEvolution::getNoopOrSignExtend(const SCEV* V, const Type *Ty) {
2055   const Type *SrcTy = V->getType();
2056   assert((SrcTy->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(SrcTy))) &&
2057          (Ty->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(Ty))) &&
2058          "Cannot noop or sign extend with non-integer arguments!");
2059   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2060          "getNoopOrSignExtend cannot truncate!");
2061   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2062     return V;  // No conversion
2063   return getSignExtendExpr(V, Ty);
2064 }
2065
2066 /// getNoopOrAnyExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
2067 /// the input value to the specified type. If the type must be extended,
2068 /// it is extended with unspecified bits. The conversion must not be
2069 /// narrowing.
2070 const SCEV*
2071 ScalarEvolution::getNoopOrAnyExtend(const SCEV* V, const Type *Ty) {
2072   const Type *SrcTy = V->getType();
2073   assert((SrcTy->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(SrcTy))) &&
2074          (Ty->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(Ty))) &&
2075          "Cannot noop or any extend with non-integer arguments!");
2076   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) <= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2077          "getNoopOrAnyExtend cannot truncate!");
2078   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2079     return V;  // No conversion
2080   return getAnyExtendExpr(V, Ty);
2081 }
2082
2083 /// getTruncateOrNoop - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
2084 /// input value to the specified type.  The conversion must not be widening.
2085 const SCEV*
2086 ScalarEvolution::getTruncateOrNoop(const SCEV* V, const Type *Ty) {
2087   const Type *SrcTy = V->getType();
2088   assert((SrcTy->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(SrcTy))) &&
2089          (Ty->isInteger() || (TD && isa<PointerType>(Ty))) &&
2090          "Cannot truncate or noop with non-integer arguments!");
2091   assert(getTypeSizeInBits(SrcTy) >= getTypeSizeInBits(Ty) &&
2092          "getTruncateOrNoop cannot extend!");
2093   if (getTypeSizeInBits(SrcTy) == getTypeSizeInBits(Ty))
2094     return V;  // No conversion
2095   return getTruncateExpr(V, Ty);
2096 }
2097
2098 /// getUMaxFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2099 /// the types using zero-extension, and then perform a umax operation
2100 /// with them.
2101 const SCEV *ScalarEvolution::getUMaxFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2102                                                         const SCEV *RHS) {
2103   const SCEV* PromotedLHS = LHS;
2104   const SCEV* PromotedRHS = RHS;
2105
2106   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2107     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2108   else
2109     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2110
2111   return getUMaxExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2112 }
2113
2114 /// getUMinFromMismatchedTypes - Promote the operands to the wider of
2115 /// the types using zero-extension, and then perform a umin operation
2116 /// with them.
2117 const SCEV *ScalarEvolution::getUMinFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
2118                                                         const SCEV *RHS) {
2119   const SCEV* PromotedLHS = LHS;
2120   const SCEV* PromotedRHS = RHS;
2121
2122   if (getTypeSizeInBits(LHS->getType()) > getTypeSizeInBits(RHS->getType()))
2123     PromotedRHS = getZeroExtendExpr(RHS, LHS->getType());
2124   else
2125     PromotedLHS = getNoopOrZeroExtend(LHS, RHS->getType());
2126
2127   return getUMinExpr(PromotedLHS, PromotedRHS);
2128 }
2129
2130 /// ReplaceSymbolicValueWithConcrete - This looks up the computed SCEV value for
2131 /// the specified instruction and replaces any references to the symbolic value
2132 /// SymName with the specified value.  This is used during PHI resolution.
2133 void
2134 ScalarEvolution::ReplaceSymbolicValueWithConcrete(Instruction *I,
2135                                                   const SCEV *SymName,
2136                                                   const SCEV *NewVal) {
2137   std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV*>::iterator SI =
2138     Scalars.find(SCEVCallbackVH(I, this));
2139   if (SI == Scalars.end()) return;
2140
2141   const SCEV* NV =
2142     SI->second->replaceSymbolicValuesWithConcrete(SymName, NewVal, *this);
2143   if (NV == SI->second) return;  // No change.
2144
2145   SI->second = NV;       // Update the scalars map!
2146
2147   // Any instruction values that use this instruction might also need to be
2148   // updated!
2149   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
2150        UI != E; ++UI)
2151     ReplaceSymbolicValueWithConcrete(cast<Instruction>(*UI), SymName, NewVal);
2152 }
2153
2154 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
2155 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
2156 ///
2157 const SCEV* ScalarEvolution::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
2158   if (PN->getNumIncomingValues() == 2)  // The loops have been canonicalized.
2159     if (const Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent()))
2160       if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
2161         // If it lives in the loop header, it has two incoming values, one
2162         // from outside the loop, and one from inside.
2163         unsigned IncomingEdge = L->contains(PN->getIncomingBlock(0));
2164         unsigned BackEdge     = IncomingEdge^1;
2165
2166         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
2167         const SCEV* SymbolicName = getUnknown(PN);
2168         assert(Scalars.find(PN) == Scalars.end() &&
2169                "PHI node already processed?");
2170         Scalars.insert(std::make_pair(SCEVCallbackVH(PN, this), SymbolicName));
2171
2172         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
2173         // the back-edge.
2174         const SCEV* BEValue = getSCEV(PN->getIncomingValue(BackEdge));
2175
2176         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
2177         // has a special value for the first iteration of the loop.
2178
2179         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
2180         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
2181         if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
2182           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
2183           // with a recurrence.
2184           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
2185           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2186             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
2187               if (FoundIndex == e) {
2188                 FoundIndex = i;
2189                 break;
2190               }
2191
2192           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
2193             // Create an add with everything but the specified operand.
2194             SmallVector<const SCEV*, 8> Ops;
2195             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
2196               if (i != FoundIndex)
2197                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
2198             const SCEV* Accum = getAddExpr(Ops);
2199
2200             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
2201             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
2202             if (Accum->isLoopInvariant(L) ||
2203                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
2204                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
2205               const SCEV *StartVal =
2206                 getSCEV(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
2207               const SCEV *PHISCEV =
2208                 getAddRecExpr(StartVal, Accum, L);
2209
2210               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2211               // to be symbolic.  We now need to go back and update all of the
2212               // entries for the scalars that use the PHI (except for the PHI
2213               // itself) to use the new analyzed value instead of the "symbolic"
2214               // value.
2215               ReplaceSymbolicValueWithConcrete(PN, SymbolicName, PHISCEV);
2216               return PHISCEV;
2217             }
2218           }
2219         } else if (const SCEVAddRecExpr *AddRec =
2220                      dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
2221           // Otherwise, this could be a loop like this:
2222           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
2223           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
2224           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
2225           // i really is an addrec evolution.
2226           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
2227             const SCEV* StartVal = getSCEV(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
2228
2229             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
2230             // initial step of the addrec evolution.
2231             if (StartVal == getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
2232                                             AddRec->getOperand(1))) {
2233               const SCEV* PHISCEV =
2234                  getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1), L);
2235
2236               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
2237               // to be symbolic.  We now need to go back and update all of the
2238               // entries for the scalars that use the PHI (except for the PHI
2239               // itself) to use the new analyzed value instead of the "symbolic"
2240               // value.
2241               ReplaceSymbolicValueWithConcrete(PN, SymbolicName, PHISCEV);
2242               return PHISCEV;
2243             }
2244           }
2245         }
2246
2247         return SymbolicName;
2248       }
2249
2250   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
2251   return getUnknown(PN);
2252 }
2253
2254 /// createNodeForGEP - Expand GEP instructions into add and multiply
2255 /// operations. This allows them to be analyzed by regular SCEV code.
2256 ///
2257 const SCEV* ScalarEvolution::createNodeForGEP(User *GEP) {
2258
2259   const Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType();
2260   Value *Base = GEP->getOperand(0);
2261   // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
2262   if (!cast<PointerType>(Base->getType())->getElementType()->isSized())
2263     return getUnknown(GEP);
2264   const SCEV* TotalOffset = getIntegerSCEV(0, IntPtrTy);
2265   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
2266   for (GetElementPtrInst::op_iterator I = next(GEP->op_begin()),
2267                                       E = GEP->op_end();
2268        I != E; ++I) {
2269     Value *Index = *I;
2270     // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
2271     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
2272       // For a struct, add the member offset.
2273       const StructLayout &SL = *TD->getStructLayout(STy);
2274       unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
2275       uint64_t Offset = SL.getElementOffset(FieldNo);
2276       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset,
2277                                   getIntegerSCEV(Offset, IntPtrTy));
2278     } else {
2279       // For an array, add the element offset, explicitly scaled.
2280       const SCEV* LocalOffset = getSCEV(Index);
2281       if (!isa<PointerType>(LocalOffset->getType()))
2282         // Getelementptr indicies are signed.
2283         LocalOffset = getTruncateOrSignExtend(LocalOffset,
2284                                               IntPtrTy);
2285       LocalOffset =
2286         getMulExpr(LocalOffset,
2287                    getIntegerSCEV(TD->getTypeAllocSize(*GTI),
2288                                   IntPtrTy));
2289       TotalOffset = getAddExpr(TotalOffset, LocalOffset);
2290     }
2291   }
2292   return getAddExpr(getSCEV(Base), TotalOffset);
2293 }
2294
2295 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
2296 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
2297 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
2298 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
2299 uint32_t
2300 ScalarEvolution::GetMinTrailingZeros(const SCEV* S) {
2301   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
2302     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
2303
2304   if (const SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
2305     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand()),
2306                     (uint32_t)getTypeSizeInBits(T->getType()));
2307
2308   if (const SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
2309     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
2310     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2311              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2312   }
2313
2314   if (const SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
2315     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
2316     return OpRes == getTypeSizeInBits(E->getOperand()->getType()) ?
2317              getTypeSizeInBits(E->getType()) : OpRes;
2318   }
2319
2320   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2321     // The result is the min of all operands results.
2322     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2323     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2324       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2325     return MinOpRes;
2326   }
2327
2328   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
2329     // The result is the sum of all operands results.
2330     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2331     uint32_t BitWidth = getTypeSizeInBits(M->getType());
2332     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
2333          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
2334       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)),
2335                           BitWidth);
2336     return SumOpRes;
2337   }
2338
2339   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2340     // The result is the min of all operands results.
2341     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
2342     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2343       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
2344     return MinOpRes;
2345   }
2346
2347   if (const SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
2348     // The result is the min of all operands results.
2349     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2350     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2351       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2352     return MinOpRes;
2353   }
2354
2355   if (const SCEVUMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
2356     // The result is the min of all operands results.
2357     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
2358     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
2359       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
2360     return MinOpRes;
2361   }
2362
2363   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
2364     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
2365     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
2366     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
2367     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
2368     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones);
2369     return Zeros.countTrailingOnes();
2370   }
2371
2372   // SCEVUDivExpr
2373   return 0;
2374 }
2375
2376 uint32_t
2377 ScalarEvolution::GetMinLeadingZeros(const SCEV* S) {
2378   // TODO: Handle other SCEV expression types here.
2379
2380   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
2381     return C->getValue()->getValue().countLeadingZeros();
2382
2383   if (const SCEVZeroExtendExpr *C = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
2384     // A zero-extension cast adds zero bits.
2385     return GetMinLeadingZeros(C->getOperand()) +
2386            (getTypeSizeInBits(C->getType()) -
2387             getTypeSizeInBits(C->getOperand()->getType()));
2388   }
2389
2390   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
2391     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
2392     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
2393     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
2394     APInt Zeros(BitWidth, 0), Ones(BitWidth, 0);
2395     ComputeMaskedBits(U->getValue(), Mask, Zeros, Ones, TD);
2396     return Zeros.countLeadingOnes();
2397   }
2398
2399   return 1;
2400 }
2401
2402 uint32_t
2403 ScalarEvolution::GetMinSignBits(const SCEV* S) {
2404   // TODO: Handle other SCEV expression types here.
2405
2406   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
2407     const APInt &A = C->getValue()->getValue();
2408     return A.isNegative() ? A.countLeadingOnes() :
2409                             A.countLeadingZeros();
2410   }
2411
2412   if (const SCEVSignExtendExpr *C = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
2413     // A sign-extension cast adds sign bits.
2414     return GetMinSignBits(C->getOperand()) +
2415            (getTypeSizeInBits(C->getType()) -
2416             getTypeSizeInBits(C->getOperand()->getType()));
2417   }
2418
2419   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
2420     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(A->getType());
2421
2422     // Special case decrementing a value (ADD X, -1):
2423     if (const SCEVConstant *CRHS = dyn_cast<SCEVConstant>(A->getOperand(0)))
2424       if (CRHS->isAllOnesValue()) {
2425         SmallVector<const SCEV *, 4> OtherOps(A->op_begin() + 1, A->op_end());
2426         const SCEV *OtherOpsAdd = getAddExpr(OtherOps);
2427         unsigned LZ = GetMinLeadingZeros(OtherOpsAdd);
2428
2429         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
2430         // sign bits set.
2431         if (LZ == BitWidth - 1)
2432           return BitWidth;
2433
2434         // If we are subtracting one from a positive number, there is no carry
2435         // out of the result.
2436         if (LZ > 0)
2437           return GetMinSignBits(OtherOpsAdd);
2438       }
2439
2440     // Add can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
2441     // is, at worst, one more bit than the inputs.
2442     unsigned Min = BitWidth;
2443     for (unsigned i = 0, e = A->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2444       unsigned N = GetMinSignBits(A->getOperand(i));
2445       Min = std::min(Min, N) - 1;
2446       if (Min == 0) return 1;
2447     }
2448     return 1;
2449   }
2450
2451   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
2452     // For a SCEVUnknown, ask ValueTracking.
2453     return ComputeNumSignBits(U->getValue(), TD);
2454   }
2455
2456   return 1;
2457 }
2458
2459 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
2460 /// Analyze the expression.
2461 ///
2462 const SCEV* ScalarEvolution::createSCEV(Value *V) {
2463   if (!isSCEVable(V->getType()))
2464     return getUnknown(V);
2465
2466   unsigned Opcode = Instruction::UserOp1;
2467   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
2468     Opcode = I->getOpcode();
2469   else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
2470     Opcode = CE->getOpcode();
2471   else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
2472     return getConstant(CI);
2473   else if (isa<ConstantPointerNull>(V))
2474     return getIntegerSCEV(0, V->getType());
2475   else if (isa<UndefValue>(V))
2476     return getIntegerSCEV(0, V->getType());
2477   else
2478     return getUnknown(V);
2479
2480   User *U = cast<User>(V);
2481   switch (Opcode) {
2482   case Instruction::Add:
2483     return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
2484                       getSCEV(U->getOperand(1)));
2485   case Instruction::Mul:
2486     return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
2487                       getSCEV(U->getOperand(1)));
2488   case Instruction::UDiv:
2489     return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
2490                        getSCEV(U->getOperand(1)));
2491   case Instruction::Sub:
2492     return getMinusSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)),
2493                         getSCEV(U->getOperand(1)));
2494   case Instruction::And:
2495     // For an expression like x&255 that merely masks off the high bits,
2496     // use zext(trunc(x)) as the SCEV expression.
2497     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
2498       if (CI->isNullValue())
2499         return getSCEV(U->getOperand(1));
2500       if (CI->isAllOnesValue())
2501         return getSCEV(U->getOperand(0));
2502       const APInt &A = CI->getValue();
2503
2504       // Instcombine's ShrinkDemandedConstant may strip bits out of
2505       // constants, obscuring what would otherwise be a low-bits mask.
2506       // Use ComputeMaskedBits to compute what ShrinkDemandedConstant
2507       // knew about to reconstruct a low-bits mask value.
2508       unsigned LZ = A.countLeadingZeros();
2509       unsigned BitWidth = A.getBitWidth();
2510       APInt AllOnes = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
2511       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
2512       ComputeMaskedBits(U->getOperand(0), AllOnes, KnownZero, KnownOne, TD);
2513
2514       APInt EffectiveMask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, BitWidth - LZ);
2515
2516       if (LZ != 0 && !((~A & ~KnownZero) & EffectiveMask))
2517         return
2518           getZeroExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
2519                                             IntegerType::get(BitWidth - LZ)),
2520                             U->getType());
2521     }
2522     break;
2523
2524   case Instruction::Or:
2525     // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
2526     // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
2527     // optimizations will transparently handle this case.
2528     //
2529     // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
2530     // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
2531     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
2532       const SCEV* LHS = getSCEV(U->getOperand(0));
2533       const APInt &CIVal = CI->getValue();
2534       if (GetMinTrailingZeros(LHS) >=
2535           (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros()))
2536         return getAddExpr(LHS, getSCEV(U->getOperand(1)));
2537     }
2538     break;
2539   case Instruction::Xor:
2540     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
2541       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
2542       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
2543       if (CI->getValue().isSignBit())
2544         return getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
2545                           getSCEV(U->getOperand(1)));
2546
2547       // If the RHS of xor is -1, then this is a not operation.
2548       if (CI->isAllOnesValue())
2549         return getNotSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)));
2550
2551       // Model xor(and(x, C), C) as and(~x, C), if C is a low-bits mask.
2552       // This is a variant of the check for xor with -1, and it handles
2553       // the case where instcombine has trimmed non-demanded bits out
2554       // of an xor with -1.
2555       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U->getOperand(0)))
2556         if (ConstantInt *LCI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
2557           if (BO->getOpcode() == Instruction::And &&
2558               LCI->getValue() == CI->getValue())
2559             if (const SCEVZeroExtendExpr *Z =
2560                   dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(getSCEV(U->getOperand(0)))) {
2561               const Type *UTy = U->getType();
2562               const SCEV* Z0 = Z->getOperand();
2563               const Type *Z0Ty = Z0->getType();
2564               unsigned Z0TySize = getTypeSizeInBits(Z0Ty);
2565
2566               // If C is a low-bits mask, the zero extend is zerving to
2567               // mask off the high bits. Complement the operand and
2568               // re-apply the zext.
2569               if (APIntOps::isMask(Z0TySize, CI->getValue()))
2570                 return getZeroExtendExpr(getNotSCEV(Z0), UTy);
2571
2572               // If C is a single bit, it may be in the sign-bit position
2573               // before the zero-extend. In this case, represent the xor
2574               // using an add, which is equivalent, and re-apply the zext.
2575               APInt Trunc = APInt(CI->getValue()).trunc(Z0TySize);
2576               if (APInt(Trunc).zext(getTypeSizeInBits(UTy)) == CI->getValue() &&
2577                   Trunc.isSignBit())
2578                 return getZeroExtendExpr(getAddExpr(Z0, getConstant(Trunc)),
2579                                          UTy);
2580             }
2581     }
2582     break;
2583
2584   case Instruction::Shl:
2585     // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
2586     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
2587       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth();
2588       Constant *X = ConstantInt::get(
2589         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getLimitedValue(BitWidth)));
2590       return getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
2591     }
2592     break;
2593
2594   case Instruction::LShr:
2595     // Turn logical shift right of a constant into a unsigned divide.
2596     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
2597       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth();
2598       Constant *X = ConstantInt::get(
2599         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getLimitedValue(BitWidth)));
2600       return getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
2601     }
2602     break;
2603
2604   case Instruction::AShr:
2605     // For a two-shift sext-inreg, use sext(trunc(x)) as the SCEV expression.
2606     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
2607       if (Instruction *L = dyn_cast<Instruction>(U->getOperand(0)))
2608         if (L->getOpcode() == Instruction::Shl &&
2609             L->getOperand(1) == U->getOperand(1)) {
2610           unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(U->getType());
2611           uint64_t Amt = BitWidth - CI->getZExtValue();
2612           if (Amt == BitWidth)
2613             return getSCEV(L->getOperand(0));       // shift by zero --> noop
2614           if (Amt > BitWidth)
2615             return getIntegerSCEV(0, U->getType()); // value is undefined
2616           return
2617             getSignExtendExpr(getTruncateExpr(getSCEV(L->getOperand(0)),
2618                                                       IntegerType::get(Amt)),
2619                                  U->getType());
2620         }
2621     break;
2622
2623   case Instruction::Trunc:
2624     return getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
2625
2626   case Instruction::ZExt:
2627     return getZeroExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
2628
2629   case Instruction::SExt:
2630     return getSignExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
2631
2632   case Instruction::BitCast:
2633     // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
2634     if (isSCEVable(U->getType()) && isSCEVable(U->getOperand(0)->getType()))
2635       return getSCEV(U->getOperand(0));
2636     break;
2637
2638   case Instruction::IntToPtr:
2639     if (!TD) break; // Without TD we can't analyze pointers.
2640     return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(U->getOperand(0)),
2641                                    TD->getIntPtrType());
2642
2643   case Instruction::PtrToInt:
2644     if (!TD) break; // Without TD we can't analyze pointers.
2645     return getTruncateOrZeroExtend(getSCEV(U->getOperand(0)),
2646                                    U->getType());
2647
2648   case Instruction::GetElementPtr:
2649     if (!TD) break; // Without TD we can't analyze pointers.
2650     return createNodeForGEP(U);
2651
2652   case Instruction::PHI:
2653     return createNodeForPHI(cast<PHINode>(U));
2654
2655   case Instruction::Select:
2656     // This could be a smax or umax that was lowered earlier.
2657     // Try to recover it.
2658     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U->getOperand(0))) {
2659       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
2660       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
2661       switch (ICI->getPredicate()) {
2662       case ICmpInst::ICMP_SLT:
2663       case ICmpInst::ICMP_SLE:
2664         std::swap(LHS, RHS);
2665         // fall through
2666       case ICmpInst::ICMP_SGT:
2667       case ICmpInst::ICMP_SGE:
2668         if (LHS == U->getOperand(1) && RHS == U->getOperand(2))
2669           return getSMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
2670         else if (LHS == U->getOperand(2) && RHS == U->getOperand(1))
2671           return getSMinExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
2672         break;
2673       case ICmpInst::ICMP_ULT:
2674       case ICmpInst::ICMP_ULE:
2675         std::swap(LHS, RHS);
2676         // fall through
2677       case ICmpInst::ICMP_UGT:
2678       case ICmpInst::ICMP_UGE:
2679         if (LHS == U->getOperand(1) && RHS == U->getOperand(2))
2680           return getUMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
2681         else if (LHS == U->getOperand(2) && RHS == U->getOperand(1))
2682           return getUMinExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
2683         break;
2684       case ICmpInst::ICMP_NE:
2685         // n != 0 ? n : 1  ->  umax(n, 1)
2686         if (LHS == U->getOperand(1) &&
2687             isa<ConstantInt>(U->getOperand(2)) &&
2688             cast<ConstantInt>(U->getOperand(2))->isOne() &&
2689             isa<ConstantInt>(RHS) &&
2690             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero())
2691           return getUMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(U->getOperand(2)));
2692         break;
2693       case ICmpInst::ICMP_EQ:
2694         // n == 0 ? 1 : n  ->  umax(n, 1)
2695         if (LHS == U->getOperand(2) &&
2696             isa<ConstantInt>(U->getOperand(1)) &&
2697             cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))->isOne() &&
2698             isa<ConstantInt>(RHS) &&
2699             cast<ConstantInt>(RHS)->isZero())
2700           return getUMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(U->getOperand(1)));
2701         break;
2702       default:
2703         break;
2704       }
2705     }
2706
2707   default: // We cannot analyze this expression.
2708     break;
2709   }
2710
2711   return getUnknown(V);
2712 }
2713
2714
2715
2716 //===----------------------------------------------------------------------===//
2717 //                   Iteration Count Computation Code
2718 //
2719
2720 /// getBackedgeTakenCount - If the specified loop has a predictable
2721 /// backedge-taken count, return it, otherwise return a SCEVCouldNotCompute
2722 /// object. The backedge-taken count is the number of times the loop header
2723 /// will be branched to from within the loop. This is one less than the
2724 /// trip count of the loop, since it doesn't count the first iteration,
2725 /// when the header is branched to from outside the loop.
2726 ///
2727 /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
2728 /// loop-invariant backedge-taken count (see
2729 /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
2730 ///
2731 const SCEV* ScalarEvolution::getBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
2732   return getBackedgeTakenInfo(L).Exact;
2733 }
2734
2735 /// getMaxBackedgeTakenCount - Similar to getBackedgeTakenCount, except
2736 /// return the least SCEV value that is known never to be less than the
2737 /// actual backedge taken count.
2738 const SCEV* ScalarEvolution::getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
2739   return getBackedgeTakenInfo(L).Max;
2740 }
2741
2742 const ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo &
2743 ScalarEvolution::getBackedgeTakenInfo(const Loop *L) {
2744   // Initially insert a CouldNotCompute for this loop. If the insertion
2745   // succeeds, procede to actually compute a backedge-taken count and
2746   // update the value. The temporary CouldNotCompute value tells SCEV
2747   // code elsewhere that it shouldn't attempt to request a new
2748   // backedge-taken count, which could result in infinite recursion.
2749   std::pair<std::map<const Loop*, BackedgeTakenInfo>::iterator, bool> Pair =
2750     BackedgeTakenCounts.insert(std::make_pair(L, getCouldNotCompute()));
2751   if (Pair.second) {
2752     BackedgeTakenInfo ItCount = ComputeBackedgeTakenCount(L);
2753     if (ItCount.Exact != CouldNotCompute) {
2754       assert(ItCount.Exact->isLoopInvariant(L) &&
2755              ItCount.Max->isLoopInvariant(L) &&
2756              "Computed trip count isn't loop invariant for loop!");
2757       ++NumTripCountsComputed;
2758
2759       // Update the value in the map.
2760       Pair.first->second = ItCount;
2761     } else {
2762       if (ItCount.Max != CouldNotCompute)
2763         // Update the value in the map.
2764         Pair.first->second = ItCount;
2765       if (isa<PHINode>(L->getHeader()->begin()))
2766         // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
2767         ++NumTripCountsNotComputed;
2768     }
2769
2770     // Now that we know more about the trip count for this loop, forget any
2771     // existing SCEV values for PHI nodes in this loop since they are only
2772     // conservative estimates made without the benefit
2773     // of trip count information.
2774     if (ItCount.hasAnyInfo())
2775       forgetLoopPHIs(L);
2776   }
2777   return Pair.first->second;
2778 }
2779
2780 /// forgetLoopBackedgeTakenCount - This method should be called by the
2781 /// client when it has changed a loop in a way that may effect
2782 /// ScalarEvolution's ability to compute a trip count, or if the loop
2783 /// is deleted.
2784 void ScalarEvolution::forgetLoopBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
2785   BackedgeTakenCounts.erase(L);
2786   forgetLoopPHIs(L);
2787 }
2788
2789 /// forgetLoopPHIs - Delete the memoized SCEVs associated with the
2790 /// PHI nodes in the given loop. This is used when the trip count of
2791 /// the loop may have changed.
2792 void ScalarEvolution::forgetLoopPHIs(const Loop *L) {
2793   BasicBlock *Header = L->getHeader();
2794
2795   // Push all Loop-header PHIs onto the Worklist stack, except those
2796   // that are presently represented via a SCEVUnknown. SCEVUnknown for
2797   // a PHI either means that it has an unrecognized structure, or it's
2798   // a PHI that's in the progress of being computed by createNodeForPHI.
2799   // In the former case, additional loop trip count information isn't
2800   // going to change anything. In the later case, createNodeForPHI will
2801   // perform the necessary updates on its own when it gets to that point.
2802   SmallVector<Instruction *, 16> Worklist;
2803   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
2804        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
2805     std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV*>::iterator It =
2806       Scalars.find((Value*)I);
2807     if (It != Scalars.end() && !isa<SCEVUnknown>(It->second))
2808       Worklist.push_back(PN);
2809   }
2810
2811   while (!Worklist.empty()) {
2812     Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
2813     if (Scalars.erase(I))
2814       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
2815            UI != UE; ++UI)
2816         Worklist.push_back(cast<Instruction>(UI));
2817   }
2818 }
2819
2820 /// ComputeBackedgeTakenCount - Compute the number of times the backedge
2821 /// of the specified loop will execute.
2822 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
2823 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
2824   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
2825   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
2826
2827   // Examine all exits and pick the most conservative values.
2828   const SCEV* BECount = CouldNotCompute;
2829   const SCEV* MaxBECount = CouldNotCompute;
2830   bool CouldNotComputeBECount = false;
2831   for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
2832     BackedgeTakenInfo NewBTI =
2833       ComputeBackedgeTakenCountFromExit(L, ExitingBlocks[i]);
2834
2835     if (NewBTI.Exact == CouldNotCompute) {
2836       // We couldn't compute an exact value for this exit, so
2837       // we won't be able to compute an exact value for the loop.
2838       CouldNotComputeBECount = true;
2839       BECount = CouldNotCompute;
2840     } else if (!CouldNotComputeBECount) {
2841       if (BECount == CouldNotCompute)
2842         BECount = NewBTI.Exact;
2843       else
2844         BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BECount, NewBTI.Exact);
2845     }
2846     if (MaxBECount == CouldNotCompute)
2847       MaxBECount = NewBTI.Max;
2848     else if (NewBTI.Max != CouldNotCompute)
2849       MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(MaxBECount, NewBTI.Max);
2850   }
2851
2852   return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
2853 }
2854
2855 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExit - Compute the number of times the backedge
2856 /// of the specified loop will execute if it exits via the specified block.
2857 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
2858 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExit(const Loop *L,
2859                                                    BasicBlock *ExitingBlock) {
2860
2861   // Okay, we've chosen an exiting block.  See what condition causes us to
2862   // exit at this block.
2863   //
2864   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
2865   BranchInst *ExitBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
2866   if (ExitBr == 0) return CouldNotCompute;
2867   assert(ExitBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
2868
2869   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
2870   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
2871   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
2872   // not be equal to the trip count of the loop.
2873   //
2874   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
2875   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
2876   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
2877   // loop header.  This is common for un-rotated loops.
2878   //
2879   // If both of those tests fail, walk up the unique predecessor chain to the
2880   // header, stopping if there is an edge that doesn't exit the loop. If the
2881   // header is reached, the execution count of the branch will be equal to the
2882   // trip count of the loop.
2883   //
2884   //  More extensive analysis could be done to handle more cases here.
2885   //
2886   if (ExitBr->getSuccessor(0) != L->getHeader() &&
2887       ExitBr->getSuccessor(1) != L->getHeader() &&
2888       ExitBr->getParent() != L->getHeader()) {
2889     // The simple checks failed, try climbing the unique predecessor chain
2890     // up to the header.
2891     bool Ok = false;
2892     for (BasicBlock *BB = ExitBr->getParent(); BB; ) {
2893       BasicBlock *Pred = BB->getUniquePredecessor();
2894       if (!Pred)
2895         return CouldNotCompute;
2896       TerminatorInst *PredTerm = Pred->getTerminator();
2897       for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
2898         BasicBlock *PredSucc = PredTerm->getSuccessor(i);
2899         if (PredSucc == BB)
2900           continue;
2901         // If the predecessor has a successor that isn't BB and isn't
2902         // outside the loop, assume the worst.
2903         if (L->contains(PredSucc))
2904           return CouldNotCompute;
2905       }
2906       if (Pred == L->getHeader()) {
2907         Ok = true;
2908         break;
2909       }
2910       BB = Pred;
2911     }
2912     if (!Ok)
2913       return CouldNotCompute;
2914   }
2915
2916   // Procede to the next level to examine the exit condition expression.
2917   return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, ExitBr->getCondition(),
2918                                                ExitBr->getSuccessor(0),
2919                                                ExitBr->getSuccessor(1));
2920 }
2921
2922 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond - Compute the number of times the
2923 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
2924 /// were a conditional branch of ExitCond, TBB, and FBB.
2925 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
2926 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(const Loop *L,
2927                                                        Value *ExitCond,
2928                                                        BasicBlock *TBB,
2929                                                        BasicBlock *FBB) {
2930   // Check if the controlling expression for this loop is an And or Or.
2931   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(ExitCond)) {
2932     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
2933       // Recurse on the operands of the and.
2934       BackedgeTakenInfo BTI0 =
2935         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
2936       BackedgeTakenInfo BTI1 =
2937         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
2938       const SCEV* BECount = CouldNotCompute;
2939       const SCEV* MaxBECount = CouldNotCompute;
2940       if (L->contains(TBB)) {
2941         // Both conditions must be true for the loop to continue executing.
2942         // Choose the less conservative count.
2943         if (BTI0.Exact == CouldNotCompute || BTI1.Exact == CouldNotCompute)
2944           BECount = CouldNotCompute;
2945         else
2946           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
2947         if (BTI0.Max == CouldNotCompute)
2948           MaxBECount = BTI1.Max;
2949         else if (BTI1.Max == CouldNotCompute)
2950           MaxBECount = BTI0.Max;
2951         else
2952           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
2953       } else {
2954         // Both conditions must be true for the loop to exit.
2955         assert(L->contains(FBB) && "Loop block has no successor in loop!");
2956         if (BTI0.Exact != CouldNotCompute && BTI1.Exact != CouldNotCompute)
2957           BECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
2958         if (BTI0.Max != CouldNotCompute && BTI1.Max != CouldNotCompute)
2959           MaxBECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
2960       }
2961
2962       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
2963     }
2964     if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
2965       // Recurse on the operands of the or.
2966       BackedgeTakenInfo BTI0 =
2967         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(0), TBB, FBB);
2968       BackedgeTakenInfo BTI1 =
2969         ComputeBackedgeTakenCountFromExitCond(L, BO->getOperand(1), TBB, FBB);
2970       const SCEV* BECount = CouldNotCompute;
2971       const SCEV* MaxBECount = CouldNotCompute;
2972       if (L->contains(FBB)) {
2973         // Both conditions must be false for the loop to continue executing.
2974         // Choose the less conservative count.
2975         if (BTI0.Exact == CouldNotCompute || BTI1.Exact == CouldNotCompute)
2976           BECount = CouldNotCompute;
2977         else
2978           BECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
2979         if (BTI0.Max == CouldNotCompute)
2980           MaxBECount = BTI1.Max;
2981         else if (BTI1.Max == CouldNotCompute)
2982           MaxBECount = BTI0.Max;
2983         else
2984           MaxBECount = getUMinFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
2985       } else {
2986         // Both conditions must be false for the loop to exit.
2987         assert(L->contains(TBB) && "Loop block has no successor in loop!");
2988         if (BTI0.Exact != CouldNotCompute && BTI1.Exact != CouldNotCompute)
2989           BECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Exact, BTI1.Exact);
2990         if (BTI0.Max != CouldNotCompute && BTI1.Max != CouldNotCompute)
2991           MaxBECount = getUMaxFromMismatchedTypes(BTI0.Max, BTI1.Max);
2992       }
2993
2994       return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
2995     }
2996   }
2997
2998   // With an icmp, it may be feasible to compute an exact backedge-taken count.
2999   // Procede to the next level to examine the icmp.
3000   if (ICmpInst *ExitCondICmp = dyn_cast<ICmpInst>(ExitCond))
3001     return ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(L, ExitCondICmp, TBB, FBB);
3002
3003   // If it's not an integer or pointer comparison then compute it the hard way.
3004   return ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
3005 }
3006
3007 /// ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp - Compute the number of times the
3008 /// backedge of the specified loop will execute if its exit condition
3009 /// were a conditional branch of the ICmpInst ExitCond, TBB, and FBB.
3010 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
3011 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountFromExitCondICmp(const Loop *L,
3012                                                            ICmpInst *ExitCond,
3013                                                            BasicBlock *TBB,
3014                                                            BasicBlock *FBB) {
3015
3016   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
3017   ICmpInst::Predicate Cond;
3018   if (!L->contains(FBB))
3019     Cond = ExitCond->getPredicate();
3020   else
3021     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
3022
3023   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
3024   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
3025     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
3026       const SCEV* ItCnt =
3027         ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(LI, RHS, L, Cond);
3028       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(ItCnt)) {
3029         unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(ItCnt->getType());
3030         return BackedgeTakenInfo(ItCnt,
3031                                  isa<SCEVConstant>(ItCnt) ? ItCnt :
3032                                    getConstant(APInt::getMaxValue(BitWidth)-1));
3033       }
3034     }
3035
3036   const SCEV* LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
3037   const SCEV* RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
3038
3039   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
3040   LHS = getSCEVAtScope(LHS, L);
3041   RHS = getSCEVAtScope(RHS, L);
3042
3043   // At this point, we would like to compute how many iterations of the
3044   // loop the predicate will return true for these inputs.
3045   if (LHS->isLoopInvariant(L) && !RHS->isLoopInvariant(L)) {
3046     // If there is a loop-invariant, force it into the RHS.
3047     std::swap(LHS, RHS);
3048     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
3049   }
3050
3051   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
3052   // ranges to answer this query.
3053   if (const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
3054     if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
3055       if (AddRec->getLoop() == L) {
3056         // Form the constant range.
3057         ConstantRange CompRange(
3058             ICmpInst::makeConstantRange(Cond, RHSC->getValue()->getValue()));
3059
3060         const SCEV* Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, *this);
3061         if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
3062       }
3063
3064   switch (Cond) {
3065   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
3066     // Convert to: while (X-Y != 0)
3067     const SCEV* TC = HowFarToZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
3068     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
3069     break;
3070   }
3071   case ICmpInst::ICMP_EQ: {
3072     // Convert to: while (X-Y == 0)           // while (X == Y)
3073     const SCEV* TC = HowFarToNonZero(getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
3074     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
3075     break;
3076   }
3077   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
3078     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, true);
3079     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3080     break;
3081   }
3082   case ICmpInst::ICMP_SGT: {
3083     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
3084                                              getNotSCEV(RHS), L, true);
3085     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3086     break;
3087   }
3088   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
3089     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, false);
3090     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3091     break;
3092   }
3093   case ICmpInst::ICMP_UGT: {
3094     BackedgeTakenInfo BTI = HowManyLessThans(getNotSCEV(LHS),
3095                                              getNotSCEV(RHS), L, false);
3096     if (BTI.hasAnyInfo()) return BTI;
3097     break;
3098   }
3099   default:
3100 #if 0
3101     errs() << "ComputeBackedgeTakenCount ";
3102     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
3103       errs() << "[unsigned] ";
3104     errs() << *LHS << "   "
3105          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp)
3106          << "   " << *RHS << "\n";
3107 #endif
3108     break;
3109   }
3110   return
3111     ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(L, ExitCond, !L->contains(TBB));
3112 }
3113
3114 static ConstantInt *
3115 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
3116                                 ScalarEvolution &SE) {
3117   const SCEV* InVal = SE.getConstant(C);
3118   const SCEV* Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
3119   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
3120          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
3121   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
3122 }
3123
3124 /// GetAddressedElementFromGlobal - Given a global variable with an initializer
3125 /// and a GEP expression (missing the pointer index) indexing into it, return
3126 /// the addressed element of the initializer or null if the index expression is
3127 /// invalid.
3128 static Constant *
3129 GetAddressedElementFromGlobal(GlobalVariable *GV,
3130                               const std::vector<ConstantInt*> &Indices) {
3131   Constant *Init = GV->getInitializer();
3132   for (unsigned i = 0, e = Indices.size(); i != e; ++i) {
3133     uint64_t Idx = Indices[i]->getZExtValue();
3134     if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Init)) {
3135       assert(Idx < CS->getNumOperands() && "Bad struct index!");
3136       Init = cast<Constant>(CS->getOperand(Idx));
3137     } else if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Init)) {
3138       if (Idx >= CA->getNumOperands()) return 0;  // Bogus program
3139       Init = cast<Constant>(CA->getOperand(Idx));
3140     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
3141       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
3142         assert(Idx < STy->getNumElements() && "Bad struct index!");
3143         Init = Constant::getNullValue(STy->getElementType(Idx));
3144       } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Init->getType())) {
3145         if (Idx >= ATy->getNumElements()) return 0;  // Bogus program
3146         Init = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
3147       } else {
3148         assert(0 && "Unknown constant aggregate type!");
3149       }
3150       return 0;
3151     } else {
3152       return 0; // Unknown initializer type
3153     }
3154   }
3155   return Init;
3156 }
3157
3158 /// ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount - Given an exit condition of
3159 /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the backedge
3160 /// execution count.
3161 const SCEV *
3162 ScalarEvolution::ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(
3163                                                 LoadInst *LI,
3164                                                 Constant *RHS,
3165                                                 const Loop *L,
3166                                                 ICmpInst::Predicate predicate) {
3167   if (LI->isVolatile()) return CouldNotCompute;
3168
3169   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
3170   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
3171   if (!GEP) return CouldNotCompute;
3172
3173   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
3174   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
3175   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
3176   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer() ||
3177       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
3178       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
3179     return CouldNotCompute;
3180
3181   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
3182   Value *VarIdx = 0;
3183   std::vector<ConstantInt*> Indexes;
3184   unsigned VarIdxNum = 0;
3185   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
3186     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
3187       Indexes.push_back(CI);
3188     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
3189       if (VarIdx) return CouldNotCompute;  // Multiple non-constant idx's.
3190       VarIdx = GEP->getOperand(i);
3191       VarIdxNum = i-2;
3192       Indexes.push_back(0);
3193     }
3194
3195   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
3196   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
3197   const SCEV* Idx = getSCEV(VarIdx);
3198   Idx = getSCEVAtScope(Idx, L);
3199
3200   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
3201   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
3202   const SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
3203   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || IdxExpr->isLoopInvariant(L) ||
3204       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
3205       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
3206     return CouldNotCompute;
3207
3208   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
3209   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
3210     ConstantInt *ItCst =
3211       ConstantInt::get(cast<IntegerType>(IdxExpr->getType()), IterationNum);
3212     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, *this);
3213
3214     // Form the GEP offset.
3215     Indexes[VarIdxNum] = Val;
3216
3217     Constant *Result = GetAddressedElementFromGlobal(GV, Indexes);
3218     if (Result == 0) break;  // Cannot compute!
3219
3220     // Evaluate the condition for this iteration.
3221     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
3222     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
3223     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
3224 #if 0
3225       errs() << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
3226              << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
3227              << "***\n";
3228 #endif
3229       ++NumArrayLenItCounts;
3230       return getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
3231     }
3232   }
3233   return CouldNotCompute;
3234 }
3235
3236
3237 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
3238 /// specified type, assuming that all operands were constants.
3239 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
3240   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
3241       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I))
3242     return true;
3243
3244   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
3245     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
3246       return canConstantFoldCallTo(F);
3247   return false;
3248 }
3249
3250 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
3251 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
3252 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
3253 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
3254 /// constraints, return null.
3255 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
3256   // If this is not an instruction, or if this is an instruction outside of the
3257   // loop, it can't be derived from a loop PHI.
3258   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
3259   if (I == 0 || !L->contains(I->getParent())) return 0;
3260
3261   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
3262     if (L->getHeader() == I->getParent())
3263       return PN;
3264     else
3265       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
3266       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
3267       return 0;
3268   }
3269
3270   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
3271   // are constants, return early.
3272   if (!CanConstantFold(I)) return 0;
3273
3274   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
3275   // constant or derived from a PHI node themselves.
3276   PHINode *PHI = 0;
3277   for (unsigned Op = 0, e = I->getNumOperands(); Op != e; ++Op)
3278     if (!(isa<Constant>(I->getOperand(Op)) ||
3279           isa<GlobalValue>(I->getOperand(Op)))) {
3280       PHINode *P = getConstantEvolvingPHI(I->getOperand(Op), L);
3281       if (P == 0) return 0;  // Not evolving from PHI
3282       if (PHI == 0)
3283         PHI = P;
3284       else if (PHI != P)
3285         return 0;  // Evolving from multiple different PHIs.
3286     }
3287
3288   // This is a expression evolving from a constant PHI!
3289   return PHI;
3290 }
3291
3292 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
3293 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
3294 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
3295 /// reason, return null.
3296 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, Constant *PHIVal) {
3297   if (isa<PHINode>(V)) return PHIVal;
3298   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
3299   if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V)) return GV;
3300   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
3301
3302   std::vector<Constant*> Operands;
3303   Operands.resize(I->getNumOperands());
3304
3305   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3306     Operands[i] = EvaluateExpression(I->getOperand(i), PHIVal);
3307     if (Operands[i] == 0) return 0;
3308   }
3309
3310   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
3311     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
3312                                            &Operands[0], Operands.size());
3313   else
3314     return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
3315                                     &Operands[0], Operands.size());
3316 }
3317
3318 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
3319 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
3320 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
3321 /// involving constants, fold it.
3322 Constant *
3323 ScalarEvolution::getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN,
3324                                                    const APInt& BEs,
3325                                                    const Loop *L) {
3326   std::map<PHINode*, Constant*>::iterator I =
3327     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
3328   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
3329     return I->second;
3330
3331   if (BEs.ugt(APInt(BEs.getBitWidth(),MaxBruteForceIterations)))
3332     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = 0;  // Not going to evaluate it.
3333
3334   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
3335
3336   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
3337   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
3338   // second must be derived from the same PHI.
3339   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
3340   Constant *StartCST =
3341     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
3342   if (StartCST == 0)
3343     return RetVal = 0;  // Must be a constant.
3344
3345   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
3346   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
3347   if (PN2 != PN)
3348     return RetVal = 0;  // Not derived from same PHI.
3349
3350   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
3351   if (BEs.getActiveBits() >= 32)
3352     return RetVal = 0; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
3353
3354   unsigned NumIterations = BEs.getZExtValue(); // must be in range
3355   unsigned IterationNum = 0;
3356   for (Constant *PHIVal = StartCST; ; ++IterationNum) {
3357     if (IterationNum == NumIterations)
3358       return RetVal = PHIVal;  // Got exit value!
3359
3360     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
3361     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
3362     if (NextPHI == PHIVal)
3363       return RetVal = NextPHI;  // Stopped evolving!
3364     if (NextPHI == 0)
3365       return 0;        // Couldn't evaluate!
3366     PHIVal = NextPHI;
3367   }
3368 }
3369
3370 /// ComputeBackedgeTakenCountExhaustively - If the trip is known to execute a
3371 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
3372 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
3373 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
3374 /// evaluate the trip count of the loop, return CouldNotCompute.
3375 const SCEV *
3376 ScalarEvolution::ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(const Loop *L,
3377                                                        Value *Cond,
3378                                                        bool ExitWhen) {
3379   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
3380   if (PN == 0) return CouldNotCompute;
3381
3382   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
3383   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
3384   // second must be derived from the same PHI.
3385   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
3386   Constant *StartCST =
3387     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
3388   if (StartCST == 0) return CouldNotCompute;  // Must be a constant.
3389
3390   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
3391   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
3392   if (PN2 != PN) return CouldNotCompute;  // Not derived from same PHI.
3393
3394   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
3395   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
3396   // "ExitWhen".
3397   unsigned IterationNum = 0;
3398   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
3399   for (Constant *PHIVal = StartCST;
3400        IterationNum != MaxIterations; ++IterationNum) {
3401     ConstantInt *CondVal =
3402       dyn_cast_or_null<ConstantInt>(EvaluateExpression(Cond, PHIVal));
3403
3404     // Couldn't symbolically evaluate.
3405     if (!CondVal) return CouldNotCompute;
3406
3407     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
3408       ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = PHIVal;
3409       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
3410       return getConstant(Type::Int32Ty, IterationNum);
3411     }
3412
3413     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
3414     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
3415     if (NextPHI == 0 || NextPHI == PHIVal)
3416       return CouldNotCompute;   // Couldn't evaluate or not making progress...
3417     PHIVal = NextPHI;
3418   }
3419
3420   // Too many iterations were needed to evaluate.
3421   return CouldNotCompute;
3422 }
3423
3424 /// getSCEVAtScope - Return a SCEV expression handle for the specified value
3425 /// at the specified scope in the program.  The L value specifies a loop
3426 /// nest to evaluate the expression at, where null is the top-level or a
3427 /// specified loop is immediately inside of the loop.
3428 ///
3429 /// This method can be used to compute the exit value for a variable defined
3430 /// in a loop by querying what the value will hold in the parent loop.
3431 ///
3432 /// In the case that a relevant loop exit value cannot be computed, the
3433 /// original value V is returned.
3434 const SCEV* ScalarEvolution::getSCEVAtScope(const SCEV *V, const Loop *L) {
3435   // FIXME: this should be turned into a virtual method on SCEV!
3436
3437   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
3438
3439   // If this instruction is evolved from a constant-evolving PHI, compute the
3440   // exit value from the loop without using SCEVs.
3441   if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
3442     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
3443       const Loop *LI = (*this->LI)[I->getParent()];
3444       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
3445         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
3446           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
3447             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
3448             // to see if the loop that contains it has a known backedge-taken
3449             // count.  If so, we may be able to force computation of the exit
3450             // value.
3451             const SCEV* BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(LI);
3452             if (const SCEVConstant *BTCC =
3453                   dyn_cast<SCEVConstant>(BackedgeTakenCount)) {
3454               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
3455               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
3456               // the specified iteration number.
3457               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
3458                                                    BTCC->getValue()->getValue(),
3459                                                                LI);
3460               if (RV) return getUnknown(RV);
3461             }
3462           }
3463
3464       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
3465       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
3466       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
3467       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
3468       if (CanConstantFold(I)) {
3469         // Check to see if we've folded this instruction at this loop before.
3470         std::map<const Loop *, Constant *> &Values = ValuesAtScopes[I];
3471         std::pair<std::map<const Loop *, Constant *>::iterator, bool> Pair =
3472           Values.insert(std::make_pair(L, static_cast<Constant *>(0)));
3473         if (!Pair.second)
3474           return Pair.first->second ? &*getUnknown(Pair.first->second) : V;
3475
3476         std::vector<Constant*> Operands;
3477         Operands.reserve(I->getNumOperands());
3478         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3479           Value *Op = I->getOperand(i);
3480           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
3481             Operands.push_back(C);
3482           } else {
3483             // If any of the operands is non-constant and if they are
3484             // non-integer and non-pointer, don't even try to analyze them
3485             // with scev techniques.
3486             if (!isSCEVable(Op->getType()))
3487               return V;
3488
3489             const SCEV* OpV = getSCEVAtScope(getSCEV(Op), L);
3490             if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OpV)) {
3491               Constant *C = SC->getValue();
3492               if (C->getType() != Op->getType())
3493                 C = ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
3494                                                                   Op->getType(),
3495                                                                   false),
3496                                           C, Op->getType());
3497               Operands.push_back(C);
3498             } else if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(OpV)) {
3499               if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(SU->getValue())) {
3500                 if (C->getType() != Op->getType())
3501                   C =
3502                     ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(C, false,
3503                                                                   Op->getType(),
3504                                                                   false),
3505                                           C, Op->getType());
3506                 Operands.push_back(C);
3507               } else
3508                 return V;
3509             } else {
3510               return V;
3511             }
3512           }
3513         }
3514
3515         Constant *C;
3516         if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
3517           C = ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
3518                                               &Operands[0], Operands.size());
3519         else
3520           C = ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
3521                                        &Operands[0], Operands.size());
3522         Pair.first->second = C;
3523         return getUnknown(C);
3524       }
3525     }
3526
3527     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
3528     return V;
3529   }
3530
3531   if (const SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
3532     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
3533     // expression has no loop-variant portions.
3534     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
3535       const SCEV* OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
3536       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
3537         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
3538         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
3539         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps(Comm->op_begin(),
3540                                             Comm->op_begin()+i);
3541         NewOps.push_back(OpAtScope);
3542
3543         for (++i; i != e; ++i) {
3544           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
3545           NewOps.push_back(OpAtScope);
3546         }
3547         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
3548           return getAddExpr(NewOps);
3549         if (isa<SCEVMulExpr>(Comm))
3550           return getMulExpr(NewOps);
3551         if (isa<SCEVSMaxExpr>(Comm))
3552           return getSMaxExpr(NewOps);
3553         if (isa<SCEVUMaxExpr>(Comm))
3554           return getUMaxExpr(NewOps);
3555         assert(0 && "Unknown commutative SCEV type!");
3556       }
3557     }
3558     // If we got here, all operands are loop invariant.
3559     return Comm;
3560   }
3561
3562   if (const SCEVUDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(V)) {
3563     const SCEV* LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
3564     const SCEV* RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
3565     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
3566       return Div;   // must be loop invariant
3567     return getUDivExpr(LHS, RHS);
3568   }
3569
3570   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
3571   // are dealing with the final value computed by the loop.
3572   if (const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
3573     if (!L || !AddRec->getLoop()->contains(L->getHeader())) {
3574       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
3575       // loop iterates.  Compute this now.
3576       const SCEV* BackedgeTakenCount = getBackedgeTakenCount(AddRec->getLoop());
3577       if (BackedgeTakenCount == CouldNotCompute) return AddRec;
3578
3579       // Then, evaluate the AddRec.
3580       return AddRec->evaluateAtIteration(BackedgeTakenCount, *this);
3581     }
3582     return AddRec;
3583   }
3584
3585   if (const SCEVZeroExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(V)) {
3586     const SCEV* Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
3587     if (Op == Cast->getOperand())
3588       return Cast;  // must be loop invariant
3589     return getZeroExtendExpr(Op, Cast->getType());
3590   }
3591
3592   if (const SCEVSignExtendExpr *Cast = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(V)) {
3593     const SCEV* Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
3594     if (Op == Cast->getOperand())
3595       return Cast;  // must be loop invariant
3596     return getSignExtendExpr(Op, Cast->getType());
3597   }
3598
3599   if (const SCEVTruncateExpr *Cast = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(V)) {
3600     const SCEV* Op = getSCEVAtScope(Cast->getOperand(), L);
3601     if (Op == Cast->getOperand())
3602       return Cast;  // must be loop invariant
3603     return getTruncateExpr(Op, Cast->getType());
3604   }
3605
3606   assert(0 && "Unknown SCEV type!");
3607   return 0;
3608 }
3609
3610 /// getSCEVAtScope - This is a convenience function which does
3611 /// getSCEVAtScope(getSCEV(V), L).
3612 const SCEV* ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) {
3613   return getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
3614 }
3615
3616 /// SolveLinEquationWithOverflow - Finds the minimum unsigned root of the
3617 /// following equation:
3618 ///
3619 ///     A * X = B (mod N)
3620 ///
3621 /// where N = 2^BW and BW is the common bit width of A and B. The signedness of
3622 /// A and B isn't important.
3623 ///
3624 /// If the equation does not have a solution, SCEVCouldNotCompute is returned.
3625 static const SCEV* SolveLinEquationWithOverflow(const APInt &A, const APInt &B,
3626                                                ScalarEvolution &SE) {
3627   uint32_t BW = A.getBitWidth();
3628   assert(BW == B.getBitWidth() && "Bit widths must be the same.");
3629   assert(A != 0 && "A must be non-zero.");
3630
3631   // 1. D = gcd(A, N)
3632   //
3633   // The gcd of A and N may have only one prime factor: 2. The number of
3634   // trailing zeros in A is its multiplicity
3635   uint32_t Mult2 = A.countTrailingZeros();
3636   // D = 2^Mult2
3637
3638   // 2. Check if B is divisible by D.
3639   //
3640   // B is divisible by D if and only if the multiplicity of prime factor 2 for B
3641   // is not less than multiplicity of this prime factor for D.
3642   if (B.countTrailingZeros() < Mult2)
3643     return SE.getCouldNotCompute();
3644
3645   // 3. Compute I: the multiplicative inverse of (A / D) in arithmetic
3646   // modulo (N / D).
3647   //
3648   // (N / D) may need BW+1 bits in its representation.  Hence, we'll use this
3649   // bit width during computations.
3650   APInt AD = A.lshr(Mult2).zext(BW + 1);  // AD = A / D
3651   APInt Mod(BW + 1, 0);
3652   Mod.set(BW - Mult2);  // Mod = N / D
3653   APInt I = AD.multiplicativeInverse(Mod);
3654
3655   // 4. Compute the minimum unsigned root of the equation:
3656   // I * (B / D) mod (N / D)
3657   APInt Result = (I * B.lshr(Mult2).zext(BW + 1)).urem(Mod);
3658
3659   // The result is guaranteed to be less than 2^BW so we may truncate it to BW
3660   // bits.
3661   return SE.getConstant(Result.trunc(BW));
3662 }
3663
3664 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
3665 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
3666 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
3667 ///
3668 static std::pair<const SCEV*,const SCEV*>
3669 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ScalarEvolution &SE) {
3670   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
3671   const SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
3672   const SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
3673   const SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
3674
3675   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
3676   if (!LC || !MC || !NC) {
3677     const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
3678     return std::make_pair(CNC, CNC);
3679   }
3680
3681   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
3682   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
3683   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
3684   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
3685   APInt Two(BitWidth, 2);
3686   APInt Four(BitWidth, 4);
3687
3688   {
3689     using namespace APIntOps;
3690     const APInt& C = L;
3691     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
3692     // The B coefficient is M-N/2
3693     APInt B(M);
3694     B -= sdiv(N,Two);
3695
3696     // The A coefficient is N/2
3697     APInt A(N.sdiv(Two));
3698
3699     // Compute the B^2-4ac term.
3700     APInt SqrtTerm(B);
3701     SqrtTerm *= B;
3702     SqrtTerm -= Four * (A * C);
3703
3704     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
3705     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
3706     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
3707
3708     // Compute the two solutions for the quadratic formula.
3709     // The divisions must be performed as signed divisions.
3710     APInt NegB(-B);
3711     APInt TwoA( A << 1 );
3712     if (TwoA.isMinValue()) {
3713       const SCEV *CNC = SE.getCouldNotCompute();
3714       return std::make_pair(CNC, CNC);
3715     }
3716
3717     ConstantInt *Solution1 = ConstantInt::get((NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
3718     ConstantInt *Solution2 = ConstantInt::get((NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
3719
3720     return std::make_pair(SE.getConstant(Solution1),
3721                           SE.getConstant(Solution2));
3722     } // end APIntOps namespace
3723 }
3724
3725 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
3726 /// value to zero will execute.  If not computable, return CouldNotCompute.
3727 const SCEV* ScalarEvolution::HowFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
3728   // If the value is a constant
3729   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
3730     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
3731     if (C->getValue()->isZero()) return C;
3732     return CouldNotCompute;  // Otherwise it will loop infinitely.
3733   }
3734
3735   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
3736   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
3737     return CouldNotCompute;
3738
3739   if (AddRec->isAffine()) {
3740     // If this is an affine expression, the execution count of this branch is
3741     // the minimum unsigned root of the following equation:
3742     //
3743     //     Start + Step*N = 0 (mod 2^BW)
3744     //
3745     // equivalent to:
3746     //
3747     //             Step*N = -Start (mod 2^BW)
3748     //
3749     // where BW is the common bit width of Start and Step.
3750
3751     // Get the initial value for the loop.
3752     const SCEV *Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(),
3753                                        L->getParentLoop());
3754     const SCEV *Step = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(1),
3755                                       L->getParentLoop());
3756
3757     if (const SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step)) {
3758       // For now we handle only constant steps.
3759
3760       // First, handle unitary steps.
3761       if (StepC->getValue()->equalsInt(1))      // 1*N = -Start (mod 2^BW), so:
3762         return getNegativeSCEV(Start);       //   N = -Start (as unsigned)
3763       if (StepC->getValue()->isAllOnesValue())  // -1*N = -Start (mod 2^BW), so:
3764         return Start;                           //    N = Start (as unsigned)
3765
3766       // Then, try to solve the above equation provided that Start is constant.
3767       if (const SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start))
3768         return SolveLinEquationWithOverflow(StepC->getValue()->getValue(),
3769                                             -StartC->getValue()->getValue(),
3770                                             *this);
3771     }
3772   } else if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isInteger()) {
3773     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
3774     // the quadratic equation to solve it.
3775     std::pair<const SCEV*,const SCEV*> Roots = SolveQuadraticEquation(AddRec,
3776                                                                     *this);
3777     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
3778     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
3779     if (R1) {
3780 #if 0
3781       errs() << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
3782              << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
3783 #endif
3784       // Pick the smallest positive root value.
3785       if (ConstantInt *CB =
3786           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
3787                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
3788         if (CB->getZExtValue() == false)
3789           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
3790
3791         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
3792         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
3793         // should not accept a root of 2.
3794         const SCEV* Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1, *this);
3795         if (Val->isZero())
3796           return R1;  // We found a quadratic root!
3797       }
3798     }
3799   }
3800
3801   return CouldNotCompute;
3802 }
3803
3804 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
3805 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
3806 /// CouldNotCompute
3807 const SCEV* ScalarEvolution::HowFarToNonZero(const SCEV *V, const Loop *L) {
3808   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
3809   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
3810   // future as needed.
3811
3812   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
3813   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
3814   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
3815     if (!C->getValue()->isNullValue())
3816       return getIntegerSCEV(0, C->getType());
3817     return CouldNotCompute;  // Otherwise it will loop infinitely.
3818   }
3819
3820   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
3821   // this, and if they did, they would already be constant folded.
3822   return CouldNotCompute;
3823 }
3824
3825 /// getLoopPredecessor - If the given loop's header has exactly one unique
3826 /// predecessor outside the loop, return it. Otherwise return null.
3827 ///
3828 BasicBlock *ScalarEvolution::getLoopPredecessor(const Loop *L) {
3829   BasicBlock *Header = L->getHeader();
3830   BasicBlock *Pred = 0;
3831   for (pred_iterator PI = pred_begin(Header), E = pred_end(Header);
3832        PI != E; ++PI)
3833     if (!L->contains(*PI)) {
3834       if (Pred && Pred != *PI) return 0; // Multiple predecessors.
3835       Pred = *PI;
3836     }
3837   return Pred;
3838 }
3839
3840 /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
3841 /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
3842 /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
3843 /// found.
3844 ///
3845 BasicBlock *
3846 ScalarEvolution::getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB) {
3847   // If the block has a unique predecessor, then there is no path from the
3848   // predecessor to the block that does not go through the direct edge
3849   // from the predecessor to the block.
3850   if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor())
3851     return Pred;
3852
3853   // A loop's header is defined to be a block that dominates the loop.
3854   // If the header has a unique predecessor outside the loop, it must be
3855   // a block that has exactly one successor that can reach the loop.
3856   if (Loop *L = LI->getLoopFor(BB))
3857     return getLoopPredecessor(L);
3858
3859   return 0;
3860 }
3861
3862 /// HasSameValue - SCEV structural equivalence is usually sufficient for
3863 /// testing whether two expressions are equal, however for the purposes of
3864 /// looking for a condition guarding a loop, it can be useful to be a little
3865 /// more general, since a front-end may have replicated the controlling
3866 /// expression.
3867 ///
3868 static bool HasSameValue(const SCEV* A, const SCEV* B) {
3869   // Quick check to see if they are the same SCEV.
3870   if (A == B) return true;
3871
3872   // Otherwise, if they're both SCEVUnknown, it's possible that they hold
3873   // two different instructions with the same value. Check for this case.
3874   if (const SCEVUnknown *AU = dyn_cast<SCEVUnknown>(A))
3875     if (const SCEVUnknown *BU = dyn_cast<SCEVUnknown>(B))
3876       if (const Instruction *AI = dyn_cast<Instruction>(AU->getValue()))
3877         if (const Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(BU->getValue()))
3878           if (AI->isIdenticalTo(BI))
3879             return true;
3880
3881   // Otherwise assume they may have a different value.
3882   return false;
3883 }
3884
3885 /// isLoopGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected by
3886 /// a conditional between LHS and RHS.  This is used to help avoid max
3887 /// expressions in loop trip counts.
3888 bool ScalarEvolution::isLoopGuardedByCond(const Loop *L,
3889                                           ICmpInst::Predicate Pred,
3890                                           const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) {
3891   // Interpret a null as meaning no loop, where there is obviously no guard
3892   // (interprocedural conditions notwithstanding).
3893   if (!L) return false;
3894
3895   BasicBlock *Predecessor = getLoopPredecessor(L);
3896   BasicBlock *PredecessorDest = L->getHeader();
3897
3898   // Starting at the loop predecessor, climb up the predecessor chain, as long
3899   // as there are predecessors that can be found that have unique successors
3900   // leading to the original header.
3901   for (; Predecessor;
3902        PredecessorDest = Predecessor,
3903        Predecessor = getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(Predecessor)) {
3904
3905     BranchInst *LoopEntryPredicate =
3906       dyn_cast<BranchInst>(Predecessor->getTerminator());
3907     if (!LoopEntryPredicate ||
3908         LoopEntryPredicate->isUnconditional())
3909       continue;
3910
3911     if (isNecessaryCond(LoopEntryPredicate->getCondition(), Pred, LHS, RHS,
3912                         LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) != PredecessorDest))
3913       return true;
3914   }
3915
3916   return false;
3917 }
3918
3919 /// isNecessaryCond - Test whether the given CondValue value is a condition
3920 /// which is at least as strict as the one described by Pred, LHS, and RHS.
3921 bool ScalarEvolution::isNecessaryCond(Value *CondValue,
3922                                       ICmpInst::Predicate Pred,
3923                                       const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
3924                                       bool Inverse) {
3925   // Recursivly handle And and Or conditions.
3926   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(CondValue)) {
3927     if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
3928       if (!Inverse)
3929         return isNecessaryCond(BO->getOperand(0), Pred, LHS, RHS, Inverse) ||
3930                isNecessaryCond(BO->getOperand(1), Pred, LHS, RHS, Inverse);
3931     } else if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
3932       if (Inverse)
3933         return isNecessaryCond(BO->getOperand(0), Pred, LHS, RHS, Inverse) ||
3934                isNecessaryCond(BO->getOperand(1), Pred, LHS, RHS, Inverse);
3935     }
3936   }
3937
3938   ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(CondValue);
3939   if (!ICI) return false;
3940
3941   // Now that we found a conditional branch that dominates the loop, check to
3942   // see if it is the comparison we are looking for.
3943   Value *PreCondLHS = ICI->getOperand(0);
3944   Value *PreCondRHS = ICI->getOperand(1);
3945   ICmpInst::Predicate Cond;
3946   if (Inverse)
3947     Cond = ICI->getInversePredicate();
3948   else
3949     Cond = ICI->getPredicate();
3950
3951   if (Cond == Pred)
3952     ; // An exact match.
3953   else if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(Cond) && Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
3954     ; // The actual condition is beyond sufficient.
3955   else
3956     // Check a few special cases.
3957     switch (Cond) {
3958     case ICmpInst::ICMP_UGT:
3959       if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT) {
3960         std::swap(PreCondLHS, PreCondRHS);
3961         Cond = ICmpInst::ICMP_ULT;
3962         break;
3963       }
3964       return false;
3965     case ICmpInst::ICMP_SGT:
3966       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT) {
3967         std::swap(PreCondLHS, PreCondRHS);
3968         Cond = ICmpInst::ICMP_SLT;
3969         break;
3970       }
3971       return false;
3972     case ICmpInst::ICMP_NE:
3973       // Expressions like (x >u 0) are often canonicalized to (x != 0),
3974       // so check for this case by checking if the NE is comparing against
3975       // a minimum or maximum constant.
3976       if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
3977         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(PreCondRHS)) {
3978           const APInt &A = CI->getValue();
3979           switch (Pred) {
3980           case ICmpInst::ICMP_SLT:
3981             if (A.isMaxSignedValue()) break;
3982             return false;
3983           case ICmpInst::ICMP_SGT:
3984             if (A.isMinSignedValue()) break;
3985             return false;
3986           case ICmpInst::ICMP_ULT:
3987             if (A.isMaxValue()) break;
3988             return false;
3989           case ICmpInst::ICMP_UGT:
3990             if (A.isMinValue()) break;
3991             return false;
3992           default:
3993             return false;
3994           }
3995           Cond = ICmpInst::ICMP_NE;
3996           // NE is symmetric but the original comparison may not be. Swap
3997           // the operands if necessary so that they match below.
3998           if (isa<SCEVConstant>(LHS))
3999             std::swap(PreCondLHS, PreCondRHS);
4000           break;
4001         }
4002       return false;
4003     default:
4004       // We weren't able to reconcile the condition.
4005       return false;
4006     }
4007
4008   if (!PreCondLHS->getType()->isInteger()) return false;
4009
4010   const SCEV *PreCondLHSSCEV = getSCEV(PreCondLHS);
4011   const SCEV *PreCondRHSSCEV = getSCEV(PreCondRHS);
4012   return (HasSameValue(LHS, PreCondLHSSCEV) &&
4013           HasSameValue(RHS, PreCondRHSSCEV)) ||
4014          (HasSameValue(LHS, getNotSCEV(PreCondRHSSCEV)) &&
4015           HasSameValue(RHS, getNotSCEV(PreCondLHSSCEV)));
4016 }
4017
4018 /// getBECount - Subtract the end and start values and divide by the step,
4019 /// rounding up, to get the number of times the backedge is executed. Return
4020 /// CouldNotCompute if an intermediate computation overflows.
4021 const SCEV* ScalarEvolution::getBECount(const SCEV* Start,
4022                                        const SCEV* End,
4023                                        const SCEV* Step) {
4024   const Type *Ty = Start->getType();
4025   const SCEV* NegOne = getIntegerSCEV(-1, Ty);
4026   const SCEV* Diff = getMinusSCEV(End, Start);
4027   const SCEV* RoundUp = getAddExpr(Step, NegOne);
4028
4029   // Add an adjustment to the difference between End and Start so that
4030   // the division will effectively round up.
4031   const SCEV* Add = getAddExpr(Diff, RoundUp);
4032
4033   // Check Add for unsigned overflow.
4034   // TODO: More sophisticated things could be done here.
4035   const Type *WideTy = IntegerType::get(getTypeSizeInBits(Ty) + 1);
4036   const SCEV* OperandExtendedAdd =
4037     getAddExpr(getZeroExtendExpr(Diff, WideTy),
4038                getZeroExtendExpr(RoundUp, WideTy));
4039   if (getZeroExtendExpr(Add, WideTy) != OperandExtendedAdd)
4040     return CouldNotCompute;
4041
4042   return getUDivExpr(Add, Step);
4043 }
4044
4045 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
4046 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
4047 /// CouldNotCompute.
4048 ScalarEvolution::BackedgeTakenInfo
4049 ScalarEvolution::HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
4050                                   const Loop *L, bool isSigned) {
4051   // Only handle:  "ADDREC < LoopInvariant".
4052   if (!RHS->isLoopInvariant(L)) return CouldNotCompute;
4053
4054   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
4055   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
4056     return CouldNotCompute;
4057
4058   if (AddRec->isAffine()) {
4059     // FORNOW: We only support unit strides.
4060     unsigned BitWidth = getTypeSizeInBits(AddRec->getType());
4061     const SCEV* Step = AddRec->getStepRecurrence(*this);
4062
4063     // TODO: handle non-constant strides.
4064     const SCEVConstant *CStep = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
4065     if (!CStep || CStep->isZero())
4066       return CouldNotCompute;
4067     if (CStep->isOne()) {
4068       // With unit stride, the iteration never steps past the limit value.
4069     } else if (CStep->getValue()->getValue().isStrictlyPositive()) {
4070       if (const SCEVConstant *CLimit = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
4071         // Test whether a positive iteration iteration can step past the limit
4072         // value and past the maximum value for its type in a single step.
4073         if (isSigned) {
4074           APInt Max = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
4075           if ((Max - CStep->getValue()->getValue())
4076                 .slt(CLimit->getValue()->getValue()))
4077             return CouldNotCompute;
4078         } else {
4079           APInt Max = APInt::getMaxValue(BitWidth);
4080           if ((Max - CStep->getValue()->getValue())
4081                 .ult(CLimit->getValue()->getValue()))
4082             return CouldNotCompute;
4083         }
4084       } else
4085         // TODO: handle non-constant limit values below.
4086         return CouldNotCompute;
4087     } else
4088       // TODO: handle negative strides below.
4089       return CouldNotCompute;
4090
4091     // We know the LHS is of the form {n,+,s} and the RHS is some loop-invariant
4092     // m.  So, we count the number of iterations in which {n,+,s} < m is true.
4093     // Note that we cannot simply return max(m-n,0)/s because it's not safe to
4094     // treat m-n as signed nor unsigned due to overflow possibility.
4095
4096     // First, we get the value of the LHS in the first iteration: n
4097     const SCEV* Start = AddRec->getOperand(0);
4098
4099     // Determine the minimum constant start value.
4100     const SCEV *MinStart = isa<SCEVConstant>(Start) ? Start :
4101       getConstant(isSigned ? APInt::getSignedMinValue(BitWidth) :
4102                              APInt::getMinValue(BitWidth));
4103
4104     // If we know that the condition is true in order to enter the loop,
4105     // then we know that it will run exactly (m-n)/s times. Otherwise, we
4106     // only know that it will execute (max(m,n)-n)/s times. In both cases,
4107     // the division must round up.
4108     const SCEV* End = RHS;
4109     if (!isLoopGuardedByCond(L,
4110                              isSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_ULT,
4111                              getMinusSCEV(Start, Step), RHS))
4112       End = isSigned ? getSMaxExpr(RHS, Start)
4113                      : getUMaxExpr(RHS, Start);
4114
4115     // Determine the maximum constant end value.
4116     const SCEV* MaxEnd =
4117       isa<SCEVConstant>(End) ? End :
4118       getConstant(isSigned ? APInt::getSignedMaxValue(BitWidth)
4119                                .ashr(GetMinSignBits(End) - 1) :
4120                              APInt::getMaxValue(BitWidth)
4121                                .lshr(GetMinLeadingZeros(End)));
4122
4123     // Finally, we subtract these two values and divide, rounding up, to get
4124     // the number of times the backedge is executed.
4125     const SCEV* BECount = getBECount(Start, End, Step);
4126
4127     // The maximum backedge count is similar, except using the minimum start
4128     // value and the maximum end value.
4129     const SCEV* MaxBECount = getBECount(MinStart, MaxEnd, Step);;
4130
4131     return BackedgeTakenInfo(BECount, MaxBECount);
4132   }
4133
4134   return CouldNotCompute;
4135 }
4136
4137 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
4138 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
4139 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
4140 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
4141 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
4142 const SCEV* SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
4143                                                     ScalarEvolution &SE) const {
4144   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
4145     return SE.getCouldNotCompute();
4146
4147   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
4148   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
4149     if (!SC->getValue()->isZero()) {
4150       SmallVector<const SCEV*, 4> Operands(op_begin(), op_end());
4151       Operands[0] = SE.getIntegerSCEV(0, SC->getType());
4152       const SCEV* Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop());
4153       if (const SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec =
4154             dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
4155         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
4156                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
4157       // This is strange and shouldn't happen.
4158       return SE.getCouldNotCompute();
4159     }
4160
4161   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
4162   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
4163   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
4164     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
4165       return SE.getCouldNotCompute();
4166
4167
4168   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
4169   // that the start element is zero.
4170
4171   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
4172   // iteration exits.
4173   unsigned BitWidth = SE.getTypeSizeInBits(getType());
4174   if (!Range.contains(APInt(BitWidth, 0)))
4175     return SE.getIntegerSCEV(0, getType());
4176
4177   if (isAffine()) {
4178     // If this is an affine expression then we have this situation:
4179     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
4180
4181     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
4182     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
4183     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
4184     // value.  Also note that we already checked for a full range.
4185     APInt One(BitWidth,1);
4186     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
4187     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
4188
4189     // The exit value should be (End+A)/A.
4190     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
4191     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(ExitVal);
4192
4193     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
4194     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
4195     // things must have happened.
4196     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
4197     if (Range.contains(Val->getValue()))
4198       return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
4199
4200     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
4201     assert(Range.contains(
4202            EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
4203            ConstantInt::get(ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
4204            "Linear scev computation is off in a bad way!");
4205     return SE.getConstant(ExitValue);
4206   } else if (isQuadratic()) {
4207     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
4208     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
4209     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
4210     // Range.getUpper() is crossed.
4211     SmallVector<const SCEV*, 4> NewOps(op_begin(), op_end());
4212     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
4213     const SCEV* NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop());
4214
4215     // Next, solve the constructed addrec
4216     std::pair<const SCEV*,const SCEV*> Roots =
4217       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
4218     const SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
4219     const SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
4220     if (R1) {
4221       // Pick the smallest positive root value.
4222       if (ConstantInt *CB =
4223           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
4224                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
4225         if (CB->getZExtValue() == false)
4226           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
4227
4228         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
4229         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
4230         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
4231         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
4232                                                              R1->getValue(),
4233                                                              SE);
4234         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
4235           // The next iteration must be out of the range...
4236           ConstantInt *NextVal = ConstantInt::get(R1->getValue()->getValue()+1);
4237
4238           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
4239           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
4240             return SE.getConstant(NextVal);
4241           return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
4242         }
4243
4244         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
4245         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
4246         ConstantInt *NextVal = ConstantInt::get(R1->getValue()->getValue()-1);
4247         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
4248         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
4249           return R1;
4250         return SE.getCouldNotCompute();  // Something strange happened
4251       }
4252     }
4253   }
4254
4255   return SE.getCouldNotCompute();
4256 }
4257
4258
4259
4260 //===----------------------------------------------------------------------===//
4261 //                   SCEVCallbackVH Class Implementation
4262 //===----------------------------------------------------------------------===//
4263
4264 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::deleted() {
4265   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a non-null ScalarEvolution!");
4266   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(getValPtr()))
4267     SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4268   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValPtr()))
4269     SE->ValuesAtScopes.erase(I);
4270   SE->Scalars.erase(getValPtr());
4271   // this now dangles!
4272 }
4273
4274 void ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::allUsesReplacedWith(Value *) {
4275   assert(SE && "SCEVCallbackVH called with a non-null ScalarEvolution!");
4276
4277   // Forget all the expressions associated with users of the old value,
4278   // so that future queries will recompute the expressions using the new
4279   // value.
4280   SmallVector<User *, 16> Worklist;
4281   Value *Old = getValPtr();
4282   bool DeleteOld = false;
4283   for (Value::use_iterator UI = Old->use_begin(), UE = Old->use_end();
4284        UI != UE; ++UI)
4285     Worklist.push_back(*UI);
4286   while (!Worklist.empty()) {
4287     User *U = Worklist.pop_back_val();
4288     // Deleting the Old value will cause this to dangle. Postpone
4289     // that until everything else is done.
4290     if (U == Old) {
4291       DeleteOld = true;
4292       continue;
4293     }
4294     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U))
4295       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4296     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U))
4297       SE->ValuesAtScopes.erase(I);
4298     if (SE->Scalars.erase(U))
4299       for (Value::use_iterator UI = U->use_begin(), UE = U->use_end();
4300            UI != UE; ++UI)
4301         Worklist.push_back(*UI);
4302   }
4303   if (DeleteOld) {
4304     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Old))
4305       SE->ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
4306     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Old))
4307       SE->ValuesAtScopes.erase(I);
4308     SE->Scalars.erase(Old);
4309     // this now dangles!
4310   }
4311   // this may dangle!
4312 }
4313
4314 ScalarEvolution::SCEVCallbackVH::SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *se)
4315   : CallbackVH(V), SE(se) {}
4316
4317 //===----------------------------------------------------------------------===//
4318 //                   ScalarEvolution Class Implementation
4319 //===----------------------------------------------------------------------===//
4320
4321 ScalarEvolution::ScalarEvolution()
4322   : FunctionPass(&ID), CouldNotCompute(new SCEVCouldNotCompute()) {
4323 }
4324
4325 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
4326   this->F = &F;
4327   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
4328   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
4329   return false;
4330 }
4331
4332 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
4333   Scalars.clear();
4334   BackedgeTakenCounts.clear();
4335   ConstantEvolutionLoopExitValue.clear();
4336   ValuesAtScopes.clear();
4337
4338   for (std::map<ConstantInt*, SCEVConstant*>::iterator
4339        I = SCEVConstants.begin(), E = SCEVConstants.end(); I != E; ++I)
4340     delete I->second;
4341   for (std::map<std::pair<const SCEV*, const Type*>,
4342        SCEVTruncateExpr*>::iterator I = SCEVTruncates.begin(),
4343        E = SCEVTruncates.end(); I != E; ++I)
4344     delete I->second;
4345   for (std::map<std::pair<const SCEV*, const Type*>,
4346        SCEVZeroExtendExpr*>::iterator I = SCEVZeroExtends.begin(),
4347        E = SCEVZeroExtends.end(); I != E; ++I)
4348     delete I->second;
4349   for (std::map<std::pair<unsigned, std::vector<const SCEV*> >,
4350        SCEVCommutativeExpr*>::iterator I = SCEVCommExprs.begin(),
4351        E = SCEVCommExprs.end(); I != E; ++I)
4352     delete I->second;
4353   for (std::map<std::pair<const SCEV*, const SCEV*>, SCEVUDivExpr*>::iterator
4354        I = SCEVUDivs.begin(), E = SCEVUDivs.end(); I != E; ++I)
4355     delete I->second;
4356   for (std::map<std::pair<const SCEV*, const Type*>,
4357        SCEVSignExtendExpr*>::iterator I =  SCEVSignExtends.begin(),
4358        E = SCEVSignExtends.end(); I != E; ++I)
4359     delete I->second;
4360   for (std::map<std::pair<const Loop *, std::vector<const SCEV*> >,
4361        SCEVAddRecExpr*>::iterator I = SCEVAddRecExprs.begin(),
4362        E = SCEVAddRecExprs.end(); I != E; ++I)
4363     delete I->second;
4364   for (std::map<Value*, SCEVUnknown*>::iterator I = SCEVUnknowns.begin(),
4365        E = SCEVUnknowns.end(); I != E; ++I)
4366     delete I->second;
4367
4368   SCEVConstants.clear();
4369   SCEVTruncates.clear();
4370   SCEVZeroExtends.clear();
4371   SCEVCommExprs.clear();
4372   SCEVUDivs.clear();
4373   SCEVSignExtends.clear();
4374   SCEVAddRecExprs.clear();
4375   SCEVUnknowns.clear();
4376 }
4377
4378 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
4379   AU.setPreservesAll();
4380   AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
4381 }
4382
4383 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L) {
4384   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getBackedgeTakenCount(L));
4385 }
4386
4387 static void PrintLoopInfo(raw_ostream &OS, ScalarEvolution *SE,
4388                           const Loop *L) {
4389   // Print all inner loops first
4390   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
4391     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
4392
4393   OS << "Loop " << L->getHeader()->getName() << ": ";
4394
4395   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
4396   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
4397   if (ExitBlocks.size() != 1)
4398     OS << "<multiple exits> ";
4399
4400   if (SE->hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(L)) {
4401     OS << "backedge-taken count is " << *SE->getBackedgeTakenCount(L);
4402   } else {
4403     OS << "Unpredictable backedge-taken count. ";
4404   }
4405
4406   OS << "\n";
4407   OS << "Loop " << L->getHeader()->getName() << ": ";
4408
4409   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(SE->getMaxBackedgeTakenCount(L))) {
4410     OS << "max backedge-taken count is " << *SE->getMaxBackedgeTakenCount(L);
4411   } else {
4412     OS << "Unpredictable max backedge-taken count. ";
4413   }
4414
4415   OS << "\n";
4416 }
4417
4418 void ScalarEvolution::print(raw_ostream &OS, const Module* ) const {
4419   // ScalarEvolution's implementaiton of the print method is to print
4420   // out SCEV values of all instructions that are interesting. Doing
4421   // this potentially causes it to create new SCEV objects though,
4422   // which technically conflicts with the const qualifier. This isn't
4423   // observable from outside the class though (the hasSCEV function
4424   // notwithstanding), so casting away the const isn't dangerous.
4425   ScalarEvolution &SE = *const_cast<ScalarEvolution*>(this);
4426
4427   OS << "Classifying expressions for: " << F->getName() << "\n";
4428   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
4429     if (isSCEVable(I->getType())) {
4430       OS << *I;
4431       OS << "  -->  ";
4432       const SCEV* SV = SE.getSCEV(&*I);
4433       SV->print(OS);
4434
4435       const Loop *L = LI->getLoopFor((*I).getParent());
4436
4437       const SCEV* AtUse = SE.getSCEVAtScope(SV, L);
4438       if (AtUse != SV) {
4439         OS << "  -->  ";
4440         AtUse->print(OS);
4441       }
4442
4443       if (L) {
4444         OS << "\t\t" "Exits: ";
4445         const SCEV* ExitValue = SE.getSCEVAtScope(SV, L->getParentLoop());
4446         if (!ExitValue->isLoopInvariant(L)) {
4447           OS << "<<Unknown>>";
4448         } else {
4449           OS << *ExitValue;
4450         }
4451       }
4452
4453       OS << "\n";
4454     }
4455
4456   OS << "Determining loop execution counts for: " << F->getName() << "\n";
4457   for (LoopInfo::iterator I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; ++I)
4458     PrintLoopInfo(OS, &SE, *I);
4459 }
4460
4461 void ScalarEvolution::print(std::ostream &o, const Module *M) const {
4462   raw_os_ostream OS(o);
4463   print(OS, M);
4464 }