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