Add a method to ScalarEvolution for telling it when a loop has been
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolution.cpp
1 //===- ScalarEvolution.cpp - Scalar Evolution Analysis ----------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains the implementation of the scalar evolution analysis
11 // engine, which is used primarily to analyze expressions involving induction
12 // variables in loops.
13 //
14 // There are several aspects to this library.  First is the representation of
15 // scalar expressions, which are represented as subclasses of the SCEV class.
16 // These classes are used to represent certain types of subexpressions that we
17 // can handle.  These classes are reference counted, managed by the 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/Dominators.h"
70 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
71 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
72 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
73 #include "llvm/Support/CFG.h"
74 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
75 #include "llvm/Support/Compiler.h"
76 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
77 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
78 #include "llvm/Support/ManagedStatic.h"
79 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
80 #include "llvm/Support/Streams.h"
81 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
82 #include <ostream>
83 #include <algorithm>
84 #include <cmath>
85 using namespace llvm;
86
87 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
88           "Number of trip counts computed with array length");
89 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
90           "Number of loops with predictable loop counts");
91 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
92           "Number of loops without predictable loop counts");
93 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
94           "Number of loops with trip counts computed by force");
95
96 static cl::opt<unsigned>
97 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
98                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
99                                  "symbolically execute a constant derived loop"),
100                         cl::init(100));
101
102 static RegisterPass<ScalarEvolution>
103 R("scalar-evolution", "Scalar Evolution Analysis", false, true);
104 char ScalarEvolution::ID = 0;
105
106 //===----------------------------------------------------------------------===//
107 //                           SCEV class definitions
108 //===----------------------------------------------------------------------===//
109
110 //===----------------------------------------------------------------------===//
111 // Implementation of the SCEV class.
112 //
113 SCEV::~SCEV() {}
114 void SCEV::dump() const {
115   print(cerr);
116   cerr << '\n';
117 }
118
119 uint32_t SCEV::getBitWidth() const {
120   if (const IntegerType* ITy = dyn_cast<IntegerType>(getType()))
121     return ITy->getBitWidth();
122   return 0;
123 }
124
125 bool SCEV::isZero() const {
126   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
127     return SC->getValue()->isZero();
128   return false;
129 }
130
131
132 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() : SCEV(scCouldNotCompute) {}
133
134 bool SCEVCouldNotCompute::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
135   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
136   return false;
137 }
138
139 const Type *SCEVCouldNotCompute::getType() const {
140   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
141   return 0;
142 }
143
144 bool SCEVCouldNotCompute::hasComputableLoopEvolution(const Loop *L) const {
145   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
146   return false;
147 }
148
149 SCEVHandle SCEVCouldNotCompute::
150 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
151                                   const SCEVHandle &Conc,
152                                   ScalarEvolution &SE) const {
153   return this;
154 }
155
156 void SCEVCouldNotCompute::print(std::ostream &OS) const {
157   OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
158 }
159
160 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
161   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
162 }
163
164
165 // SCEVConstants - Only allow the creation of one SCEVConstant for any
166 // particular value.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will
167 // never be deleted!
168 static ManagedStatic<std::map<ConstantInt*, SCEVConstant*> > SCEVConstants;
169
170
171 SCEVConstant::~SCEVConstant() {
172   SCEVConstants->erase(V);
173 }
174
175 SCEVHandle ScalarEvolution::getConstant(ConstantInt *V) {
176   SCEVConstant *&R = (*SCEVConstants)[V];
177   if (R == 0) R = new SCEVConstant(V);
178   return R;
179 }
180
181 SCEVHandle ScalarEvolution::getConstant(const APInt& Val) {
182   return getConstant(ConstantInt::get(Val));
183 }
184
185 const Type *SCEVConstant::getType() const { return V->getType(); }
186
187 void SCEVConstant::print(std::ostream &OS) const {
188   WriteAsOperand(OS, V, false);
189 }
190
191 // SCEVTruncates - Only allow the creation of one SCEVTruncateExpr for any
192 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will
193 // never be deleted!
194 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, const Type*>, 
195                      SCEVTruncateExpr*> > SCEVTruncates;
196
197 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
198   : SCEV(scTruncate), Op(op), Ty(ty) {
199   assert(Op->getType()->isInteger() && Ty->isInteger() &&
200          "Cannot truncate non-integer value!");
201   assert(Op->getType()->getPrimitiveSizeInBits() > Ty->getPrimitiveSizeInBits()
202          && "This is not a truncating conversion!");
203 }
204
205 SCEVTruncateExpr::~SCEVTruncateExpr() {
206   SCEVTruncates->erase(std::make_pair(Op, Ty));
207 }
208
209 bool SCEVTruncateExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
210   return Op->dominates(BB, DT);
211 }
212
213 void SCEVTruncateExpr::print(std::ostream &OS) const {
214   OS << "(truncate " << *Op << " to " << *Ty << ")";
215 }
216
217 // SCEVZeroExtends - Only allow the creation of one SCEVZeroExtendExpr for any
218 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
219 // be deleted!
220 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, const Type*>,
221                      SCEVZeroExtendExpr*> > SCEVZeroExtends;
222
223 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
224   : SCEV(scZeroExtend), Op(op), Ty(ty) {
225   assert(Op->getType()->isInteger() && Ty->isInteger() &&
226          "Cannot zero extend non-integer value!");
227   assert(Op->getType()->getPrimitiveSizeInBits() < Ty->getPrimitiveSizeInBits()
228          && "This is not an extending conversion!");
229 }
230
231 SCEVZeroExtendExpr::~SCEVZeroExtendExpr() {
232   SCEVZeroExtends->erase(std::make_pair(Op, Ty));
233 }
234
235 bool SCEVZeroExtendExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
236   return Op->dominates(BB, DT);
237 }
238
239 void SCEVZeroExtendExpr::print(std::ostream &OS) const {
240   OS << "(zeroextend " << *Op << " to " << *Ty << ")";
241 }
242
243 // SCEVSignExtends - Only allow the creation of one SCEVSignExtendExpr for any
244 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
245 // be deleted!
246 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, const Type*>,
247                      SCEVSignExtendExpr*> > SCEVSignExtends;
248
249 SCEVSignExtendExpr::SCEVSignExtendExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
250   : SCEV(scSignExtend), Op(op), Ty(ty) {
251   assert(Op->getType()->isInteger() && Ty->isInteger() &&
252          "Cannot sign extend non-integer value!");
253   assert(Op->getType()->getPrimitiveSizeInBits() < Ty->getPrimitiveSizeInBits()
254          && "This is not an extending conversion!");
255 }
256
257 SCEVSignExtendExpr::~SCEVSignExtendExpr() {
258   SCEVSignExtends->erase(std::make_pair(Op, Ty));
259 }
260
261 bool SCEVSignExtendExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
262   return Op->dominates(BB, DT);
263 }
264
265 void SCEVSignExtendExpr::print(std::ostream &OS) const {
266   OS << "(signextend " << *Op << " to " << *Ty << ")";
267 }
268
269 // SCEVCommExprs - Only allow the creation of one SCEVCommutativeExpr for any
270 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
271 // be deleted!
272 static ManagedStatic<std::map<std::pair<unsigned, std::vector<SCEV*> >,
273                      SCEVCommutativeExpr*> > SCEVCommExprs;
274
275 SCEVCommutativeExpr::~SCEVCommutativeExpr() {
276   SCEVCommExprs->erase(std::make_pair(getSCEVType(),
277                                       std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
278                                                          Operands.end())));
279 }
280
281 void SCEVCommutativeExpr::print(std::ostream &OS) const {
282   assert(Operands.size() > 1 && "This plus expr shouldn't exist!");
283   const char *OpStr = getOperationStr();
284   OS << "(" << *Operands[0];
285   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
286     OS << OpStr << *Operands[i];
287   OS << ")";
288 }
289
290 SCEVHandle SCEVCommutativeExpr::
291 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
292                                   const SCEVHandle &Conc,
293                                   ScalarEvolution &SE) const {
294   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
295     SCEVHandle H =
296       getOperand(i)->replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE);
297     if (H != getOperand(i)) {
298       std::vector<SCEVHandle> NewOps;
299       NewOps.reserve(getNumOperands());
300       for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
301         NewOps.push_back(getOperand(j));
302       NewOps.push_back(H);
303       for (++i; i != e; ++i)
304         NewOps.push_back(getOperand(i)->
305                          replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE));
306
307       if (isa<SCEVAddExpr>(this))
308         return SE.getAddExpr(NewOps);
309       else if (isa<SCEVMulExpr>(this))
310         return SE.getMulExpr(NewOps);
311       else if (isa<SCEVSMaxExpr>(this))
312         return SE.getSMaxExpr(NewOps);
313       else if (isa<SCEVUMaxExpr>(this))
314         return SE.getUMaxExpr(NewOps);
315       else
316         assert(0 && "Unknown commutative expr!");
317     }
318   }
319   return this;
320 }
321
322 bool SCEVCommutativeExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
323   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
324     if (!getOperand(i)->dominates(BB, DT))
325       return false;
326   }
327   return true;
328 }
329
330
331 // SCEVUDivs - Only allow the creation of one SCEVUDivExpr for any particular
332 // input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never be
333 // deleted!
334 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, SCEV*>, 
335                      SCEVUDivExpr*> > SCEVUDivs;
336
337 SCEVUDivExpr::~SCEVUDivExpr() {
338   SCEVUDivs->erase(std::make_pair(LHS, RHS));
339 }
340
341 bool SCEVUDivExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
342   return LHS->dominates(BB, DT) && RHS->dominates(BB, DT);
343 }
344
345 void SCEVUDivExpr::print(std::ostream &OS) const {
346   OS << "(" << *LHS << " /u " << *RHS << ")";
347 }
348
349 const Type *SCEVUDivExpr::getType() const {
350   return LHS->getType();
351 }
352
353 // SCEVAddRecExprs - Only allow the creation of one SCEVAddRecExpr for any
354 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
355 // be deleted!
356 static ManagedStatic<std::map<std::pair<const Loop *, std::vector<SCEV*> >,
357                      SCEVAddRecExpr*> > SCEVAddRecExprs;
358
359 SCEVAddRecExpr::~SCEVAddRecExpr() {
360   SCEVAddRecExprs->erase(std::make_pair(L,
361                                         std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
362                                                            Operands.end())));
363 }
364
365 bool SCEVAddRecExpr::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
366   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
367     if (!getOperand(i)->dominates(BB, DT))
368       return false;
369   }
370   return true;
371 }
372
373
374 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::
375 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
376                                   const SCEVHandle &Conc,
377                                   ScalarEvolution &SE) const {
378   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
379     SCEVHandle H =
380       getOperand(i)->replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE);
381     if (H != getOperand(i)) {
382       std::vector<SCEVHandle> NewOps;
383       NewOps.reserve(getNumOperands());
384       for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
385         NewOps.push_back(getOperand(j));
386       NewOps.push_back(H);
387       for (++i; i != e; ++i)
388         NewOps.push_back(getOperand(i)->
389                          replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE));
390
391       return SE.getAddRecExpr(NewOps, L);
392     }
393   }
394   return this;
395 }
396
397
398 bool SCEVAddRecExpr::isLoopInvariant(const Loop *QueryLoop) const {
399   // This recurrence is invariant w.r.t to QueryLoop iff QueryLoop doesn't
400   // contain L and if the start is invariant.
401   return !QueryLoop->contains(L->getHeader()) &&
402          getOperand(0)->isLoopInvariant(QueryLoop);
403 }
404
405
406 void SCEVAddRecExpr::print(std::ostream &OS) const {
407   OS << "{" << *Operands[0];
408   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
409     OS << ",+," << *Operands[i];
410   OS << "}<" << L->getHeader()->getName() + ">";
411 }
412
413 // SCEVUnknowns - Only allow the creation of one SCEVUnknown for any particular
414 // value.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never be
415 // deleted!
416 static ManagedStatic<std::map<Value*, SCEVUnknown*> > SCEVUnknowns;
417
418 SCEVUnknown::~SCEVUnknown() { SCEVUnknowns->erase(V); }
419
420 bool SCEVUnknown::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
421   // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
422   // invariant if they are not contained in the specified loop.
423   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
424     return !L->contains(I->getParent());
425   return true;
426 }
427
428 bool SCEVUnknown::dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
429   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(getValue()))
430     return DT->dominates(I->getParent(), BB);
431   return true;
432 }
433
434 const Type *SCEVUnknown::getType() const {
435   return V->getType();
436 }
437
438 void SCEVUnknown::print(std::ostream &OS) const {
439   WriteAsOperand(OS, V, false);
440 }
441
442 //===----------------------------------------------------------------------===//
443 //                               SCEV Utilities
444 //===----------------------------------------------------------------------===//
445
446 namespace {
447   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
448   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
449   /// expressions.
450   struct VISIBILITY_HIDDEN SCEVComplexityCompare {
451     bool operator()(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
452       return LHS->getSCEVType() < RHS->getSCEVType();
453     }
454   };
455 }
456
457 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
458 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
459 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
460 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
461 ///
462 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get determinstic
463 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
464 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
465 /// land in memory.
466 ///
467 static void GroupByComplexity(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
468   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
469   if (Ops.size() == 2) {
470     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
471     // Special case it.
472     if (SCEVComplexityCompare()(Ops[1], Ops[0]))
473       std::swap(Ops[0], Ops[1]);
474     return;
475   }
476
477   // Do the rough sort by complexity.
478   std::sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare());
479
480   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
481   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
482   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
483   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
484   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
485     SCEV *S = Ops[i];
486     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
487
488     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
489     // one, group them.
490     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
491       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
492         // Move it to immediately after i'th element.
493         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
494         ++i;   // no need to rescan it.
495         if (i == e-2) return;  // Done!
496       }
497     }
498   }
499 }
500
501
502
503 //===----------------------------------------------------------------------===//
504 //                      Simple SCEV method implementations
505 //===----------------------------------------------------------------------===//
506
507 /// getIntegerSCEV - Given an integer or FP type, create a constant for the
508 /// specified signed integer value and return a SCEV for the constant.
509 SCEVHandle ScalarEvolution::getIntegerSCEV(int Val, const Type *Ty) {
510   Constant *C;
511   if (Val == 0)
512     C = Constant::getNullValue(Ty);
513   else if (Ty->isFloatingPoint())
514     C = ConstantFP::get(APFloat(Ty==Type::FloatTy ? APFloat::IEEEsingle : 
515                                 APFloat::IEEEdouble, Val));
516   else 
517     C = ConstantInt::get(Ty, Val);
518   return getUnknown(C);
519 }
520
521 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
522 ///
523 SCEVHandle ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEVHandle &V) {
524   if (SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
525     return getUnknown(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue()));
526
527   return getMulExpr(V, getConstant(ConstantInt::getAllOnesValue(V->getType())));
528 }
529
530 /// getNotSCEV - Return a SCEV corresponding to ~V = -1-V
531 SCEVHandle ScalarEvolution::getNotSCEV(const SCEVHandle &V) {
532   if (SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
533     return getUnknown(ConstantExpr::getNot(VC->getValue()));
534
535   SCEVHandle AllOnes = getConstant(ConstantInt::getAllOnesValue(V->getType()));
536   return getMinusSCEV(AllOnes, V);
537 }
538
539 /// getMinusSCEV - Return a SCEV corresponding to LHS - RHS.
540 ///
541 SCEVHandle ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEVHandle &LHS,
542                                          const SCEVHandle &RHS) {
543   // X - Y --> X + -Y
544   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS));
545 }
546
547
548 /// BinomialCoefficient - Compute BC(It, K).  The result has width W.
549 // Assume, K > 0.
550 static SCEVHandle BinomialCoefficient(SCEVHandle It, unsigned K,
551                                       ScalarEvolution &SE,
552                                       const IntegerType* ResultTy) {
553   // Handle the simplest case efficiently.
554   if (K == 1)
555     return SE.getTruncateOrZeroExtend(It, ResultTy);
556
557   // We are using the following formula for BC(It, K):
558   //
559   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / K!
560   //
561   // Suppose, W is the bitwidth of the return value.  We must be prepared for
562   // overflow.  Hence, we must assure that the result of our computation is
563   // equal to the accurate one modulo 2^W.  Unfortunately, division isn't
564   // safe in modular arithmetic.
565   //
566   // However, this code doesn't use exactly that formula; the formula it uses
567   // is something like the following, where T is the number of factors of 2 in 
568   // K! (i.e. trailing zeros in the binary representation of K!), and ^ is
569   // exponentiation:
570   //
571   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / 2^T / (K! / 2^T)
572   //
573   // This formula is trivially equivalent to the previous formula.  However,
574   // this formula can be implemented much more efficiently.  The trick is that
575   // K! / 2^T is odd, and exact division by an odd number *is* safe in modular
576   // arithmetic.  To do exact division in modular arithmetic, all we have
577   // to do is multiply by the inverse.  Therefore, this step can be done at
578   // width W.
579   // 
580   // The next issue is how to safely do the division by 2^T.  The way this
581   // is done is by doing the multiplication step at a width of at least W + T
582   // bits.  This way, the bottom W+T bits of the product are accurate. Then,
583   // when we perform the division by 2^T (which is equivalent to a right shift
584   // by T), the bottom W bits are accurate.  Extra bits are okay; they'll get
585   // truncated out after the division by 2^T.
586   //
587   // In comparison to just directly using the first formula, this technique
588   // is much more efficient; using the first formula requires W * K bits,
589   // but this formula less than W + K bits. Also, the first formula requires
590   // a division step, whereas this formula only requires multiplies and shifts.
591   //
592   // It doesn't matter whether the subtraction step is done in the calculation
593   // width or the input iteration count's width; if the subtraction overflows,
594   // the result must be zero anyway.  We prefer here to do it in the width of
595   // the induction variable because it helps a lot for certain cases; CodeGen
596   // isn't smart enough to ignore the overflow, which leads to much less
597   // efficient code if the width of the subtraction is wider than the native
598   // register width.
599   //
600   // (It's possible to not widen at all by pulling out factors of 2 before
601   // the multiplication; for example, K=2 can be calculated as
602   // It/2*(It+(It*INT_MIN/INT_MIN)+-1). However, it requires
603   // extra arithmetic, so it's not an obvious win, and it gets
604   // much more complicated for K > 3.)
605
606   // Protection from insane SCEVs; this bound is conservative,
607   // but it probably doesn't matter.
608   if (K > 1000)
609     return new SCEVCouldNotCompute();
610
611   unsigned W = ResultTy->getBitWidth();
612
613   // Calculate K! / 2^T and T; we divide out the factors of two before
614   // multiplying for calculating K! / 2^T to avoid overflow.
615   // Other overflow doesn't matter because we only care about the bottom
616   // W bits of the result.
617   APInt OddFactorial(W, 1);
618   unsigned T = 1;
619   for (unsigned i = 3; i <= K; ++i) {
620     APInt Mult(W, i);
621     unsigned TwoFactors = Mult.countTrailingZeros();
622     T += TwoFactors;
623     Mult = Mult.lshr(TwoFactors);
624     OddFactorial *= Mult;
625   }
626
627   // We need at least W + T bits for the multiplication step
628   unsigned CalculationBits = W + T;
629
630   // Calcuate 2^T, at width T+W.
631   APInt DivFactor = APInt(CalculationBits, 1).shl(T);
632
633   // Calculate the multiplicative inverse of K! / 2^T;
634   // this multiplication factor will perform the exact division by
635   // K! / 2^T.
636   APInt Mod = APInt::getSignedMinValue(W+1);
637   APInt MultiplyFactor = OddFactorial.zext(W+1);
638   MultiplyFactor = MultiplyFactor.multiplicativeInverse(Mod);
639   MultiplyFactor = MultiplyFactor.trunc(W);
640
641   // Calculate the product, at width T+W
642   const IntegerType *CalculationTy = IntegerType::get(CalculationBits);
643   SCEVHandle Dividend = SE.getTruncateOrZeroExtend(It, CalculationTy);
644   for (unsigned i = 1; i != K; ++i) {
645     SCEVHandle S = SE.getMinusSCEV(It, SE.getIntegerSCEV(i, It->getType()));
646     Dividend = SE.getMulExpr(Dividend,
647                              SE.getTruncateOrZeroExtend(S, CalculationTy));
648   }
649
650   // Divide by 2^T
651   SCEVHandle DivResult = SE.getUDivExpr(Dividend, SE.getConstant(DivFactor));
652
653   // Truncate the result, and divide by K! / 2^T.
654
655   return SE.getMulExpr(SE.getConstant(MultiplyFactor),
656                        SE.getTruncateOrZeroExtend(DivResult, ResultTy));
657 }
658
659 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
660 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
661 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
662 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
663 ///
664 ///   A*BC(It, 0) + B*BC(It, 1) + C*BC(It, 2) + D*BC(It, 3)
665 ///
666 /// where BC(It, k) stands for binomial coefficient.
667 ///
668 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(SCEVHandle It,
669                                                ScalarEvolution &SE) const {
670   SCEVHandle Result = getStart();
671   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
672     // The computation is correct in the face of overflow provided that the
673     // multiplication is performed _after_ the evaluation of the binomial
674     // coefficient.
675     SCEVHandle Coeff = BinomialCoefficient(It, i, SE,
676                                            cast<IntegerType>(getType()));
677     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Coeff))
678       return Coeff;
679
680     Result = SE.getAddExpr(Result, SE.getMulExpr(getOperand(i), Coeff));
681   }
682   return Result;
683 }
684
685 //===----------------------------------------------------------------------===//
686 //                    SCEV Expression folder implementations
687 //===----------------------------------------------------------------------===//
688
689 SCEVHandle ScalarEvolution::getTruncateExpr(const SCEVHandle &Op, const Type *Ty) {
690   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
691     return getUnknown(
692         ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(), Ty));
693
694   // If the input value is a chrec scev made out of constants, truncate
695   // all of the constants.
696   if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
697     std::vector<SCEVHandle> Operands;
698     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
699       // FIXME: This should allow truncation of other expression types!
700       if (isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(i)))
701         Operands.push_back(getTruncateExpr(AddRec->getOperand(i), Ty));
702       else
703         break;
704     if (Operands.size() == AddRec->getNumOperands())
705       return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop());
706   }
707
708   SCEVTruncateExpr *&Result = (*SCEVTruncates)[std::make_pair(Op, Ty)];
709   if (Result == 0) Result = new SCEVTruncateExpr(Op, Ty);
710   return Result;
711 }
712
713 SCEVHandle ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEVHandle &Op, const Type *Ty) {
714   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
715     return getUnknown(
716         ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(), Ty));
717
718   // FIXME: If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
719   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
720   // operands (often constants).  This would allow analysis of something like
721   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
722
723   SCEVZeroExtendExpr *&Result = (*SCEVZeroExtends)[std::make_pair(Op, Ty)];
724   if (Result == 0) Result = new SCEVZeroExtendExpr(Op, Ty);
725   return Result;
726 }
727
728 SCEVHandle ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEVHandle &Op, const Type *Ty) {
729   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
730     return getUnknown(
731         ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(), Ty));
732
733   // FIXME: If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
734   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
735   // operands (often constants).  This would allow analysis of something like
736   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
737
738   SCEVSignExtendExpr *&Result = (*SCEVSignExtends)[std::make_pair(Op, Ty)];
739   if (Result == 0) Result = new SCEVSignExtendExpr(Op, Ty);
740   return Result;
741 }
742
743 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion
744 /// of the input value to the specified type.  If the type must be
745 /// extended, it is zero extended.
746 SCEVHandle ScalarEvolution::getTruncateOrZeroExtend(const SCEVHandle &V,
747                                                     const Type *Ty) {
748   const Type *SrcTy = V->getType();
749   assert(SrcTy->isInteger() && Ty->isInteger() &&
750          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
751   if (SrcTy->getPrimitiveSizeInBits() == Ty->getPrimitiveSizeInBits())
752     return V;  // No conversion
753   if (SrcTy->getPrimitiveSizeInBits() > Ty->getPrimitiveSizeInBits())
754     return getTruncateExpr(V, Ty);
755   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
756 }
757
758 // get - Get a canonical add expression, or something simpler if possible.
759 SCEVHandle ScalarEvolution::getAddExpr(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
760   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
761   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
762
763   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
764   GroupByComplexity(Ops);
765
766   // If there are any constants, fold them together.
767   unsigned Idx = 0;
768   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
769     ++Idx;
770     assert(Idx < Ops.size());
771     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
772       // We found two constants, fold them together!
773       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(LHSC->getValue()->getValue() + 
774                                            RHSC->getValue()->getValue());
775       Ops[0] = getConstant(Fold);
776       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
777       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
778       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
779     }
780
781     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
782     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
783       Ops.erase(Ops.begin());
784       --Idx;
785     }
786   }
787
788   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
789
790   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
791   // so, merge them together into an multiply expression.  Since we sorted the
792   // list, these values are required to be adjacent.
793   const Type *Ty = Ops[0]->getType();
794   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
795     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
796       // Found a match, merge the two values into a multiply, and add any
797       // remaining values to the result.
798       SCEVHandle Two = getIntegerSCEV(2, Ty);
799       SCEVHandle Mul = getMulExpr(Ops[i], Two);
800       if (Ops.size() == 2)
801         return Mul;
802       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
803       Ops.push_back(Mul);
804       return getAddExpr(Ops);
805     }
806
807   // Now we know the first non-constant operand.  Skip past any cast SCEVs.
808   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
809     ++Idx;
810
811   // If there are add operands they would be next.
812   if (Idx < Ops.size()) {
813     bool DeletedAdd = false;
814     while (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
815       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
816       // list.
817       Ops.insert(Ops.end(), Add->op_begin(), Add->op_end());
818       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
819       DeletedAdd = true;
820     }
821
822     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
823     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
824     // any operands we just aquired.
825     if (DeletedAdd)
826       return getAddExpr(Ops);
827   }
828
829   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
830   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
831     ++Idx;
832
833   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
834   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
835   // the multiply.
836   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
837     SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
838     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
839       SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
840       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
841         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp] && !isa<SCEVConstant>(MulOpSCEV)) {
842           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
843           SCEVHandle InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
844           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
845             // If the multiply has more than two operands, we must get the
846             // Y*Z term.
847             std::vector<SCEVHandle> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
848             MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
849             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
850           }
851           SCEVHandle One = getIntegerSCEV(1, Ty);
852           SCEVHandle AddOne = getAddExpr(InnerMul, One);
853           SCEVHandle OuterMul = getMulExpr(AddOne, Ops[AddOp]);
854           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
855           if (AddOp < Idx) {
856             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
857             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
858           } else {
859             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
860             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
861           }
862           Ops.push_back(OuterMul);
863           return getAddExpr(Ops);
864         }
865
866       // Check this multiply against other multiplies being added together.
867       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
868            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
869            ++OtherMulIdx) {
870         SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
871         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
872         // together.
873         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
874              OMulOp != e; ++OMulOp)
875           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
876             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
877             SCEVHandle InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
878             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
879               std::vector<SCEVHandle> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
880               MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
881               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
882             }
883             SCEVHandle InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
884             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
885               std::vector<SCEVHandle> MulOps(OtherMul->op_begin(),
886                                              OtherMul->op_end());
887               MulOps.erase(MulOps.begin()+OMulOp);
888               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
889             }
890             SCEVHandle InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
891             SCEVHandle OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
892             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
893             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
894             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
895             Ops.push_back(OuterMul);
896             return getAddExpr(Ops);
897           }
898       }
899     }
900   }
901
902   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
903   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
904   // recurrence.
905   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
906     ++Idx;
907
908   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
909   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
910     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
911     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
912     std::vector<SCEVHandle> LIOps;
913     SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
914     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
915       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
916         LIOps.push_back(Ops[i]);
917         Ops.erase(Ops.begin()+i);
918         --i; --e;
919       }
920
921     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
922     if (!LIOps.empty()) {
923       //  NLI + LI + {Start,+,Step}  -->  NLI + {LI+Start,+,Step}
924       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
925
926       std::vector<SCEVHandle> AddRecOps(AddRec->op_begin(), AddRec->op_end());
927       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
928
929       SCEVHandle NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRec->getLoop());
930       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
931       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
932
933       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-liv parts.
934       for (unsigned i = 0;; ++i)
935         if (Ops[i] == AddRec) {
936           Ops[i] = NewRec;
937           break;
938         }
939       return getAddExpr(Ops);
940     }
941
942     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
943     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
944     // added together.  If so, we can fold them.
945     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
946          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
947       if (OtherIdx != Idx) {
948         SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
949         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
950           // Other + {A,+,B} + {C,+,D}  -->  Other + {A+C,+,B+D}
951           std::vector<SCEVHandle> NewOps(AddRec->op_begin(), AddRec->op_end());
952           for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
953             if (i >= NewOps.size()) {
954               NewOps.insert(NewOps.end(), OtherAddRec->op_begin()+i,
955                             OtherAddRec->op_end());
956               break;
957             }
958             NewOps[i] = getAddExpr(NewOps[i], OtherAddRec->getOperand(i));
959           }
960           SCEVHandle NewAddRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop());
961
962           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
963
964           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
965           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
966           Ops.push_back(NewAddRec);
967           return getAddExpr(Ops);
968         }
969       }
970
971     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
972     // next one.
973   }
974
975   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
976   // already have one, otherwise create a new one.
977   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
978   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scAddExpr,
979                                                                  SCEVOps)];
980   if (Result == 0) Result = new SCEVAddExpr(Ops);
981   return Result;
982 }
983
984
985 SCEVHandle ScalarEvolution::getMulExpr(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
986   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
987
988   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
989   GroupByComplexity(Ops);
990
991   // If there are any constants, fold them together.
992   unsigned Idx = 0;
993   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
994
995     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
996     if (Ops.size() == 2)
997       if (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
998         if (Add->getNumOperands() == 2 &&
999             isa<SCEVConstant>(Add->getOperand(0)))
1000           return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
1001                             getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
1002
1003
1004     ++Idx;
1005     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1006       // We found two constants, fold them together!
1007       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(LHSC->getValue()->getValue() * 
1008                                            RHSC->getValue()->getValue());
1009       Ops[0] = getConstant(Fold);
1010       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1011       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1012       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1013     }
1014
1015     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
1016     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
1017       Ops.erase(Ops.begin());
1018       --Idx;
1019     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
1020       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
1021       return Ops[0];
1022     }
1023   }
1024
1025   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
1026   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
1027     ++Idx;
1028
1029   if (Ops.size() == 1)
1030     return Ops[0];
1031
1032   // If there are mul operands inline them all into this expression.
1033   if (Idx < Ops.size()) {
1034     bool DeletedMul = false;
1035     while (SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1036       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
1037       // list.
1038       Ops.insert(Ops.end(), Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1039       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1040       DeletedMul = true;
1041     }
1042
1043     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
1044     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1045     // any operands we just aquired.
1046     if (DeletedMul)
1047       return getMulExpr(Ops);
1048   }
1049
1050   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1051   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1052   // recurrence.
1053   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1054     ++Idx;
1055
1056   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1057   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1058     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
1059     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1060     std::vector<SCEVHandle> LIOps;
1061     SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1062     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1063       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
1064         LIOps.push_back(Ops[i]);
1065         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1066         --i; --e;
1067       }
1068
1069     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1070     if (!LIOps.empty()) {
1071       //  NLI * LI * {Start,+,Step}  -->  NLI * {LI*Start,+,LI*Step}
1072       std::vector<SCEVHandle> NewOps;
1073       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
1074       if (LIOps.size() == 1) {
1075         SCEV *Scale = LIOps[0];
1076         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
1077           NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
1078       } else {
1079         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1080           std::vector<SCEVHandle> MulOps(LIOps);
1081           MulOps.push_back(AddRec->getOperand(i));
1082           NewOps.push_back(getMulExpr(MulOps));
1083         }
1084       }
1085
1086       SCEVHandle NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop());
1087
1088       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1089       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1090
1091       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-liv parts.
1092       for (unsigned i = 0;; ++i)
1093         if (Ops[i] == AddRec) {
1094           Ops[i] = NewRec;
1095           break;
1096         }
1097       return getMulExpr(Ops);
1098     }
1099
1100     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1101     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1102     // multiplied together.  If so, we can fold them.
1103     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1104          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1105       if (OtherIdx != Idx) {
1106         SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1107         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
1108           // F * G  -->  {A,+,B} * {C,+,D}  -->  {A*C,+,F*D + G*B + B*D}
1109           SCEVAddRecExpr *F = AddRec, *G = OtherAddRec;
1110           SCEVHandle NewStart = getMulExpr(F->getStart(),
1111                                                  G->getStart());
1112           SCEVHandle B = F->getStepRecurrence(*this);
1113           SCEVHandle D = G->getStepRecurrence(*this);
1114           SCEVHandle NewStep = getAddExpr(getMulExpr(F, D),
1115                                           getMulExpr(G, B),
1116                                           getMulExpr(B, D));
1117           SCEVHandle NewAddRec = getAddRecExpr(NewStart, NewStep,
1118                                                F->getLoop());
1119           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1120
1121           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1122           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1123           Ops.push_back(NewAddRec);
1124           return getMulExpr(Ops);
1125         }
1126       }
1127
1128     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1129     // next one.
1130   }
1131
1132   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
1133   // already have one, otherwise create a new one.
1134   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1135   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scMulExpr,
1136                                                                  SCEVOps)];
1137   if (Result == 0)
1138     Result = new SCEVMulExpr(Ops);
1139   return Result;
1140 }
1141
1142 SCEVHandle ScalarEvolution::getUDivExpr(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1143   if (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
1144     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
1145       return LHS;                            // X udiv 1 --> x
1146
1147     if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
1148       Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
1149       Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
1150       return getUnknown(ConstantExpr::getUDiv(LHSCV, RHSCV));
1151     }
1152   }
1153
1154   // FIXME: implement folding of (X*4)/4 when we know X*4 doesn't overflow.
1155
1156   SCEVUDivExpr *&Result = (*SCEVUDivs)[std::make_pair(LHS, RHS)];
1157   if (Result == 0) Result = new SCEVUDivExpr(LHS, RHS);
1158   return Result;
1159 }
1160
1161
1162 /// SCEVAddRecExpr::get - Get a add recurrence expression for the
1163 /// specified loop.  Simplify the expression as much as possible.
1164 SCEVHandle ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEVHandle &Start,
1165                                const SCEVHandle &Step, const Loop *L) {
1166   std::vector<SCEVHandle> Operands;
1167   Operands.push_back(Start);
1168   if (SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
1169     if (StepChrec->getLoop() == L) {
1170       Operands.insert(Operands.end(), StepChrec->op_begin(),
1171                       StepChrec->op_end());
1172       return getAddRecExpr(Operands, L);
1173     }
1174
1175   Operands.push_back(Step);
1176   return getAddRecExpr(Operands, L);
1177 }
1178
1179 /// SCEVAddRecExpr::get - Get a add recurrence expression for the
1180 /// specified loop.  Simplify the expression as much as possible.
1181 SCEVHandle ScalarEvolution::getAddRecExpr(std::vector<SCEVHandle> &Operands,
1182                                const Loop *L) {
1183   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
1184
1185   if (Operands.back()->isZero()) {
1186     Operands.pop_back();
1187     return getAddRecExpr(Operands, L);             // {X,+,0}  -->  X
1188   }
1189
1190   // Canonicalize nested AddRecs in by nesting them in order of loop depth.
1191   if (SCEVAddRecExpr *NestedAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Operands[0])) {
1192     const Loop* NestedLoop = NestedAR->getLoop();
1193     if (L->getLoopDepth() < NestedLoop->getLoopDepth()) {
1194       std::vector<SCEVHandle> NestedOperands(NestedAR->op_begin(),
1195                                              NestedAR->op_end());
1196       SCEVHandle NestedARHandle(NestedAR);
1197       Operands[0] = NestedAR->getStart();
1198       NestedOperands[0] = getAddRecExpr(Operands, L);
1199       return getAddRecExpr(NestedOperands, NestedLoop);
1200     }
1201   }
1202
1203   SCEVAddRecExpr *&Result =
1204     (*SCEVAddRecExprs)[std::make_pair(L, std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
1205                                                             Operands.end()))];
1206   if (Result == 0) Result = new SCEVAddRecExpr(Operands, L);
1207   return Result;
1208 }
1209
1210 SCEVHandle ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEVHandle &LHS,
1211                                         const SCEVHandle &RHS) {
1212   std::vector<SCEVHandle> Ops;
1213   Ops.push_back(LHS);
1214   Ops.push_back(RHS);
1215   return getSMaxExpr(Ops);
1216 }
1217
1218 SCEVHandle ScalarEvolution::getSMaxExpr(std::vector<SCEVHandle> Ops) {
1219   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
1220   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1221
1222   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1223   GroupByComplexity(Ops);
1224
1225   // If there are any constants, fold them together.
1226   unsigned Idx = 0;
1227   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1228     ++Idx;
1229     assert(Idx < Ops.size());
1230     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1231       // We found two constants, fold them together!
1232       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(
1233                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
1234                                              RHSC->getValue()->getValue()));
1235       Ops[0] = getConstant(Fold);
1236       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1237       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1238       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1239     }
1240
1241     // If we are left with a constant -inf, strip it off.
1242     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
1243       Ops.erase(Ops.begin());
1244       --Idx;
1245     }
1246   }
1247
1248   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1249
1250   // Find the first SMax
1251   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
1252     ++Idx;
1253
1254   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
1255   // onto our operand list, and recurse to simplify.
1256   if (Idx < Ops.size()) {
1257     bool DeletedSMax = false;
1258     while (SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
1259       Ops.insert(Ops.end(), SMax->op_begin(), SMax->op_end());
1260       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1261       DeletedSMax = true;
1262     }
1263
1264     if (DeletedSMax)
1265       return getSMaxExpr(Ops);
1266   }
1267
1268   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1269   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
1270   // be adjacent.
1271   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1272     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
1273       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
1274       --i; --e;
1275     }
1276
1277   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1278
1279   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
1280
1281   // Okay, it looks like we really DO need an smax expr.  Check to see if we
1282   // already have one, otherwise create a new one.
1283   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1284   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scSMaxExpr,
1285                                                                  SCEVOps)];
1286   if (Result == 0) Result = new SCEVSMaxExpr(Ops);
1287   return Result;
1288 }
1289
1290 SCEVHandle ScalarEvolution::getUMaxExpr(const SCEVHandle &LHS,
1291                                         const SCEVHandle &RHS) {
1292   std::vector<SCEVHandle> Ops;
1293   Ops.push_back(LHS);
1294   Ops.push_back(RHS);
1295   return getUMaxExpr(Ops);
1296 }
1297
1298 SCEVHandle ScalarEvolution::getUMaxExpr(std::vector<SCEVHandle> Ops) {
1299   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty umax!");
1300   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1301
1302   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1303   GroupByComplexity(Ops);
1304
1305   // If there are any constants, fold them together.
1306   unsigned Idx = 0;
1307   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1308     ++Idx;
1309     assert(Idx < Ops.size());
1310     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1311       // We found two constants, fold them together!
1312       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(
1313                               APIntOps::umax(LHSC->getValue()->getValue(),
1314                                              RHSC->getValue()->getValue()));
1315       Ops[0] = getConstant(Fold);
1316       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1317       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1318       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1319     }
1320
1321     // If we are left with a constant zero, strip it off.
1322     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(false)) {
1323       Ops.erase(Ops.begin());
1324       --Idx;
1325     }
1326   }
1327
1328   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1329
1330   // Find the first UMax
1331   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scUMaxExpr)
1332     ++Idx;
1333
1334   // Check to see if one of the operands is a UMax. If so, expand its operands
1335   // onto our operand list, and recurse to simplify.
1336   if (Idx < Ops.size()) {
1337     bool DeletedUMax = false;
1338     while (SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(Ops[Idx])) {
1339       Ops.insert(Ops.end(), UMax->op_begin(), UMax->op_end());
1340       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1341       DeletedUMax = true;
1342     }
1343
1344     if (DeletedUMax)
1345       return getUMaxExpr(Ops);
1346   }
1347
1348   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1349   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
1350   // be adjacent.
1351   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1352     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X umax Y umax Y  -->  X umax Y
1353       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
1354       --i; --e;
1355     }
1356
1357   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1358
1359   assert(!Ops.empty() && "Reduced umax down to nothing!");
1360
1361   // Okay, it looks like we really DO need a umax expr.  Check to see if we
1362   // already have one, otherwise create a new one.
1363   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1364   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scUMaxExpr,
1365                                                                  SCEVOps)];
1366   if (Result == 0) Result = new SCEVUMaxExpr(Ops);
1367   return Result;
1368 }
1369
1370 SCEVHandle ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
1371   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
1372     return getConstant(CI);
1373   SCEVUnknown *&Result = (*SCEVUnknowns)[V];
1374   if (Result == 0) Result = new SCEVUnknown(V);
1375   return Result;
1376 }
1377
1378
1379 //===----------------------------------------------------------------------===//
1380 //             ScalarEvolutionsImpl Definition and Implementation
1381 //===----------------------------------------------------------------------===//
1382 //
1383 /// ScalarEvolutionsImpl - This class implements the main driver for the scalar
1384 /// evolution code.
1385 ///
1386 namespace {
1387   struct VISIBILITY_HIDDEN ScalarEvolutionsImpl {
1388     /// SE - A reference to the public ScalarEvolution object.
1389     ScalarEvolution &SE;
1390
1391     /// F - The function we are analyzing.
1392     ///
1393     Function &F;
1394
1395     /// LI - The loop information for the function we are currently analyzing.
1396     ///
1397     LoopInfo &LI;
1398
1399     /// UnknownValue - This SCEV is used to represent unknown trip counts and
1400     /// things.
1401     SCEVHandle UnknownValue;
1402
1403     /// Scalars - This is a cache of the scalars we have analyzed so far.
1404     ///
1405     std::map<Value*, SCEVHandle> Scalars;
1406
1407     /// IterationCounts - Cache the iteration count of the loops for this
1408     /// function as they are computed.
1409     std::map<const Loop*, SCEVHandle> IterationCounts;
1410
1411     /// ConstantEvolutionLoopExitValue - This map contains entries for all of
1412     /// the PHI instructions that we attempt to compute constant evolutions for.
1413     /// This allows us to avoid potentially expensive recomputation of these
1414     /// properties.  An instruction maps to null if we are unable to compute its
1415     /// exit value.
1416     std::map<PHINode*, Constant*> ConstantEvolutionLoopExitValue;
1417
1418   public:
1419     ScalarEvolutionsImpl(ScalarEvolution &se, Function &f, LoopInfo &li)
1420       : SE(se), F(f), LI(li), UnknownValue(new SCEVCouldNotCompute()) {}
1421
1422     /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
1423     /// expression and create a new one.
1424     SCEVHandle getSCEV(Value *V);
1425
1426     /// hasSCEV - Return true if the SCEV for this value has already been
1427     /// computed.
1428     bool hasSCEV(Value *V) const {
1429       return Scalars.count(V);
1430     }
1431
1432     /// setSCEV - Insert the specified SCEV into the map of current SCEVs for
1433     /// the specified value.
1434     void setSCEV(Value *V, const SCEVHandle &H) {
1435       bool isNew = Scalars.insert(std::make_pair(V, H)).second;
1436       assert(isNew && "This entry already existed!");
1437       isNew = false;
1438     }
1439
1440
1441     /// getSCEVAtScope - Compute the value of the specified expression within
1442     /// the indicated loop (which may be null to indicate in no loop).  If the
1443     /// expression cannot be evaluated, return UnknownValue itself.
1444     SCEVHandle getSCEVAtScope(SCEV *V, const Loop *L);
1445
1446
1447     /// isLoopGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected by
1448     /// a conditional between LHS and RHS.
1449     bool isLoopGuardedByCond(const Loop *L, ICmpInst::Predicate Pred,
1450                              SCEV *LHS, SCEV *RHS);
1451
1452     /// hasLoopInvariantIterationCount - Return true if the specified loop has
1453     /// an analyzable loop-invariant iteration count.
1454     bool hasLoopInvariantIterationCount(const Loop *L);
1455
1456     /// forgetLoopIterationCount - This method should be called by the
1457     /// client when it has changed a loop in a way that may effect
1458     /// ScalarEvolution's ability to compute a trip count.
1459     void forgetLoopIterationCount(const Loop *L);
1460
1461     /// getIterationCount - If the specified loop has a predictable iteration
1462     /// count, return it.  Note that it is not valid to call this method on a
1463     /// loop without a loop-invariant iteration count.
1464     SCEVHandle getIterationCount(const Loop *L);
1465
1466     /// deleteValueFromRecords - This method should be called by the
1467     /// client before it removes a value from the program, to make sure
1468     /// that no dangling references are left around.
1469     void deleteValueFromRecords(Value *V);
1470
1471   private:
1472     /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
1473     /// Analyze the expression.
1474     SCEVHandle createSCEV(Value *V);
1475
1476     /// createNodeForPHI - Provide the special handling we need to analyze PHI
1477     /// SCEVs.
1478     SCEVHandle createNodeForPHI(PHINode *PN);
1479
1480     /// ReplaceSymbolicValueWithConcrete - This looks up the computed SCEV value
1481     /// for the specified instruction and replaces any references to the
1482     /// symbolic value SymName with the specified value.  This is used during
1483     /// PHI resolution.
1484     void ReplaceSymbolicValueWithConcrete(Instruction *I,
1485                                           const SCEVHandle &SymName,
1486                                           const SCEVHandle &NewVal);
1487
1488     /// ComputeIterationCount - Compute the number of times the specified loop
1489     /// will iterate.
1490     SCEVHandle ComputeIterationCount(const Loop *L);
1491
1492     /// ComputeLoadConstantCompareIterationCount - Given an exit condition of
1493     /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the trip count.
1494     SCEVHandle ComputeLoadConstantCompareIterationCount(LoadInst *LI,
1495                                                         Constant *RHS,
1496                                                         const Loop *L,
1497                                                         ICmpInst::Predicate p);
1498
1499     /// ComputeIterationCountExhaustively - If the trip is known to execute a
1500     /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
1501     /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
1502     /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
1503     /// evaluate the trip count of the loop, return UnknownValue.
1504     SCEVHandle ComputeIterationCountExhaustively(const Loop *L, Value *Cond,
1505                                                  bool ExitWhen);
1506
1507     /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the
1508     /// specified value to zero will execute.  If not computable, return
1509     /// UnknownValue.
1510     SCEVHandle HowFarToZero(SCEV *V, const Loop *L);
1511
1512     /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
1513     /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
1514     /// UnknownValue.
1515     SCEVHandle HowFarToNonZero(SCEV *V, const Loop *L);
1516
1517     /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
1518     /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
1519     /// UnknownValue. isSigned specifies whether the less-than is signed.
1520     SCEVHandle HowManyLessThans(SCEV *LHS, SCEV *RHS, const Loop *L,
1521                                 bool isSigned);
1522
1523     /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
1524     /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
1525     /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
1526     /// found.
1527     BasicBlock* getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB);
1528
1529     /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
1530     /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
1531     /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
1532     /// involving constants, fold it.
1533     Constant *getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN, const APInt& Its,
1534                                                 const Loop *L);
1535   };
1536 }
1537
1538 //===----------------------------------------------------------------------===//
1539 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
1540 //
1541
1542 /// deleteValueFromRecords - This method should be called by the
1543 /// client before it removes an instruction from the program, to make sure
1544 /// that no dangling references are left around.
1545 void ScalarEvolutionsImpl::deleteValueFromRecords(Value *V) {
1546   SmallVector<Value *, 16> Worklist;
1547
1548   if (Scalars.erase(V)) {
1549     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V))
1550       ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
1551     Worklist.push_back(V);
1552   }
1553
1554   while (!Worklist.empty()) {
1555     Value *VV = Worklist.back();
1556     Worklist.pop_back();
1557
1558     for (Instruction::use_iterator UI = VV->use_begin(), UE = VV->use_end();
1559          UI != UE; ++UI) {
1560       Instruction *Inst = cast<Instruction>(*UI);
1561       if (Scalars.erase(Inst)) {
1562         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(VV))
1563           ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
1564         Worklist.push_back(Inst);
1565       }
1566     }
1567   }
1568 }
1569
1570
1571 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
1572 /// expression and create a new one.
1573 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getSCEV(Value *V) {
1574   assert(V->getType() != Type::VoidTy && "Can't analyze void expressions!");
1575
1576   std::map<Value*, SCEVHandle>::iterator I = Scalars.find(V);
1577   if (I != Scalars.end()) return I->second;
1578   SCEVHandle S = createSCEV(V);
1579   Scalars.insert(std::make_pair(V, S));
1580   return S;
1581 }
1582
1583 /// ReplaceSymbolicValueWithConcrete - This looks up the computed SCEV value for
1584 /// the specified instruction and replaces any references to the symbolic value
1585 /// SymName with the specified value.  This is used during PHI resolution.
1586 void ScalarEvolutionsImpl::
1587 ReplaceSymbolicValueWithConcrete(Instruction *I, const SCEVHandle &SymName,
1588                                  const SCEVHandle &NewVal) {
1589   std::map<Value*, SCEVHandle>::iterator SI = Scalars.find(I);
1590   if (SI == Scalars.end()) return;
1591
1592   SCEVHandle NV =
1593     SI->second->replaceSymbolicValuesWithConcrete(SymName, NewVal, SE);
1594   if (NV == SI->second) return;  // No change.
1595
1596   SI->second = NV;       // Update the scalars map!
1597
1598   // Any instruction values that use this instruction might also need to be
1599   // updated!
1600   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
1601        UI != E; ++UI)
1602     ReplaceSymbolicValueWithConcrete(cast<Instruction>(*UI), SymName, NewVal);
1603 }
1604
1605 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
1606 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
1607 ///
1608 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
1609   if (PN->getNumIncomingValues() == 2)  // The loops have been canonicalized.
1610     if (const Loop *L = LI.getLoopFor(PN->getParent()))
1611       if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
1612         // If it lives in the loop header, it has two incoming values, one
1613         // from outside the loop, and one from inside.
1614         unsigned IncomingEdge = L->contains(PN->getIncomingBlock(0));
1615         unsigned BackEdge     = IncomingEdge^1;
1616
1617         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
1618         SCEVHandle SymbolicName = SE.getUnknown(PN);
1619         assert(Scalars.find(PN) == Scalars.end() &&
1620                "PHI node already processed?");
1621         Scalars.insert(std::make_pair(PN, SymbolicName));
1622
1623         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
1624         // the back-edge.
1625         SCEVHandle BEValue = getSCEV(PN->getIncomingValue(BackEdge));
1626
1627         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
1628         // has a special value for the first iteration of the loop.
1629
1630         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
1631         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
1632         if (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
1633           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
1634           // with a recurrence.
1635           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
1636           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
1637             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
1638               if (FoundIndex == e) {
1639                 FoundIndex = i;
1640                 break;
1641               }
1642
1643           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
1644             // Create an add with everything but the specified operand.
1645             std::vector<SCEVHandle> Ops;
1646             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
1647               if (i != FoundIndex)
1648                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
1649             SCEVHandle Accum = SE.getAddExpr(Ops);
1650
1651             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
1652             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
1653             if (Accum->isLoopInvariant(L) ||
1654                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
1655                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
1656               SCEVHandle StartVal = getSCEV(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
1657               SCEVHandle PHISCEV  = SE.getAddRecExpr(StartVal, Accum, L);
1658
1659               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
1660               // to be symbolic.  We now need to go back and update all of the
1661               // entries for the scalars that use the PHI (except for the PHI
1662               // itself) to use the new analyzed value instead of the "symbolic"
1663               // value.
1664               ReplaceSymbolicValueWithConcrete(PN, SymbolicName, PHISCEV);
1665               return PHISCEV;
1666             }
1667           }
1668         } else if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
1669           // Otherwise, this could be a loop like this:
1670           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
1671           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
1672           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
1673           // i really is an addrec evolution.
1674           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
1675             SCEVHandle StartVal = getSCEV(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
1676
1677             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
1678             // initial step of the addrec evolution.
1679             if (StartVal == SE.getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
1680                                             AddRec->getOperand(1))) {
1681               SCEVHandle PHISCEV = 
1682                  SE.getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1), L);
1683
1684               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
1685               // to be symbolic.  We now need to go back and update all of the
1686               // entries for the scalars that use the PHI (except for the PHI
1687               // itself) to use the new analyzed value instead of the "symbolic"
1688               // value.
1689               ReplaceSymbolicValueWithConcrete(PN, SymbolicName, PHISCEV);
1690               return PHISCEV;
1691             }
1692           }
1693         }
1694
1695         return SymbolicName;
1696       }
1697
1698   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
1699   return SE.getUnknown(PN);
1700 }
1701
1702 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
1703 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
1704 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
1705 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
1706 static uint32_t GetMinTrailingZeros(SCEVHandle S) {
1707   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
1708     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
1709
1710   if (SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
1711     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand()), T->getBitWidth());
1712
1713   if (SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
1714     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
1715     return OpRes == E->getOperand()->getBitWidth() ? E->getBitWidth() : OpRes;
1716   }
1717
1718   if (SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
1719     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
1720     return OpRes == E->getOperand()->getBitWidth() ? E->getBitWidth() : OpRes;
1721   }
1722
1723   if (SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
1724     // The result is the min of all operands results.
1725     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
1726     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
1727       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
1728     return MinOpRes;
1729   }
1730
1731   if (SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
1732     // The result is the sum of all operands results.
1733     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
1734     uint32_t BitWidth = M->getBitWidth();
1735     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
1736          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
1737       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)),
1738                           BitWidth);
1739     return SumOpRes;
1740   }
1741
1742   if (SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
1743     // The result is the min of all operands results.
1744     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
1745     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
1746       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
1747     return MinOpRes;
1748   }
1749
1750   if (SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
1751     // The result is the min of all operands results.
1752     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
1753     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
1754       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
1755     return MinOpRes;
1756   }
1757
1758   if (SCEVUMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
1759     // The result is the min of all operands results.
1760     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
1761     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
1762       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
1763     return MinOpRes;
1764   }
1765
1766   // SCEVUDivExpr, SCEVUnknown
1767   return 0;
1768 }
1769
1770 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
1771 /// Analyze the expression.
1772 ///
1773 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::createSCEV(Value *V) {
1774   if (!isa<IntegerType>(V->getType()))
1775     return SE.getUnknown(V);
1776     
1777   unsigned Opcode = Instruction::UserOp1;
1778   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1779     Opcode = I->getOpcode();
1780   else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
1781     Opcode = CE->getOpcode();
1782   else
1783     return SE.getUnknown(V);
1784
1785   User *U = cast<User>(V);
1786   switch (Opcode) {
1787   case Instruction::Add:
1788     return SE.getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
1789                          getSCEV(U->getOperand(1)));
1790   case Instruction::Mul:
1791     return SE.getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
1792                          getSCEV(U->getOperand(1)));
1793   case Instruction::UDiv:
1794     return SE.getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
1795                           getSCEV(U->getOperand(1)));
1796   case Instruction::Sub:
1797     return SE.getMinusSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)),
1798                            getSCEV(U->getOperand(1)));
1799   case Instruction::Or:
1800     // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
1801     // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
1802     // optimizations will transparently handle this case.
1803     //
1804     // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
1805     // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
1806     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
1807       SCEVHandle LHS = getSCEV(U->getOperand(0));
1808       const APInt &CIVal = CI->getValue();
1809       if (GetMinTrailingZeros(LHS) >=
1810           (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros()))
1811         return SE.getAddExpr(LHS, getSCEV(U->getOperand(1)));
1812     }
1813     break;
1814   case Instruction::Xor:
1815     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
1816       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
1817       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
1818       if (CI->getValue().isSignBit())
1819         return SE.getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
1820                              getSCEV(U->getOperand(1)));
1821
1822       // If the RHS of xor is -1, then this is a not operation.
1823       else if (CI->isAllOnesValue())
1824         return SE.getNotSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)));
1825     }
1826     break;
1827
1828   case Instruction::Shl:
1829     // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
1830     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
1831       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth();
1832       Constant *X = ConstantInt::get(
1833         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getLimitedValue(BitWidth)));
1834       return SE.getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
1835     }
1836     break;
1837
1838   case Instruction::LShr:
1839     // Turn logical shift right of a constant into a unsigned divide.
1840     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
1841       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth();
1842       Constant *X = ConstantInt::get(
1843         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getLimitedValue(BitWidth)));
1844       return SE.getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
1845     }
1846     break;
1847
1848   case Instruction::Trunc:
1849     return SE.getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
1850
1851   case Instruction::ZExt:
1852     return SE.getZeroExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
1853
1854   case Instruction::SExt:
1855     return SE.getSignExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
1856
1857   case Instruction::BitCast:
1858     // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
1859     if (U->getType()->isInteger() &&
1860         U->getOperand(0)->getType()->isInteger())
1861       return getSCEV(U->getOperand(0));
1862     break;
1863
1864   case Instruction::PHI:
1865     return createNodeForPHI(cast<PHINode>(U));
1866
1867   case Instruction::Select:
1868     // This could be a smax or umax that was lowered earlier.
1869     // Try to recover it.
1870     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U->getOperand(0))) {
1871       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
1872       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
1873       switch (ICI->getPredicate()) {
1874       case ICmpInst::ICMP_SLT:
1875       case ICmpInst::ICMP_SLE:
1876         std::swap(LHS, RHS);
1877         // fall through
1878       case ICmpInst::ICMP_SGT:
1879       case ICmpInst::ICMP_SGE:
1880         if (LHS == U->getOperand(1) && RHS == U->getOperand(2))
1881           return SE.getSMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
1882         else if (LHS == U->getOperand(2) && RHS == U->getOperand(1))
1883           // ~smax(~x, ~y) == smin(x, y).
1884           return SE.getNotSCEV(SE.getSMaxExpr(
1885                                    SE.getNotSCEV(getSCEV(LHS)),
1886                                    SE.getNotSCEV(getSCEV(RHS))));
1887         break;
1888       case ICmpInst::ICMP_ULT:
1889       case ICmpInst::ICMP_ULE:
1890         std::swap(LHS, RHS);
1891         // fall through
1892       case ICmpInst::ICMP_UGT:
1893       case ICmpInst::ICMP_UGE:
1894         if (LHS == U->getOperand(1) && RHS == U->getOperand(2))
1895           return SE.getUMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
1896         else if (LHS == U->getOperand(2) && RHS == U->getOperand(1))
1897           // ~umax(~x, ~y) == umin(x, y)
1898           return SE.getNotSCEV(SE.getUMaxExpr(SE.getNotSCEV(getSCEV(LHS)),
1899                                               SE.getNotSCEV(getSCEV(RHS))));
1900         break;
1901       default:
1902         break;
1903       }
1904     }
1905
1906   default: // We cannot analyze this expression.
1907     break;
1908   }
1909
1910   return SE.getUnknown(V);
1911 }
1912
1913
1914
1915 //===----------------------------------------------------------------------===//
1916 //                   Iteration Count Computation Code
1917 //
1918
1919 /// getIterationCount - If the specified loop has a predictable iteration
1920 /// count, return it.  Note that it is not valid to call this method on a
1921 /// loop without a loop-invariant iteration count.
1922 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getIterationCount(const Loop *L) {
1923   std::map<const Loop*, SCEVHandle>::iterator I = IterationCounts.find(L);
1924   if (I == IterationCounts.end()) {
1925     SCEVHandle ItCount = ComputeIterationCount(L);
1926     I = IterationCounts.insert(std::make_pair(L, ItCount)).first;
1927     if (ItCount != UnknownValue) {
1928       assert(ItCount->isLoopInvariant(L) &&
1929              "Computed trip count isn't loop invariant for loop!");
1930       ++NumTripCountsComputed;
1931     } else if (isa<PHINode>(L->getHeader()->begin())) {
1932       // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
1933       ++NumTripCountsNotComputed;
1934     }
1935   }
1936   return I->second;
1937 }
1938
1939 /// forgetLoopIterationCount - This method should be called by the
1940 /// client when it has changed a loop in a way that may effect
1941 /// ScalarEvolution's ability to compute a trip count.
1942 void ScalarEvolutionsImpl::forgetLoopIterationCount(const Loop *L) {
1943   IterationCounts.erase(L);
1944 }
1945
1946 /// ComputeIterationCount - Compute the number of times the specified loop
1947 /// will iterate.
1948 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::ComputeIterationCount(const Loop *L) {
1949   // If the loop has a non-one exit block count, we can't analyze it.
1950   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
1951   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
1952   if (ExitBlocks.size() != 1) return UnknownValue;
1953
1954   // Okay, there is one exit block.  Try to find the condition that causes the
1955   // loop to be exited.
1956   BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[0];
1957
1958   BasicBlock *ExitingBlock = 0;
1959   for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), E = pred_end(ExitBlock);
1960        PI != E; ++PI)
1961     if (L->contains(*PI)) {
1962       if (ExitingBlock == 0)
1963         ExitingBlock = *PI;
1964       else
1965         return UnknownValue;   // More than one block exiting!
1966     }
1967   assert(ExitingBlock && "No exits from loop, something is broken!");
1968
1969   // Okay, we've computed the exiting block.  See what condition causes us to
1970   // exit.
1971   //
1972   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
1973   BranchInst *ExitBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
1974   if (ExitBr == 0) return UnknownValue;
1975   assert(ExitBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
1976   
1977   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
1978   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
1979   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
1980   // not be equal to the trip count of the loop.
1981   //
1982   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
1983   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
1984   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
1985   // loop header.  This is common for un-rotated loops.  More extensive analysis
1986   // could be done to handle more cases here.
1987   if (ExitBr->getSuccessor(0) != L->getHeader() &&
1988       ExitBr->getSuccessor(1) != L->getHeader() &&
1989       ExitBr->getParent() != L->getHeader())
1990     return UnknownValue;
1991   
1992   ICmpInst *ExitCond = dyn_cast<ICmpInst>(ExitBr->getCondition());
1993
1994   // If it's not an integer comparison then compute it the hard way. 
1995   // Note that ICmpInst deals with pointer comparisons too so we must check
1996   // the type of the operand.
1997   if (ExitCond == 0 || isa<PointerType>(ExitCond->getOperand(0)->getType()))
1998     return ComputeIterationCountExhaustively(L, ExitBr->getCondition(),
1999                                           ExitBr->getSuccessor(0) == ExitBlock);
2000
2001   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
2002   ICmpInst::Predicate Cond;
2003   if (ExitBr->getSuccessor(1) == ExitBlock)
2004     Cond = ExitCond->getPredicate();
2005   else
2006     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
2007
2008   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
2009   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
2010     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
2011       SCEVHandle ItCnt =
2012         ComputeLoadConstantCompareIterationCount(LI, RHS, L, Cond);
2013       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(ItCnt)) return ItCnt;
2014     }
2015
2016   SCEVHandle LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
2017   SCEVHandle RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
2018
2019   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
2020   SCEVHandle Tmp = getSCEVAtScope(LHS, L);
2021   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) LHS = Tmp;
2022   Tmp = getSCEVAtScope(RHS, L);
2023   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) RHS = Tmp;
2024
2025   // At this point, we would like to compute how many iterations of the 
2026   // loop the predicate will return true for these inputs.
2027   if (LHS->isLoopInvariant(L) && !RHS->isLoopInvariant(L)) {
2028     // If there is a loop-invariant, force it into the RHS.
2029     std::swap(LHS, RHS);
2030     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
2031   }
2032
2033   // FIXME: think about handling pointer comparisons!  i.e.:
2034   // while (P != P+100) ++P;
2035
2036   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
2037   // ranges to answer this query.
2038   if (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
2039     if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
2040       if (AddRec->getLoop() == L) {
2041         // Form the comparison range using the constant of the correct type so
2042         // that the ConstantRange class knows to do a signed or unsigned
2043         // comparison.
2044         ConstantInt *CompVal = RHSC->getValue();
2045         const Type *RealTy = ExitCond->getOperand(0)->getType();
2046         CompVal = dyn_cast<ConstantInt>(
2047           ConstantExpr::getBitCast(CompVal, RealTy));
2048         if (CompVal) {
2049           // Form the constant range.
2050           ConstantRange CompRange(
2051               ICmpInst::makeConstantRange(Cond, CompVal->getValue()));
2052
2053           SCEVHandle Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, SE);
2054           if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
2055         }
2056       }
2057
2058   switch (Cond) {
2059   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
2060     // Convert to: while (X-Y != 0)
2061     SCEVHandle TC = HowFarToZero(SE.getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
2062     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
2063     break;
2064   }
2065   case ICmpInst::ICMP_EQ: {
2066     // Convert to: while (X-Y == 0)           // while (X == Y)
2067     SCEVHandle TC = HowFarToNonZero(SE.getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
2068     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
2069     break;
2070   }
2071   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
2072     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, true);
2073     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
2074     break;
2075   }
2076   case ICmpInst::ICMP_SGT: {
2077     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(SE.getNotSCEV(LHS),
2078                                      SE.getNotSCEV(RHS), L, true);
2079     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
2080     break;
2081   }
2082   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
2083     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, false);
2084     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
2085     break;
2086   }
2087   case ICmpInst::ICMP_UGT: {
2088     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(SE.getNotSCEV(LHS),
2089                                      SE.getNotSCEV(RHS), L, false);
2090     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
2091     break;
2092   }
2093   default:
2094 #if 0
2095     cerr << "ComputeIterationCount ";
2096     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
2097       cerr << "[unsigned] ";
2098     cerr << *LHS << "   "
2099          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp) 
2100          << "   " << *RHS << "\n";
2101 #endif
2102     break;
2103   }
2104   return ComputeIterationCountExhaustively(L, ExitCond,
2105                                        ExitBr->getSuccessor(0) == ExitBlock);
2106 }
2107
2108 static ConstantInt *
2109 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
2110                                 ScalarEvolution &SE) {
2111   SCEVHandle InVal = SE.getConstant(C);
2112   SCEVHandle Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
2113   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
2114          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
2115   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
2116 }
2117
2118 /// GetAddressedElementFromGlobal - Given a global variable with an initializer
2119 /// and a GEP expression (missing the pointer index) indexing into it, return
2120 /// the addressed element of the initializer or null if the index expression is
2121 /// invalid.
2122 static Constant *
2123 GetAddressedElementFromGlobal(GlobalVariable *GV,
2124                               const std::vector<ConstantInt*> &Indices) {
2125   Constant *Init = GV->getInitializer();
2126   for (unsigned i = 0, e = Indices.size(); i != e; ++i) {
2127     uint64_t Idx = Indices[i]->getZExtValue();
2128     if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Init)) {
2129       assert(Idx < CS->getNumOperands() && "Bad struct index!");
2130       Init = cast<Constant>(CS->getOperand(Idx));
2131     } else if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Init)) {
2132       if (Idx >= CA->getNumOperands()) return 0;  // Bogus program
2133       Init = cast<Constant>(CA->getOperand(Idx));
2134     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
2135       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
2136         assert(Idx < STy->getNumElements() && "Bad struct index!");
2137         Init = Constant::getNullValue(STy->getElementType(Idx));
2138       } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Init->getType())) {
2139         if (Idx >= ATy->getNumElements()) return 0;  // Bogus program
2140         Init = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
2141       } else {
2142         assert(0 && "Unknown constant aggregate type!");
2143       }
2144       return 0;
2145     } else {
2146       return 0; // Unknown initializer type
2147     }
2148   }
2149   return Init;
2150 }
2151
2152 /// ComputeLoadConstantCompareIterationCount - Given an exit condition of
2153 /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the trip count.
2154 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::
2155 ComputeLoadConstantCompareIterationCount(LoadInst *LI, Constant *RHS,
2156                                          const Loop *L, 
2157                                          ICmpInst::Predicate predicate) {
2158   if (LI->isVolatile()) return UnknownValue;
2159
2160   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
2161   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
2162   if (!GEP) return UnknownValue;
2163
2164   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
2165   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
2166   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
2167   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer() ||
2168       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
2169       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
2170     return UnknownValue;
2171
2172   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
2173   Value *VarIdx = 0;
2174   std::vector<ConstantInt*> Indexes;
2175   unsigned VarIdxNum = 0;
2176   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
2177     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
2178       Indexes.push_back(CI);
2179     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
2180       if (VarIdx) return UnknownValue;  // Multiple non-constant idx's.
2181       VarIdx = GEP->getOperand(i);
2182       VarIdxNum = i-2;
2183       Indexes.push_back(0);
2184     }
2185
2186   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
2187   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
2188   SCEVHandle Idx = getSCEV(VarIdx);
2189   SCEVHandle Tmp = getSCEVAtScope(Idx, L);
2190   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) Idx = Tmp;
2191
2192   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
2193   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
2194   SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
2195   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || IdxExpr->isLoopInvariant(L) ||
2196       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
2197       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
2198     return UnknownValue;
2199
2200   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
2201   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
2202     ConstantInt *ItCst =
2203       ConstantInt::get(IdxExpr->getType(), IterationNum);
2204     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, SE);
2205
2206     // Form the GEP offset.
2207     Indexes[VarIdxNum] = Val;
2208
2209     Constant *Result = GetAddressedElementFromGlobal(GV, Indexes);
2210     if (Result == 0) break;  // Cannot compute!
2211
2212     // Evaluate the condition for this iteration.
2213     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
2214     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
2215     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
2216 #if 0
2217       cerr << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
2218            << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
2219            << "***\n";
2220 #endif
2221       ++NumArrayLenItCounts;
2222       return SE.getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
2223     }
2224   }
2225   return UnknownValue;
2226 }
2227
2228
2229 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
2230 /// specified type, assuming that all operands were constants.
2231 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
2232   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
2233       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I))
2234     return true;
2235
2236   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
2237     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
2238       return canConstantFoldCallTo(F);
2239   return false;
2240 }
2241
2242 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
2243 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
2244 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
2245 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
2246 /// constraints, return null.
2247 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
2248   // If this is not an instruction, or if this is an instruction outside of the
2249   // loop, it can't be derived from a loop PHI.
2250   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
2251   if (I == 0 || !L->contains(I->getParent())) return 0;
2252
2253   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
2254     if (L->getHeader() == I->getParent())
2255       return PN;
2256     else
2257       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
2258       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
2259       return 0;
2260   }
2261
2262   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
2263   // are constants, return early.
2264   if (!CanConstantFold(I)) return 0;
2265
2266   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
2267   // constant or derived from a PHI node themselves.
2268   PHINode *PHI = 0;
2269   for (unsigned Op = 0, e = I->getNumOperands(); Op != e; ++Op)
2270     if (!(isa<Constant>(I->getOperand(Op)) ||
2271           isa<GlobalValue>(I->getOperand(Op)))) {
2272       PHINode *P = getConstantEvolvingPHI(I->getOperand(Op), L);
2273       if (P == 0) return 0;  // Not evolving from PHI
2274       if (PHI == 0)
2275         PHI = P;
2276       else if (PHI != P)
2277         return 0;  // Evolving from multiple different PHIs.
2278     }
2279
2280   // This is a expression evolving from a constant PHI!
2281   return PHI;
2282 }
2283
2284 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
2285 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
2286 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
2287 /// reason, return null.
2288 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, Constant *PHIVal) {
2289   if (isa<PHINode>(V)) return PHIVal;
2290   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
2291   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2292
2293   std::vector<Constant*> Operands;
2294   Operands.resize(I->getNumOperands());
2295
2296   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2297     Operands[i] = EvaluateExpression(I->getOperand(i), PHIVal);
2298     if (Operands[i] == 0) return 0;
2299   }
2300
2301   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
2302     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
2303                                            &Operands[0], Operands.size());
2304   else
2305     return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
2306                                     &Operands[0], Operands.size());
2307 }
2308
2309 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
2310 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
2311 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
2312 /// involving constants, fold it.
2313 Constant *ScalarEvolutionsImpl::
2314 getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN, const APInt& Its, const Loop *L){
2315   std::map<PHINode*, Constant*>::iterator I =
2316     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
2317   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
2318     return I->second;
2319
2320   if (Its.ugt(APInt(Its.getBitWidth(),MaxBruteForceIterations)))
2321     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = 0;  // Not going to evaluate it.
2322
2323   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
2324
2325   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
2326   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
2327   // second must be derived from the same PHI.
2328   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
2329   Constant *StartCST =
2330     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
2331   if (StartCST == 0)
2332     return RetVal = 0;  // Must be a constant.
2333
2334   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
2335   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
2336   if (PN2 != PN)
2337     return RetVal = 0;  // Not derived from same PHI.
2338
2339   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
2340   if (Its.getActiveBits() >= 32)
2341     return RetVal = 0; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
2342
2343   unsigned NumIterations = Its.getZExtValue(); // must be in range
2344   unsigned IterationNum = 0;
2345   for (Constant *PHIVal = StartCST; ; ++IterationNum) {
2346     if (IterationNum == NumIterations)
2347       return RetVal = PHIVal;  // Got exit value!
2348
2349     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
2350     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
2351     if (NextPHI == PHIVal)
2352       return RetVal = NextPHI;  // Stopped evolving!
2353     if (NextPHI == 0)
2354       return 0;        // Couldn't evaluate!
2355     PHIVal = NextPHI;
2356   }
2357 }
2358
2359 /// ComputeIterationCountExhaustively - If the trip is known to execute a
2360 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
2361 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
2362 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
2363 /// evaluate the trip count of the loop, return UnknownValue.
2364 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::
2365 ComputeIterationCountExhaustively(const Loop *L, Value *Cond, bool ExitWhen) {
2366   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
2367   if (PN == 0) return UnknownValue;
2368
2369   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
2370   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
2371   // second must be derived from the same PHI.
2372   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
2373   Constant *StartCST =
2374     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
2375   if (StartCST == 0) return UnknownValue;  // Must be a constant.
2376
2377   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
2378   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
2379   if (PN2 != PN) return UnknownValue;  // Not derived from same PHI.
2380
2381   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
2382   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
2383   // "ExitWhen".
2384   unsigned IterationNum = 0;
2385   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
2386   for (Constant *PHIVal = StartCST;
2387        IterationNum != MaxIterations; ++IterationNum) {
2388     ConstantInt *CondVal =
2389       dyn_cast_or_null<ConstantInt>(EvaluateExpression(Cond, PHIVal));
2390
2391     // Couldn't symbolically evaluate.
2392     if (!CondVal) return UnknownValue;
2393
2394     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
2395       ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = PHIVal;
2396       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
2397       return SE.getConstant(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, IterationNum));
2398     }
2399
2400     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
2401     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
2402     if (NextPHI == 0 || NextPHI == PHIVal)
2403       return UnknownValue;  // Couldn't evaluate or not making progress...
2404     PHIVal = NextPHI;
2405   }
2406
2407   // Too many iterations were needed to evaluate.
2408   return UnknownValue;
2409 }
2410
2411 /// getSCEVAtScope - Compute the value of the specified expression within the
2412 /// indicated loop (which may be null to indicate in no loop).  If the
2413 /// expression cannot be evaluated, return UnknownValue.
2414 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getSCEVAtScope(SCEV *V, const Loop *L) {
2415   // FIXME: this should be turned into a virtual method on SCEV!
2416
2417   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
2418
2419   // If this instruction is evolved from a constant-evolving PHI, compute the
2420   // exit value from the loop without using SCEVs.
2421   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
2422     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
2423       const Loop *LI = this->LI[I->getParent()];
2424       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
2425         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
2426           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
2427             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
2428             // to see if the loop that contains it has a known iteration count.
2429             // If so, we may be able to force computation of the exit value.
2430             SCEVHandle IterationCount = getIterationCount(LI);
2431             if (SCEVConstant *ICC = dyn_cast<SCEVConstant>(IterationCount)) {
2432               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
2433               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
2434               // the specified iteration number.
2435               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
2436                                                     ICC->getValue()->getValue(),
2437                                                                LI);
2438               if (RV) return SE.getUnknown(RV);
2439             }
2440           }
2441
2442       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
2443       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
2444       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
2445       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
2446       if (CanConstantFold(I)) {
2447         std::vector<Constant*> Operands;
2448         Operands.reserve(I->getNumOperands());
2449         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2450           Value *Op = I->getOperand(i);
2451           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
2452             Operands.push_back(C);
2453           } else {
2454             // If any of the operands is non-constant and if they are
2455             // non-integer, don't even try to analyze them with scev techniques.
2456             if (!isa<IntegerType>(Op->getType()))
2457               return V;
2458               
2459             SCEVHandle OpV = getSCEVAtScope(getSCEV(Op), L);
2460             if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OpV))
2461               Operands.push_back(ConstantExpr::getIntegerCast(SC->getValue(), 
2462                                                               Op->getType(), 
2463                                                               false));
2464             else if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(OpV)) {
2465               if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(SU->getValue()))
2466                 Operands.push_back(ConstantExpr::getIntegerCast(C, 
2467                                                                 Op->getType(), 
2468                                                                 false));
2469               else
2470                 return V;
2471             } else {
2472               return V;
2473             }
2474           }
2475         }
2476         
2477         Constant *C;
2478         if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
2479           C = ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
2480                                               &Operands[0], Operands.size());
2481         else
2482           C = ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
2483                                        &Operands[0], Operands.size());
2484         return SE.getUnknown(C);
2485       }
2486     }
2487
2488     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
2489     return V;
2490   }
2491
2492   if (SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
2493     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
2494     // expression has no loop-variant portions.
2495     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2496       SCEVHandle OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
2497       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
2498         if (OpAtScope == UnknownValue) return UnknownValue;
2499         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
2500         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
2501         std::vector<SCEVHandle> NewOps(Comm->op_begin(), Comm->op_begin()+i);
2502         NewOps.push_back(OpAtScope);
2503
2504         for (++i; i != e; ++i) {
2505           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
2506           if (OpAtScope == UnknownValue) return UnknownValue;
2507           NewOps.push_back(OpAtScope);
2508         }
2509         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
2510           return SE.getAddExpr(NewOps);
2511         if (isa<SCEVMulExpr>(Comm))
2512           return SE.getMulExpr(NewOps);
2513         if (isa<SCEVSMaxExpr>(Comm))
2514           return SE.getSMaxExpr(NewOps);
2515         if (isa<SCEVUMaxExpr>(Comm))
2516           return SE.getUMaxExpr(NewOps);
2517         assert(0 && "Unknown commutative SCEV type!");
2518       }
2519     }
2520     // If we got here, all operands are loop invariant.
2521     return Comm;
2522   }
2523
2524   if (SCEVUDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(V)) {
2525     SCEVHandle LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
2526     if (LHS == UnknownValue) return LHS;
2527     SCEVHandle RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
2528     if (RHS == UnknownValue) return RHS;
2529     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
2530       return Div;   // must be loop invariant
2531     return SE.getUDivExpr(LHS, RHS);
2532   }
2533
2534   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
2535   // are dealing with the final value computed by the loop.
2536   if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
2537     if (!L || !AddRec->getLoop()->contains(L->getHeader())) {
2538       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
2539       // loop iterates.  Compute this now.
2540       SCEVHandle IterationCount = getIterationCount(AddRec->getLoop());
2541       if (IterationCount == UnknownValue) return UnknownValue;
2542
2543       // Then, evaluate the AddRec.
2544       return AddRec->evaluateAtIteration(IterationCount, SE);
2545     }
2546     return UnknownValue;
2547   }
2548
2549   //assert(0 && "Unknown SCEV type!");
2550   return UnknownValue;
2551 }
2552
2553 /// SolveLinEquationWithOverflow - Finds the minimum unsigned root of the
2554 /// following equation:
2555 ///
2556 ///     A * X = B (mod N)
2557 ///
2558 /// where N = 2^BW and BW is the common bit width of A and B. The signedness of
2559 /// A and B isn't important.
2560 ///
2561 /// If the equation does not have a solution, SCEVCouldNotCompute is returned.
2562 static SCEVHandle SolveLinEquationWithOverflow(const APInt &A, const APInt &B,
2563                                                ScalarEvolution &SE) {
2564   uint32_t BW = A.getBitWidth();
2565   assert(BW == B.getBitWidth() && "Bit widths must be the same.");
2566   assert(A != 0 && "A must be non-zero.");
2567
2568   // 1. D = gcd(A, N)
2569   //
2570   // The gcd of A and N may have only one prime factor: 2. The number of
2571   // trailing zeros in A is its multiplicity
2572   uint32_t Mult2 = A.countTrailingZeros();
2573   // D = 2^Mult2
2574
2575   // 2. Check if B is divisible by D.
2576   //
2577   // B is divisible by D if and only if the multiplicity of prime factor 2 for B
2578   // is not less than multiplicity of this prime factor for D.
2579   if (B.countTrailingZeros() < Mult2)
2580     return new SCEVCouldNotCompute();
2581
2582   // 3. Compute I: the multiplicative inverse of (A / D) in arithmetic
2583   // modulo (N / D).
2584   //
2585   // (N / D) may need BW+1 bits in its representation.  Hence, we'll use this
2586   // bit width during computations.
2587   APInt AD = A.lshr(Mult2).zext(BW + 1);  // AD = A / D
2588   APInt Mod(BW + 1, 0);
2589   Mod.set(BW - Mult2);  // Mod = N / D
2590   APInt I = AD.multiplicativeInverse(Mod);
2591
2592   // 4. Compute the minimum unsigned root of the equation:
2593   // I * (B / D) mod (N / D)
2594   APInt Result = (I * B.lshr(Mult2).zext(BW + 1)).urem(Mod);
2595
2596   // The result is guaranteed to be less than 2^BW so we may truncate it to BW
2597   // bits.
2598   return SE.getConstant(Result.trunc(BW));
2599 }
2600
2601 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
2602 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
2603 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
2604 ///
2605 static std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle>
2606 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ScalarEvolution &SE) {
2607   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
2608   SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
2609   SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
2610   SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
2611
2612   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
2613   if (!LC || !MC || !NC) {
2614     SCEV *CNC = new SCEVCouldNotCompute();
2615     return std::make_pair(CNC, CNC);
2616   }
2617
2618   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
2619   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
2620   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
2621   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
2622   APInt Two(BitWidth, 2);
2623   APInt Four(BitWidth, 4);
2624
2625   { 
2626     using namespace APIntOps;
2627     const APInt& C = L;
2628     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
2629     // The B coefficient is M-N/2
2630     APInt B(M);
2631     B -= sdiv(N,Two);
2632
2633     // The A coefficient is N/2
2634     APInt A(N.sdiv(Two));
2635
2636     // Compute the B^2-4ac term.
2637     APInt SqrtTerm(B);
2638     SqrtTerm *= B;
2639     SqrtTerm -= Four * (A * C);
2640
2641     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
2642     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
2643     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
2644
2645     // Compute the two solutions for the quadratic formula. 
2646     // The divisions must be performed as signed divisions.
2647     APInt NegB(-B);
2648     APInt TwoA( A << 1 );
2649     if (TwoA.isMinValue()) {
2650       SCEV *CNC = new SCEVCouldNotCompute();
2651       return std::make_pair(CNC, CNC);
2652     }
2653
2654     ConstantInt *Solution1 = ConstantInt::get((NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
2655     ConstantInt *Solution2 = ConstantInt::get((NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
2656
2657     return std::make_pair(SE.getConstant(Solution1), 
2658                           SE.getConstant(Solution2));
2659     } // end APIntOps namespace
2660 }
2661
2662 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
2663 /// value to zero will execute.  If not computable, return UnknownValue
2664 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::HowFarToZero(SCEV *V, const Loop *L) {
2665   // If the value is a constant
2666   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
2667     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
2668     if (C->getValue()->isZero()) return C;
2669     return UnknownValue;  // Otherwise it will loop infinitely.
2670   }
2671
2672   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
2673   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
2674     return UnknownValue;
2675
2676   if (AddRec->isAffine()) {
2677     // If this is an affine expression, the execution count of this branch is
2678     // the minimum unsigned root of the following equation:
2679     //
2680     //     Start + Step*N = 0 (mod 2^BW)
2681     //
2682     // equivalent to:
2683     //
2684     //             Step*N = -Start (mod 2^BW)
2685     //
2686     // where BW is the common bit width of Start and Step.
2687
2688     // Get the initial value for the loop.
2689     SCEVHandle Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(), L->getParentLoop());
2690     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Start)) return UnknownValue;
2691
2692     SCEVHandle Step = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(1), L->getParentLoop());
2693
2694     if (SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step)) {
2695       // For now we handle only constant steps.
2696
2697       // First, handle unitary steps.
2698       if (StepC->getValue()->equalsInt(1))      // 1*N = -Start (mod 2^BW), so:
2699         return SE.getNegativeSCEV(Start);       //   N = -Start (as unsigned)
2700       if (StepC->getValue()->isAllOnesValue())  // -1*N = -Start (mod 2^BW), so:
2701         return Start;                           //    N = Start (as unsigned)
2702
2703       // Then, try to solve the above equation provided that Start is constant.
2704       if (SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start))
2705         return SolveLinEquationWithOverflow(StepC->getValue()->getValue(),
2706                                             -StartC->getValue()->getValue(),SE);
2707     }
2708   } else if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isInteger()) {
2709     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
2710     // the quadratic equation to solve it.
2711     std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle> Roots = SolveQuadraticEquation(AddRec, SE);
2712     SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
2713     SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
2714     if (R1) {
2715 #if 0
2716       cerr << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
2717            << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
2718 #endif
2719       // Pick the smallest positive root value.
2720       if (ConstantInt *CB =
2721           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT, 
2722                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
2723         if (CB->getZExtValue() == false)
2724           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
2725
2726         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
2727         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
2728         // should not accept a root of 2.
2729         SCEVHandle Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1, SE);
2730         if (Val->isZero())
2731           return R1;  // We found a quadratic root!
2732       }
2733     }
2734   }
2735
2736   return UnknownValue;
2737 }
2738
2739 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
2740 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
2741 /// UnknownValue
2742 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::HowFarToNonZero(SCEV *V, const Loop *L) {
2743   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
2744   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
2745   // future as needed.
2746
2747   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
2748   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
2749   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
2750     if (!C->getValue()->isNullValue())
2751       return SE.getIntegerSCEV(0, C->getType());
2752     return UnknownValue;  // Otherwise it will loop infinitely.
2753   }
2754
2755   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
2756   // this, and if they did, they would already be constant folded.
2757   return UnknownValue;
2758 }
2759
2760 /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
2761 /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
2762 /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
2763 /// found.
2764 ///
2765 BasicBlock *
2766 ScalarEvolutionsImpl::getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB) {
2767   // If the block has a unique predecessor, the predecessor must have
2768   // no other successors from which BB is reachable.
2769   if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor())
2770     return Pred;
2771
2772   // A loop's header is defined to be a block that dominates the loop.
2773   // If the loop has a preheader, it must be a block that has exactly
2774   // one successor that can reach BB. This is slightly more strict
2775   // than necessary, but works if critical edges are split.
2776   if (Loop *L = LI.getLoopFor(BB))
2777     return L->getLoopPreheader();
2778
2779   return 0;
2780 }
2781
2782 /// isLoopGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected by
2783 /// a conditional between LHS and RHS.
2784 bool ScalarEvolutionsImpl::isLoopGuardedByCond(const Loop *L,
2785                                                ICmpInst::Predicate Pred,
2786                                                SCEV *LHS, SCEV *RHS) {
2787   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
2788   BasicBlock *PreheaderDest = L->getHeader();
2789
2790   // Starting at the preheader, climb up the predecessor chain, as long as
2791   // there are predecessors that can be found that have unique successors
2792   // leading to the original header.
2793   for (; Preheader;
2794        PreheaderDest = Preheader,
2795        Preheader = getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(Preheader)) {
2796
2797     BranchInst *LoopEntryPredicate =
2798       dyn_cast<BranchInst>(Preheader->getTerminator());
2799     if (!LoopEntryPredicate ||
2800         LoopEntryPredicate->isUnconditional())
2801       continue;
2802
2803     ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(LoopEntryPredicate->getCondition());
2804     if (!ICI) continue;
2805
2806     // Now that we found a conditional branch that dominates the loop, check to
2807     // see if it is the comparison we are looking for.
2808     Value *PreCondLHS = ICI->getOperand(0);
2809     Value *PreCondRHS = ICI->getOperand(1);
2810     ICmpInst::Predicate Cond;
2811     if (LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) == PreheaderDest)
2812       Cond = ICI->getPredicate();
2813     else
2814       Cond = ICI->getInversePredicate();
2815
2816     if (Cond == Pred)
2817       ; // An exact match.
2818     else if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(Cond) && Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
2819       ; // The actual condition is beyond sufficient.
2820     else
2821       // Check a few special cases.
2822       switch (Cond) {
2823       case ICmpInst::ICMP_UGT:
2824         if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT) {
2825           std::swap(PreCondLHS, PreCondRHS);
2826           Cond = ICmpInst::ICMP_ULT;
2827           break;
2828         }
2829         continue;
2830       case ICmpInst::ICMP_SGT:
2831         if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT) {
2832           std::swap(PreCondLHS, PreCondRHS);
2833           Cond = ICmpInst::ICMP_SLT;
2834           break;
2835         }
2836         continue;
2837       case ICmpInst::ICMP_NE:
2838         // Expressions like (x >u 0) are often canonicalized to (x != 0),
2839         // so check for this case by checking if the NE is comparing against
2840         // a minimum or maximum constant.
2841         if (!ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred))
2842           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(PreCondRHS)) {
2843             const APInt &A = CI->getValue();
2844             switch (Pred) {
2845             case ICmpInst::ICMP_SLT:
2846               if (A.isMaxSignedValue()) break;
2847               continue;
2848             case ICmpInst::ICMP_SGT:
2849               if (A.isMinSignedValue()) break;
2850               continue;
2851             case ICmpInst::ICMP_ULT:
2852               if (A.isMaxValue()) break;
2853               continue;
2854             case ICmpInst::ICMP_UGT:
2855               if (A.isMinValue()) break;
2856               continue;
2857             default:
2858               continue;
2859             }
2860             Cond = ICmpInst::ICMP_NE;
2861             // NE is symmetric but the original comparison may not be. Swap
2862             // the operands if necessary so that they match below.
2863             if (isa<SCEVConstant>(LHS))
2864               std::swap(PreCondLHS, PreCondRHS);
2865             break;
2866           }
2867         continue;
2868       default:
2869         // We weren't able to reconcile the condition.
2870         continue;
2871       }
2872
2873     if (!PreCondLHS->getType()->isInteger()) continue;
2874
2875     SCEVHandle PreCondLHSSCEV = getSCEV(PreCondLHS);
2876     SCEVHandle PreCondRHSSCEV = getSCEV(PreCondRHS);
2877     if ((LHS == PreCondLHSSCEV && RHS == PreCondRHSSCEV) ||
2878         (LHS == SE.getNotSCEV(PreCondRHSSCEV) &&
2879          RHS == SE.getNotSCEV(PreCondLHSSCEV)))
2880       return true;
2881   }
2882
2883   return false;
2884 }
2885
2886 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
2887 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
2888 /// UnknownValue.
2889 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::
2890 HowManyLessThans(SCEV *LHS, SCEV *RHS, const Loop *L, bool isSigned) {
2891   // Only handle:  "ADDREC < LoopInvariant".
2892   if (!RHS->isLoopInvariant(L)) return UnknownValue;
2893
2894   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
2895   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
2896     return UnknownValue;
2897
2898   if (AddRec->isAffine()) {
2899     // FORNOW: We only support unit strides.
2900     SCEVHandle One = SE.getIntegerSCEV(1, RHS->getType());
2901     if (AddRec->getOperand(1) != One)
2902       return UnknownValue;
2903
2904     // We know the LHS is of the form {n,+,1} and the RHS is some loop-invariant
2905     // m.  So, we count the number of iterations in which {n,+,1} < m is true.
2906     // Note that we cannot simply return max(m-n,0) because it's not safe to
2907     // treat m-n as signed nor unsigned due to overflow possibility.
2908
2909     // First, we get the value of the LHS in the first iteration: n
2910     SCEVHandle Start = AddRec->getOperand(0);
2911
2912     if (isLoopGuardedByCond(L,
2913                             isSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_ULT,
2914                             SE.getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0), One), RHS)) {
2915       // Since we know that the condition is true in order to enter the loop,
2916       // we know that it will run exactly m-n times.
2917       return SE.getMinusSCEV(RHS, Start);
2918     } else {
2919       // Then, we get the value of the LHS in the first iteration in which the
2920       // above condition doesn't hold.  This equals to max(m,n).
2921       SCEVHandle End = isSigned ? SE.getSMaxExpr(RHS, Start)
2922                                 : SE.getUMaxExpr(RHS, Start);
2923
2924       // Finally, we subtract these two values to get the number of times the
2925       // backedge is executed: max(m,n)-n.
2926       return SE.getMinusSCEV(End, Start);
2927     }
2928   }
2929
2930   return UnknownValue;
2931 }
2932
2933 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
2934 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
2935 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
2936 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
2937 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
2938 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
2939                                                    ScalarEvolution &SE) const {
2940   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
2941     return new SCEVCouldNotCompute();
2942
2943   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
2944   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
2945     if (!SC->getValue()->isZero()) {
2946       std::vector<SCEVHandle> Operands(op_begin(), op_end());
2947       Operands[0] = SE.getIntegerSCEV(0, SC->getType());
2948       SCEVHandle Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop());
2949       if (SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
2950         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
2951                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
2952       // This is strange and shouldn't happen.
2953       return new SCEVCouldNotCompute();
2954     }
2955
2956   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
2957   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
2958   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
2959     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
2960       return new SCEVCouldNotCompute();
2961
2962
2963   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
2964   // that the start element is zero.
2965
2966   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
2967   // iteration exits.
2968   if (!Range.contains(APInt(getBitWidth(),0))) 
2969     return SE.getConstant(ConstantInt::get(getType(),0));
2970
2971   if (isAffine()) {
2972     // If this is an affine expression then we have this situation:
2973     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
2974
2975     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
2976     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
2977     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
2978     // value.  Also note that we already checked for a full range.
2979     APInt One(getBitWidth(),1);
2980     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
2981     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
2982
2983     // The exit value should be (End+A)/A.
2984     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
2985     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(ExitVal);
2986
2987     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
2988     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
2989     // things must have happened.
2990     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
2991     if (Range.contains(Val->getValue()))
2992       return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
2993
2994     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
2995     assert(Range.contains(
2996            EvaluateConstantChrecAtConstant(this, 
2997            ConstantInt::get(ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
2998            "Linear scev computation is off in a bad way!");
2999     return SE.getConstant(ExitValue);
3000   } else if (isQuadratic()) {
3001     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
3002     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
3003     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
3004     // Range.getUpper() is crossed.
3005     std::vector<SCEVHandle> NewOps(op_begin(), op_end());
3006     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
3007     SCEVHandle NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop());
3008
3009     // Next, solve the constructed addrec
3010     std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle> Roots =
3011       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
3012     SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
3013     SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
3014     if (R1) {
3015       // Pick the smallest positive root value.
3016       if (ConstantInt *CB =
3017           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT, 
3018                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
3019         if (CB->getZExtValue() == false)
3020           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
3021
3022         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
3023         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
3024         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
3025         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
3026                                                              R1->getValue(),
3027                                                              SE);
3028         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
3029           // The next iteration must be out of the range...
3030           ConstantInt *NextVal = ConstantInt::get(R1->getValue()->getValue()+1);
3031
3032           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
3033           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
3034             return SE.getConstant(NextVal);
3035           return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
3036         }
3037
3038         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
3039         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
3040         ConstantInt *NextVal = ConstantInt::get(R1->getValue()->getValue()-1);
3041         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
3042         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
3043           return R1;
3044         return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
3045       }
3046     }
3047   }
3048
3049   return new SCEVCouldNotCompute();
3050 }
3051
3052
3053
3054 //===----------------------------------------------------------------------===//
3055 //                   ScalarEvolution Class Implementation
3056 //===----------------------------------------------------------------------===//
3057
3058 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
3059   Impl = new ScalarEvolutionsImpl(*this, F, getAnalysis<LoopInfo>());
3060   return false;
3061 }
3062
3063 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
3064   delete (ScalarEvolutionsImpl*)Impl;
3065   Impl = 0;
3066 }
3067
3068 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3069   AU.setPreservesAll();
3070   AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
3071 }
3072
3073 SCEVHandle ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) const {
3074   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getSCEV(V);
3075 }
3076
3077 /// hasSCEV - Return true if the SCEV for this value has already been
3078 /// computed.
3079 bool ScalarEvolution::hasSCEV(Value *V) const {
3080   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->hasSCEV(V);
3081 }
3082
3083
3084 /// setSCEV - Insert the specified SCEV into the map of current SCEVs for
3085 /// the specified value.
3086 void ScalarEvolution::setSCEV(Value *V, const SCEVHandle &H) {
3087   ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->setSCEV(V, H);
3088 }
3089
3090
3091 bool ScalarEvolution::isLoopGuardedByCond(const Loop *L,
3092                                           ICmpInst::Predicate Pred,
3093                                           SCEV *LHS, SCEV *RHS) {
3094   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->isLoopGuardedByCond(L, Pred,
3095                                                             LHS, RHS);
3096 }
3097
3098 SCEVHandle ScalarEvolution::getIterationCount(const Loop *L) const {
3099   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getIterationCount(L);
3100 }
3101
3102 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantIterationCount(const Loop *L) const {
3103   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getIterationCount(L));
3104 }
3105
3106 void ScalarEvolution::forgetLoopIterationCount(const Loop *L) {
3107   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->forgetLoopIterationCount(L);
3108 }
3109
3110 SCEVHandle ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) const {
3111   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
3112 }
3113
3114 void ScalarEvolution::deleteValueFromRecords(Value *V) const {
3115   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->deleteValueFromRecords(V);
3116 }
3117
3118 static void PrintLoopInfo(std::ostream &OS, const ScalarEvolution *SE,
3119                           const Loop *L) {
3120   // Print all inner loops first
3121   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
3122     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
3123
3124   OS << "Loop " << L->getHeader()->getName() << ": ";
3125
3126   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
3127   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
3128   if (ExitBlocks.size() != 1)
3129     OS << "<multiple exits> ";
3130
3131   if (SE->hasLoopInvariantIterationCount(L)) {
3132     OS << *SE->getIterationCount(L) << " iterations! ";
3133   } else {
3134     OS << "Unpredictable iteration count. ";
3135   }
3136
3137   OS << "\n";
3138 }
3139
3140 void ScalarEvolution::print(std::ostream &OS, const Module* ) const {
3141   Function &F = ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->F;
3142   LoopInfo &LI = ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->LI;
3143
3144   OS << "Classifying expressions for: " << F.getName() << "\n";
3145   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
3146     if (I->getType()->isInteger()) {
3147       OS << *I;
3148       OS << "  -->  ";
3149       SCEVHandle SV = getSCEV(&*I);
3150       SV->print(OS);
3151       OS << "\t\t";
3152
3153       if (const Loop *L = LI.getLoopFor((*I).getParent())) {
3154         OS << "Exits: ";
3155         SCEVHandle ExitValue = getSCEVAtScope(&*I, L->getParentLoop());
3156         if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ExitValue)) {
3157           OS << "<<Unknown>>";
3158         } else {
3159           OS << *ExitValue;
3160         }
3161       }
3162
3163
3164       OS << "\n";
3165     }
3166
3167   OS << "Determining loop execution counts for: " << F.getName() << "\n";
3168   for (LoopInfo::iterator I = LI.begin(), E = LI.end(); I != E; ++I)
3169     PrintLoopInfo(OS, this, *I);
3170 }