lib/Analysis/ScalarEvolution.cpp

   1 //===- ScalarEvolution.cpp - Scalar Evolution Analysis ----------*- C++ -*-===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
   6 // the University of Illinois Open Source 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 SCEVHandle
  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/LoopInfo.h"
  70 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
  71 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  72 #include "llvm/Support/CFG.h"
  73 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  74 #include "llvm/Support/Compiler.h"
  75 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
  76 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
  77 #include "llvm/Support/ManagedStatic.h"
  78 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
  79 #include "llvm/Support/Streams.h"
  80 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  81 #include <ostream>
  82 #include <algorithm>
  83 #include <cmath>
  84 using namespace llvm;
  85
  86 STATISTIC(NumBruteForceEvaluations,
  87           "Number of brute force evaluations needed to "
  88           "calculate high-order polynomial exit values");
  89 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
  90           "Number of trip counts computed with array length");
  91 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
  92           "Number of loops with predictable loop counts");
  93 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
  94           "Number of loops without predictable loop counts");
  95 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
  96           "Number of loops with trip counts computed by force");
  97
  98 cl::opt<unsigned>
  99 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
 100                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
 101                                  "symbolically execute a constant derived loop"),
 102                         cl::init(100));
 103
 104 namespace {
 105   RegisterPass<ScalarEvolution>
 106   R("scalar-evolution", "Scalar Evolution Analysis");
 107 }
 108
 109 //===----------------------------------------------------------------------===//
 110 //                           SCEV class definitions
 111 //===----------------------------------------------------------------------===//
 112
 113 //===----------------------------------------------------------------------===//
 114 // Implementation of the SCEV class.
 115 //
 116 SCEV::~SCEV() {}
 117 void SCEV::dump() const {
 118   print(cerr);
 119 }
 120
 121 /// getValueRange - Return the tightest constant bounds that this value is
 122 /// known to have.  This method is only valid on integer SCEV objects.
 123 ConstantRange SCEV::getValueRange() const {
 124   const Type *Ty = getType();
 125   assert(Ty->isInteger() && "Can't get range for a non-integer SCEV!");
 126   // Default to a full range if no better information is available.
 127   return ConstantRange(getBitWidth());
 128 }
 129
 130 uint32_t SCEV::getBitWidth() const {
 131   if (const IntegerType* ITy = dyn_cast<IntegerType>(getType()))
 132     return ITy->getBitWidth();
 133   return 0;
 134 }
 135
 136
 137 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() : SCEV(scCouldNotCompute) {}
 138
 139 bool SCEVCouldNotCompute::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
 140   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
 141   return false;
 142 }
 143
 144 const Type *SCEVCouldNotCompute::getType() const {
 145   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
 146   return 0;
 147 }
 148
 149 bool SCEVCouldNotCompute::hasComputableLoopEvolution(const Loop *L) const {
 150   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
 151   return false;
 152 }
 153
 154 SCEVHandle SCEVCouldNotCompute::
 155 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
 156                                   const SCEVHandle &Conc) const {
 157   return this;
 158 }
 159
 160 void SCEVCouldNotCompute::print(std::ostream &OS) const {
 161   OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
 162 }
 163
 164 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
 165   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
 166 }
 167
 168
 169 // SCEVConstants - Only allow the creation of one SCEVConstant for any
 170 // particular value.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will
 171 // never be deleted!
 172 static ManagedStatic<std::map<ConstantInt*, SCEVConstant*> > SCEVConstants;
 173
 174
 175 SCEVConstant::~SCEVConstant() {
 176   SCEVConstants->erase(V);
 177 }
 178
 179 SCEVHandle SCEVConstant::get(ConstantInt *V) {
 180   SCEVConstant *&R = (*SCEVConstants)[V];
 181   if (R == 0) R = new SCEVConstant(V);
 182   return R;
 183 }
 184
 185 ConstantRange SCEVConstant::getValueRange() const {
 186   return ConstantRange(V->getValue());
 187 }
 188
 189 const Type *SCEVConstant::getType() const { return V->getType(); }
 190
 191 void SCEVConstant::print(std::ostream &OS) const {
 192   WriteAsOperand(OS, V, false);
 193 }
 194
 195 // SCEVTruncates - Only allow the creation of one SCEVTruncateExpr for any
 196 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will
 197 // never be deleted!
 198 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, const Type*>,
 199                      SCEVTruncateExpr*> > SCEVTruncates;
 200
 201 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
 202   : SCEV(scTruncate), Op(op), Ty(ty) {
 203   assert(Op->getType()->isInteger() && Ty->isInteger() &&
 204          "Cannot truncate non-integer value!");
 205   assert(Op->getType()->getPrimitiveSizeInBits() > Ty->getPrimitiveSizeInBits()
 206          && "This is not a truncating conversion!");
 207 }
 208
 209 SCEVTruncateExpr::~SCEVTruncateExpr() {
 210   SCEVTruncates->erase(std::make_pair(Op, Ty));
 211 }
 212
 213 ConstantRange SCEVTruncateExpr::getValueRange() const {
 214   return getOperand()->getValueRange().truncate(getBitWidth());
 215 }
 216
 217 void SCEVTruncateExpr::print(std::ostream &OS) const {
 218   OS << "(truncate " << *Op << " to " << *Ty << ")";
 219 }
 220
 221 // SCEVZeroExtends - Only allow the creation of one SCEVZeroExtendExpr for any
 222 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
 223 // be deleted!
 224 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, const Type*>,
 225                      SCEVZeroExtendExpr*> > SCEVZeroExtends;
 226
 227 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
 228   : SCEV(scZeroExtend), Op(op), Ty(ty) {
 229   assert(Op->getType()->isInteger() && Ty->isInteger() &&
 230          "Cannot zero extend non-integer value!");
 231   assert(Op->getType()->getPrimitiveSizeInBits() < Ty->getPrimitiveSizeInBits()
 232          && "This is not an extending conversion!");
 233 }
 234
 235 SCEVZeroExtendExpr::~SCEVZeroExtendExpr() {
 236   SCEVZeroExtends->erase(std::make_pair(Op, Ty));
 237 }
 238
 239 ConstantRange SCEVZeroExtendExpr::getValueRange() const {
 240   return getOperand()->getValueRange().zeroExtend(getBitWidth());
 241 }
 242
 243 void SCEVZeroExtendExpr::print(std::ostream &OS) const {
 244   OS << "(zeroextend " << *Op << " to " << *Ty << ")";
 245 }
 246
 247 // SCEVCommExprs - Only allow the creation of one SCEVCommutativeExpr for any
 248 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
 249 // be deleted!
 250 static ManagedStatic<std::map<std::pair<unsigned, std::vector<SCEV*> >,
 251                      SCEVCommutativeExpr*> > SCEVCommExprs;
 252
 253 SCEVCommutativeExpr::~SCEVCommutativeExpr() {
 254   SCEVCommExprs->erase(std::make_pair(getSCEVType(),
 255                                       std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
 256                                                          Operands.end())));
 257 }
 258
 259 void SCEVCommutativeExpr::print(std::ostream &OS) const {
 260   assert(Operands.size() > 1 && "This plus expr shouldn't exist!");
 261   const char *OpStr = getOperationStr();
 262   OS << "(" << *Operands[0];
 263   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
 264     OS << OpStr << *Operands[i];
 265   OS << ")";
 266 }
 267
 268 SCEVHandle SCEVCommutativeExpr::
 269 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
 270                                   const SCEVHandle &Conc) const {
 271   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
 272     SCEVHandle H = getOperand(i)->replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc);
 273     if (H != getOperand(i)) {
 274       std::vector<SCEVHandle> NewOps;
 275       NewOps.reserve(getNumOperands());
 276       for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
 277         NewOps.push_back(getOperand(j));
 278       NewOps.push_back(H);
 279       for (++i; i != e; ++i)
 280         NewOps.push_back(getOperand(i)->
 281                          replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc));
 282
 283       if (isa<SCEVAddExpr>(this))
 284         return SCEVAddExpr::get(NewOps);
 285       else if (isa<SCEVMulExpr>(this))
 286         return SCEVMulExpr::get(NewOps);
 287       else
 288         assert(0 && "Unknown commutative expr!");
 289     }
 290   }
 291   return this;
 292 }
 293
 294
 295 // SCEVSDivs - Only allow the creation of one SCEVSDivExpr for any particular
 296 // input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never be
 297 // deleted!
 298 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, SCEV*>,
 299                      SCEVSDivExpr*> > SCEVSDivs;
 300
 301 SCEVSDivExpr::~SCEVSDivExpr() {
 302   SCEVSDivs->erase(std::make_pair(LHS, RHS));
 303 }
 304
 305 void SCEVSDivExpr::print(std::ostream &OS) const {
 306   OS << "(" << *LHS << " /s " << *RHS << ")";
 307 }
 308
 309 const Type *SCEVSDivExpr::getType() const {
 310   return LHS->getType();
 311 }
 312
 313 // SCEVAddRecExprs - Only allow the creation of one SCEVAddRecExpr for any
 314 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
 315 // be deleted!
 316 static ManagedStatic<std::map<std::pair<const Loop *, std::vector<SCEV*> >,
 317                      SCEVAddRecExpr*> > SCEVAddRecExprs;
 318
 319 SCEVAddRecExpr::~SCEVAddRecExpr() {
 320   SCEVAddRecExprs->erase(std::make_pair(L,
 321                                         std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
 322                                                            Operands.end())));
 323 }
 324
 325 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::
 326 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
 327                                   const SCEVHandle &Conc) const {
 328   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
 329     SCEVHandle H = getOperand(i)->replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc);
 330     if (H != getOperand(i)) {
 331       std::vector<SCEVHandle> NewOps;
 332       NewOps.reserve(getNumOperands());
 333       for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
 334         NewOps.push_back(getOperand(j));
 335       NewOps.push_back(H);
 336       for (++i; i != e; ++i)
 337         NewOps.push_back(getOperand(i)->
 338                          replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc));
 339
 340       return get(NewOps, L);
 341     }
 342   }
 343   return this;
 344 }
 345
 346
 347 bool SCEVAddRecExpr::isLoopInvariant(const Loop *QueryLoop) const {
 348   // This recurrence is invariant w.r.t to QueryLoop iff QueryLoop doesn't
 349   // contain L and if the start is invariant.
 350   return !QueryLoop->contains(L->getHeader()) &&
 351          getOperand(0)->isLoopInvariant(QueryLoop);
 352 }
 353
 354
 355 void SCEVAddRecExpr::print(std::ostream &OS) const {
 356   OS << "{" << *Operands[0];
 357   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
 358     OS << ",+," << *Operands[i];
 359   OS << "}<" << L->getHeader()->getName() + ">";
 360 }
 361
 362 // SCEVUnknowns - Only allow the creation of one SCEVUnknown for any particular
 363 // value.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never be
 364 // deleted!
 365 static ManagedStatic<std::map<Value*, SCEVUnknown*> > SCEVUnknowns;
 366
 367 SCEVUnknown::~SCEVUnknown() { SCEVUnknowns->erase(V); }
 368
 369 bool SCEVUnknown::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
 370   // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
 371   // invariant if they are not contained in the specified loop.
 372   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 373     return !L->contains(I->getParent());
 374   return true;
 375 }
 376
 377 const Type *SCEVUnknown::getType() const {
 378   return V->getType();
 379 }
 380
 381 void SCEVUnknown::print(std::ostream &OS) const {
 382   WriteAsOperand(OS, V, false);
 383 }
 384
 385 //===----------------------------------------------------------------------===//
 386 //                               SCEV Utilities
 387 //===----------------------------------------------------------------------===//
 388
 389 namespace {
 390   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
 391   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
 392   /// expressions.
 393   struct VISIBILITY_HIDDEN SCEVComplexityCompare {
 394     bool operator()(SCEV *LHS, SCEV *RHS) {
 395       return LHS->getSCEVType() < RHS->getSCEVType();
 396     }
 397   };
 398 }
 399
 400 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
 401 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
 402 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
 403 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
 404 ///
 405 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get determinstic
 406 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
 407 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
 408 /// land in memory.
 409 ///
 410 static void GroupByComplexity(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
 411   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
 412   if (Ops.size() == 2) {
 413     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
 414     // Special case it.
 415     if (Ops[0]->getSCEVType() > Ops[1]->getSCEVType())
 416       std::swap(Ops[0], Ops[1]);
 417     return;
 418   }
 419
 420   // Do the rough sort by complexity.
 421   std::sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare());
 422
 423   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
 424   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
 425   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
 426   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
 427   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
 428     SCEV *S = Ops[i];
 429     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
 430
 431     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
 432     // one, group them.
 433     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
 434       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
 435         // Move it to immediately after i'th element.
 436         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
 437         ++i;   // no need to rescan it.
 438         if (i == e-2) return;  // Done!
 439       }
 440     }
 441   }
 442 }
 443
 444
 445
 446 //===----------------------------------------------------------------------===//
 447 //                      Simple SCEV method implementations
 448 //===----------------------------------------------------------------------===//
 449
 450 /// getIntegerSCEV - Given an integer or FP type, create a constant for the
 451 /// specified signed integer value and return a SCEV for the constant.
 452 SCEVHandle SCEVUnknown::getIntegerSCEV(int Val, const Type *Ty) {
 453   Constant *C;
 454   if (Val == 0)
 455     C = Constant::getNullValue(Ty);
 456   else if (Ty->isFloatingPoint())
 457     C = ConstantFP::get(Ty, Val);
 458   else
 459     C = ConstantInt::get(Ty, Val);
 460   return SCEVUnknown::get(C);
 461 }
 462
 463 SCEVHandle SCEVUnknown::getIntegerSCEV(const APInt& Val) {
 464   return SCEVUnknown::get(ConstantInt::get(Val));
 465 }
 466
 467 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
 468 /// input value to the specified type.  If the type must be extended, it is zero
 469 /// extended.
 470 static SCEVHandle getTruncateOrZeroExtend(const SCEVHandle &V, const Type *Ty) {
 471   const Type *SrcTy = V->getType();
 472   assert(SrcTy->isInteger() && Ty->isInteger() &&
 473          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
 474   if (SrcTy->getPrimitiveSizeInBits() == Ty->getPrimitiveSizeInBits())
 475     return V;  // No conversion
 476   if (SrcTy->getPrimitiveSizeInBits() > Ty->getPrimitiveSizeInBits())
 477     return SCEVTruncateExpr::get(V, Ty);
 478   return SCEVZeroExtendExpr::get(V, Ty);
 479 }
 480
 481 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
 482 ///
 483 SCEVHandle SCEV::getNegativeSCEV(const SCEVHandle &V) {
 484   if (SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
 485     return SCEVUnknown::get(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue()));
 486
 487   return SCEVMulExpr::get(V, SCEVUnknown::getIntegerSCEV(-1, V->getType()));
 488 }
 489
 490 /// getMinusSCEV - Return a SCEV corresponding to LHS - RHS.
 491 ///
 492 SCEVHandle SCEV::getMinusSCEV(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
 493   // X - Y --> X + -Y
 494   return SCEVAddExpr::get(LHS, SCEV::getNegativeSCEV(RHS));
 495 }
 496
 497
 498 /// PartialFact - Compute V!/(V-NumSteps)!
 499 static SCEVHandle PartialFact(SCEVHandle V, unsigned NumSteps) {
 500   // Handle this case efficiently, it is common to have constant iteration
 501   // counts while computing loop exit values.
 502   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
 503     APInt Val = SC->getValue()->getValue();
 504     APInt Result(Val.getBitWidth(), 1);
 505     for (; NumSteps; --NumSteps)
 506       Result *= Val-(NumSteps-1);
 507     return SCEVUnknown::get(ConstantInt::get(Result));
 508   }
 509
 510   const Type *Ty = V->getType();
 511   if (NumSteps == 0)
 512     return SCEVUnknown::getIntegerSCEV(1, Ty);
 513
 514   SCEVHandle Result = V;
 515   for (unsigned i = 1; i != NumSteps; ++i)
 516     Result = SCEVMulExpr::get(Result, SCEV::getMinusSCEV(V,
 517                                           SCEVUnknown::getIntegerSCEV(i, Ty)));
 518   return Result;
 519 }
 520
 521
 522 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
 523 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
 524 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
 525 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
 526 ///
 527 ///   A*choose(It, 0) + B*choose(It, 1) + C*choose(It, 2) + D*choose(It, 3)
 528 ///
 529 /// FIXME/VERIFY: I don't trust that this is correct in the face of overflow.
 530 /// Is the binomial equation safe using modular arithmetic??
 531 ///
 532 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(SCEVHandle It) const {
 533   SCEVHandle Result = getStart();
 534   int Divisor = 1;
 535   const Type *Ty = It->getType();
 536   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
 537     SCEVHandle BC = PartialFact(It, i);
 538     Divisor *= i;
 539     SCEVHandle Val = SCEVSDivExpr::get(SCEVMulExpr::get(BC, getOperand(i)),
 540                                        SCEVUnknown::getIntegerSCEV(Divisor,Ty));
 541     Result = SCEVAddExpr::get(Result, Val);
 542   }
 543   return Result;
 544 }
 545
 546
 547 //===----------------------------------------------------------------------===//
 548 //                    SCEV Expression folder implementations
 549 //===----------------------------------------------------------------------===//
 550
 551 SCEVHandle SCEVTruncateExpr::get(const SCEVHandle &Op, const Type *Ty) {
 552   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
 553     return SCEVUnknown::get(
 554         ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(), Ty));
 555
 556   // If the input value is a chrec scev made out of constants, truncate
 557   // all of the constants.
 558   if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
 559     std::vector<SCEVHandle> Operands;
 560     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
 561       // FIXME: This should allow truncation of other expression types!
 562       if (isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(i)))
 563         Operands.push_back(get(AddRec->getOperand(i), Ty));
 564       else
 565         break;
 566     if (Operands.size() == AddRec->getNumOperands())
 567       return SCEVAddRecExpr::get(Operands, AddRec->getLoop());
 568   }
 569
 570   SCEVTruncateExpr *&Result = (*SCEVTruncates)[std::make_pair(Op, Ty)];
 571   if (Result == 0) Result = new SCEVTruncateExpr(Op, Ty);
 572   return Result;
 573 }
 574
 575 SCEVHandle SCEVZeroExtendExpr::get(const SCEVHandle &Op, const Type *Ty) {
 576   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
 577     return SCEVUnknown::get(
 578         ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(), Ty));
 579
 580   // FIXME: If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
 581   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
 582   // operands (often constants).  This would allow analysis of something like
 583   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
 584
 585   SCEVZeroExtendExpr *&Result = (*SCEVZeroExtends)[std::make_pair(Op, Ty)];
 586   if (Result == 0) Result = new SCEVZeroExtendExpr(Op, Ty);
 587   return Result;
 588 }
 589
 590 // get - Get a canonical add expression, or something simpler if possible.
 591 SCEVHandle SCEVAddExpr::get(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
 592   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
 593   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
 594
 595   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
 596   GroupByComplexity(Ops);
 597
 598   // If there are any constants, fold them together.
 599   unsigned Idx = 0;
 600   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
 601     ++Idx;
 602     assert(Idx < Ops.size());
 603     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
 604       // We found two constants, fold them together!
 605       Constant *Fold = ConstantExpr::getAdd(LHSC->getValue(), RHSC->getValue());
 606       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Fold)) {
 607         Ops[0] = SCEVConstant::get(CI);
 608         Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
 609         if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
 610         LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
 611       } else {
 612         // If we couldn't fold the expression, move to the next constant.  Note
 613         // that this is impossible to happen in practice because we always
 614         // constant fold constant ints to constant ints.
 615         ++Idx;
 616       }
 617     }
 618
 619     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
 620     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
 621       Ops.erase(Ops.begin());
 622       --Idx;
 623     }
 624   }
 625
 626   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
 627
 628   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
 629   // so, merge them together into an multiply expression.  Since we sorted the
 630   // list, these values are required to be adjacent.
 631   const Type *Ty = Ops[0]->getType();
 632   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
 633     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
 634       // Found a match, merge the two values into a multiply, and add any
 635       // remaining values to the result.
 636       SCEVHandle Two = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(2, Ty);
 637       SCEVHandle Mul = SCEVMulExpr::get(Ops[i], Two);
 638       if (Ops.size() == 2)
 639         return Mul;
 640       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
 641       Ops.push_back(Mul);
 642       return SCEVAddExpr::get(Ops);
 643     }
 644
 645   // Okay, now we know the first non-constant operand.  If there are add
 646   // operands they would be next.
 647   if (Idx < Ops.size()) {
 648     bool DeletedAdd = false;
 649     while (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
 650       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
 651       // list.
 652       Ops.insert(Ops.end(), Add->op_begin(), Add->op_end());
 653       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
 654       DeletedAdd = true;
 655     }
 656
 657     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
 658     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
 659     // any operands we just aquired.
 660     if (DeletedAdd)
 661       return get(Ops);
 662   }
 663
 664   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
 665   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
 666     ++Idx;
 667
 668   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
 669   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
 670   // the multiply.
 671   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
 672     SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
 673     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
 674       SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
 675       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
 676         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp] && !isa<SCEVConstant>(MulOpSCEV)) {
 677           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
 678           SCEVHandle InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
 679           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
 680             // If the multiply has more than two operands, we must get the
 681             // Y*Z term.
 682             std::vector<SCEVHandle> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
 683             MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
 684             InnerMul = SCEVMulExpr::get(MulOps);
 685           }
 686           SCEVHandle One = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(1, Ty);
 687           SCEVHandle AddOne = SCEVAddExpr::get(InnerMul, One);
 688           SCEVHandle OuterMul = SCEVMulExpr::get(AddOne, Ops[AddOp]);
 689           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
 690           if (AddOp < Idx) {
 691             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
 692             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
 693           } else {
 694             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
 695             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
 696           }
 697           Ops.push_back(OuterMul);
 698           return SCEVAddExpr::get(Ops);
 699         }
 700
 701       // Check this multiply against other multiplies being added together.
 702       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
 703            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
 704            ++OtherMulIdx) {
 705         SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
 706         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
 707         // together.
 708         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
 709              OMulOp != e; ++OMulOp)
 710           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
 711             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
 712             SCEVHandle InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
 713             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
 714               std::vector<SCEVHandle> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
 715               MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
 716               InnerMul1 = SCEVMulExpr::get(MulOps);
 717             }
 718             SCEVHandle InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
 719             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
 720               std::vector<SCEVHandle> MulOps(OtherMul->op_begin(),
 721                                              OtherMul->op_end());
 722               MulOps.erase(MulOps.begin()+OMulOp);
 723               InnerMul2 = SCEVMulExpr::get(MulOps);
 724             }
 725             SCEVHandle InnerMulSum = SCEVAddExpr::get(InnerMul1,InnerMul2);
 726             SCEVHandle OuterMul = SCEVMulExpr::get(MulOpSCEV, InnerMulSum);
 727             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
 728             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
 729             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
 730             Ops.push_back(OuterMul);
 731             return SCEVAddExpr::get(Ops);
 732           }
 733       }
 734     }
 735   }
 736
 737   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
 738   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
 739   // recurrence.
 740   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
 741     ++Idx;
 742
 743   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
 744   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
 745     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
 746     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
 747     std::vector<SCEVHandle> LIOps;
 748     SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
 749     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
 750       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
 751         LIOps.push_back(Ops[i]);
 752         Ops.erase(Ops.begin()+i);
 753         --i; --e;
 754       }
 755
 756     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
 757     if (!LIOps.empty()) {
 758       //  NLI + LI + { Start,+,Step}  -->  NLI + { LI+Start,+,Step }
 759       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
 760
 761       std::vector<SCEVHandle> AddRecOps(AddRec->op_begin(), AddRec->op_end());
 762       AddRecOps[0] = SCEVAddExpr::get(LIOps);
 763
 764       SCEVHandle NewRec = SCEVAddRecExpr::get(AddRecOps, AddRec->getLoop());
 765       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
 766       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
 767
 768       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-liv parts.
 769       for (unsigned i = 0;; ++i)
 770         if (Ops[i] == AddRec) {
 771           Ops[i] = NewRec;
 772           break;
 773         }
 774       return SCEVAddExpr::get(Ops);
 775     }
 776
 777     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
 778     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
 779     // added together.  If so, we can fold them.
 780     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
 781          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
 782       if (OtherIdx != Idx) {
 783         SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
 784         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
 785           // Other + {A,+,B} + {C,+,D}  -->  Other + {A+C,+,B+D}
 786           std::vector<SCEVHandle> NewOps(AddRec->op_begin(), AddRec->op_end());
 787           for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 788             if (i >= NewOps.size()) {
 789               NewOps.insert(NewOps.end(), OtherAddRec->op_begin()+i,
 790                             OtherAddRec->op_end());
 791               break;
 792             }
 793             NewOps[i] = SCEVAddExpr::get(NewOps[i], OtherAddRec->getOperand(i));
 794           }
 795           SCEVHandle NewAddRec = SCEVAddRecExpr::get(NewOps, AddRec->getLoop());
 796
 797           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
 798
 799           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
 800           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
 801           Ops.push_back(NewAddRec);
 802           return SCEVAddExpr::get(Ops);
 803         }
 804       }
 805
 806     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
 807     // next one.
 808   }
 809
 810   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
 811   // already have one, otherwise create a new one.
 812   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
 813   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scAddExpr,
 814                                                                  SCEVOps)];
 815   if (Result == 0) Result = new SCEVAddExpr(Ops);
 816   return Result;
 817 }
 818
 819
 820 SCEVHandle SCEVMulExpr::get(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
 821   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
 822
 823   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
 824   GroupByComplexity(Ops);
 825
 826   // If there are any constants, fold them together.
 827   unsigned Idx = 0;
 828   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
 829
 830     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
 831     if (Ops.size() == 2)
 832       if (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
 833         if (Add->getNumOperands() == 2 &&
 834             isa<SCEVConstant>(Add->getOperand(0)))
 835           return SCEVAddExpr::get(SCEVMulExpr::get(LHSC, Add->getOperand(0)),
 836                                   SCEVMulExpr::get(LHSC, Add->getOperand(1)));
 837
 838
 839     ++Idx;
 840     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
 841       // We found two constants, fold them together!
 842       Constant *Fold = ConstantExpr::getMul(LHSC->getValue(), RHSC->getValue());
 843       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Fold)) {
 844         Ops[0] = SCEVConstant::get(CI);
 845         Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
 846         if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
 847         LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
 848       } else {
 849         // If we couldn't fold the expression, move to the next constant.  Note
 850         // that this is impossible to happen in practice because we always
 851         // constant fold constant ints to constant ints.
 852         ++Idx;
 853       }
 854     }
 855
 856     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
 857     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
 858       Ops.erase(Ops.begin());
 859       --Idx;
 860     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
 861       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
 862       return Ops[0];
 863     }
 864   }
 865
 866   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
 867   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
 868     ++Idx;
 869
 870   if (Ops.size() == 1)
 871     return Ops[0];
 872
 873   // If there are mul operands inline them all into this expression.
 874   if (Idx < Ops.size()) {
 875     bool DeletedMul = false;
 876     while (SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
 877       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
 878       // list.
 879       Ops.insert(Ops.end(), Mul->op_begin(), Mul->op_end());
 880       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
 881       DeletedMul = true;
 882     }
 883
 884     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
 885     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
 886     // any operands we just aquired.
 887     if (DeletedMul)
 888       return get(Ops);
 889   }
 890
 891   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
 892   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
 893   // recurrence.
 894   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
 895     ++Idx;
 896
 897   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
 898   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
 899     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
 900     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
 901     std::vector<SCEVHandle> LIOps;
 902     SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
 903     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
 904       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
 905         LIOps.push_back(Ops[i]);
 906         Ops.erase(Ops.begin()+i);
 907         --i; --e;
 908       }
 909
 910     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
 911     if (!LIOps.empty()) {
 912       //  NLI * LI * { Start,+,Step}  -->  NLI * { LI*Start,+,LI*Step }
 913       std::vector<SCEVHandle> NewOps;
 914       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
 915       if (LIOps.size() == 1) {
 916         SCEV *Scale = LIOps[0];
 917         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
 918           NewOps.push_back(SCEVMulExpr::get(Scale, AddRec->getOperand(i)));
 919       } else {
 920         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 921           std::vector<SCEVHandle> MulOps(LIOps);
 922           MulOps.push_back(AddRec->getOperand(i));
 923           NewOps.push_back(SCEVMulExpr::get(MulOps));
 924         }
 925       }
 926
 927       SCEVHandle NewRec = SCEVAddRecExpr::get(NewOps, AddRec->getLoop());
 928
 929       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
 930       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
 931
 932       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-liv parts.
 933       for (unsigned i = 0;; ++i)
 934         if (Ops[i] == AddRec) {
 935           Ops[i] = NewRec;
 936           break;
 937         }
 938       return SCEVMulExpr::get(Ops);
 939     }
 940
 941     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
 942     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
 943     // multiplied together.  If so, we can fold them.
 944     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
 945          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
 946       if (OtherIdx != Idx) {
 947         SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
 948         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
 949           // F * G  -->  {A,+,B} * {C,+,D}  -->  {A*C,+,F*D + G*B + B*D}
 950           SCEVAddRecExpr *F = AddRec, *G = OtherAddRec;
 951           SCEVHandle NewStart = SCEVMulExpr::get(F->getStart(),
 952                                                  G->getStart());
 953           SCEVHandle B = F->getStepRecurrence();
 954           SCEVHandle D = G->getStepRecurrence();
 955           SCEVHandle NewStep = SCEVAddExpr::get(SCEVMulExpr::get(F, D),
 956                                                 SCEVMulExpr::get(G, B),
 957                                                 SCEVMulExpr::get(B, D));
 958           SCEVHandle NewAddRec = SCEVAddRecExpr::get(NewStart, NewStep,
 959                                                      F->getLoop());
 960           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
 961
 962           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
 963           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
 964           Ops.push_back(NewAddRec);
 965           return SCEVMulExpr::get(Ops);
 966         }
 967       }
 968
 969     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
 970     // next one.
 971   }
 972
 973   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
 974   // already have one, otherwise create a new one.
 975   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
 976   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scMulExpr,
 977                                                                  SCEVOps)];
 978   if (Result == 0)
 979     Result = new SCEVMulExpr(Ops);
 980   return Result;
 981 }
 982
 983 SCEVHandle SCEVSDivExpr::get(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
 984   if (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
 985     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
 986       return LHS;                            // X sdiv 1 --> x
 987     if (RHSC->getValue()->isAllOnesValue())
 988       return SCEV::getNegativeSCEV(LHS);           // X sdiv -1  -->  -x
 989
 990     if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
 991       Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
 992       Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
 993       return SCEVUnknown::get(ConstantExpr::getSDiv(LHSCV, RHSCV));
 994     }
 995   }
 996
 997   // FIXME: implement folding of (X*4)/4 when we know X*4 doesn't overflow.
 998
 999   SCEVSDivExpr *&Result = (*SCEVSDivs)[std::make_pair(LHS, RHS)];
1000   if (Result == 0) Result = new SCEVSDivExpr(LHS, RHS);
1001   return Result;
1002 }
1003
1004
1005 /// SCEVAddRecExpr::get - Get a add recurrence expression for the
1006 /// specified loop.  Simplify the expression as much as possible.
1007 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::get(const SCEVHandle &Start,
1008                                const SCEVHandle &Step, const Loop *L) {
1009   std::vector<SCEVHandle> Operands;
1010   Operands.push_back(Start);
1011   if (SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
1012     if (StepChrec->getLoop() == L) {
1013       Operands.insert(Operands.end(), StepChrec->op_begin(),
1014                       StepChrec->op_end());
1015       return get(Operands, L);
1016     }
1017
1018   Operands.push_back(Step);
1019   return get(Operands, L);
1020 }
1021
1022 /// SCEVAddRecExpr::get - Get a add recurrence expression for the
1023 /// specified loop.  Simplify the expression as much as possible.
1024 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::get(std::vector<SCEVHandle> &Operands,
1025                                const Loop *L) {
1026   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
1027
1028   if (SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Operands.back()))
1029     if (StepC->getValue()->isZero()) {
1030       Operands.pop_back();
1031       return get(Operands, L);             // { X,+,0 }  -->  X
1032     }
1033
1034   SCEVAddRecExpr *&Result =
1035     (*SCEVAddRecExprs)[std::make_pair(L, std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
1036                                                             Operands.end()))];
1037   if (Result == 0) Result = new SCEVAddRecExpr(Operands, L);
1038   return Result;
1039 }
1040
1041 SCEVHandle SCEVUnknown::get(Value *V) {
1042   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
1043     return SCEVConstant::get(CI);
1044   SCEVUnknown *&Result = (*SCEVUnknowns)[V];
1045   if (Result == 0) Result = new SCEVUnknown(V);
1046   return Result;
1047 }
1048
1049
1050 //===----------------------------------------------------------------------===//
1051 //             ScalarEvolutionsImpl Definition and Implementation
1052 //===----------------------------------------------------------------------===//
1053 //
1054 /// ScalarEvolutionsImpl - This class implements the main driver for the scalar
1055 /// evolution code.
1056 ///
1057 namespace {
1058   struct VISIBILITY_HIDDEN ScalarEvolutionsImpl {
1059     /// F - The function we are analyzing.
1060     ///
1061     Function &F;
1062
1063     /// LI - The loop information for the function we are currently analyzing.
1064     ///
1065     LoopInfo &LI;
1066
1067     /// UnknownValue - This SCEV is used to represent unknown trip counts and
1068     /// things.
1069     SCEVHandle UnknownValue;
1070
1071     /// Scalars - This is a cache of the scalars we have analyzed so far.
1072     ///
1073     std::map<Value*, SCEVHandle> Scalars;
1074
1075     /// IterationCounts - Cache the iteration count of the loops for this
1076     /// function as they are computed.
1077     std::map<const Loop*, SCEVHandle> IterationCounts;
1078
1079     /// ConstantEvolutionLoopExitValue - This map contains entries for all of
1080     /// the PHI instructions that we attempt to compute constant evolutions for.
1081     /// This allows us to avoid potentially expensive recomputation of these
1082     /// properties.  An instruction maps to null if we are unable to compute its
1083     /// exit value.
1084     std::map<PHINode*, Constant*> ConstantEvolutionLoopExitValue;
1085
1086   public:
1087     ScalarEvolutionsImpl(Function &f, LoopInfo &li)
1088       : F(f), LI(li), UnknownValue(new SCEVCouldNotCompute()) {}
1089
1090     /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
1091     /// expression and create a new one.
1092     SCEVHandle getSCEV(Value *V);
1093
1094     /// hasSCEV - Return true if the SCEV for this value has already been
1095     /// computed.
1096     bool hasSCEV(Value *V) const {
1097       return Scalars.count(V);
1098     }
1099
1100     /// setSCEV - Insert the specified SCEV into the map of current SCEVs for
1101     /// the specified value.
1102     void setSCEV(Value *V, const SCEVHandle &H) {
1103       bool isNew = Scalars.insert(std::make_pair(V, H)).second;
1104       assert(isNew && "This entry already existed!");
1105     }
1106
1107
1108     /// getSCEVAtScope - Compute the value of the specified expression within
1109     /// the indicated loop (which may be null to indicate in no loop).  If the
1110     /// expression cannot be evaluated, return UnknownValue itself.
1111     SCEVHandle getSCEVAtScope(SCEV *V, const Loop *L);
1112
1113
1114     /// hasLoopInvariantIterationCount - Return true if the specified loop has
1115     /// an analyzable loop-invariant iteration count.
1116     bool hasLoopInvariantIterationCount(const Loop *L);
1117
1118     /// getIterationCount - If the specified loop has a predictable iteration
1119     /// count, return it.  Note that it is not valid to call this method on a
1120     /// loop without a loop-invariant iteration count.
1121     SCEVHandle getIterationCount(const Loop *L);
1122
1123     /// deleteInstructionFromRecords - This method should be called by the
1124     /// client before it removes an instruction from the program, to make sure
1125     /// that no dangling references are left around.
1126     void deleteInstructionFromRecords(Instruction *I);
1127
1128   private:
1129     /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
1130     /// Analyze the expression.
1131     SCEVHandle createSCEV(Value *V);
1132
1133     /// createNodeForPHI - Provide the special handling we need to analyze PHI
1134     /// SCEVs.
1135     SCEVHandle createNodeForPHI(PHINode *PN);
1136
1137     /// ReplaceSymbolicValueWithConcrete - This looks up the computed SCEV value
1138     /// for the specified instruction and replaces any references to the
1139     /// symbolic value SymName with the specified value.  This is used during
1140     /// PHI resolution.
1141     void ReplaceSymbolicValueWithConcrete(Instruction *I,
1142                                           const SCEVHandle &SymName,
1143                                           const SCEVHandle &NewVal);
1144
1145     /// ComputeIterationCount - Compute the number of times the specified loop
1146     /// will iterate.
1147     SCEVHandle ComputeIterationCount(const Loop *L);
1148
1149     /// ComputeLoadConstantCompareIterationCount - Given an exit condition of
1150     /// 'setcc load X, cst', try to se if we can compute the trip count.
1151     SCEVHandle ComputeLoadConstantCompareIterationCount(LoadInst *LI,
1152                                                         Constant *RHS,
1153                                                         const Loop *L,
1154                                                         ICmpInst::Predicate p);
1155
1156     /// ComputeIterationCountExhaustively - If the trip is known to execute a
1157     /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
1158     /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
1159     /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
1160     /// evaluate the trip count of the loop, return UnknownValue.
1161     SCEVHandle ComputeIterationCountExhaustively(const Loop *L, Value *Cond,
1162                                                  bool ExitWhen);
1163
1164     /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the
1165     /// specified value to zero will execute.  If not computable, return
1166     /// UnknownValue.
1167     SCEVHandle HowFarToZero(SCEV *V, const Loop *L);
1168
1169     /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
1170     /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
1171     /// UnknownValue.
1172     SCEVHandle HowFarToNonZero(SCEV *V, const Loop *L);
1173
1174     /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
1175     /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
1176     /// UnknownValue.
1177     SCEVHandle HowManyLessThans(SCEV *LHS, SCEV *RHS, const Loop *L);
1178
1179     /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
1180     /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
1181     /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
1182     /// involving constants, fold it.
1183     Constant *getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN, const APInt& Its,
1184                                                 const Loop *L);
1185   };
1186 }
1187
1188 //===----------------------------------------------------------------------===//
1189 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
1190 //
1191
1192 /// deleteInstructionFromRecords - This method should be called by the
1193 /// client before it removes an instruction from the program, to make sure
1194 /// that no dangling references are left around.
1195 void ScalarEvolutionsImpl::deleteInstructionFromRecords(Instruction *I) {
1196   Scalars.erase(I);
1197   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
1198     ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
1199 }
1200
1201
1202 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
1203 /// expression and create a new one.
1204 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getSCEV(Value *V) {
1205   assert(V->getType() != Type::VoidTy && "Can't analyze void expressions!");
1206
1207   std::map<Value*, SCEVHandle>::iterator I = Scalars.find(V);
1208   if (I != Scalars.end()) return I->second;
1209   SCEVHandle S = createSCEV(V);
1210   Scalars.insert(std::make_pair(V, S));
1211   return S;
1212 }
1213
1214 /// ReplaceSymbolicValueWithConcrete - This looks up the computed SCEV value for
1215 /// the specified instruction and replaces any references to the symbolic value
1216 /// SymName with the specified value.  This is used during PHI resolution.
1217 void ScalarEvolutionsImpl::
1218 ReplaceSymbolicValueWithConcrete(Instruction *I, const SCEVHandle &SymName,
1219                                  const SCEVHandle &NewVal) {
1220   std::map<Value*, SCEVHandle>::iterator SI = Scalars.find(I);
1221   if (SI == Scalars.end()) return;
1222
1223   SCEVHandle NV =
1224     SI->second->replaceSymbolicValuesWithConcrete(SymName, NewVal);
1225   if (NV == SI->second) return;  // No change.
1226
1227   SI->second = NV;       // Update the scalars map!
1228
1229   // Any instruction values that use this instruction might also need to be
1230   // updated!
1231   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
1232        UI != E; ++UI)
1233     ReplaceSymbolicValueWithConcrete(cast<Instruction>(*UI), SymName, NewVal);
1234 }
1235
1236 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
1237 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
1238 ///
1239 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
1240   if (PN->getNumIncomingValues() == 2)  // The loops have been canonicalized.
1241     if (const Loop *L = LI.getLoopFor(PN->getParent()))
1242       if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
1243         // If it lives in the loop header, it has two incoming values, one
1244         // from outside the loop, and one from inside.
1245         unsigned IncomingEdge = L->contains(PN->getIncomingBlock(0));
1246         unsigned BackEdge     = IncomingEdge^1;
1247
1248         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
1249         SCEVHandle SymbolicName = SCEVUnknown::get(PN);
1250         assert(Scalars.find(PN) == Scalars.end() &&
1251                "PHI node already processed?");
1252         Scalars.insert(std::make_pair(PN, SymbolicName));
1253
1254         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
1255         // the back-edge.
1256         SCEVHandle BEValue = getSCEV(PN->getIncomingValue(BackEdge));
1257
1258         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
1259         // has a special value for the first iteration of the loop.
1260
1261         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
1262         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
1263         if (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
1264           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
1265           // with a recurrence.
1266           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
1267           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
1268             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
1269               if (FoundIndex == e) {
1270                 FoundIndex = i;
1271                 break;
1272               }
1273
1274           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
1275             // Create an add with everything but the specified operand.
1276             std::vector<SCEVHandle> Ops;
1277             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
1278               if (i != FoundIndex)
1279                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
1280             SCEVHandle Accum = SCEVAddExpr::get(Ops);
1281
1282             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
1283             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
1284             if (Accum->isLoopInvariant(L) ||
1285                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
1286                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
1287               SCEVHandle StartVal = getSCEV(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
1288               SCEVHandle PHISCEV  = SCEVAddRecExpr::get(StartVal, Accum, L);
1289
1290               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
1291               // to be symbolic.  We now need to go back and update all of the
1292               // entries for the scalars that use the PHI (except for the PHI
1293               // itself) to use the new analyzed value instead of the "symbolic"
1294               // value.
1295               ReplaceSymbolicValueWithConcrete(PN, SymbolicName, PHISCEV);
1296               return PHISCEV;
1297             }
1298           }
1299         } else if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
1300           // Otherwise, this could be a loop like this:
1301           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
1302           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
1303           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
1304           // i really is an addrec evolution.
1305           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
1306             SCEVHandle StartVal = getSCEV(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
1307
1308             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
1309             // initial step of the addrec evolution.
1310             if (StartVal == SCEV::getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
1311                                                AddRec->getOperand(1))) {
1312               SCEVHandle PHISCEV =
1313                  SCEVAddRecExpr::get(StartVal, AddRec->getOperand(1), L);
1314
1315               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
1316               // to be symbolic.  We now need to go back and update all of the
1317               // entries for the scalars that use the PHI (except for the PHI
1318               // itself) to use the new analyzed value instead of the "symbolic"
1319               // value.
1320               ReplaceSymbolicValueWithConcrete(PN, SymbolicName, PHISCEV);
1321               return PHISCEV;
1322             }
1323           }
1324         }
1325
1326         return SymbolicName;
1327       }
1328
1329   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
1330   return SCEVUnknown::get(PN);
1331 }
1332
1333 /// GetConstantFactor - Determine the largest constant factor that S has.  For
1334 /// example, turn {4,+,8} -> 4.    (S umod result) should always equal zero.
1335 static APInt GetConstantFactor(SCEVHandle S) {
1336   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
1337     APInt V = C->getValue()->getValue();
1338     if (!V.isMinValue())
1339       return V;
1340     else   // Zero is a multiple of everything.
1341       return APInt(C->getBitWidth(), 1).shl(C->getBitWidth()-1);
1342   }
1343
1344   if (SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S)) {
1345     APInt Mask(cast<IntegerType>(T->getType())->getMask());
1346     APInt GCF(GetConstantFactor(T->getOperand()));
1347     Mask.zextOrTrunc(GCF.getBitWidth());
1348     return GCF & Mask;
1349   }
1350   if (SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S))
1351     return GetConstantFactor(E->getOperand());
1352
1353   if (SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
1354     // The result is the min of all operands.
1355     APInt Res = GetConstantFactor(A->getOperand(0));
1356     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands();
1357          i != e && Res.ugt(APInt(Res.getBitWidth(),1)); ++i) {
1358       APInt Tmp(GetConstantFactor(A->getOperand(i)));
1359       Tmp.zextOrTrunc(Res.getBitWidth());
1360       Res = APIntOps::umin(Res, Tmp);
1361     }
1362     return Res;
1363   }
1364
1365   if (SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
1366     // The result is the product of all the operands.
1367     APInt Res = GetConstantFactor(M->getOperand(0));
1368     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1369       APInt Tmp(GetConstantFactor(M->getOperand(i)));
1370       Tmp.zextOrTrunc(Res.getBitWidth());
1371       Res *= Tmp;
1372     }
1373     return Res;
1374   }
1375
1376   if (SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
1377     // For now, we just handle linear expressions.
1378     if (A->getNumOperands() == 2) {
1379       // We want the GCD between the start and the stride value.
1380       APInt Start = GetConstantFactor(A->getOperand(0));
1381       if (Start == 1)
1382         return APInt(A->getBitWidth(),1);
1383       APInt Stride = GetConstantFactor(A->getOperand(1));
1384       Start.zextOrTrunc(Stride.getBitWidth());
1385       return APIntOps::GreatestCommonDivisor(Start, Stride);
1386     }
1387   }
1388
1389   // SCEVSDivExpr, SCEVUnknown.
1390   return APInt(S->getBitWidth(), 1);
1391 }
1392
1393 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
1394 /// Analyze the expression.
1395 ///
1396 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::createSCEV(Value *V) {
1397   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
1398     switch (I->getOpcode()) {
1399     case Instruction::Add:
1400       return SCEVAddExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)),
1401                               getSCEV(I->getOperand(1)));
1402     case Instruction::Mul:
1403       return SCEVMulExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)),
1404                               getSCEV(I->getOperand(1)));
1405     case Instruction::SDiv:
1406       return SCEVSDivExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)),
1407                               getSCEV(I->getOperand(1)));
1408       break;
1409
1410     case Instruction::Sub:
1411       return SCEV::getMinusSCEV(getSCEV(I->getOperand(0)),
1412                                 getSCEV(I->getOperand(1)));
1413     case Instruction::Or:
1414       // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
1415       // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an add so loop
1416       // optimizations will transparently handle this case.
1417       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1418         SCEVHandle LHS = getSCEV(I->getOperand(0));
1419         APInt CommonFact = GetConstantFactor(LHS);
1420         assert(!CommonFact.isMinValue() &&
1421                "Common factor should at least be 1!");
1422         CommonFact.zextOrTrunc(CI->getValue().getBitWidth());
1423         if (CommonFact.ugt(CI->getValue())) {
1424           // If the LHS is a multiple that is larger than the RHS, use +.
1425           return SCEVAddExpr::get(LHS,
1426                                   getSCEV(I->getOperand(1)));
1427         }
1428       }
1429       break;
1430     case Instruction::Xor:
1431       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
1432       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
1433       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1434         if (CI->getValue().isSignBit())
1435           return SCEVAddExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)),
1436                                   getSCEV(I->getOperand(1)));
1437       }
1438       break;
1439
1440     case Instruction::Shl:
1441       // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
1442       if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1443         Constant *X = ConstantInt::get(V->getType(), 1);
1444         X = ConstantExpr::getShl(X, SA);
1445         return SCEVMulExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)), getSCEV(X));
1446       }
1447       break;
1448
1449     case Instruction::Trunc:
1450       return SCEVTruncateExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)), I->getType());
1451
1452     case Instruction::ZExt:
1453       return SCEVZeroExtendExpr::get(getSCEV(I->getOperand(0)), I->getType());
1454
1455     case Instruction::BitCast:
1456       // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
1457       if (I->getType()->isInteger() &&
1458           I->getOperand(0)->getType()->isInteger())
1459         return getSCEV(I->getOperand(0));
1460       break;
1461
1462     case Instruction::PHI:
1463       return createNodeForPHI(cast<PHINode>(I));
1464
1465     default: // We cannot analyze this expression.
1466       break;
1467     }
1468   }
1469
1470   return SCEVUnknown::get(V);
1471 }
1472
1473
1474
1475 //===----------------------------------------------------------------------===//
1476 //                   Iteration Count Computation Code
1477 //
1478
1479 /// getIterationCount - If the specified loop has a predictable iteration
1480 /// count, return it.  Note that it is not valid to call this method on a
1481 /// loop without a loop-invariant iteration count.
1482 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getIterationCount(const Loop *L) {
1483   std::map<const Loop*, SCEVHandle>::iterator I = IterationCounts.find(L);
1484   if (I == IterationCounts.end()) {
1485     SCEVHandle ItCount = ComputeIterationCount(L);
1486     I = IterationCounts.insert(std::make_pair(L, ItCount)).first;
1487     if (ItCount != UnknownValue) {
1488       assert(ItCount->isLoopInvariant(L) &&
1489              "Computed trip count isn't loop invariant for loop!");
1490       ++NumTripCountsComputed;
1491     } else if (isa<PHINode>(L->getHeader()->begin())) {
1492       // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
1493       ++NumTripCountsNotComputed;
1494     }
1495   }
1496   return I->second;
1497 }
1498
1499 /// ComputeIterationCount - Compute the number of times the specified loop
1500 /// will iterate.
1501 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::ComputeIterationCount(const Loop *L) {
1502   // If the loop has a non-one exit block count, we can't analyze it.
1503   std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
1504   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
1505   if (ExitBlocks.size() != 1) return UnknownValue;
1506
1507   // Okay, there is one exit block.  Try to find the condition that causes the
1508   // loop to be exited.
1509   BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[0];
1510
1511   BasicBlock *ExitingBlock = 0;
1512   for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), E = pred_end(ExitBlock);
1513        PI != E; ++PI)
1514     if (L->contains(*PI)) {
1515       if (ExitingBlock == 0)
1516         ExitingBlock = *PI;
1517       else
1518         return UnknownValue;   // More than one block exiting!
1519     }
1520   assert(ExitingBlock && "No exits from loop, something is broken!");
1521
1522   // Okay, we've computed the exiting block.  See what condition causes us to
1523   // exit.
1524   //
1525   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
1526   BranchInst *ExitBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
1527   if (ExitBr == 0) return UnknownValue;
1528   assert(ExitBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
1529
1530   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
1531   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
1532   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
1533   // not be equal to the trip count of the loop.
1534   //
1535   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
1536   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
1537   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
1538   // loop header.  This is common for un-rotated loops.  More extensive analysis
1539   // could be done to handle more cases here.
1540   if (ExitBr->getSuccessor(0) != L->getHeader() &&
1541       ExitBr->getSuccessor(1) != L->getHeader() &&
1542       ExitBr->getParent() != L->getHeader())
1543     return UnknownValue;
1544
1545   ICmpInst *ExitCond = dyn_cast<ICmpInst>(ExitBr->getCondition());
1546
1547   // If its not an integer comparison then compute it the hard way.
1548   // Note that ICmpInst deals with pointer comparisons too so we must check
1549   // the type of the operand.
1550   if (ExitCond == 0 || isa<PointerType>(ExitCond->getOperand(0)->getType()))
1551     return ComputeIterationCountExhaustively(L, ExitBr->getCondition(),
1552                                           ExitBr->getSuccessor(0) == ExitBlock);
1553
1554   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
1555   ICmpInst::Predicate Cond;
1556   if (ExitBr->getSuccessor(1) == ExitBlock)
1557     Cond = ExitCond->getPredicate();
1558   else
1559     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
1560
1561   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
1562   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
1563     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
1564       SCEVHandle ItCnt =
1565         ComputeLoadConstantCompareIterationCount(LI, RHS, L, Cond);
1566       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(ItCnt)) return ItCnt;
1567     }
1568
1569   SCEVHandle LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
1570   SCEVHandle RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
1571
1572   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
1573   SCEVHandle Tmp = getSCEVAtScope(LHS, L);
1574   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) LHS = Tmp;
1575   Tmp = getSCEVAtScope(RHS, L);
1576   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) RHS = Tmp;
1577
1578   // At this point, we would like to compute how many iterations of the
1579   // loop the predicate will return true for these inputs.
1580   if (isa<SCEVConstant>(LHS) && !isa<SCEVConstant>(RHS)) {
1581     // If there is a constant, force it into the RHS.
1582     std::swap(LHS, RHS);
1583     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
1584   }
1585
1586   // FIXME: think about handling pointer comparisons!  i.e.:
1587   // while (P != P+100) ++P;
1588
1589   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
1590   // ranges to answer this query.
1591   if (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
1592     if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
1593       if (AddRec->getLoop() == L) {
1594         // Form the comparison range using the constant of the correct type so
1595         // that the ConstantRange class knows to do a signed or unsigned
1596         // comparison.
1597         ConstantInt *CompVal = RHSC->getValue();
1598         const Type *RealTy = ExitCond->getOperand(0)->getType();
1599         CompVal = dyn_cast<ConstantInt>(
1600           ConstantExpr::getBitCast(CompVal, RealTy));
1601         if (CompVal) {
1602           // Form the constant range.
1603           ConstantRange CompRange(
1604               ICmpInst::makeConstantRange(Cond, CompVal->getValue()));
1605
1606           SCEVHandle Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange,
1607               false /*Always treat as unsigned range*/);
1608           if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
1609         }
1610       }
1611
1612   switch (Cond) {
1613   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
1614     // Convert to: while (X-Y != 0)
1615     SCEVHandle TC = HowFarToZero(SCEV::getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
1616     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1617     break;
1618   }
1619   case ICmpInst::ICMP_EQ: {
1620     // Convert to: while (X-Y == 0)           // while (X == Y)
1621     SCEVHandle TC = HowFarToNonZero(SCEV::getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
1622     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1623     break;
1624   }
1625   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
1626     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(LHS, RHS, L);
1627     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1628     break;
1629   }
1630   case ICmpInst::ICMP_SGT: {
1631     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(RHS, LHS, L);
1632     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
1633     break;
1634   }
1635   default:
1636 #if 0
1637     cerr << "ComputeIterationCount ";
1638     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
1639       cerr << "[unsigned] ";
1640     cerr << *LHS << "   "
1641          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp)
1642          << "   " << *RHS << "\n";
1643 #endif
1644     break;
1645   }
1646   return ComputeIterationCountExhaustively(L, ExitCond,
1647                                        ExitBr->getSuccessor(0) == ExitBlock);
1648 }
1649
1650 static ConstantInt *
1651 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, Constant *C) {
1652   SCEVHandle InVal = SCEVConstant::get(cast<ConstantInt>(C));
1653   SCEVHandle Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal);
1654   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
1655          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
1656   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
1657 }
1658
1659 /// GetAddressedElementFromGlobal - Given a global variable with an initializer
1660 /// and a GEP expression (missing the pointer index) indexing into it, return
1661 /// the addressed element of the initializer or null if the index expression is
1662 /// invalid.
1663 static Constant *
1664 GetAddressedElementFromGlobal(GlobalVariable *GV,
1665                               const std::vector<ConstantInt*> &Indices) {
1666   Constant *Init = GV->getInitializer();
1667   for (unsigned i = 0, e = Indices.size(); i != e; ++i) {
1668     uint64_t Idx = Indices[i]->getZExtValue();
1669     if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Init)) {
1670       assert(Idx < CS->getNumOperands() && "Bad struct index!");
1671       Init = cast<Constant>(CS->getOperand(Idx));
1672     } else if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Init)) {
1673       if (Idx >= CA->getNumOperands()) return 0;  // Bogus program
1674       Init = cast<Constant>(CA->getOperand(Idx));
1675     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
1676       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
1677         assert(Idx < STy->getNumElements() && "Bad struct index!");
1678         Init = Constant::getNullValue(STy->getElementType(Idx));
1679       } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Init->getType())) {
1680         if (Idx >= ATy->getNumElements()) return 0;  // Bogus program
1681         Init = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
1682       } else {
1683         assert(0 && "Unknown constant aggregate type!");
1684       }
1685       return 0;
1686     } else {
1687       return 0; // Unknown initializer type
1688     }
1689   }
1690   return Init;
1691 }
1692
1693 /// ComputeLoadConstantCompareIterationCount - Given an exit condition of
1694 /// 'setcc load X, cst', try to se if we can compute the trip count.
1695 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::
1696 ComputeLoadConstantCompareIterationCount(LoadInst *LI, Constant *RHS,
1697                                          const Loop *L,
1698                                          ICmpInst::Predicate predicate) {
1699   if (LI->isVolatile()) return UnknownValue;
1700
1701   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
1702   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
1703   if (!GEP) return UnknownValue;
1704
1705   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
1706   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
1707   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
1708   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer() ||
1709       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
1710       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
1711     return UnknownValue;
1712
1713   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
1714   Value *VarIdx = 0;
1715   std::vector<ConstantInt*> Indexes;
1716   unsigned VarIdxNum = 0;
1717   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
1718     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
1719       Indexes.push_back(CI);
1720     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
1721       if (VarIdx) return UnknownValue;  // Multiple non-constant idx's.
1722       VarIdx = GEP->getOperand(i);
1723       VarIdxNum = i-2;
1724       Indexes.push_back(0);
1725     }
1726
1727   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
1728   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
1729   SCEVHandle Idx = getSCEV(VarIdx);
1730   SCEVHandle Tmp = getSCEVAtScope(Idx, L);
1731   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) Idx = Tmp;
1732
1733   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
1734   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
1735   SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
1736   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || IdxExpr->isLoopInvariant(L) ||
1737       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
1738       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
1739     return UnknownValue;
1740
1741   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
1742   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
1743     ConstantInt *ItCst =
1744       ConstantInt::get(IdxExpr->getType(), IterationNum);
1745     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst);
1746
1747     // Form the GEP offset.
1748     Indexes[VarIdxNum] = Val;
1749
1750     Constant *Result = GetAddressedElementFromGlobal(GV, Indexes);
1751     if (Result == 0) break;  // Cannot compute!
1752
1753     // Evaluate the condition for this iteration.
1754     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
1755     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
1756     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
1757 #if 0
1758       cerr << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
1759            << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
1760            << "***\n";
1761 #endif
1762       ++NumArrayLenItCounts;
1763       return SCEVConstant::get(ItCst);   // Found terminating iteration!
1764     }
1765   }
1766   return UnknownValue;
1767 }
1768
1769
1770 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
1771 /// specified type, assuming that all operands were constants.
1772 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
1773   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
1774       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I))
1775     return true;
1776
1777   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
1778     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
1779       return canConstantFoldCallTo((Function*)F);  // FIXME: elim cast
1780   return false;
1781 }
1782
1783 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
1784 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
1785 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
1786 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
1787 /// constraints, return null.
1788 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
1789   // If this is not an instruction, or if this is an instruction outside of the
1790   // loop, it can't be derived from a loop PHI.
1791   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
1792   if (I == 0 || !L->contains(I->getParent())) return 0;
1793
1794   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
1795     if (L->getHeader() == I->getParent())
1796       return PN;
1797     else
1798       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
1799       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
1800       return 0;
1801
1802   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
1803   // are constants, return early.
1804   if (!CanConstantFold(I)) return 0;
1805
1806   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
1807   // constant or derived from a PHI node themselves.
1808   PHINode *PHI = 0;
1809   for (unsigned Op = 0, e = I->getNumOperands(); Op != e; ++Op)
1810     if (!(isa<Constant>(I->getOperand(Op)) ||
1811           isa<GlobalValue>(I->getOperand(Op)))) {
1812       PHINode *P = getConstantEvolvingPHI(I->getOperand(Op), L);
1813       if (P == 0) return 0;  // Not evolving from PHI
1814       if (PHI == 0)
1815         PHI = P;
1816       else if (PHI != P)
1817         return 0;  // Evolving from multiple different PHIs.
1818     }
1819
1820   // This is a expression evolving from a constant PHI!
1821   return PHI;
1822 }
1823
1824 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
1825 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
1826 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
1827 /// reason, return null.
1828 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, Constant *PHIVal) {
1829   if (isa<PHINode>(V)) return PHIVal;
1830   if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V))
1831     return GV;
1832   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
1833   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
1834
1835   std::vector<Constant*> Operands;
1836   Operands.resize(I->getNumOperands());
1837
1838   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1839     Operands[i] = EvaluateExpression(I->getOperand(i), PHIVal);
1840     if (Operands[i] == 0) return 0;
1841   }
1842
1843   return ConstantFoldInstOperands(I, &Operands[0], Operands.size());
1844 }
1845
1846 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
1847 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
1848 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
1849 /// involving constants, fold it.
1850 Constant *ScalarEvolutionsImpl::
1851 getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN, const APInt& Its, const Loop *L){
1852   std::map<PHINode*, Constant*>::iterator I =
1853     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
1854   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
1855     return I->second;
1856
1857   if (Its.ugt(APInt(Its.getBitWidth(),MaxBruteForceIterations)))
1858     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = 0;  // Not going to evaluate it.
1859
1860   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
1861
1862   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
1863   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
1864   // second must be derived from the same PHI.
1865   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
1866   Constant *StartCST =
1867     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
1868   if (StartCST == 0)
1869     return RetVal = 0;  // Must be a constant.
1870
1871   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
1872   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
1873   if (PN2 != PN)
1874     return RetVal = 0;  // Not derived from same PHI.
1875
1876   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
1877   if (Its.getActiveBits() >= 32)
1878     return RetVal = 0; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
1879
1880   unsigned NumIterations = Its.getZExtValue(); // must be in range
1881   unsigned IterationNum = 0;
1882   for (Constant *PHIVal = StartCST; ; ++IterationNum) {
1883     if (IterationNum == NumIterations)
1884       return RetVal = PHIVal;  // Got exit value!
1885
1886     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
1887     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
1888     if (NextPHI == PHIVal)
1889       return RetVal = NextPHI;  // Stopped evolving!
1890     if (NextPHI == 0)
1891       return 0;        // Couldn't evaluate!
1892     PHIVal = NextPHI;
1893   }
1894 }
1895
1896 /// ComputeIterationCountExhaustively - If the trip is known to execute a
1897 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
1898 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
1899 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
1900 /// evaluate the trip count of the loop, return UnknownValue.
1901 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::
1902 ComputeIterationCountExhaustively(const Loop *L, Value *Cond, bool ExitWhen) {
1903   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
1904   if (PN == 0) return UnknownValue;
1905
1906   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
1907   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
1908   // second must be derived from the same PHI.
1909   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
1910   Constant *StartCST =
1911     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
1912   if (StartCST == 0) return UnknownValue;  // Must be a constant.
1913
1914   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
1915   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
1916   if (PN2 != PN) return UnknownValue;  // Not derived from same PHI.
1917
1918   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
1919   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
1920   // "ExitWhen".
1921   unsigned IterationNum = 0;
1922   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
1923   for (Constant *PHIVal = StartCST;
1924        IterationNum != MaxIterations; ++IterationNum) {
1925     ConstantInt *CondVal =
1926       dyn_cast_or_null<ConstantInt>(EvaluateExpression(Cond, PHIVal));
1927
1928     // Couldn't symbolically evaluate.
1929     if (!CondVal) return UnknownValue;
1930
1931     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
1932       ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = PHIVal;
1933       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
1934       return SCEVConstant::get(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, IterationNum));
1935     }
1936
1937     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
1938     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
1939     if (NextPHI == 0 || NextPHI == PHIVal)
1940       return UnknownValue;  // Couldn't evaluate or not making progress...
1941     PHIVal = NextPHI;
1942   }
1943
1944   // Too many iterations were needed to evaluate.
1945   return UnknownValue;
1946 }
1947
1948 /// getSCEVAtScope - Compute the value of the specified expression within the
1949 /// indicated loop (which may be null to indicate in no loop).  If the
1950 /// expression cannot be evaluated, return UnknownValue.
1951 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getSCEVAtScope(SCEV *V, const Loop *L) {
1952   // FIXME: this should be turned into a virtual method on SCEV!
1953
1954   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
1955
1956   // If this instruction is evolves from a constant-evolving PHI, compute the
1957   // exit value from the loop without using SCEVs.
1958   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
1959     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
1960       const Loop *LI = this->LI[I->getParent()];
1961       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
1962         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
1963           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
1964             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
1965             // to see if the loop that contains it has a known iteration count.
1966             // If so, we may be able to force computation of the exit value.
1967             SCEVHandle IterationCount = getIterationCount(LI);
1968             if (SCEVConstant *ICC = dyn_cast<SCEVConstant>(IterationCount)) {
1969               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
1970               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
1971               // the specified iteration number.
1972               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
1973                                                     ICC->getValue()->getValue(),
1974                                                                LI);
1975               if (RV) return SCEVUnknown::get(RV);
1976             }
1977           }
1978
1979       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
1980       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
1981       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
1982       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
1983       if (CanConstantFold(I)) {
1984         std::vector<Constant*> Operands;
1985         Operands.reserve(I->getNumOperands());
1986         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1987           Value *Op = I->getOperand(i);
1988           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
1989             Operands.push_back(C);
1990           } else {
1991             SCEVHandle OpV = getSCEVAtScope(getSCEV(Op), L);
1992             if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OpV))
1993               Operands.push_back(ConstantExpr::getIntegerCast(SC->getValue(),
1994                                                               Op->getType(),
1995                                                               false));
1996             else if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(OpV)) {
1997               if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(SU->getValue()))
1998                 Operands.push_back(ConstantExpr::getIntegerCast(C,
1999                                                                 Op->getType(),
2000                                                                 false));
2001               else
2002                 return V;
2003             } else {
2004               return V;
2005             }
2006           }
2007         }
2008         Constant *C =ConstantFoldInstOperands(I, &Operands[0], Operands.size());
2009         return SCEVUnknown::get(C);
2010       }
2011     }
2012
2013     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
2014     return V;
2015   }
2016
2017   if (SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
2018     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
2019     // expression has no loop-variant portions.
2020     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2021       SCEVHandle OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
2022       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
2023         if (OpAtScope == UnknownValue) return UnknownValue;
2024         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
2025         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
2026         std::vector<SCEVHandle> NewOps(Comm->op_begin(), Comm->op_begin()+i);
2027         NewOps.push_back(OpAtScope);
2028
2029         for (++i; i != e; ++i) {
2030           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
2031           if (OpAtScope == UnknownValue) return UnknownValue;
2032           NewOps.push_back(OpAtScope);
2033         }
2034         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
2035           return SCEVAddExpr::get(NewOps);
2036         assert(isa<SCEVMulExpr>(Comm) && "Only know about add and mul!");
2037         return SCEVMulExpr::get(NewOps);
2038       }
2039     }
2040     // If we got here, all operands are loop invariant.
2041     return Comm;
2042   }
2043
2044   if (SCEVSDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVSDivExpr>(V)) {
2045     SCEVHandle LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
2046     if (LHS == UnknownValue) return LHS;
2047     SCEVHandle RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
2048     if (RHS == UnknownValue) return RHS;
2049     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
2050       return Div;   // must be loop invariant
2051     return SCEVSDivExpr::get(LHS, RHS);
2052   }
2053
2054   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
2055   // are dealing with the final value computed by the loop.
2056   if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
2057     if (!L || !AddRec->getLoop()->contains(L->getHeader())) {
2058       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
2059       // loop iterates.  Compute this now.
2060       SCEVHandle IterationCount = getIterationCount(AddRec->getLoop());
2061       if (IterationCount == UnknownValue) return UnknownValue;
2062       IterationCount = getTruncateOrZeroExtend(IterationCount,
2063                                                AddRec->getType());
2064
2065       // If the value is affine, simplify the expression evaluation to just
2066       // Start + Step*IterationCount.
2067       if (AddRec->isAffine())
2068         return SCEVAddExpr::get(AddRec->getStart(),
2069                                 SCEVMulExpr::get(IterationCount,
2070                                                  AddRec->getOperand(1)));
2071
2072       // Otherwise, evaluate it the hard way.
2073       return AddRec->evaluateAtIteration(IterationCount);
2074     }
2075     return UnknownValue;
2076   }
2077
2078   //assert(0 && "Unknown SCEV type!");
2079   return UnknownValue;
2080 }
2081
2082
2083 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
2084 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
2085 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
2086 ///
2087 static std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle>
2088 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec) {
2089   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
2090   SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
2091   SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
2092   SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
2093
2094   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
2095   if (!LC || !MC || !NC) {
2096     SCEV *CNC = new SCEVCouldNotCompute();
2097     return std::make_pair(CNC, CNC);
2098   }
2099
2100   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
2101   APInt L(LC->getValue()->getValue());
2102   APInt M(MC->getValue()->getValue());
2103   APInt N(MC->getValue()->getValue());
2104   APInt Two(BitWidth, 2);
2105   APInt Four(BitWidth, 4);
2106
2107   {
2108     using namespace APIntOps;
2109     APInt C(L);
2110     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
2111     // The B coefficient is M-N/2
2112     APInt B(M);
2113     B -= sdiv(N,Two);
2114
2115     // The A coefficient is N/2
2116     APInt A(N);
2117     A = A.sdiv(Two);
2118
2119     // Compute the B^2-4ac term.
2120     APInt SqrtTerm(B);
2121     SqrtTerm *= B;
2122     SqrtTerm -= Four * (A * C);
2123
2124     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
2125     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
2126     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
2127
2128     // Compute the two solutions for the quadratic formula.
2129     // The divisions must be performed as signed divisions.
2130     APInt NegB(-B);
2131     APInt TwoA( A * Two );
2132     ConstantInt *Solution1 = ConstantInt::get((NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
2133     ConstantInt *Solution2 = ConstantInt::get((NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
2134
2135     return std::make_pair(SCEVUnknown::get(Solution1),
2136                           SCEVUnknown::get(Solution2));
2137     } // end APIntOps namespace
2138 }
2139
2140 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
2141 /// value to zero will execute.  If not computable, return UnknownValue
2142 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::HowFarToZero(SCEV *V, const Loop *L) {
2143   // If the value is a constant
2144   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
2145     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
2146     if (C->getValue()->isZero()) return C;
2147     return UnknownValue;  // Otherwise it will loop infinitely.
2148   }
2149
2150   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
2151   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
2152     return UnknownValue;
2153
2154   if (AddRec->isAffine()) {
2155     // If this is an affine expression the execution count of this branch is
2156     // equal to:
2157     //
2158     //     (0 - Start/Step)    iff   Start % Step == 0
2159     //
2160     // Get the initial value for the loop.
2161     SCEVHandle Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(), L->getParentLoop());
2162     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Start)) return UnknownValue;
2163     SCEVHandle Step = AddRec->getOperand(1);
2164
2165     Step = getSCEVAtScope(Step, L->getParentLoop());
2166
2167     // Figure out if Start % Step == 0.
2168     // FIXME: We should add DivExpr and RemExpr operations to our AST.
2169     if (SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step)) {
2170       if (StepC->getValue()->equalsInt(1))      // N % 1 == 0
2171         return SCEV::getNegativeSCEV(Start);  // 0 - Start/1 == -Start
2172       if (StepC->getValue()->isAllOnesValue())  // N % -1 == 0
2173         return Start;                   // 0 - Start/-1 == Start
2174
2175       // Check to see if Start is divisible by SC with no remainder.
2176       if (SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start)) {
2177         ConstantInt *StartCC = StartC->getValue();
2178         Constant *StartNegC = ConstantExpr::getNeg(StartCC);
2179         Constant *Rem = ConstantExpr::getSRem(StartNegC, StepC->getValue());
2180         if (Rem->isNullValue()) {
2181           Constant *Result =ConstantExpr::getSDiv(StartNegC,StepC->getValue());
2182           return SCEVUnknown::get(Result);
2183         }
2184       }
2185     }
2186   } else if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isInteger()) {
2187     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
2188     // the quadratic equation to solve it.
2189     std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle> Roots = SolveQuadraticEquation(AddRec);
2190     SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
2191     SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
2192     if (R1) {
2193 #if 0
2194       cerr << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
2195            << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
2196 #endif
2197       // Pick the smallest positive root value.
2198       if (ConstantInt *CB =
2199           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
2200                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
2201         if (CB->getZExtValue() == false)
2202           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
2203
2204         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
2205         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
2206         // should not accept a root of 2.
2207         SCEVHandle Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1);
2208         if (SCEVConstant *EvalVal = dyn_cast<SCEVConstant>(Val))
2209           if (EvalVal->getValue()->isZero())
2210             return R1;  // We found a quadratic root!
2211       }
2212     }
2213   }
2214
2215   return UnknownValue;
2216 }
2217
2218 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
2219 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
2220 /// UnknownValue
2221 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::HowFarToNonZero(SCEV *V, const Loop *L) {
2222   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
2223   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
2224   // future as needed.
2225
2226   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
2227   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
2228   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
2229     Constant *Zero = Constant::getNullValue(C->getValue()->getType());
2230     Constant *NonZero =
2231       ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_NE, C->getValue(), Zero);
2232     if (NonZero == ConstantInt::getTrue())
2233       return getSCEV(Zero);
2234     return UnknownValue;  // Otherwise it will loop infinitely.
2235   }
2236
2237   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
2238   // this, and if they did, they would already be constant folded.
2239   return UnknownValue;
2240 }
2241
2242 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
2243 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
2244 /// UnknownValue.
2245 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::
2246 HowManyLessThans(SCEV *LHS, SCEV *RHS, const Loop *L) {
2247   // Only handle:  "ADDREC < LoopInvariant".
2248   if (!RHS->isLoopInvariant(L)) return UnknownValue;
2249
2250   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
2251   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
2252     return UnknownValue;
2253
2254   if (AddRec->isAffine()) {
2255     // FORNOW: We only support unit strides.
2256     SCEVHandle One = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(1, RHS->getType());
2257     if (AddRec->getOperand(1) != One)
2258       return UnknownValue;
2259
2260     // The number of iterations for "[n,+,1] < m", is m-n.  However, we don't
2261     // know that m is >= n on input to the loop.  If it is, the condition return
2262     // true zero times.  What we really should return, for full generality, is
2263     // SMAX(0, m-n).  Since we cannot check this, we will instead check for a
2264     // canonical loop form: most do-loops will have a check that dominates the
2265     // loop, that only enters the loop if [n-1]<m.  If we can find this check,
2266     // we know that the SMAX will evaluate to m-n, because we know that m >= n.
2267
2268     // Search for the check.
2269     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
2270     BasicBlock *PreheaderDest = L->getHeader();
2271     if (Preheader == 0) return UnknownValue;
2272
2273     BranchInst *LoopEntryPredicate =
2274       dyn_cast<BranchInst>(Preheader->getTerminator());
2275     if (!LoopEntryPredicate) return UnknownValue;
2276
2277     // This might be a critical edge broken out.  If the loop preheader ends in
2278     // an unconditional branch to the loop, check to see if the preheader has a
2279     // single predecessor, and if so, look for its terminator.
2280     while (LoopEntryPredicate->isUnconditional()) {
2281       PreheaderDest = Preheader;
2282       Preheader = Preheader->getSinglePredecessor();
2283       if (!Preheader) return UnknownValue;  // Multiple preds.
2284
2285       LoopEntryPredicate =
2286         dyn_cast<BranchInst>(Preheader->getTerminator());
2287       if (!LoopEntryPredicate) return UnknownValue;
2288     }
2289
2290     // Now that we found a conditional branch that dominates the loop, check to
2291     // see if it is the comparison we are looking for.
2292     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(LoopEntryPredicate->getCondition())){
2293       Value *PreCondLHS = ICI->getOperand(0);
2294       Value *PreCondRHS = ICI->getOperand(1);
2295       ICmpInst::Predicate Cond;
2296       if (LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) == PreheaderDest)
2297         Cond = ICI->getPredicate();
2298       else
2299         Cond = ICI->getInversePredicate();
2300
2301       switch (Cond) {
2302       case ICmpInst::ICMP_UGT:
2303         std::swap(PreCondLHS, PreCondRHS);
2304         Cond = ICmpInst::ICMP_ULT;
2305         break;
2306       case ICmpInst::ICMP_SGT:
2307         std::swap(PreCondLHS, PreCondRHS);
2308         Cond = ICmpInst::ICMP_SLT;
2309         break;
2310       default: break;
2311       }
2312
2313       if (Cond == ICmpInst::ICMP_SLT) {
2314         if (PreCondLHS->getType()->isInteger()) {
2315           if (RHS != getSCEV(PreCondRHS))
2316             return UnknownValue;  // Not a comparison against 'm'.
2317
2318           if (SCEV::getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0), One)
2319                       != getSCEV(PreCondLHS))
2320             return UnknownValue;  // Not a comparison against 'n-1'.
2321         }
2322         else return UnknownValue;
2323       } else if (Cond == ICmpInst::ICMP_ULT)
2324         return UnknownValue;
2325
2326       // cerr << "Computed Loop Trip Count as: "
2327       //      << //  *SCEV::getMinusSCEV(RHS, AddRec->getOperand(0)) << "\n";
2328       return SCEV::getMinusSCEV(RHS, AddRec->getOperand(0));
2329     }
2330     else
2331       return UnknownValue;
2332   }
2333
2334   return UnknownValue;
2335 }
2336
2337 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
2338 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
2339 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
2340 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
2341 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
2342 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
2343                                                    bool isSigned) const {
2344   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
2345     return new SCEVCouldNotCompute();
2346
2347   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
2348   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
2349     if (!SC->getValue()->isZero()) {
2350       std::vector<SCEVHandle> Operands(op_begin(), op_end());
2351       Operands[0] = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, SC->getType());
2352       SCEVHandle Shifted = SCEVAddRecExpr::get(Operands, getLoop());
2353       if (SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
2354         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
2355                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()),isSigned);
2356       // This is strange and shouldn't happen.
2357       return new SCEVCouldNotCompute();
2358     }
2359
2360   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
2361   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
2362   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
2363     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
2364       return new SCEVCouldNotCompute();
2365
2366
2367   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
2368   // that the start element is zero.
2369
2370   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
2371   // iteration exits.
2372   if (!Range.contains(APInt(getBitWidth(),0)))
2373     return SCEVConstant::get(ConstantInt::get(getType(),0));
2374
2375   if (isAffine()) {
2376     // If this is an affine expression then we have this situation:
2377     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
2378
2379     // Since we know that zero is in the range, we know that the upper value of
2380     // the range must be the first possible exit value.  Also note that we
2381     // already checked for a full range.
2382     const APInt &Upper = Range.getUpper();
2383     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
2384     APInt One(getBitWidth(),1);
2385
2386     // The exit value should be (Upper+A-1)/A.
2387     APInt ExitVal(Upper);
2388     if (A != One)
2389       ExitVal = (Upper + A - One).sdiv(A);
2390     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(ExitVal);
2391
2392     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
2393     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
2394     // things must have happened.
2395     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue);
2396     if (Range.contains(Val->getValue()))
2397       return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
2398
2399     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
2400     assert(Range.contains(
2401            EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
2402            ConstantInt::get(ExitVal - One))->getValue()) &&
2403            "Linear scev computation is off in a bad way!");
2404     return SCEVConstant::get(cast<ConstantInt>(ExitValue));
2405   } else if (isQuadratic()) {
2406     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
2407     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
2408     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
2409     // Range.getUpper() is crossed.
2410     std::vector<SCEVHandle> NewOps(op_begin(), op_end());
2411     NewOps[0] = SCEV::getNegativeSCEV(SCEVUnknown::get(
2412                                            ConstantInt::get(Range.getUpper())));
2413     SCEVHandle NewAddRec = SCEVAddRecExpr::get(NewOps, getLoop());
2414
2415     // Next, solve the constructed addrec
2416     std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle> Roots =
2417       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec));
2418     SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
2419     SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
2420     if (R1) {
2421       // Pick the smallest positive root value.
2422       if (ConstantInt *CB =
2423           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
2424                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
2425         if (CB->getZExtValue() == false)
2426           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
2427
2428         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
2429         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
2430         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
2431         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
2432                                                              R1->getValue());
2433         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
2434           // The next iteration must be out of the range...
2435           Constant *NextVal =
2436             ConstantExpr::getAdd(R1->getValue(),
2437                                  ConstantInt::get(R1->getType(), 1));
2438
2439           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal);
2440           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
2441             return SCEVUnknown::get(NextVal);
2442           return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
2443         }
2444
2445         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
2446         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
2447         Constant *NextVal =
2448           ConstantExpr::getSub(R1->getValue(),
2449                                ConstantInt::get(R1->getType(), 1));
2450         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal);
2451         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
2452           return R1;
2453         return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
2454       }
2455     }
2456   }
2457
2458   // Fallback, if this is a general polynomial, figure out the progression
2459   // through brute force: evaluate until we find an iteration that fails the
2460   // test.  This is likely to be slow, but getting an accurate trip count is
2461   // incredibly important, we will be able to simplify the exit test a lot, and
2462   // we are almost guaranteed to get a trip count in this case.
2463   ConstantInt *TestVal = ConstantInt::get(getType(), 0);
2464   ConstantInt *One     = ConstantInt::get(getType(), 1);
2465   ConstantInt *EndVal  = TestVal;  // Stop when we wrap around.
2466   do {
2467     ++NumBruteForceEvaluations;
2468     SCEVHandle Val = evaluateAtIteration(SCEVConstant::get(TestVal));
2469     if (!isa<SCEVConstant>(Val))  // This shouldn't happen.
2470       return new SCEVCouldNotCompute();
2471
2472     // Check to see if we found the value!
2473     if (!Range.contains(cast<SCEVConstant>(Val)->getValue()->getValue()))
2474       return SCEVConstant::get(TestVal);
2475
2476     // Increment to test the next index.
2477     TestVal = cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getAdd(TestVal, One));
2478   } while (TestVal != EndVal);
2479
2480   return new SCEVCouldNotCompute();
2481 }
2482
2483
2484
2485 //===----------------------------------------------------------------------===//
2486 //                   ScalarEvolution Class Implementation
2487 //===----------------------------------------------------------------------===//
2488
2489 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
2490   Impl = new ScalarEvolutionsImpl(F, getAnalysis<LoopInfo>());
2491   return false;
2492 }
2493
2494 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
2495   delete (ScalarEvolutionsImpl*)Impl;
2496   Impl = 0;
2497 }
2498
2499 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
2500   AU.setPreservesAll();
2501   AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
2502 }
2503
2504 SCEVHandle ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) const {
2505   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getSCEV(V);
2506 }
2507
2508 /// hasSCEV - Return true if the SCEV for this value has already been
2509 /// computed.
2510 bool ScalarEvolution::hasSCEV(Value *V) const {
2511   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->hasSCEV(V);
2512 }
2513
2514
2515 /// setSCEV - Insert the specified SCEV into the map of current SCEVs for
2516 /// the specified value.
2517 void ScalarEvolution::setSCEV(Value *V, const SCEVHandle &H) {
2518   ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->setSCEV(V, H);
2519 }
2520
2521
2522 SCEVHandle ScalarEvolution::getIterationCount(const Loop *L) const {
2523   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getIterationCount(L);
2524 }
2525
2526 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantIterationCount(const Loop *L) const {
2527   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getIterationCount(L));
2528 }
2529
2530 SCEVHandle ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) const {
2531   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
2532 }
2533
2534 void ScalarEvolution::deleteInstructionFromRecords(Instruction *I) const {
2535   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->deleteInstructionFromRecords(I);
2536 }
2537
2538 static void PrintLoopInfo(std::ostream &OS, const ScalarEvolution *SE,
2539                           const Loop *L) {
2540   // Print all inner loops first
2541   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
2542     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
2543
2544   cerr << "Loop " << L->getHeader()->getName() << ": ";
2545
2546   std::vector<BasicBlock*> ExitBlocks;
2547   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
2548   if (ExitBlocks.size() != 1)
2549     cerr << "<multiple exits> ";
2550
2551   if (SE->hasLoopInvariantIterationCount(L)) {
2552     cerr << *SE->getIterationCount(L) << " iterations! ";
2553   } else {
2554     cerr << "Unpredictable iteration count. ";
2555   }
2556
2557   cerr << "\n";
2558 }
2559
2560 void ScalarEvolution::print(std::ostream &OS, const Module* ) const {
2561   Function &F = ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->F;
2562   LoopInfo &LI = ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->LI;
2563
2564   OS << "Classifying expressions for: " << F.getName() << "\n";
2565   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
2566     if (I->getType()->isInteger()) {
2567       OS << *I;
2568       OS << "  --> ";
2569       SCEVHandle SV = getSCEV(&*I);
2570       SV->print(OS);
2571       OS << "\t\t";
2572
2573       if ((*I).getType()->isInteger()) {
2574         ConstantRange Bounds = SV->getValueRange();
2575         if (!Bounds.isFullSet())
2576           OS << "Bounds: " << Bounds << " ";
2577       }
2578
2579       if (const Loop *L = LI.getLoopFor((*I).getParent())) {
2580         OS << "Exits: ";
2581         SCEVHandle ExitValue = getSCEVAtScope(&*I, L->getParentLoop());
2582         if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ExitValue)) {
2583           OS << "<<Unknown>>";
2584         } else {
2585           OS << *ExitValue;
2586         }
2587       }
2588
2589
2590       OS << "\n";
2591     }
2592
2593   OS << "Determining loop execution counts for: " << F.getName() << "\n";
2594   for (LoopInfo::iterator I = LI.begin(), E = LI.end(); I != E; ++I)
2595     PrintLoopInfo(OS, this, *I);
2596 }
2597