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/LoopInfo.h"
  70 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
  71 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  72 #include "llvm/Support/CFG.h"
  73 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  74 #include "llvm/Support/Compiler.h"
  75 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
  76 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
  77 #include "llvm/Support/ManagedStatic.h"
  78 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
  79 #include "llvm/Support/Streams.h"
  80 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  81 #include <ostream>
  82 #include <algorithm>
  83 #include <cmath>
  84 using namespace llvm;
  85
  86 STATISTIC(NumBruteForceEvaluations,
  87           "Number of brute force evaluations needed to "
  88           "calculate high-order polynomial exit values");
  89 STATISTIC(NumArrayLenItCounts,
  90           "Number of trip counts computed with array length");
  91 STATISTIC(NumTripCountsComputed,
  92           "Number of loops with predictable loop counts");
  93 STATISTIC(NumTripCountsNotComputed,
  94           "Number of loops without predictable loop counts");
  95 STATISTIC(NumBruteForceTripCountsComputed,
  96           "Number of loops with trip counts computed by force");
  97
  98 static cl::opt<unsigned>
  99 MaxBruteForceIterations("scalar-evolution-max-iterations", cl::ReallyHidden,
 100                         cl::desc("Maximum number of iterations SCEV will "
 101                                  "symbolically execute a constant derived loop"),
 102                         cl::init(100));
 103
 104 static RegisterPass<ScalarEvolution>
 105 R("scalar-evolution", "Scalar Evolution Analysis", false, true);
 106 char ScalarEvolution::ID = 0;
 107
 108 //===----------------------------------------------------------------------===//
 109 //                           SCEV class definitions
 110 //===----------------------------------------------------------------------===//
 111
 112 //===----------------------------------------------------------------------===//
 113 // Implementation of the SCEV class.
 114 //
 115 SCEV::~SCEV() {}
 116 void SCEV::dump() const {
 117   print(cerr);
 118 }
 119
 120 uint32_t SCEV::getBitWidth() const {
 121   if (const IntegerType* ITy = dyn_cast<IntegerType>(getType()))
 122     return ITy->getBitWidth();
 123   return 0;
 124 }
 125
 126 bool SCEV::isZero() const {
 127   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(this))
 128     return SC->getValue()->isZero();
 129   return false;
 130 }
 131
 132
 133 SCEVCouldNotCompute::SCEVCouldNotCompute() : SCEV(scCouldNotCompute) {}
 134
 135 bool SCEVCouldNotCompute::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
 136   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
 137   return false;
 138 }
 139
 140 const Type *SCEVCouldNotCompute::getType() const {
 141   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
 142   return 0;
 143 }
 144
 145 bool SCEVCouldNotCompute::hasComputableLoopEvolution(const Loop *L) const {
 146   assert(0 && "Attempt to use a SCEVCouldNotCompute object!");
 147   return false;
 148 }
 149
 150 SCEVHandle SCEVCouldNotCompute::
 151 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
 152                                   const SCEVHandle &Conc,
 153                                   ScalarEvolution &SE) const {
 154   return this;
 155 }
 156
 157 void SCEVCouldNotCompute::print(std::ostream &OS) const {
 158   OS << "***COULDNOTCOMPUTE***";
 159 }
 160
 161 bool SCEVCouldNotCompute::classof(const SCEV *S) {
 162   return S->getSCEVType() == scCouldNotCompute;
 163 }
 164
 165
 166 // SCEVConstants - Only allow the creation of one SCEVConstant for any
 167 // particular value.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will
 168 // never be deleted!
 169 static ManagedStatic<std::map<ConstantInt*, SCEVConstant*> > SCEVConstants;
 170
 171
 172 SCEVConstant::~SCEVConstant() {
 173   SCEVConstants->erase(V);
 174 }
 175
 176 SCEVHandle ScalarEvolution::getConstant(ConstantInt *V) {
 177   SCEVConstant *&R = (*SCEVConstants)[V];
 178   if (R == 0) R = new SCEVConstant(V);
 179   return R;
 180 }
 181
 182 SCEVHandle ScalarEvolution::getConstant(const APInt& Val) {
 183   return getConstant(ConstantInt::get(Val));
 184 }
 185
 186 const Type *SCEVConstant::getType() const { return V->getType(); }
 187
 188 void SCEVConstant::print(std::ostream &OS) const {
 189   WriteAsOperand(OS, V, false);
 190 }
 191
 192 // SCEVTruncates - Only allow the creation of one SCEVTruncateExpr for any
 193 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will
 194 // never be deleted!
 195 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, const Type*>,
 196                      SCEVTruncateExpr*> > SCEVTruncates;
 197
 198 SCEVTruncateExpr::SCEVTruncateExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
 199   : SCEV(scTruncate), Op(op), Ty(ty) {
 200   assert(Op->getType()->isInteger() && Ty->isInteger() &&
 201          "Cannot truncate non-integer value!");
 202   assert(Op->getType()->getPrimitiveSizeInBits() > Ty->getPrimitiveSizeInBits()
 203          && "This is not a truncating conversion!");
 204 }
 205
 206 SCEVTruncateExpr::~SCEVTruncateExpr() {
 207   SCEVTruncates->erase(std::make_pair(Op, Ty));
 208 }
 209
 210 void SCEVTruncateExpr::print(std::ostream &OS) const {
 211   OS << "(truncate " << *Op << " to " << *Ty << ")";
 212 }
 213
 214 // SCEVZeroExtends - Only allow the creation of one SCEVZeroExtendExpr for any
 215 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
 216 // be deleted!
 217 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, const Type*>,
 218                      SCEVZeroExtendExpr*> > SCEVZeroExtends;
 219
 220 SCEVZeroExtendExpr::SCEVZeroExtendExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
 221   : SCEV(scZeroExtend), Op(op), Ty(ty) {
 222   assert(Op->getType()->isInteger() && Ty->isInteger() &&
 223          "Cannot zero extend non-integer value!");
 224   assert(Op->getType()->getPrimitiveSizeInBits() < Ty->getPrimitiveSizeInBits()
 225          && "This is not an extending conversion!");
 226 }
 227
 228 SCEVZeroExtendExpr::~SCEVZeroExtendExpr() {
 229   SCEVZeroExtends->erase(std::make_pair(Op, Ty));
 230 }
 231
 232 void SCEVZeroExtendExpr::print(std::ostream &OS) const {
 233   OS << "(zeroextend " << *Op << " to " << *Ty << ")";
 234 }
 235
 236 // SCEVSignExtends - Only allow the creation of one SCEVSignExtendExpr for any
 237 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
 238 // be deleted!
 239 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, const Type*>,
 240                      SCEVSignExtendExpr*> > SCEVSignExtends;
 241
 242 SCEVSignExtendExpr::SCEVSignExtendExpr(const SCEVHandle &op, const Type *ty)
 243   : SCEV(scSignExtend), Op(op), Ty(ty) {
 244   assert(Op->getType()->isInteger() && Ty->isInteger() &&
 245          "Cannot sign extend non-integer value!");
 246   assert(Op->getType()->getPrimitiveSizeInBits() < Ty->getPrimitiveSizeInBits()
 247          && "This is not an extending conversion!");
 248 }
 249
 250 SCEVSignExtendExpr::~SCEVSignExtendExpr() {
 251   SCEVSignExtends->erase(std::make_pair(Op, Ty));
 252 }
 253
 254 void SCEVSignExtendExpr::print(std::ostream &OS) const {
 255   OS << "(signextend " << *Op << " to " << *Ty << ")";
 256 }
 257
 258 // SCEVCommExprs - Only allow the creation of one SCEVCommutativeExpr for any
 259 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
 260 // be deleted!
 261 static ManagedStatic<std::map<std::pair<unsigned, std::vector<SCEV*> >,
 262                      SCEVCommutativeExpr*> > SCEVCommExprs;
 263
 264 SCEVCommutativeExpr::~SCEVCommutativeExpr() {
 265   SCEVCommExprs->erase(std::make_pair(getSCEVType(),
 266                                       std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
 267                                                          Operands.end())));
 268 }
 269
 270 void SCEVCommutativeExpr::print(std::ostream &OS) const {
 271   assert(Operands.size() > 1 && "This plus expr shouldn't exist!");
 272   const char *OpStr = getOperationStr();
 273   OS << "(" << *Operands[0];
 274   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
 275     OS << OpStr << *Operands[i];
 276   OS << ")";
 277 }
 278
 279 SCEVHandle SCEVCommutativeExpr::
 280 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
 281                                   const SCEVHandle &Conc,
 282                                   ScalarEvolution &SE) const {
 283   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
 284     SCEVHandle H =
 285       getOperand(i)->replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE);
 286     if (H != getOperand(i)) {
 287       std::vector<SCEVHandle> NewOps;
 288       NewOps.reserve(getNumOperands());
 289       for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
 290         NewOps.push_back(getOperand(j));
 291       NewOps.push_back(H);
 292       for (++i; i != e; ++i)
 293         NewOps.push_back(getOperand(i)->
 294                          replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE));
 295
 296       if (isa<SCEVAddExpr>(this))
 297         return SE.getAddExpr(NewOps);
 298       else if (isa<SCEVMulExpr>(this))
 299         return SE.getMulExpr(NewOps);
 300       else if (isa<SCEVSMaxExpr>(this))
 301         return SE.getSMaxExpr(NewOps);
 302       else if (isa<SCEVUMaxExpr>(this))
 303         return SE.getUMaxExpr(NewOps);
 304       else
 305         assert(0 && "Unknown commutative expr!");
 306     }
 307   }
 308   return this;
 309 }
 310
 311
 312 // SCEVUDivs - Only allow the creation of one SCEVUDivExpr for any particular
 313 // input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never be
 314 // deleted!
 315 static ManagedStatic<std::map<std::pair<SCEV*, SCEV*>,
 316                      SCEVUDivExpr*> > SCEVUDivs;
 317
 318 SCEVUDivExpr::~SCEVUDivExpr() {
 319   SCEVUDivs->erase(std::make_pair(LHS, RHS));
 320 }
 321
 322 void SCEVUDivExpr::print(std::ostream &OS) const {
 323   OS << "(" << *LHS << " /u " << *RHS << ")";
 324 }
 325
 326 const Type *SCEVUDivExpr::getType() const {
 327   return LHS->getType();
 328 }
 329
 330 // SCEVAddRecExprs - Only allow the creation of one SCEVAddRecExpr for any
 331 // particular input.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never
 332 // be deleted!
 333 static ManagedStatic<std::map<std::pair<const Loop *, std::vector<SCEV*> >,
 334                      SCEVAddRecExpr*> > SCEVAddRecExprs;
 335
 336 SCEVAddRecExpr::~SCEVAddRecExpr() {
 337   SCEVAddRecExprs->erase(std::make_pair(L,
 338                                         std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
 339                                                            Operands.end())));
 340 }
 341
 342 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::
 343 replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
 344                                   const SCEVHandle &Conc,
 345                                   ScalarEvolution &SE) const {
 346   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
 347     SCEVHandle H =
 348       getOperand(i)->replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE);
 349     if (H != getOperand(i)) {
 350       std::vector<SCEVHandle> NewOps;
 351       NewOps.reserve(getNumOperands());
 352       for (unsigned j = 0; j != i; ++j)
 353         NewOps.push_back(getOperand(j));
 354       NewOps.push_back(H);
 355       for (++i; i != e; ++i)
 356         NewOps.push_back(getOperand(i)->
 357                          replaceSymbolicValuesWithConcrete(Sym, Conc, SE));
 358
 359       return SE.getAddRecExpr(NewOps, L);
 360     }
 361   }
 362   return this;
 363 }
 364
 365
 366 bool SCEVAddRecExpr::isLoopInvariant(const Loop *QueryLoop) const {
 367   // This recurrence is invariant w.r.t to QueryLoop iff QueryLoop doesn't
 368   // contain L and if the start is invariant.
 369   return !QueryLoop->contains(L->getHeader()) &&
 370          getOperand(0)->isLoopInvariant(QueryLoop);
 371 }
 372
 373
 374 void SCEVAddRecExpr::print(std::ostream &OS) const {
 375   OS << "{" << *Operands[0];
 376   for (unsigned i = 1, e = Operands.size(); i != e; ++i)
 377     OS << ",+," << *Operands[i];
 378   OS << "}<" << L->getHeader()->getName() + ">";
 379 }
 380
 381 // SCEVUnknowns - Only allow the creation of one SCEVUnknown for any particular
 382 // value.  Don't use a SCEVHandle here, or else the object will never be
 383 // deleted!
 384 static ManagedStatic<std::map<Value*, SCEVUnknown*> > SCEVUnknowns;
 385
 386 SCEVUnknown::~SCEVUnknown() { SCEVUnknowns->erase(V); }
 387
 388 bool SCEVUnknown::isLoopInvariant(const Loop *L) const {
 389   // All non-instruction values are loop invariant.  All instructions are loop
 390   // invariant if they are not contained in the specified loop.
 391   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 392     return !L->contains(I->getParent());
 393   return true;
 394 }
 395
 396 const Type *SCEVUnknown::getType() const {
 397   return V->getType();
 398 }
 399
 400 void SCEVUnknown::print(std::ostream &OS) const {
 401   WriteAsOperand(OS, V, false);
 402 }
 403
 404 //===----------------------------------------------------------------------===//
 405 //                               SCEV Utilities
 406 //===----------------------------------------------------------------------===//
 407
 408 namespace {
 409   /// SCEVComplexityCompare - Return true if the complexity of the LHS is less
 410   /// than the complexity of the RHS.  This comparator is used to canonicalize
 411   /// expressions.
 412   struct VISIBILITY_HIDDEN SCEVComplexityCompare {
 413     bool operator()(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS) const {
 414       return LHS->getSCEVType() < RHS->getSCEVType();
 415     }
 416   };
 417 }
 418
 419 /// GroupByComplexity - Given a list of SCEV objects, order them by their
 420 /// complexity, and group objects of the same complexity together by value.
 421 /// When this routine is finished, we know that any duplicates in the vector are
 422 /// consecutive and that complexity is monotonically increasing.
 423 ///
 424 /// Note that we go take special precautions to ensure that we get determinstic
 425 /// results from this routine.  In other words, we don't want the results of
 426 /// this to depend on where the addresses of various SCEV objects happened to
 427 /// land in memory.
 428 ///
 429 static void GroupByComplexity(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
 430   if (Ops.size() < 2) return;  // Noop
 431   if (Ops.size() == 2) {
 432     // This is the common case, which also happens to be trivially simple.
 433     // Special case it.
 434     if (SCEVComplexityCompare()(Ops[1], Ops[0]))
 435       std::swap(Ops[0], Ops[1]);
 436     return;
 437   }
 438
 439   // Do the rough sort by complexity.
 440   std::sort(Ops.begin(), Ops.end(), SCEVComplexityCompare());
 441
 442   // Now that we are sorted by complexity, group elements of the same
 443   // complexity.  Note that this is, at worst, N^2, but the vector is likely to
 444   // be extremely short in practice.  Note that we take this approach because we
 445   // do not want to depend on the addresses of the objects we are grouping.
 446   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e-2; ++i) {
 447     SCEV *S = Ops[i];
 448     unsigned Complexity = S->getSCEVType();
 449
 450     // If there are any objects of the same complexity and same value as this
 451     // one, group them.
 452     for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j]->getSCEVType() == Complexity; ++j) {
 453       if (Ops[j] == S) { // Found a duplicate.
 454         // Move it to immediately after i'th element.
 455         std::swap(Ops[i+1], Ops[j]);
 456         ++i;   // no need to rescan it.
 457         if (i == e-2) return;  // Done!
 458       }
 459     }
 460   }
 461 }
 462
 463
 464
 465 //===----------------------------------------------------------------------===//
 466 //                      Simple SCEV method implementations
 467 //===----------------------------------------------------------------------===//
 468
 469 /// getIntegerSCEV - Given an integer or FP type, create a constant for the
 470 /// specified signed integer value and return a SCEV for the constant.
 471 SCEVHandle ScalarEvolution::getIntegerSCEV(int Val, const Type *Ty) {
 472   Constant *C;
 473   if (Val == 0)
 474     C = Constant::getNullValue(Ty);
 475   else if (Ty->isFloatingPoint())
 476     C = ConstantFP::get(APFloat(Ty==Type::FloatTy ? APFloat::IEEEsingle :
 477                                 APFloat::IEEEdouble, Val));
 478   else
 479     C = ConstantInt::get(Ty, Val);
 480   return getUnknown(C);
 481 }
 482
 483 /// getNegativeSCEV - Return a SCEV corresponding to -V = -1*V
 484 ///
 485 SCEVHandle ScalarEvolution::getNegativeSCEV(const SCEVHandle &V) {
 486   if (SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
 487     return getUnknown(ConstantExpr::getNeg(VC->getValue()));
 488
 489   return getMulExpr(V, getConstant(ConstantInt::getAllOnesValue(V->getType())));
 490 }
 491
 492 /// getNotSCEV - Return a SCEV corresponding to ~V = -1-V
 493 SCEVHandle ScalarEvolution::getNotSCEV(const SCEVHandle &V) {
 494   if (SCEVConstant *VC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
 495     return getUnknown(ConstantExpr::getNot(VC->getValue()));
 496
 497   SCEVHandle AllOnes = getConstant(ConstantInt::getAllOnesValue(V->getType()));
 498   return getMinusSCEV(AllOnes, V);
 499 }
 500
 501 /// getMinusSCEV - Return a SCEV corresponding to LHS - RHS.
 502 ///
 503 SCEVHandle ScalarEvolution::getMinusSCEV(const SCEVHandle &LHS,
 504                                          const SCEVHandle &RHS) {
 505   // X - Y --> X + -Y
 506   return getAddExpr(LHS, getNegativeSCEV(RHS));
 507 }
 508
 509
 510 /// BinomialCoefficient - Compute BC(It, K).  The result has width W.
 511 // Assume, K > 0.
 512 static SCEVHandle BinomialCoefficient(SCEVHandle It, unsigned K,
 513                                       ScalarEvolution &SE,
 514                                       const IntegerType* ResultTy) {
 515   // Handle the simplest case efficiently.
 516   if (K == 1)
 517     return SE.getTruncateOrZeroExtend(It, ResultTy);
 518
 519   // We are using the following formula for BC(It, K):
 520   //
 521   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / K!
 522   //
 523   // Suppose, W is the bitwidth of the return value.  We must be prepared for
 524   // overflow.  Hence, we must assure that the result of our computation is
 525   // equal to the accurate one modulo 2^W.  Unfortunately, division isn't
 526   // safe in modular arithmetic.
 527   //
 528   // However, this code doesn't use exactly that formula; the formula it uses
 529   // is something like the following, where T is the number of factors of 2 in
 530   // K! (i.e. trailing zeros in the binary representation of K!), and ^ is
 531   // exponentiation:
 532   //
 533   //   BC(It, K) = (It * (It - 1) * ... * (It - K + 1)) / 2^T / (K! / 2^T)
 534   //
 535   // This formula is trivially equivalent to the previous formula.  However,
 536   // this formula can be implemented much more efficiently.  The trick is that
 537   // K! / 2^T is odd, and exact division by an odd number *is* safe in modular
 538   // arithmetic.  To do exact division in modular arithmetic, all we have
 539   // to do is multiply by the inverse.  Therefore, this step can be done at
 540   // width W.
 541   //
 542   // The next issue is how to safely do the division by 2^T.  The way this
 543   // is done is by doing the multiplication step at a width of at least W + T
 544   // bits.  This way, the bottom W+T bits of the product are accurate. Then,
 545   // when we perform the division by 2^T (which is equivalent to a right shift
 546   // by T), the bottom W bits are accurate.  Extra bits are okay; they'll get
 547   // truncated out after the division by 2^T.
 548   //
 549   // In comparison to just directly using the first formula, this technique
 550   // is much more efficient; using the first formula requires W * K bits,
 551   // but this formula less than W + K bits. Also, the first formula requires
 552   // a division step, whereas this formula only requires multiplies and shifts.
 553   //
 554   // It doesn't matter whether the subtraction step is done in the calculation
 555   // width or the input iteration count's width; if the subtraction overflows,
 556   // the result must be zero anyway.  We prefer here to do it in the width of
 557   // the induction variable because it helps a lot for certain cases; CodeGen
 558   // isn't smart enough to ignore the overflow, which leads to much less
 559   // efficient code if the width of the subtraction is wider than the native
 560   // register width.
 561   //
 562   // (It's possible to not widen at all by pulling out factors of 2 before
 563   // the multiplication; for example, K=2 can be calculated as
 564   // It/2*(It+(It*INT_MIN/INT_MIN)+-1). However, it requires
 565   // extra arithmetic, so it's not an obvious win, and it gets
 566   // much more complicated for K > 3.)
 567
 568   // Protection from insane SCEVs; this bound is conservative,
 569   // but it probably doesn't matter.
 570   if (K > 1000)
 571     return new SCEVCouldNotCompute();
 572
 573   unsigned W = ResultTy->getBitWidth();
 574
 575   // Calculate K! / 2^T and T; we divide out the factors of two before
 576   // multiplying for calculating K! / 2^T to avoid overflow.
 577   // Other overflow doesn't matter because we only care about the bottom
 578   // W bits of the result.
 579   APInt OddFactorial(W, 1);
 580   unsigned T = 1;
 581   for (unsigned i = 3; i <= K; ++i) {
 582     APInt Mult(W, i);
 583     unsigned TwoFactors = Mult.countTrailingZeros();
 584     T += TwoFactors;
 585     Mult = Mult.lshr(TwoFactors);
 586     OddFactorial *= Mult;
 587   }
 588
 589   // We need at least W + T bits for the multiplication step
 590   // FIXME: A temporary hack; we round up the bitwidths
 591   // to the nearest power of 2 to be nice to the code generator.
 592   unsigned CalculationBits = 1U << Log2_32_Ceil(W + T);
 593   // FIXME: Temporary hack to avoid generating integers that are too wide.
 594   // Although, it's not completely clear how to determine how much
 595   // widening is safe; for example, on X86, we can't really widen
 596   // beyond 64 because we need to be able to do multiplication
 597   // that's CalculationBits wide, but on X86-64, we can safely widen up to
 598   // 128 bits.
 599   if (CalculationBits > 64)
 600     return new SCEVCouldNotCompute();
 601
 602   // Calcuate 2^T, at width T+W.
 603   APInt DivFactor = APInt(CalculationBits, 1).shl(T);
 604
 605   // Calculate the multiplicative inverse of K! / 2^T;
 606   // this multiplication factor will perform the exact division by
 607   // K! / 2^T.
 608   APInt Mod = APInt::getSignedMinValue(W+1);
 609   APInt MultiplyFactor = OddFactorial.zext(W+1);
 610   MultiplyFactor = MultiplyFactor.multiplicativeInverse(Mod);
 611   MultiplyFactor = MultiplyFactor.trunc(W);
 612
 613   // Calculate the product, at width T+W
 614   const IntegerType *CalculationTy = IntegerType::get(CalculationBits);
 615   SCEVHandle Dividend = SE.getTruncateOrZeroExtend(It, CalculationTy);
 616   for (unsigned i = 1; i != K; ++i) {
 617     SCEVHandle S = SE.getMinusSCEV(It, SE.getIntegerSCEV(i, It->getType()));
 618     Dividend = SE.getMulExpr(Dividend,
 619                              SE.getTruncateOrZeroExtend(S, CalculationTy));
 620   }
 621
 622   // Divide by 2^T
 623   SCEVHandle DivResult = SE.getUDivExpr(Dividend, SE.getConstant(DivFactor));
 624
 625   // Truncate the result, and divide by K! / 2^T.
 626
 627   return SE.getMulExpr(SE.getConstant(MultiplyFactor),
 628                        SE.getTruncateOrZeroExtend(DivResult, ResultTy));
 629 }
 630
 631 /// evaluateAtIteration - Return the value of this chain of recurrences at
 632 /// the specified iteration number.  We can evaluate this recurrence by
 633 /// multiplying each element in the chain by the binomial coefficient
 634 /// corresponding to it.  In other words, we can evaluate {A,+,B,+,C,+,D} as:
 635 ///
 636 ///   A*BC(It, 0) + B*BC(It, 1) + C*BC(It, 2) + D*BC(It, 3)
 637 ///
 638 /// where BC(It, k) stands for binomial coefficient.
 639 ///
 640 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::evaluateAtIteration(SCEVHandle It,
 641                                                ScalarEvolution &SE) const {
 642   SCEVHandle Result = getStart();
 643   for (unsigned i = 1, e = getNumOperands(); i != e; ++i) {
 644     // The computation is correct in the face of overflow provided that the
 645     // multiplication is performed _after_ the evaluation of the binomial
 646     // coefficient.
 647     SCEVHandle Val =
 648       SE.getMulExpr(getOperand(i),
 649                     BinomialCoefficient(It, i, SE,
 650                                         cast<IntegerType>(getType())));
 651     Result = SE.getAddExpr(Result, Val);
 652   }
 653   return Result;
 654 }
 655
 656 //===----------------------------------------------------------------------===//
 657 //                    SCEV Expression folder implementations
 658 //===----------------------------------------------------------------------===//
 659
 660 SCEVHandle ScalarEvolution::getTruncateExpr(const SCEVHandle &Op, const Type *Ty) {
 661   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
 662     return getUnknown(
 663         ConstantExpr::getTrunc(SC->getValue(), Ty));
 664
 665   // If the input value is a chrec scev made out of constants, truncate
 666   // all of the constants.
 667   if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Op)) {
 668     std::vector<SCEVHandle> Operands;
 669     for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
 670       // FIXME: This should allow truncation of other expression types!
 671       if (isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(i)))
 672         Operands.push_back(getTruncateExpr(AddRec->getOperand(i), Ty));
 673       else
 674         break;
 675     if (Operands.size() == AddRec->getNumOperands())
 676       return getAddRecExpr(Operands, AddRec->getLoop());
 677   }
 678
 679   SCEVTruncateExpr *&Result = (*SCEVTruncates)[std::make_pair(Op, Ty)];
 680   if (Result == 0) Result = new SCEVTruncateExpr(Op, Ty);
 681   return Result;
 682 }
 683
 684 SCEVHandle ScalarEvolution::getZeroExtendExpr(const SCEVHandle &Op, const Type *Ty) {
 685   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
 686     return getUnknown(
 687         ConstantExpr::getZExt(SC->getValue(), Ty));
 688
 689   // FIXME: If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
 690   // did not overflow the old, smaller, value, we can zero extend all of the
 691   // operands (often constants).  This would allow analysis of something like
 692   // this:  for (unsigned char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
 693
 694   SCEVZeroExtendExpr *&Result = (*SCEVZeroExtends)[std::make_pair(Op, Ty)];
 695   if (Result == 0) Result = new SCEVZeroExtendExpr(Op, Ty);
 696   return Result;
 697 }
 698
 699 SCEVHandle ScalarEvolution::getSignExtendExpr(const SCEVHandle &Op, const Type *Ty) {
 700   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Op))
 701     return getUnknown(
 702         ConstantExpr::getSExt(SC->getValue(), Ty));
 703
 704   // FIXME: If the input value is a chrec scev, and we can prove that the value
 705   // did not overflow the old, smaller, value, we can sign extend all of the
 706   // operands (often constants).  This would allow analysis of something like
 707   // this:  for (signed char X = 0; X < 100; ++X) { int Y = X; }
 708
 709   SCEVSignExtendExpr *&Result = (*SCEVSignExtends)[std::make_pair(Op, Ty)];
 710   if (Result == 0) Result = new SCEVSignExtendExpr(Op, Ty);
 711   return Result;
 712 }
 713
 714 /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion
 715 /// of the input value to the specified type.  If the type must be
 716 /// extended, it is zero extended.
 717 SCEVHandle ScalarEvolution::getTruncateOrZeroExtend(const SCEVHandle &V,
 718                                                     const Type *Ty) {
 719   const Type *SrcTy = V->getType();
 720   assert(SrcTy->isInteger() && Ty->isInteger() &&
 721          "Cannot truncate or zero extend with non-integer arguments!");
 722   if (SrcTy->getPrimitiveSizeInBits() == Ty->getPrimitiveSizeInBits())
 723     return V;  // No conversion
 724   if (SrcTy->getPrimitiveSizeInBits() > Ty->getPrimitiveSizeInBits())
 725     return getTruncateExpr(V, Ty);
 726   return getZeroExtendExpr(V, Ty);
 727 }
 728
 729 // get - Get a canonical add expression, or something simpler if possible.
 730 SCEVHandle ScalarEvolution::getAddExpr(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
 731   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty add!");
 732   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
 733
 734   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
 735   GroupByComplexity(Ops);
 736
 737   // If there are any constants, fold them together.
 738   unsigned Idx = 0;
 739   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
 740     ++Idx;
 741     assert(Idx < Ops.size());
 742     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
 743       // We found two constants, fold them together!
 744       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(LHSC->getValue()->getValue() +
 745                                            RHSC->getValue()->getValue());
 746       Ops[0] = getConstant(Fold);
 747       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
 748       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
 749       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
 750     }
 751
 752     // If we are left with a constant zero being added, strip it off.
 753     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
 754       Ops.erase(Ops.begin());
 755       --Idx;
 756     }
 757   }
 758
 759   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
 760
 761   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
 762   // so, merge them together into an multiply expression.  Since we sorted the
 763   // list, these values are required to be adjacent.
 764   const Type *Ty = Ops[0]->getType();
 765   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
 766     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X + Y + Y  -->  X + Y*2
 767       // Found a match, merge the two values into a multiply, and add any
 768       // remaining values to the result.
 769       SCEVHandle Two = getIntegerSCEV(2, Ty);
 770       SCEVHandle Mul = getMulExpr(Ops[i], Two);
 771       if (Ops.size() == 2)
 772         return Mul;
 773       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
 774       Ops.push_back(Mul);
 775       return getAddExpr(Ops);
 776     }
 777
 778   // Now we know the first non-constant operand.  Skip past any cast SCEVs.
 779   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddExpr)
 780     ++Idx;
 781
 782   // If there are add operands they would be next.
 783   if (Idx < Ops.size()) {
 784     bool DeletedAdd = false;
 785     while (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[Idx])) {
 786       // If we have an add, expand the add operands onto the end of the operands
 787       // list.
 788       Ops.insert(Ops.end(), Add->op_begin(), Add->op_end());
 789       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
 790       DeletedAdd = true;
 791     }
 792
 793     // If we deleted at least one add, we added operands to the end of the list,
 794     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
 795     // any operands we just aquired.
 796     if (DeletedAdd)
 797       return getAddExpr(Ops);
 798   }
 799
 800   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
 801   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
 802     ++Idx;
 803
 804   // If we are adding something to a multiply expression, make sure the
 805   // something is not already an operand of the multiply.  If so, merge it into
 806   // the multiply.
 807   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
 808     SCEVMulExpr *Mul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx]);
 809     for (unsigned MulOp = 0, e = Mul->getNumOperands(); MulOp != e; ++MulOp) {
 810       SCEV *MulOpSCEV = Mul->getOperand(MulOp);
 811       for (unsigned AddOp = 0, e = Ops.size(); AddOp != e; ++AddOp)
 812         if (MulOpSCEV == Ops[AddOp] && !isa<SCEVConstant>(MulOpSCEV)) {
 813           // Fold W + X + (X * Y * Z)  -->  W + (X * ((Y*Z)+1))
 814           SCEVHandle InnerMul = Mul->getOperand(MulOp == 0);
 815           if (Mul->getNumOperands() != 2) {
 816             // If the multiply has more than two operands, we must get the
 817             // Y*Z term.
 818             std::vector<SCEVHandle> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
 819             MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
 820             InnerMul = getMulExpr(MulOps);
 821           }
 822           SCEVHandle One = getIntegerSCEV(1, Ty);
 823           SCEVHandle AddOne = getAddExpr(InnerMul, One);
 824           SCEVHandle OuterMul = getMulExpr(AddOne, Ops[AddOp]);
 825           if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
 826           if (AddOp < Idx) {
 827             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp);
 828             Ops.erase(Ops.begin()+Idx-1);
 829           } else {
 830             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
 831             Ops.erase(Ops.begin()+AddOp-1);
 832           }
 833           Ops.push_back(OuterMul);
 834           return getAddExpr(Ops);
 835         }
 836
 837       // Check this multiply against other multiplies being added together.
 838       for (unsigned OtherMulIdx = Idx+1;
 839            OtherMulIdx < Ops.size() && isa<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
 840            ++OtherMulIdx) {
 841         SCEVMulExpr *OtherMul = cast<SCEVMulExpr>(Ops[OtherMulIdx]);
 842         // If MulOp occurs in OtherMul, we can fold the two multiplies
 843         // together.
 844         for (unsigned OMulOp = 0, e = OtherMul->getNumOperands();
 845              OMulOp != e; ++OMulOp)
 846           if (OtherMul->getOperand(OMulOp) == MulOpSCEV) {
 847             // Fold X + (A*B*C) + (A*D*E) --> X + (A*(B*C+D*E))
 848             SCEVHandle InnerMul1 = Mul->getOperand(MulOp == 0);
 849             if (Mul->getNumOperands() != 2) {
 850               std::vector<SCEVHandle> MulOps(Mul->op_begin(), Mul->op_end());
 851               MulOps.erase(MulOps.begin()+MulOp);
 852               InnerMul1 = getMulExpr(MulOps);
 853             }
 854             SCEVHandle InnerMul2 = OtherMul->getOperand(OMulOp == 0);
 855             if (OtherMul->getNumOperands() != 2) {
 856               std::vector<SCEVHandle> MulOps(OtherMul->op_begin(),
 857                                              OtherMul->op_end());
 858               MulOps.erase(MulOps.begin()+OMulOp);
 859               InnerMul2 = getMulExpr(MulOps);
 860             }
 861             SCEVHandle InnerMulSum = getAddExpr(InnerMul1,InnerMul2);
 862             SCEVHandle OuterMul = getMulExpr(MulOpSCEV, InnerMulSum);
 863             if (Ops.size() == 2) return OuterMul;
 864             Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
 865             Ops.erase(Ops.begin()+OtherMulIdx-1);
 866             Ops.push_back(OuterMul);
 867             return getAddExpr(Ops);
 868           }
 869       }
 870     }
 871   }
 872
 873   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
 874   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
 875   // recurrence.
 876   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
 877     ++Idx;
 878
 879   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
 880   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
 881     // Scan all of the other operands to this add and add them to the vector if
 882     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
 883     std::vector<SCEVHandle> LIOps;
 884     SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
 885     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
 886       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
 887         LIOps.push_back(Ops[i]);
 888         Ops.erase(Ops.begin()+i);
 889         --i; --e;
 890       }
 891
 892     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
 893     if (!LIOps.empty()) {
 894       //  NLI + LI + {Start,+,Step}  -->  NLI + {LI+Start,+,Step}
 895       LIOps.push_back(AddRec->getStart());
 896
 897       std::vector<SCEVHandle> AddRecOps(AddRec->op_begin(), AddRec->op_end());
 898       AddRecOps[0] = getAddExpr(LIOps);
 899
 900       SCEVHandle NewRec = getAddRecExpr(AddRecOps, AddRec->getLoop());
 901       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
 902       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
 903
 904       // Otherwise, add the folded AddRec by the non-liv parts.
 905       for (unsigned i = 0;; ++i)
 906         if (Ops[i] == AddRec) {
 907           Ops[i] = NewRec;
 908           break;
 909         }
 910       return getAddExpr(Ops);
 911     }
 912
 913     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
 914     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
 915     // added together.  If so, we can fold them.
 916     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
 917          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
 918       if (OtherIdx != Idx) {
 919         SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
 920         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
 921           // Other + {A,+,B} + {C,+,D}  -->  Other + {A+C,+,B+D}
 922           std::vector<SCEVHandle> NewOps(AddRec->op_begin(), AddRec->op_end());
 923           for (unsigned i = 0, e = OtherAddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 924             if (i >= NewOps.size()) {
 925               NewOps.insert(NewOps.end(), OtherAddRec->op_begin()+i,
 926                             OtherAddRec->op_end());
 927               break;
 928             }
 929             NewOps[i] = getAddExpr(NewOps[i], OtherAddRec->getOperand(i));
 930           }
 931           SCEVHandle NewAddRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop());
 932
 933           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
 934
 935           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
 936           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
 937           Ops.push_back(NewAddRec);
 938           return getAddExpr(Ops);
 939         }
 940       }
 941
 942     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
 943     // next one.
 944   }
 945
 946   // Okay, it looks like we really DO need an add expr.  Check to see if we
 947   // already have one, otherwise create a new one.
 948   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
 949   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scAddExpr,
 950                                                                  SCEVOps)];
 951   if (Result == 0) Result = new SCEVAddExpr(Ops);
 952   return Result;
 953 }
 954
 955
 956 SCEVHandle ScalarEvolution::getMulExpr(std::vector<SCEVHandle> &Ops) {
 957   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty mul!");
 958
 959   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
 960   GroupByComplexity(Ops);
 961
 962   // If there are any constants, fold them together.
 963   unsigned Idx = 0;
 964   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
 965
 966     // C1*(C2+V) -> C1*C2 + C1*V
 967     if (Ops.size() == 2)
 968       if (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Ops[1]))
 969         if (Add->getNumOperands() == 2 &&
 970             isa<SCEVConstant>(Add->getOperand(0)))
 971           return getAddExpr(getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(0)),
 972                             getMulExpr(LHSC, Add->getOperand(1)));
 973
 974
 975     ++Idx;
 976     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
 977       // We found two constants, fold them together!
 978       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(LHSC->getValue()->getValue() *
 979                                            RHSC->getValue()->getValue());
 980       Ops[0] = getConstant(Fold);
 981       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
 982       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
 983       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
 984     }
 985
 986     // If we are left with a constant one being multiplied, strip it off.
 987     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->equalsInt(1)) {
 988       Ops.erase(Ops.begin());
 989       --Idx;
 990     } else if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isZero()) {
 991       // If we have a multiply of zero, it will always be zero.
 992       return Ops[0];
 993     }
 994   }
 995
 996   // Skip over the add expression until we get to a multiply.
 997   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scMulExpr)
 998     ++Idx;
 999
1000   if (Ops.size() == 1)
1001     return Ops[0];
1002
1003   // If there are mul operands inline them all into this expression.
1004   if (Idx < Ops.size()) {
1005     bool DeletedMul = false;
1006     while (SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Ops[Idx])) {
1007       // If we have an mul, expand the mul operands onto the end of the operands
1008       // list.
1009       Ops.insert(Ops.end(), Mul->op_begin(), Mul->op_end());
1010       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1011       DeletedMul = true;
1012     }
1013
1014     // If we deleted at least one mul, we added operands to the end of the list,
1015     // and they are not necessarily sorted.  Recurse to resort and resimplify
1016     // any operands we just aquired.
1017     if (DeletedMul)
1018       return getMulExpr(Ops);
1019   }
1020
1021   // If there are any add recurrences in the operands list, see if any other
1022   // added values are loop invariant.  If so, we can fold them into the
1023   // recurrence.
1024   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scAddRecExpr)
1025     ++Idx;
1026
1027   // Scan over all recurrences, trying to fold loop invariants into them.
1028   for (; Idx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]); ++Idx) {
1029     // Scan all of the other operands to this mul and add them to the vector if
1030     // they are loop invariant w.r.t. the recurrence.
1031     std::vector<SCEVHandle> LIOps;
1032     SCEVAddRecExpr *AddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[Idx]);
1033     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1034       if (Ops[i]->isLoopInvariant(AddRec->getLoop())) {
1035         LIOps.push_back(Ops[i]);
1036         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1037         --i; --e;
1038       }
1039
1040     // If we found some loop invariants, fold them into the recurrence.
1041     if (!LIOps.empty()) {
1042       //  NLI * LI * {Start,+,Step}  -->  NLI * {LI*Start,+,LI*Step}
1043       std::vector<SCEVHandle> NewOps;
1044       NewOps.reserve(AddRec->getNumOperands());
1045       if (LIOps.size() == 1) {
1046         SCEV *Scale = LIOps[0];
1047         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i)
1048           NewOps.push_back(getMulExpr(Scale, AddRec->getOperand(i)));
1049       } else {
1050         for (unsigned i = 0, e = AddRec->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1051           std::vector<SCEVHandle> MulOps(LIOps);
1052           MulOps.push_back(AddRec->getOperand(i));
1053           NewOps.push_back(getMulExpr(MulOps));
1054         }
1055       }
1056
1057       SCEVHandle NewRec = getAddRecExpr(NewOps, AddRec->getLoop());
1058
1059       // If all of the other operands were loop invariant, we are done.
1060       if (Ops.size() == 1) return NewRec;
1061
1062       // Otherwise, multiply the folded AddRec by the non-liv parts.
1063       for (unsigned i = 0;; ++i)
1064         if (Ops[i] == AddRec) {
1065           Ops[i] = NewRec;
1066           break;
1067         }
1068       return getMulExpr(Ops);
1069     }
1070
1071     // Okay, if there weren't any loop invariants to be folded, check to see if
1072     // there are multiple AddRec's with the same loop induction variable being
1073     // multiplied together.  If so, we can fold them.
1074     for (unsigned OtherIdx = Idx+1;
1075          OtherIdx < Ops.size() && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);++OtherIdx)
1076       if (OtherIdx != Idx) {
1077         SCEVAddRecExpr *OtherAddRec = cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[OtherIdx]);
1078         if (AddRec->getLoop() == OtherAddRec->getLoop()) {
1079           // F * G  -->  {A,+,B} * {C,+,D}  -->  {A*C,+,F*D + G*B + B*D}
1080           SCEVAddRecExpr *F = AddRec, *G = OtherAddRec;
1081           SCEVHandle NewStart = getMulExpr(F->getStart(),
1082                                                  G->getStart());
1083           SCEVHandle B = F->getStepRecurrence(*this);
1084           SCEVHandle D = G->getStepRecurrence(*this);
1085           SCEVHandle NewStep = getAddExpr(getMulExpr(F, D),
1086                                           getMulExpr(G, B),
1087                                           getMulExpr(B, D));
1088           SCEVHandle NewAddRec = getAddRecExpr(NewStart, NewStep,
1089                                                F->getLoop());
1090           if (Ops.size() == 2) return NewAddRec;
1091
1092           Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1093           Ops.erase(Ops.begin()+OtherIdx-1);
1094           Ops.push_back(NewAddRec);
1095           return getMulExpr(Ops);
1096         }
1097       }
1098
1099     // Otherwise couldn't fold anything into this recurrence.  Move onto the
1100     // next one.
1101   }
1102
1103   // Okay, it looks like we really DO need an mul expr.  Check to see if we
1104   // already have one, otherwise create a new one.
1105   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1106   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scMulExpr,
1107                                                                  SCEVOps)];
1108   if (Result == 0)
1109     Result = new SCEVMulExpr(Ops);
1110   return Result;
1111 }
1112
1113 SCEVHandle ScalarEvolution::getUDivExpr(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
1114   if (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS)) {
1115     if (RHSC->getValue()->equalsInt(1))
1116       return LHS;                            // X udiv 1 --> x
1117
1118     if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
1119       Constant *LHSCV = LHSC->getValue();
1120       Constant *RHSCV = RHSC->getValue();
1121       return getUnknown(ConstantExpr::getUDiv(LHSCV, RHSCV));
1122     }
1123   }
1124
1125   // FIXME: implement folding of (X*4)/4 when we know X*4 doesn't overflow.
1126
1127   SCEVUDivExpr *&Result = (*SCEVUDivs)[std::make_pair(LHS, RHS)];
1128   if (Result == 0) Result = new SCEVUDivExpr(LHS, RHS);
1129   return Result;
1130 }
1131
1132
1133 /// SCEVAddRecExpr::get - Get a add recurrence expression for the
1134 /// specified loop.  Simplify the expression as much as possible.
1135 SCEVHandle ScalarEvolution::getAddRecExpr(const SCEVHandle &Start,
1136                                const SCEVHandle &Step, const Loop *L) {
1137   std::vector<SCEVHandle> Operands;
1138   Operands.push_back(Start);
1139   if (SCEVAddRecExpr *StepChrec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Step))
1140     if (StepChrec->getLoop() == L) {
1141       Operands.insert(Operands.end(), StepChrec->op_begin(),
1142                       StepChrec->op_end());
1143       return getAddRecExpr(Operands, L);
1144     }
1145
1146   Operands.push_back(Step);
1147   return getAddRecExpr(Operands, L);
1148 }
1149
1150 /// SCEVAddRecExpr::get - Get a add recurrence expression for the
1151 /// specified loop.  Simplify the expression as much as possible.
1152 SCEVHandle ScalarEvolution::getAddRecExpr(std::vector<SCEVHandle> &Operands,
1153                                const Loop *L) {
1154   if (Operands.size() == 1) return Operands[0];
1155
1156   if (Operands.back()->isZero()) {
1157     Operands.pop_back();
1158     return getAddRecExpr(Operands, L);             // {X,+,0}  -->  X
1159   }
1160
1161   // Canonicalize nested AddRecs in by nesting them in order of loop depth.
1162   if (SCEVAddRecExpr *NestedAR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Operands[0])) {
1163     const Loop* NestedLoop = NestedAR->getLoop();
1164     if (L->getLoopDepth() < NestedLoop->getLoopDepth()) {
1165       std::vector<SCEVHandle> NestedOperands(NestedAR->op_begin(),
1166                                              NestedAR->op_end());
1167       SCEVHandle NestedARHandle(NestedAR);
1168       Operands[0] = NestedAR->getStart();
1169       NestedOperands[0] = getAddRecExpr(Operands, L);
1170       return getAddRecExpr(NestedOperands, NestedLoop);
1171     }
1172   }
1173
1174   SCEVAddRecExpr *&Result =
1175     (*SCEVAddRecExprs)[std::make_pair(L, std::vector<SCEV*>(Operands.begin(),
1176                                                             Operands.end()))];
1177   if (Result == 0) Result = new SCEVAddRecExpr(Operands, L);
1178   return Result;
1179 }
1180
1181 SCEVHandle ScalarEvolution::getSMaxExpr(const SCEVHandle &LHS,
1182                                         const SCEVHandle &RHS) {
1183   std::vector<SCEVHandle> Ops;
1184   Ops.push_back(LHS);
1185   Ops.push_back(RHS);
1186   return getSMaxExpr(Ops);
1187 }
1188
1189 SCEVHandle ScalarEvolution::getSMaxExpr(std::vector<SCEVHandle> Ops) {
1190   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty smax!");
1191   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1192
1193   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1194   GroupByComplexity(Ops);
1195
1196   // If there are any constants, fold them together.
1197   unsigned Idx = 0;
1198   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1199     ++Idx;
1200     assert(Idx < Ops.size());
1201     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1202       // We found two constants, fold them together!
1203       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(
1204                               APIntOps::smax(LHSC->getValue()->getValue(),
1205                                              RHSC->getValue()->getValue()));
1206       Ops[0] = getConstant(Fold);
1207       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1208       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1209       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1210     }
1211
1212     // If we are left with a constant -inf, strip it off.
1213     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(true)) {
1214       Ops.erase(Ops.begin());
1215       --Idx;
1216     }
1217   }
1218
1219   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1220
1221   // Find the first SMax
1222   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scSMaxExpr)
1223     ++Idx;
1224
1225   // Check to see if one of the operands is an SMax. If so, expand its operands
1226   // onto our operand list, and recurse to simplify.
1227   if (Idx < Ops.size()) {
1228     bool DeletedSMax = false;
1229     while (SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(Ops[Idx])) {
1230       Ops.insert(Ops.end(), SMax->op_begin(), SMax->op_end());
1231       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1232       DeletedSMax = true;
1233     }
1234
1235     if (DeletedSMax)
1236       return getSMaxExpr(Ops);
1237   }
1238
1239   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1240   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
1241   // be adjacent.
1242   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1243     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X smax Y smax Y  -->  X smax Y
1244       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
1245       --i; --e;
1246     }
1247
1248   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1249
1250   assert(!Ops.empty() && "Reduced smax down to nothing!");
1251
1252   // Okay, it looks like we really DO need an smax expr.  Check to see if we
1253   // already have one, otherwise create a new one.
1254   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1255   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scSMaxExpr,
1256                                                                  SCEVOps)];
1257   if (Result == 0) Result = new SCEVSMaxExpr(Ops);
1258   return Result;
1259 }
1260
1261 SCEVHandle ScalarEvolution::getUMaxExpr(const SCEVHandle &LHS,
1262                                         const SCEVHandle &RHS) {
1263   std::vector<SCEVHandle> Ops;
1264   Ops.push_back(LHS);
1265   Ops.push_back(RHS);
1266   return getUMaxExpr(Ops);
1267 }
1268
1269 SCEVHandle ScalarEvolution::getUMaxExpr(std::vector<SCEVHandle> Ops) {
1270   assert(!Ops.empty() && "Cannot get empty umax!");
1271   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1272
1273   // Sort by complexity, this groups all similar expression types together.
1274   GroupByComplexity(Ops);
1275
1276   // If there are any constants, fold them together.
1277   unsigned Idx = 0;
1278   if (SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0])) {
1279     ++Idx;
1280     assert(Idx < Ops.size());
1281     while (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[Idx])) {
1282       // We found two constants, fold them together!
1283       ConstantInt *Fold = ConstantInt::get(
1284                               APIntOps::umax(LHSC->getValue()->getValue(),
1285                                              RHSC->getValue()->getValue()));
1286       Ops[0] = getConstant(Fold);
1287       Ops.erase(Ops.begin()+1);  // Erase the folded element
1288       if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1289       LHSC = cast<SCEVConstant>(Ops[0]);
1290     }
1291
1292     // If we are left with a constant zero, strip it off.
1293     if (cast<SCEVConstant>(Ops[0])->getValue()->isMinValue(false)) {
1294       Ops.erase(Ops.begin());
1295       --Idx;
1296     }
1297   }
1298
1299   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1300
1301   // Find the first UMax
1302   while (Idx < Ops.size() && Ops[Idx]->getSCEVType() < scUMaxExpr)
1303     ++Idx;
1304
1305   // Check to see if one of the operands is a UMax. If so, expand its operands
1306   // onto our operand list, and recurse to simplify.
1307   if (Idx < Ops.size()) {
1308     bool DeletedUMax = false;
1309     while (SCEVUMaxExpr *UMax = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(Ops[Idx])) {
1310       Ops.insert(Ops.end(), UMax->op_begin(), UMax->op_end());
1311       Ops.erase(Ops.begin()+Idx);
1312       DeletedUMax = true;
1313     }
1314
1315     if (DeletedUMax)
1316       return getUMaxExpr(Ops);
1317   }
1318
1319   // Okay, check to see if the same value occurs in the operand list twice.  If
1320   // so, delete one.  Since we sorted the list, these values are required to
1321   // be adjacent.
1322   for (unsigned i = 0, e = Ops.size()-1; i != e; ++i)
1323     if (Ops[i] == Ops[i+1]) {      //  X umax Y umax Y  -->  X umax Y
1324       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+1);
1325       --i; --e;
1326     }
1327
1328   if (Ops.size() == 1) return Ops[0];
1329
1330   assert(!Ops.empty() && "Reduced umax down to nothing!");
1331
1332   // Okay, it looks like we really DO need a umax expr.  Check to see if we
1333   // already have one, otherwise create a new one.
1334   std::vector<SCEV*> SCEVOps(Ops.begin(), Ops.end());
1335   SCEVCommutativeExpr *&Result = (*SCEVCommExprs)[std::make_pair(scUMaxExpr,
1336                                                                  SCEVOps)];
1337   if (Result == 0) Result = new SCEVUMaxExpr(Ops);
1338   return Result;
1339 }
1340
1341 SCEVHandle ScalarEvolution::getUnknown(Value *V) {
1342   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
1343     return getConstant(CI);
1344   SCEVUnknown *&Result = (*SCEVUnknowns)[V];
1345   if (Result == 0) Result = new SCEVUnknown(V);
1346   return Result;
1347 }
1348
1349
1350 //===----------------------------------------------------------------------===//
1351 //             ScalarEvolutionsImpl Definition and Implementation
1352 //===----------------------------------------------------------------------===//
1353 //
1354 /// ScalarEvolutionsImpl - This class implements the main driver for the scalar
1355 /// evolution code.
1356 ///
1357 namespace {
1358   struct VISIBILITY_HIDDEN ScalarEvolutionsImpl {
1359     /// SE - A reference to the public ScalarEvolution object.
1360     ScalarEvolution &SE;
1361
1362     /// F - The function we are analyzing.
1363     ///
1364     Function &F;
1365
1366     /// LI - The loop information for the function we are currently analyzing.
1367     ///
1368     LoopInfo &LI;
1369
1370     /// UnknownValue - This SCEV is used to represent unknown trip counts and
1371     /// things.
1372     SCEVHandle UnknownValue;
1373
1374     /// Scalars - This is a cache of the scalars we have analyzed so far.
1375     ///
1376     std::map<Value*, SCEVHandle> Scalars;
1377
1378     /// IterationCounts - Cache the iteration count of the loops for this
1379     /// function as they are computed.
1380     std::map<const Loop*, SCEVHandle> IterationCounts;
1381
1382     /// ConstantEvolutionLoopExitValue - This map contains entries for all of
1383     /// the PHI instructions that we attempt to compute constant evolutions for.
1384     /// This allows us to avoid potentially expensive recomputation of these
1385     /// properties.  An instruction maps to null if we are unable to compute its
1386     /// exit value.
1387     std::map<PHINode*, Constant*> ConstantEvolutionLoopExitValue;
1388
1389   public:
1390     ScalarEvolutionsImpl(ScalarEvolution &se, Function &f, LoopInfo &li)
1391       : SE(se), F(f), LI(li), UnknownValue(new SCEVCouldNotCompute()) {}
1392
1393     /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
1394     /// expression and create a new one.
1395     SCEVHandle getSCEV(Value *V);
1396
1397     /// hasSCEV - Return true if the SCEV for this value has already been
1398     /// computed.
1399     bool hasSCEV(Value *V) const {
1400       return Scalars.count(V);
1401     }
1402
1403     /// setSCEV - Insert the specified SCEV into the map of current SCEVs for
1404     /// the specified value.
1405     void setSCEV(Value *V, const SCEVHandle &H) {
1406       bool isNew = Scalars.insert(std::make_pair(V, H)).second;
1407       assert(isNew && "This entry already existed!");
1408     }
1409
1410
1411     /// getSCEVAtScope - Compute the value of the specified expression within
1412     /// the indicated loop (which may be null to indicate in no loop).  If the
1413     /// expression cannot be evaluated, return UnknownValue itself.
1414     SCEVHandle getSCEVAtScope(SCEV *V, const Loop *L);
1415
1416
1417     /// hasLoopInvariantIterationCount - Return true if the specified loop has
1418     /// an analyzable loop-invariant iteration count.
1419     bool hasLoopInvariantIterationCount(const Loop *L);
1420
1421     /// getIterationCount - If the specified loop has a predictable iteration
1422     /// count, return it.  Note that it is not valid to call this method on a
1423     /// loop without a loop-invariant iteration count.
1424     SCEVHandle getIterationCount(const Loop *L);
1425
1426     /// deleteValueFromRecords - This method should be called by the
1427     /// client before it removes a value from the program, to make sure
1428     /// that no dangling references are left around.
1429     void deleteValueFromRecords(Value *V);
1430
1431   private:
1432     /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
1433     /// Analyze the expression.
1434     SCEVHandle createSCEV(Value *V);
1435
1436     /// createNodeForPHI - Provide the special handling we need to analyze PHI
1437     /// SCEVs.
1438     SCEVHandle createNodeForPHI(PHINode *PN);
1439
1440     /// ReplaceSymbolicValueWithConcrete - This looks up the computed SCEV value
1441     /// for the specified instruction and replaces any references to the
1442     /// symbolic value SymName with the specified value.  This is used during
1443     /// PHI resolution.
1444     void ReplaceSymbolicValueWithConcrete(Instruction *I,
1445                                           const SCEVHandle &SymName,
1446                                           const SCEVHandle &NewVal);
1447
1448     /// ComputeIterationCount - Compute the number of times the specified loop
1449     /// will iterate.
1450     SCEVHandle ComputeIterationCount(const Loop *L);
1451
1452     /// ComputeLoadConstantCompareIterationCount - Given an exit condition of
1453     /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the trip count.
1454     SCEVHandle ComputeLoadConstantCompareIterationCount(LoadInst *LI,
1455                                                         Constant *RHS,
1456                                                         const Loop *L,
1457                                                         ICmpInst::Predicate p);
1458
1459     /// ComputeIterationCountExhaustively - If the trip is known to execute a
1460     /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
1461     /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
1462     /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
1463     /// evaluate the trip count of the loop, return UnknownValue.
1464     SCEVHandle ComputeIterationCountExhaustively(const Loop *L, Value *Cond,
1465                                                  bool ExitWhen);
1466
1467     /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the
1468     /// specified value to zero will execute.  If not computable, return
1469     /// UnknownValue.
1470     SCEVHandle HowFarToZero(SCEV *V, const Loop *L);
1471
1472     /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
1473     /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
1474     /// UnknownValue.
1475     SCEVHandle HowFarToNonZero(SCEV *V, const Loop *L);
1476
1477     /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
1478     /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
1479     /// UnknownValue. isSigned specifies whether the less-than is signed.
1480     SCEVHandle HowManyLessThans(SCEV *LHS, SCEV *RHS, const Loop *L,
1481                                 bool isSigned);
1482
1483     /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
1484     /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
1485     /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
1486     /// found.
1487     BasicBlock* getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB);
1488
1489     /// executesAtLeastOnce - Test whether entry to the loop is protected by
1490     /// a conditional between LHS and RHS.
1491     bool executesAtLeastOnce(const Loop *L, bool isSigned, SCEV *LHS, SCEV *RHS);
1492
1493     /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
1494     /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
1495     /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
1496     /// involving constants, fold it.
1497     Constant *getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN, const APInt& Its,
1498                                                 const Loop *L);
1499   };
1500 }
1501
1502 //===----------------------------------------------------------------------===//
1503 //            Basic SCEV Analysis and PHI Idiom Recognition Code
1504 //
1505
1506 /// deleteValueFromRecords - This method should be called by the
1507 /// client before it removes an instruction from the program, to make sure
1508 /// that no dangling references are left around.
1509 void ScalarEvolutionsImpl::deleteValueFromRecords(Value *V) {
1510   SmallVector<Value *, 16> Worklist;
1511
1512   if (Scalars.erase(V)) {
1513     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V))
1514       ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
1515     Worklist.push_back(V);
1516   }
1517
1518   while (!Worklist.empty()) {
1519     Value *VV = Worklist.back();
1520     Worklist.pop_back();
1521
1522     for (Instruction::use_iterator UI = VV->use_begin(), UE = VV->use_end();
1523          UI != UE; ++UI) {
1524       Instruction *Inst = cast<Instruction>(*UI);
1525       if (Scalars.erase(Inst)) {
1526         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(VV))
1527           ConstantEvolutionLoopExitValue.erase(PN);
1528         Worklist.push_back(Inst);
1529       }
1530     }
1531   }
1532 }
1533
1534
1535 /// getSCEV - Return an existing SCEV if it exists, otherwise analyze the
1536 /// expression and create a new one.
1537 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getSCEV(Value *V) {
1538   assert(V->getType() != Type::VoidTy && "Can't analyze void expressions!");
1539
1540   std::map<Value*, SCEVHandle>::iterator I = Scalars.find(V);
1541   if (I != Scalars.end()) return I->second;
1542   SCEVHandle S = createSCEV(V);
1543   Scalars.insert(std::make_pair(V, S));
1544   return S;
1545 }
1546
1547 /// ReplaceSymbolicValueWithConcrete - This looks up the computed SCEV value for
1548 /// the specified instruction and replaces any references to the symbolic value
1549 /// SymName with the specified value.  This is used during PHI resolution.
1550 void ScalarEvolutionsImpl::
1551 ReplaceSymbolicValueWithConcrete(Instruction *I, const SCEVHandle &SymName,
1552                                  const SCEVHandle &NewVal) {
1553   std::map<Value*, SCEVHandle>::iterator SI = Scalars.find(I);
1554   if (SI == Scalars.end()) return;
1555
1556   SCEVHandle NV =
1557     SI->second->replaceSymbolicValuesWithConcrete(SymName, NewVal, SE);
1558   if (NV == SI->second) return;  // No change.
1559
1560   SI->second = NV;       // Update the scalars map!
1561
1562   // Any instruction values that use this instruction might also need to be
1563   // updated!
1564   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
1565        UI != E; ++UI)
1566     ReplaceSymbolicValueWithConcrete(cast<Instruction>(*UI), SymName, NewVal);
1567 }
1568
1569 /// createNodeForPHI - PHI nodes have two cases.  Either the PHI node exists in
1570 /// a loop header, making it a potential recurrence, or it doesn't.
1571 ///
1572 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::createNodeForPHI(PHINode *PN) {
1573   if (PN->getNumIncomingValues() == 2)  // The loops have been canonicalized.
1574     if (const Loop *L = LI.getLoopFor(PN->getParent()))
1575       if (L->getHeader() == PN->getParent()) {
1576         // If it lives in the loop header, it has two incoming values, one
1577         // from outside the loop, and one from inside.
1578         unsigned IncomingEdge = L->contains(PN->getIncomingBlock(0));
1579         unsigned BackEdge     = IncomingEdge^1;
1580
1581         // While we are analyzing this PHI node, handle its value symbolically.
1582         SCEVHandle SymbolicName = SE.getUnknown(PN);
1583         assert(Scalars.find(PN) == Scalars.end() &&
1584                "PHI node already processed?");
1585         Scalars.insert(std::make_pair(PN, SymbolicName));
1586
1587         // Using this symbolic name for the PHI, analyze the value coming around
1588         // the back-edge.
1589         SCEVHandle BEValue = getSCEV(PN->getIncomingValue(BackEdge));
1590
1591         // NOTE: If BEValue is loop invariant, we know that the PHI node just
1592         // has a special value for the first iteration of the loop.
1593
1594         // If the value coming around the backedge is an add with the symbolic
1595         // value we just inserted, then we found a simple induction variable!
1596         if (SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(BEValue)) {
1597           // If there is a single occurrence of the symbolic value, replace it
1598           // with a recurrence.
1599           unsigned FoundIndex = Add->getNumOperands();
1600           for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
1601             if (Add->getOperand(i) == SymbolicName)
1602               if (FoundIndex == e) {
1603                 FoundIndex = i;
1604                 break;
1605               }
1606
1607           if (FoundIndex != Add->getNumOperands()) {
1608             // Create an add with everything but the specified operand.
1609             std::vector<SCEVHandle> Ops;
1610             for (unsigned i = 0, e = Add->getNumOperands(); i != e; ++i)
1611               if (i != FoundIndex)
1612                 Ops.push_back(Add->getOperand(i));
1613             SCEVHandle Accum = SE.getAddExpr(Ops);
1614
1615             // This is not a valid addrec if the step amount is varying each
1616             // loop iteration, but is not itself an addrec in this loop.
1617             if (Accum->isLoopInvariant(L) ||
1618                 (isa<SCEVAddRecExpr>(Accum) &&
1619                  cast<SCEVAddRecExpr>(Accum)->getLoop() == L)) {
1620               SCEVHandle StartVal = getSCEV(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
1621               SCEVHandle PHISCEV  = SE.getAddRecExpr(StartVal, Accum, L);
1622
1623               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
1624               // to be symbolic.  We now need to go back and update all of the
1625               // entries for the scalars that use the PHI (except for the PHI
1626               // itself) to use the new analyzed value instead of the "symbolic"
1627               // value.
1628               ReplaceSymbolicValueWithConcrete(PN, SymbolicName, PHISCEV);
1629               return PHISCEV;
1630             }
1631           }
1632         } else if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BEValue)) {
1633           // Otherwise, this could be a loop like this:
1634           //     i = 0;  for (j = 1; ..; ++j) { ....  i = j; }
1635           // In this case, j = {1,+,1}  and BEValue is j.
1636           // Because the other in-value of i (0) fits the evolution of BEValue
1637           // i really is an addrec evolution.
1638           if (AddRec->getLoop() == L && AddRec->isAffine()) {
1639             SCEVHandle StartVal = getSCEV(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
1640
1641             // If StartVal = j.start - j.stride, we can use StartVal as the
1642             // initial step of the addrec evolution.
1643             if (StartVal == SE.getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0),
1644                                             AddRec->getOperand(1))) {
1645               SCEVHandle PHISCEV =
1646                  SE.getAddRecExpr(StartVal, AddRec->getOperand(1), L);
1647
1648               // Okay, for the entire analysis of this edge we assumed the PHI
1649               // to be symbolic.  We now need to go back and update all of the
1650               // entries for the scalars that use the PHI (except for the PHI
1651               // itself) to use the new analyzed value instead of the "symbolic"
1652               // value.
1653               ReplaceSymbolicValueWithConcrete(PN, SymbolicName, PHISCEV);
1654               return PHISCEV;
1655             }
1656           }
1657         }
1658
1659         return SymbolicName;
1660       }
1661
1662   // If it's not a loop phi, we can't handle it yet.
1663   return SE.getUnknown(PN);
1664 }
1665
1666 /// GetMinTrailingZeros - Determine the minimum number of zero bits that S is
1667 /// guaranteed to end in (at every loop iteration).  It is, at the same time,
1668 /// the minimum number of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8}
1669 /// it returns 2.  If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
1670 static uint32_t GetMinTrailingZeros(SCEVHandle S) {
1671   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S))
1672     return C->getValue()->getValue().countTrailingZeros();
1673
1674   if (SCEVTruncateExpr *T = dyn_cast<SCEVTruncateExpr>(S))
1675     return std::min(GetMinTrailingZeros(T->getOperand()), T->getBitWidth());
1676
1677   if (SCEVZeroExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)) {
1678     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
1679     return OpRes == E->getOperand()->getBitWidth() ? E->getBitWidth() : OpRes;
1680   }
1681
1682   if (SCEVSignExtendExpr *E = dyn_cast<SCEVSignExtendExpr>(S)) {
1683     uint32_t OpRes = GetMinTrailingZeros(E->getOperand());
1684     return OpRes == E->getOperand()->getBitWidth() ? E->getBitWidth() : OpRes;
1685   }
1686
1687   if (SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
1688     // The result is the min of all operands results.
1689     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
1690     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
1691       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
1692     return MinOpRes;
1693   }
1694
1695   if (SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
1696     // The result is the sum of all operands results.
1697     uint32_t SumOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
1698     uint32_t BitWidth = M->getBitWidth();
1699     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands();
1700          SumOpRes != BitWidth && i != e; ++i)
1701       SumOpRes = std::min(SumOpRes + GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)),
1702                           BitWidth);
1703     return SumOpRes;
1704   }
1705
1706   if (SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
1707     // The result is the min of all operands results.
1708     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(A->getOperand(0));
1709     for (unsigned i = 1, e = A->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
1710       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(A->getOperand(i)));
1711     return MinOpRes;
1712   }
1713
1714   if (SCEVSMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(S)) {
1715     // The result is the min of all operands results.
1716     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
1717     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
1718       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
1719     return MinOpRes;
1720   }
1721
1722   if (SCEVUMaxExpr *M = dyn_cast<SCEVUMaxExpr>(S)) {
1723     // The result is the min of all operands results.
1724     uint32_t MinOpRes = GetMinTrailingZeros(M->getOperand(0));
1725     for (unsigned i = 1, e = M->getNumOperands(); MinOpRes && i != e; ++i)
1726       MinOpRes = std::min(MinOpRes, GetMinTrailingZeros(M->getOperand(i)));
1727     return MinOpRes;
1728   }
1729
1730   // SCEVUDivExpr, SCEVUnknown
1731   return 0;
1732 }
1733
1734 /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
1735 /// Analyze the expression.
1736 ///
1737 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::createSCEV(Value *V) {
1738   if (!isa<IntegerType>(V->getType()))
1739     return SE.getUnknown(V);
1740
1741   unsigned Opcode = Instruction::UserOp1;
1742   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1743     Opcode = I->getOpcode();
1744   else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
1745     Opcode = CE->getOpcode();
1746   else
1747     return SE.getUnknown(V);
1748
1749   User *U = cast<User>(V);
1750   switch (Opcode) {
1751   case Instruction::Add:
1752     return SE.getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
1753                          getSCEV(U->getOperand(1)));
1754   case Instruction::Mul:
1755     return SE.getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
1756                          getSCEV(U->getOperand(1)));
1757   case Instruction::UDiv:
1758     return SE.getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
1759                           getSCEV(U->getOperand(1)));
1760   case Instruction::Sub:
1761     return SE.getMinusSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)),
1762                            getSCEV(U->getOperand(1)));
1763   case Instruction::Or:
1764     // If the RHS of the Or is a constant, we may have something like:
1765     // X*4+1 which got turned into X*4|1.  Handle this as an Add so loop
1766     // optimizations will transparently handle this case.
1767     //
1768     // In order for this transformation to be safe, the LHS must be of the
1769     // form X*(2^n) and the Or constant must be less than 2^n.
1770     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
1771       SCEVHandle LHS = getSCEV(U->getOperand(0));
1772       const APInt &CIVal = CI->getValue();
1773       if (GetMinTrailingZeros(LHS) >=
1774           (CIVal.getBitWidth() - CIVal.countLeadingZeros()))
1775         return SE.getAddExpr(LHS, getSCEV(U->getOperand(1)));
1776     }
1777     break;
1778   case Instruction::Xor:
1779     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
1780       // If the RHS of the xor is a signbit, then this is just an add.
1781       // Instcombine turns add of signbit into xor as a strength reduction step.
1782       if (CI->getValue().isSignBit())
1783         return SE.getAddExpr(getSCEV(U->getOperand(0)),
1784                              getSCEV(U->getOperand(1)));
1785
1786       // If the RHS of xor is -1, then this is a not operation.
1787       else if (CI->isAllOnesValue())
1788         return SE.getNotSCEV(getSCEV(U->getOperand(0)));
1789     }
1790     break;
1791
1792   case Instruction::Shl:
1793     // Turn shift left of a constant amount into a multiply.
1794     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
1795       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth();
1796       Constant *X = ConstantInt::get(
1797         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getLimitedValue(BitWidth)));
1798       return SE.getMulExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
1799     }
1800     break;
1801
1802   case Instruction::LShr:
1803     // Turn logical shift right of a constant into a unsigned divide.
1804     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
1805       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth();
1806       Constant *X = ConstantInt::get(
1807         APInt(BitWidth, 1).shl(SA->getLimitedValue(BitWidth)));
1808       return SE.getUDivExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), getSCEV(X));
1809     }
1810     break;
1811
1812   case Instruction::Trunc:
1813     return SE.getTruncateExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
1814
1815   case Instruction::ZExt:
1816     return SE.getZeroExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
1817
1818   case Instruction::SExt:
1819     return SE.getSignExtendExpr(getSCEV(U->getOperand(0)), U->getType());
1820
1821   case Instruction::BitCast:
1822     // BitCasts are no-op casts so we just eliminate the cast.
1823     if (U->getType()->isInteger() &&
1824         U->getOperand(0)->getType()->isInteger())
1825       return getSCEV(U->getOperand(0));
1826     break;
1827
1828   case Instruction::PHI:
1829     return createNodeForPHI(cast<PHINode>(U));
1830
1831   case Instruction::Select:
1832     // This could be a smax or umax that was lowered earlier.
1833     // Try to recover it.
1834     //
1835     // FIXME: This doesn't recognize code like this:
1836     //    %t = icmp sgt i32 %n, -1
1837     //    %max = select i1 %t, i32 %n, i32 0
1838     //
1839     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U->getOperand(0))) {
1840       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
1841       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
1842       switch (ICI->getPredicate()) {
1843       case ICmpInst::ICMP_SLT:
1844       case ICmpInst::ICMP_SLE:
1845         std::swap(LHS, RHS);
1846         // fall through
1847       case ICmpInst::ICMP_SGT:
1848       case ICmpInst::ICMP_SGE:
1849         if (LHS == U->getOperand(1) && RHS == U->getOperand(2))
1850           return SE.getSMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
1851         else if (LHS == U->getOperand(2) && RHS == U->getOperand(1))
1852           // ~smax(~x, ~y) == smin(x, y).
1853           return SE.getNotSCEV(SE.getSMaxExpr(
1854                                    SE.getNotSCEV(getSCEV(LHS)),
1855                                    SE.getNotSCEV(getSCEV(RHS))));
1856         break;
1857       case ICmpInst::ICMP_ULT:
1858       case ICmpInst::ICMP_ULE:
1859         std::swap(LHS, RHS);
1860         // fall through
1861       case ICmpInst::ICMP_UGT:
1862       case ICmpInst::ICMP_UGE:
1863         if (LHS == U->getOperand(1) && RHS == U->getOperand(2))
1864           return SE.getUMaxExpr(getSCEV(LHS), getSCEV(RHS));
1865         else if (LHS == U->getOperand(2) && RHS == U->getOperand(1))
1866           // ~umax(~x, ~y) == umin(x, y)
1867           return SE.getNotSCEV(SE.getUMaxExpr(SE.getNotSCEV(getSCEV(LHS)),
1868                                               SE.getNotSCEV(getSCEV(RHS))));
1869         break;
1870       default:
1871         break;
1872       }
1873     }
1874
1875   default: // We cannot analyze this expression.
1876     break;
1877   }
1878
1879   return SE.getUnknown(V);
1880 }
1881
1882
1883
1884 //===----------------------------------------------------------------------===//
1885 //                   Iteration Count Computation Code
1886 //
1887
1888 /// getIterationCount - If the specified loop has a predictable iteration
1889 /// count, return it.  Note that it is not valid to call this method on a
1890 /// loop without a loop-invariant iteration count.
1891 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getIterationCount(const Loop *L) {
1892   std::map<const Loop*, SCEVHandle>::iterator I = IterationCounts.find(L);
1893   if (I == IterationCounts.end()) {
1894     SCEVHandle ItCount = ComputeIterationCount(L);
1895     I = IterationCounts.insert(std::make_pair(L, ItCount)).first;
1896     if (ItCount != UnknownValue) {
1897       assert(ItCount->isLoopInvariant(L) &&
1898              "Computed trip count isn't loop invariant for loop!");
1899       ++NumTripCountsComputed;
1900     } else if (isa<PHINode>(L->getHeader()->begin())) {
1901       // Only count loops that have phi nodes as not being computable.
1902       ++NumTripCountsNotComputed;
1903     }
1904   }
1905   return I->second;
1906 }
1907
1908 /// ComputeIterationCount - Compute the number of times the specified loop
1909 /// will iterate.
1910 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::ComputeIterationCount(const Loop *L) {
1911   // If the loop has a non-one exit block count, we can't analyze it.
1912   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
1913   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
1914   if (ExitBlocks.size() != 1) return UnknownValue;
1915
1916   // Okay, there is one exit block.  Try to find the condition that causes the
1917   // loop to be exited.
1918   BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[0];
1919
1920   BasicBlock *ExitingBlock = 0;
1921   for (pred_iterator PI = pred_begin(ExitBlock), E = pred_end(ExitBlock);
1922        PI != E; ++PI)
1923     if (L->contains(*PI)) {
1924       if (ExitingBlock == 0)
1925         ExitingBlock = *PI;
1926       else
1927         return UnknownValue;   // More than one block exiting!
1928     }
1929   assert(ExitingBlock && "No exits from loop, something is broken!");
1930
1931   // Okay, we've computed the exiting block.  See what condition causes us to
1932   // exit.
1933   //
1934   // FIXME: we should be able to handle switch instructions (with a single exit)
1935   BranchInst *ExitBr = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator());
1936   if (ExitBr == 0) return UnknownValue;
1937   assert(ExitBr->isConditional() && "If unconditional, it can't be in loop!");
1938
1939   // At this point, we know we have a conditional branch that determines whether
1940   // the loop is exited.  However, we don't know if the branch is executed each
1941   // time through the loop.  If not, then the execution count of the branch will
1942   // not be equal to the trip count of the loop.
1943   //
1944   // Currently we check for this by checking to see if the Exit branch goes to
1945   // the loop header.  If so, we know it will always execute the same number of
1946   // times as the loop.  We also handle the case where the exit block *is* the
1947   // loop header.  This is common for un-rotated loops.  More extensive analysis
1948   // could be done to handle more cases here.
1949   if (ExitBr->getSuccessor(0) != L->getHeader() &&
1950       ExitBr->getSuccessor(1) != L->getHeader() &&
1951       ExitBr->getParent() != L->getHeader())
1952     return UnknownValue;
1953
1954   ICmpInst *ExitCond = dyn_cast<ICmpInst>(ExitBr->getCondition());
1955
1956   // If it's not an integer comparison then compute it the hard way.
1957   // Note that ICmpInst deals with pointer comparisons too so we must check
1958   // the type of the operand.
1959   if (ExitCond == 0 || isa<PointerType>(ExitCond->getOperand(0)->getType()))
1960     return ComputeIterationCountExhaustively(L, ExitBr->getCondition(),
1961                                           ExitBr->getSuccessor(0) == ExitBlock);
1962
1963   // If the condition was exit on true, convert the condition to exit on false
1964   ICmpInst::Predicate Cond;
1965   if (ExitBr->getSuccessor(1) == ExitBlock)
1966     Cond = ExitCond->getPredicate();
1967   else
1968     Cond = ExitCond->getInversePredicate();
1969
1970   // Handle common loops like: for (X = "string"; *X; ++X)
1971   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(ExitCond->getOperand(0)))
1972     if (Constant *RHS = dyn_cast<Constant>(ExitCond->getOperand(1))) {
1973       SCEVHandle ItCnt =
1974         ComputeLoadConstantCompareIterationCount(LI, RHS, L, Cond);
1975       if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(ItCnt)) return ItCnt;
1976     }
1977
1978   SCEVHandle LHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(0));
1979   SCEVHandle RHS = getSCEV(ExitCond->getOperand(1));
1980
1981   // Try to evaluate any dependencies out of the loop.
1982   SCEVHandle Tmp = getSCEVAtScope(LHS, L);
1983   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) LHS = Tmp;
1984   Tmp = getSCEVAtScope(RHS, L);
1985   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) RHS = Tmp;
1986
1987   // At this point, we would like to compute how many iterations of the
1988   // loop the predicate will return true for these inputs.
1989   if (isa<SCEVConstant>(LHS) && !isa<SCEVConstant>(RHS)) {
1990     // If there is a constant, force it into the RHS.
1991     std::swap(LHS, RHS);
1992     Cond = ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond);
1993   }
1994
1995   // FIXME: think about handling pointer comparisons!  i.e.:
1996   // while (P != P+100) ++P;
1997
1998   // If we have a comparison of a chrec against a constant, try to use value
1999   // ranges to answer this query.
2000   if (SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS))
2001     if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS))
2002       if (AddRec->getLoop() == L) {
2003         // Form the comparison range using the constant of the correct type so
2004         // that the ConstantRange class knows to do a signed or unsigned
2005         // comparison.
2006         ConstantInt *CompVal = RHSC->getValue();
2007         const Type *RealTy = ExitCond->getOperand(0)->getType();
2008         CompVal = dyn_cast<ConstantInt>(
2009           ConstantExpr::getBitCast(CompVal, RealTy));
2010         if (CompVal) {
2011           // Form the constant range.
2012           ConstantRange CompRange(
2013               ICmpInst::makeConstantRange(Cond, CompVal->getValue()));
2014
2015           SCEVHandle Ret = AddRec->getNumIterationsInRange(CompRange, SE);
2016           if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Ret)) return Ret;
2017         }
2018       }
2019
2020   switch (Cond) {
2021   case ICmpInst::ICMP_NE: {                     // while (X != Y)
2022     // Convert to: while (X-Y != 0)
2023     SCEVHandle TC = HowFarToZero(SE.getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
2024     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
2025     break;
2026   }
2027   case ICmpInst::ICMP_EQ: {
2028     // Convert to: while (X-Y == 0)           // while (X == Y)
2029     SCEVHandle TC = HowFarToNonZero(SE.getMinusSCEV(LHS, RHS), L);
2030     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
2031     break;
2032   }
2033   case ICmpInst::ICMP_SLT: {
2034     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, true);
2035     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
2036     break;
2037   }
2038   case ICmpInst::ICMP_SGT: {
2039     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(SE.getNotSCEV(LHS),
2040                                      SE.getNotSCEV(RHS), L, true);
2041     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
2042     break;
2043   }
2044   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
2045     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(LHS, RHS, L, false);
2046     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
2047     break;
2048   }
2049   case ICmpInst::ICMP_UGT: {
2050     SCEVHandle TC = HowManyLessThans(SE.getNotSCEV(LHS),
2051                                      SE.getNotSCEV(RHS), L, false);
2052     if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(TC)) return TC;
2053     break;
2054   }
2055   default:
2056 #if 0
2057     cerr << "ComputeIterationCount ";
2058     if (ExitCond->getOperand(0)->getType()->isUnsigned())
2059       cerr << "[unsigned] ";
2060     cerr << *LHS << "   "
2061          << Instruction::getOpcodeName(Instruction::ICmp)
2062          << "   " << *RHS << "\n";
2063 #endif
2064     break;
2065   }
2066   return ComputeIterationCountExhaustively(L, ExitCond,
2067                                        ExitBr->getSuccessor(0) == ExitBlock);
2068 }
2069
2070 static ConstantInt *
2071 EvaluateConstantChrecAtConstant(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ConstantInt *C,
2072                                 ScalarEvolution &SE) {
2073   SCEVHandle InVal = SE.getConstant(C);
2074   SCEVHandle Val = AddRec->evaluateAtIteration(InVal, SE);
2075   assert(isa<SCEVConstant>(Val) &&
2076          "Evaluation of SCEV at constant didn't fold correctly?");
2077   return cast<SCEVConstant>(Val)->getValue();
2078 }
2079
2080 /// GetAddressedElementFromGlobal - Given a global variable with an initializer
2081 /// and a GEP expression (missing the pointer index) indexing into it, return
2082 /// the addressed element of the initializer or null if the index expression is
2083 /// invalid.
2084 static Constant *
2085 GetAddressedElementFromGlobal(GlobalVariable *GV,
2086                               const std::vector<ConstantInt*> &Indices) {
2087   Constant *Init = GV->getInitializer();
2088   for (unsigned i = 0, e = Indices.size(); i != e; ++i) {
2089     uint64_t Idx = Indices[i]->getZExtValue();
2090     if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Init)) {
2091       assert(Idx < CS->getNumOperands() && "Bad struct index!");
2092       Init = cast<Constant>(CS->getOperand(Idx));
2093     } else if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Init)) {
2094       if (Idx >= CA->getNumOperands()) return 0;  // Bogus program
2095       Init = cast<Constant>(CA->getOperand(Idx));
2096     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
2097       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
2098         assert(Idx < STy->getNumElements() && "Bad struct index!");
2099         Init = Constant::getNullValue(STy->getElementType(Idx));
2100       } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Init->getType())) {
2101         if (Idx >= ATy->getNumElements()) return 0;  // Bogus program
2102         Init = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
2103       } else {
2104         assert(0 && "Unknown constant aggregate type!");
2105       }
2106       return 0;
2107     } else {
2108       return 0; // Unknown initializer type
2109     }
2110   }
2111   return Init;
2112 }
2113
2114 /// ComputeLoadConstantCompareIterationCount - Given an exit condition of
2115 /// 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the trip count.
2116 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::
2117 ComputeLoadConstantCompareIterationCount(LoadInst *LI, Constant *RHS,
2118                                          const Loop *L,
2119                                          ICmpInst::Predicate predicate) {
2120   if (LI->isVolatile()) return UnknownValue;
2121
2122   // Check to see if the loaded pointer is a getelementptr of a global.
2123   GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0));
2124   if (!GEP) return UnknownValue;
2125
2126   // Make sure that it is really a constant global we are gepping, with an
2127   // initializer, and make sure the first IDX is really 0.
2128   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
2129   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer() ||
2130       GEP->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEP->getOperand(1)) ||
2131       !cast<Constant>(GEP->getOperand(1))->isNullValue())
2132     return UnknownValue;
2133
2134   // Okay, we allow one non-constant index into the GEP instruction.
2135   Value *VarIdx = 0;
2136   std::vector<ConstantInt*> Indexes;
2137   unsigned VarIdxNum = 0;
2138   for (unsigned i = 2, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
2139     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
2140       Indexes.push_back(CI);
2141     } else if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
2142       if (VarIdx) return UnknownValue;  // Multiple non-constant idx's.
2143       VarIdx = GEP->getOperand(i);
2144       VarIdxNum = i-2;
2145       Indexes.push_back(0);
2146     }
2147
2148   // Okay, we know we have a (load (gep GV, 0, X)) comparison with a constant.
2149   // Check to see if X is a loop variant variable value now.
2150   SCEVHandle Idx = getSCEV(VarIdx);
2151   SCEVHandle Tmp = getSCEVAtScope(Idx, L);
2152   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(Tmp)) Idx = Tmp;
2153
2154   // We can only recognize very limited forms of loop index expressions, in
2155   // particular, only affine AddRec's like {C1,+,C2}.
2156   SCEVAddRecExpr *IdxExpr = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Idx);
2157   if (!IdxExpr || !IdxExpr->isAffine() || IdxExpr->isLoopInvariant(L) ||
2158       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(0)) ||
2159       !isa<SCEVConstant>(IdxExpr->getOperand(1)))
2160     return UnknownValue;
2161
2162   unsigned MaxSteps = MaxBruteForceIterations;
2163   for (unsigned IterationNum = 0; IterationNum != MaxSteps; ++IterationNum) {
2164     ConstantInt *ItCst =
2165       ConstantInt::get(IdxExpr->getType(), IterationNum);
2166     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(IdxExpr, ItCst, SE);
2167
2168     // Form the GEP offset.
2169     Indexes[VarIdxNum] = Val;
2170
2171     Constant *Result = GetAddressedElementFromGlobal(GV, Indexes);
2172     if (Result == 0) break;  // Cannot compute!
2173
2174     // Evaluate the condition for this iteration.
2175     Result = ConstantExpr::getICmp(predicate, Result, RHS);
2176     if (!isa<ConstantInt>(Result)) break;  // Couldn't decide for sure
2177     if (cast<ConstantInt>(Result)->getValue().isMinValue()) {
2178 #if 0
2179       cerr << "\n***\n*** Computed loop count " << *ItCst
2180            << "\n*** From global " << *GV << "*** BB: " << *L->getHeader()
2181            << "***\n";
2182 #endif
2183       ++NumArrayLenItCounts;
2184       return SE.getConstant(ItCst);   // Found terminating iteration!
2185     }
2186   }
2187   return UnknownValue;
2188 }
2189
2190
2191 /// CanConstantFold - Return true if we can constant fold an instruction of the
2192 /// specified type, assuming that all operands were constants.
2193 static bool CanConstantFold(const Instruction *I) {
2194   if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
2195       isa<SelectInst>(I) || isa<CastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I))
2196     return true;
2197
2198   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
2199     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
2200       return canConstantFoldCallTo(F);
2201   return false;
2202 }
2203
2204 /// getConstantEvolvingPHI - Given an LLVM value and a loop, return a PHI node
2205 /// in the loop that V is derived from.  We allow arbitrary operations along the
2206 /// way, but the operands of an operation must either be constants or a value
2207 /// derived from a constant PHI.  If this expression does not fit with these
2208 /// constraints, return null.
2209 static PHINode *getConstantEvolvingPHI(Value *V, const Loop *L) {
2210   // If this is not an instruction, or if this is an instruction outside of the
2211   // loop, it can't be derived from a loop PHI.
2212   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
2213   if (I == 0 || !L->contains(I->getParent())) return 0;
2214
2215   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
2216     if (L->getHeader() == I->getParent())
2217       return PN;
2218     else
2219       // We don't currently keep track of the control flow needed to evaluate
2220       // PHIs, so we cannot handle PHIs inside of loops.
2221       return 0;
2222   }
2223
2224   // If we won't be able to constant fold this expression even if the operands
2225   // are constants, return early.
2226   if (!CanConstantFold(I)) return 0;
2227
2228   // Otherwise, we can evaluate this instruction if all of its operands are
2229   // constant or derived from a PHI node themselves.
2230   PHINode *PHI = 0;
2231   for (unsigned Op = 0, e = I->getNumOperands(); Op != e; ++Op)
2232     if (!(isa<Constant>(I->getOperand(Op)) ||
2233           isa<GlobalValue>(I->getOperand(Op)))) {
2234       PHINode *P = getConstantEvolvingPHI(I->getOperand(Op), L);
2235       if (P == 0) return 0;  // Not evolving from PHI
2236       if (PHI == 0)
2237         PHI = P;
2238       else if (PHI != P)
2239         return 0;  // Evolving from multiple different PHIs.
2240     }
2241
2242   // This is a expression evolving from a constant PHI!
2243   return PHI;
2244 }
2245
2246 /// EvaluateExpression - Given an expression that passes the
2247 /// getConstantEvolvingPHI predicate, evaluate its value assuming the PHI node
2248 /// in the loop has the value PHIVal.  If we can't fold this expression for some
2249 /// reason, return null.
2250 static Constant *EvaluateExpression(Value *V, Constant *PHIVal) {
2251   if (isa<PHINode>(V)) return PHIVal;
2252   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) return C;
2253   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2254
2255   std::vector<Constant*> Operands;
2256   Operands.resize(I->getNumOperands());
2257
2258   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2259     Operands[i] = EvaluateExpression(I->getOperand(i), PHIVal);
2260     if (Operands[i] == 0) return 0;
2261   }
2262
2263   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
2264     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
2265                                            &Operands[0], Operands.size());
2266   else
2267     return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
2268                                     &Operands[0], Operands.size());
2269 }
2270
2271 /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
2272 /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
2273 /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
2274 /// involving constants, fold it.
2275 Constant *ScalarEvolutionsImpl::
2276 getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN, const APInt& Its, const Loop *L){
2277   std::map<PHINode*, Constant*>::iterator I =
2278     ConstantEvolutionLoopExitValue.find(PN);
2279   if (I != ConstantEvolutionLoopExitValue.end())
2280     return I->second;
2281
2282   if (Its.ugt(APInt(Its.getBitWidth(),MaxBruteForceIterations)))
2283     return ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = 0;  // Not going to evaluate it.
2284
2285   Constant *&RetVal = ConstantEvolutionLoopExitValue[PN];
2286
2287   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
2288   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
2289   // second must be derived from the same PHI.
2290   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
2291   Constant *StartCST =
2292     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
2293   if (StartCST == 0)
2294     return RetVal = 0;  // Must be a constant.
2295
2296   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
2297   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
2298   if (PN2 != PN)
2299     return RetVal = 0;  // Not derived from same PHI.
2300
2301   // Execute the loop symbolically to determine the exit value.
2302   if (Its.getActiveBits() >= 32)
2303     return RetVal = 0; // More than 2^32-1 iterations?? Not doing it!
2304
2305   unsigned NumIterations = Its.getZExtValue(); // must be in range
2306   unsigned IterationNum = 0;
2307   for (Constant *PHIVal = StartCST; ; ++IterationNum) {
2308     if (IterationNum == NumIterations)
2309       return RetVal = PHIVal;  // Got exit value!
2310
2311     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
2312     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
2313     if (NextPHI == PHIVal)
2314       return RetVal = NextPHI;  // Stopped evolving!
2315     if (NextPHI == 0)
2316       return 0;        // Couldn't evaluate!
2317     PHIVal = NextPHI;
2318   }
2319 }
2320
2321 /// ComputeIterationCountExhaustively - If the trip is known to execute a
2322 /// constant number of times (the condition evolves only from constants),
2323 /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
2324 /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
2325 /// evaluate the trip count of the loop, return UnknownValue.
2326 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::
2327 ComputeIterationCountExhaustively(const Loop *L, Value *Cond, bool ExitWhen) {
2328   PHINode *PN = getConstantEvolvingPHI(Cond, L);
2329   if (PN == 0) return UnknownValue;
2330
2331   // Since the loop is canonicalized, the PHI node must have two entries.  One
2332   // entry must be a constant (coming in from outside of the loop), and the
2333   // second must be derived from the same PHI.
2334   bool SecondIsBackedge = L->contains(PN->getIncomingBlock(1));
2335   Constant *StartCST =
2336     dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(!SecondIsBackedge));
2337   if (StartCST == 0) return UnknownValue;  // Must be a constant.
2338
2339   Value *BEValue = PN->getIncomingValue(SecondIsBackedge);
2340   PHINode *PN2 = getConstantEvolvingPHI(BEValue, L);
2341   if (PN2 != PN) return UnknownValue;  // Not derived from same PHI.
2342
2343   // Okay, we find a PHI node that defines the trip count of this loop.  Execute
2344   // the loop symbolically to determine when the condition gets a value of
2345   // "ExitWhen".
2346   unsigned IterationNum = 0;
2347   unsigned MaxIterations = MaxBruteForceIterations;   // Limit analysis.
2348   for (Constant *PHIVal = StartCST;
2349        IterationNum != MaxIterations; ++IterationNum) {
2350     ConstantInt *CondVal =
2351       dyn_cast_or_null<ConstantInt>(EvaluateExpression(Cond, PHIVal));
2352
2353     // Couldn't symbolically evaluate.
2354     if (!CondVal) return UnknownValue;
2355
2356     if (CondVal->getValue() == uint64_t(ExitWhen)) {
2357       ConstantEvolutionLoopExitValue[PN] = PHIVal;
2358       ++NumBruteForceTripCountsComputed;
2359       return SE.getConstant(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, IterationNum));
2360     }
2361
2362     // Compute the value of the PHI node for the next iteration.
2363     Constant *NextPHI = EvaluateExpression(BEValue, PHIVal);
2364     if (NextPHI == 0 || NextPHI == PHIVal)
2365       return UnknownValue;  // Couldn't evaluate or not making progress...
2366     PHIVal = NextPHI;
2367   }
2368
2369   // Too many iterations were needed to evaluate.
2370   return UnknownValue;
2371 }
2372
2373 /// getSCEVAtScope - Compute the value of the specified expression within the
2374 /// indicated loop (which may be null to indicate in no loop).  If the
2375 /// expression cannot be evaluated, return UnknownValue.
2376 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::getSCEVAtScope(SCEV *V, const Loop *L) {
2377   // FIXME: this should be turned into a virtual method on SCEV!
2378
2379   if (isa<SCEVConstant>(V)) return V;
2380
2381   // If this instruction is evolved from a constant-evolving PHI, compute the
2382   // exit value from the loop without using SCEVs.
2383   if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V)) {
2384     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(SU->getValue())) {
2385       const Loop *LI = this->LI[I->getParent()];
2386       if (LI && LI->getParentLoop() == L)  // Looking for loop exit value.
2387         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
2388           if (PN->getParent() == LI->getHeader()) {
2389             // Okay, there is no closed form solution for the PHI node.  Check
2390             // to see if the loop that contains it has a known iteration count.
2391             // If so, we may be able to force computation of the exit value.
2392             SCEVHandle IterationCount = getIterationCount(LI);
2393             if (SCEVConstant *ICC = dyn_cast<SCEVConstant>(IterationCount)) {
2394               // Okay, we know how many times the containing loop executes.  If
2395               // this is a constant evolving PHI node, get the final value at
2396               // the specified iteration number.
2397               Constant *RV = getConstantEvolutionLoopExitValue(PN,
2398                                                     ICC->getValue()->getValue(),
2399                                                                LI);
2400               if (RV) return SE.getUnknown(RV);
2401             }
2402           }
2403
2404       // Okay, this is an expression that we cannot symbolically evaluate
2405       // into a SCEV.  Check to see if it's possible to symbolically evaluate
2406       // the arguments into constants, and if so, try to constant propagate the
2407       // result.  This is particularly useful for computing loop exit values.
2408       if (CanConstantFold(I)) {
2409         std::vector<Constant*> Operands;
2410         Operands.reserve(I->getNumOperands());
2411         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2412           Value *Op = I->getOperand(i);
2413           if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op)) {
2414             Operands.push_back(C);
2415           } else {
2416             // If any of the operands is non-constant and if they are
2417             // non-integer, don't even try to analyze them with scev techniques.
2418             if (!isa<IntegerType>(Op->getType()))
2419               return V;
2420
2421             SCEVHandle OpV = getSCEVAtScope(getSCEV(Op), L);
2422             if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(OpV))
2423               Operands.push_back(ConstantExpr::getIntegerCast(SC->getValue(),
2424                                                               Op->getType(),
2425                                                               false));
2426             else if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(OpV)) {
2427               if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(SU->getValue()))
2428                 Operands.push_back(ConstantExpr::getIntegerCast(C,
2429                                                                 Op->getType(),
2430                                                                 false));
2431               else
2432                 return V;
2433             } else {
2434               return V;
2435             }
2436           }
2437         }
2438
2439         Constant *C;
2440         if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
2441           C = ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(),
2442                                               &Operands[0], Operands.size());
2443         else
2444           C = ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
2445                                        &Operands[0], Operands.size());
2446         return SE.getUnknown(C);
2447       }
2448     }
2449
2450     // This is some other type of SCEVUnknown, just return it.
2451     return V;
2452   }
2453
2454   if (SCEVCommutativeExpr *Comm = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(V)) {
2455     // Avoid performing the look-up in the common case where the specified
2456     // expression has no loop-variant portions.
2457     for (unsigned i = 0, e = Comm->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2458       SCEVHandle OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
2459       if (OpAtScope != Comm->getOperand(i)) {
2460         if (OpAtScope == UnknownValue) return UnknownValue;
2461         // Okay, at least one of these operands is loop variant but might be
2462         // foldable.  Build a new instance of the folded commutative expression.
2463         std::vector<SCEVHandle> NewOps(Comm->op_begin(), Comm->op_begin()+i);
2464         NewOps.push_back(OpAtScope);
2465
2466         for (++i; i != e; ++i) {
2467           OpAtScope = getSCEVAtScope(Comm->getOperand(i), L);
2468           if (OpAtScope == UnknownValue) return UnknownValue;
2469           NewOps.push_back(OpAtScope);
2470         }
2471         if (isa<SCEVAddExpr>(Comm))
2472           return SE.getAddExpr(NewOps);
2473         if (isa<SCEVMulExpr>(Comm))
2474           return SE.getMulExpr(NewOps);
2475         if (isa<SCEVSMaxExpr>(Comm))
2476           return SE.getSMaxExpr(NewOps);
2477         if (isa<SCEVUMaxExpr>(Comm))
2478           return SE.getUMaxExpr(NewOps);
2479         assert(0 && "Unknown commutative SCEV type!");
2480       }
2481     }
2482     // If we got here, all operands are loop invariant.
2483     return Comm;
2484   }
2485
2486   if (SCEVUDivExpr *Div = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(V)) {
2487     SCEVHandle LHS = getSCEVAtScope(Div->getLHS(), L);
2488     if (LHS == UnknownValue) return LHS;
2489     SCEVHandle RHS = getSCEVAtScope(Div->getRHS(), L);
2490     if (RHS == UnknownValue) return RHS;
2491     if (LHS == Div->getLHS() && RHS == Div->getRHS())
2492       return Div;   // must be loop invariant
2493     return SE.getUDivExpr(LHS, RHS);
2494   }
2495
2496   // If this is a loop recurrence for a loop that does not contain L, then we
2497   // are dealing with the final value computed by the loop.
2498   if (SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V)) {
2499     if (!L || !AddRec->getLoop()->contains(L->getHeader())) {
2500       // To evaluate this recurrence, we need to know how many times the AddRec
2501       // loop iterates.  Compute this now.
2502       SCEVHandle IterationCount = getIterationCount(AddRec->getLoop());
2503       if (IterationCount == UnknownValue) return UnknownValue;
2504
2505       // Then, evaluate the AddRec.
2506       return AddRec->evaluateAtIteration(IterationCount, SE);
2507     }
2508     return UnknownValue;
2509   }
2510
2511   //assert(0 && "Unknown SCEV type!");
2512   return UnknownValue;
2513 }
2514
2515 /// SolveLinEquationWithOverflow - Finds the minimum unsigned root of the
2516 /// following equation:
2517 ///
2518 ///     A * X = B (mod N)
2519 ///
2520 /// where N = 2^BW and BW is the common bit width of A and B. The signedness of
2521 /// A and B isn't important.
2522 ///
2523 /// If the equation does not have a solution, SCEVCouldNotCompute is returned.
2524 static SCEVHandle SolveLinEquationWithOverflow(const APInt &A, const APInt &B,
2525                                                ScalarEvolution &SE) {
2526   uint32_t BW = A.getBitWidth();
2527   assert(BW == B.getBitWidth() && "Bit widths must be the same.");
2528   assert(A != 0 && "A must be non-zero.");
2529
2530   // 1. D = gcd(A, N)
2531   //
2532   // The gcd of A and N may have only one prime factor: 2. The number of
2533   // trailing zeros in A is its multiplicity
2534   uint32_t Mult2 = A.countTrailingZeros();
2535   // D = 2^Mult2
2536
2537   // 2. Check if B is divisible by D.
2538   //
2539   // B is divisible by D if and only if the multiplicity of prime factor 2 for B
2540   // is not less than multiplicity of this prime factor for D.
2541   if (B.countTrailingZeros() < Mult2)
2542     return new SCEVCouldNotCompute();
2543
2544   // 3. Compute I: the multiplicative inverse of (A / D) in arithmetic
2545   // modulo (N / D).
2546   //
2547   // (N / D) may need BW+1 bits in its representation.  Hence, we'll use this
2548   // bit width during computations.
2549   APInt AD = A.lshr(Mult2).zext(BW + 1);  // AD = A / D
2550   APInt Mod(BW + 1, 0);
2551   Mod.set(BW - Mult2);  // Mod = N / D
2552   APInt I = AD.multiplicativeInverse(Mod);
2553
2554   // 4. Compute the minimum unsigned root of the equation:
2555   // I * (B / D) mod (N / D)
2556   APInt Result = (I * B.lshr(Mult2).zext(BW + 1)).urem(Mod);
2557
2558   // The result is guaranteed to be less than 2^BW so we may truncate it to BW
2559   // bits.
2560   return SE.getConstant(Result.trunc(BW));
2561 }
2562
2563 /// SolveQuadraticEquation - Find the roots of the quadratic equation for the
2564 /// given quadratic chrec {L,+,M,+,N}.  This returns either the two roots (which
2565 /// might be the same) or two SCEVCouldNotCompute objects.
2566 ///
2567 static std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle>
2568 SolveQuadraticEquation(const SCEVAddRecExpr *AddRec, ScalarEvolution &SE) {
2569   assert(AddRec->getNumOperands() == 3 && "This is not a quadratic chrec!");
2570   SCEVConstant *LC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(0));
2571   SCEVConstant *MC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1));
2572   SCEVConstant *NC = dyn_cast<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(2));
2573
2574   // We currently can only solve this if the coefficients are constants.
2575   if (!LC || !MC || !NC) {
2576     SCEV *CNC = new SCEVCouldNotCompute();
2577     return std::make_pair(CNC, CNC);
2578   }
2579
2580   uint32_t BitWidth = LC->getValue()->getValue().getBitWidth();
2581   const APInt &L = LC->getValue()->getValue();
2582   const APInt &M = MC->getValue()->getValue();
2583   const APInt &N = NC->getValue()->getValue();
2584   APInt Two(BitWidth, 2);
2585   APInt Four(BitWidth, 4);
2586
2587   {
2588     using namespace APIntOps;
2589     const APInt& C = L;
2590     // Convert from chrec coefficients to polynomial coefficients AX^2+BX+C
2591     // The B coefficient is M-N/2
2592     APInt B(M);
2593     B -= sdiv(N,Two);
2594
2595     // The A coefficient is N/2
2596     APInt A(N.sdiv(Two));
2597
2598     // Compute the B^2-4ac term.
2599     APInt SqrtTerm(B);
2600     SqrtTerm *= B;
2601     SqrtTerm -= Four * (A * C);
2602
2603     // Compute sqrt(B^2-4ac). This is guaranteed to be the nearest
2604     // integer value or else APInt::sqrt() will assert.
2605     APInt SqrtVal(SqrtTerm.sqrt());
2606
2607     // Compute the two solutions for the quadratic formula.
2608     // The divisions must be performed as signed divisions.
2609     APInt NegB(-B);
2610     APInt TwoA( A << 1 );
2611     ConstantInt *Solution1 = ConstantInt::get((NegB + SqrtVal).sdiv(TwoA));
2612     ConstantInt *Solution2 = ConstantInt::get((NegB - SqrtVal).sdiv(TwoA));
2613
2614     return std::make_pair(SE.getConstant(Solution1),
2615                           SE.getConstant(Solution2));
2616     } // end APIntOps namespace
2617 }
2618
2619 /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the specified
2620 /// value to zero will execute.  If not computable, return UnknownValue
2621 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::HowFarToZero(SCEV *V, const Loop *L) {
2622   // If the value is a constant
2623   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
2624     // If the value is already zero, the branch will execute zero times.
2625     if (C->getValue()->isZero()) return C;
2626     return UnknownValue;  // Otherwise it will loop infinitely.
2627   }
2628
2629   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(V);
2630   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
2631     return UnknownValue;
2632
2633   if (AddRec->isAffine()) {
2634     // If this is an affine expression, the execution count of this branch is
2635     // the minimum unsigned root of the following equation:
2636     //
2637     //     Start + Step*N = 0 (mod 2^BW)
2638     //
2639     // equivalent to:
2640     //
2641     //             Step*N = -Start (mod 2^BW)
2642     //
2643     // where BW is the common bit width of Start and Step.
2644
2645     // Get the initial value for the loop.
2646     SCEVHandle Start = getSCEVAtScope(AddRec->getStart(), L->getParentLoop());
2647     if (isa<SCEVCouldNotCompute>(Start)) return UnknownValue;
2648
2649     SCEVHandle Step = getSCEVAtScope(AddRec->getOperand(1), L->getParentLoop());
2650
2651     if (SCEVConstant *StepC = dyn_cast<SCEVConstant>(Step)) {
2652       // For now we handle only constant steps.
2653
2654       // First, handle unitary steps.
2655       if (StepC->getValue()->equalsInt(1))      // 1*N = -Start (mod 2^BW), so:
2656         return SE.getNegativeSCEV(Start);       //   N = -Start (as unsigned)
2657       if (StepC->getValue()->isAllOnesValue())  // -1*N = -Start (mod 2^BW), so:
2658         return Start;                           //    N = Start (as unsigned)
2659
2660       // Then, try to solve the above equation provided that Start is constant.
2661       if (SCEVConstant *StartC = dyn_cast<SCEVConstant>(Start))
2662         return SolveLinEquationWithOverflow(StepC->getValue()->getValue(),
2663                                             -StartC->getValue()->getValue(),SE);
2664     }
2665   } else if (AddRec->isQuadratic() && AddRec->getType()->isInteger()) {
2666     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of
2667     // the quadratic equation to solve it.
2668     std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle> Roots = SolveQuadraticEquation(AddRec, SE);
2669     SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
2670     SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
2671     if (R1) {
2672 #if 0
2673       cerr << "HFTZ: " << *V << " - sol#1: " << *R1
2674            << "  sol#2: " << *R2 << "\n";
2675 #endif
2676       // Pick the smallest positive root value.
2677       if (ConstantInt *CB =
2678           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
2679                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
2680         if (CB->getZExtValue() == false)
2681           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
2682
2683         // We can only use this value if the chrec ends up with an exact zero
2684         // value at this index.  When solving for "X*X != 5", for example, we
2685         // should not accept a root of 2.
2686         SCEVHandle Val = AddRec->evaluateAtIteration(R1, SE);
2687         if (Val->isZero())
2688           return R1;  // We found a quadratic root!
2689       }
2690     }
2691   }
2692
2693   return UnknownValue;
2694 }
2695
2696 /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
2697 /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
2698 /// UnknownValue
2699 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::HowFarToNonZero(SCEV *V, const Loop *L) {
2700   // Loops that look like: while (X == 0) are very strange indeed.  We don't
2701   // handle them yet except for the trivial case.  This could be expanded in the
2702   // future as needed.
2703
2704   // If the value is a constant, check to see if it is known to be non-zero
2705   // already.  If so, the backedge will execute zero times.
2706   if (SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
2707     if (!C->getValue()->isNullValue())
2708       return SE.getIntegerSCEV(0, C->getType());
2709     return UnknownValue;  // Otherwise it will loop infinitely.
2710   }
2711
2712   // We could implement others, but I really doubt anyone writes loops like
2713   // this, and if they did, they would already be constant folded.
2714   return UnknownValue;
2715 }
2716
2717 /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
2718 /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
2719 /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
2720 /// found.
2721 ///
2722 BasicBlock *
2723 ScalarEvolutionsImpl::getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB) {
2724   // If the block has a unique predecessor, the predecessor must have
2725   // no other successors from which BB is reachable.
2726   if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor())
2727     return Pred;
2728
2729   // A loop's header is defined to be a block that dominates the loop.
2730   // If the loop has a preheader, it must be a block that has exactly
2731   // one successor that can reach BB. This is slightly more strict
2732   // than necessary, but works if critical edges are split.
2733   if (Loop *L = LI.getLoopFor(BB))
2734     return L->getLoopPreheader();
2735
2736   return 0;
2737 }
2738
2739 /// executesAtLeastOnce - Test whether entry to the loop is protected by
2740 /// a conditional between LHS and RHS.
2741 bool ScalarEvolutionsImpl::executesAtLeastOnce(const Loop *L, bool isSigned,
2742                                                SCEV *LHS, SCEV *RHS) {
2743   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
2744   BasicBlock *PreheaderDest = L->getHeader();
2745
2746   // Starting at the preheader, climb up the predecessor chain, as long as
2747   // there are predecessors that can be found that have unique successors
2748   // leading to the original header.
2749   for (; Preheader;
2750        PreheaderDest = Preheader,
2751        Preheader = getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(Preheader)) {
2752
2753     BranchInst *LoopEntryPredicate =
2754       dyn_cast<BranchInst>(Preheader->getTerminator());
2755     if (!LoopEntryPredicate ||
2756         LoopEntryPredicate->isUnconditional())
2757       continue;
2758
2759     ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(LoopEntryPredicate->getCondition());
2760     if (!ICI) continue;
2761
2762     // Now that we found a conditional branch that dominates the loop, check to
2763     // see if it is the comparison we are looking for.
2764     Value *PreCondLHS = ICI->getOperand(0);
2765     Value *PreCondRHS = ICI->getOperand(1);
2766     ICmpInst::Predicate Cond;
2767     if (LoopEntryPredicate->getSuccessor(0) == PreheaderDest)
2768       Cond = ICI->getPredicate();
2769     else
2770       Cond = ICI->getInversePredicate();
2771
2772     switch (Cond) {
2773     case ICmpInst::ICMP_UGT:
2774       if (isSigned) continue;
2775       std::swap(PreCondLHS, PreCondRHS);
2776       Cond = ICmpInst::ICMP_ULT;
2777       break;
2778     case ICmpInst::ICMP_SGT:
2779       if (!isSigned) continue;
2780       std::swap(PreCondLHS, PreCondRHS);
2781       Cond = ICmpInst::ICMP_SLT;
2782       break;
2783     case ICmpInst::ICMP_ULT:
2784       if (isSigned) continue;
2785       break;
2786     case ICmpInst::ICMP_SLT:
2787       if (!isSigned) continue;
2788       break;
2789     default:
2790       continue;
2791     }
2792
2793     if (!PreCondLHS->getType()->isInteger()) continue;
2794
2795     SCEVHandle PreCondLHSSCEV = getSCEV(PreCondLHS);
2796     SCEVHandle PreCondRHSSCEV = getSCEV(PreCondRHS);
2797     if ((LHS == PreCondLHSSCEV && RHS == PreCondRHSSCEV) ||
2798         (LHS == SE.getNotSCEV(PreCondRHSSCEV) &&
2799          RHS == SE.getNotSCEV(PreCondLHSSCEV)))
2800       return true;
2801   }
2802
2803   return false;
2804 }
2805
2806 /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
2807 /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
2808 /// UnknownValue.
2809 SCEVHandle ScalarEvolutionsImpl::
2810 HowManyLessThans(SCEV *LHS, SCEV *RHS, const Loop *L, bool isSigned) {
2811   // Only handle:  "ADDREC < LoopInvariant".
2812   if (!RHS->isLoopInvariant(L)) return UnknownValue;
2813
2814   SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(LHS);
2815   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
2816     return UnknownValue;
2817
2818   if (AddRec->isAffine()) {
2819     // FORNOW: We only support unit strides.
2820     SCEVHandle One = SE.getIntegerSCEV(1, RHS->getType());
2821     if (AddRec->getOperand(1) != One)
2822       return UnknownValue;
2823
2824     // We know the LHS is of the form {n,+,1} and the RHS is some loop-invariant
2825     // m.  So, we count the number of iterations in which {n,+,1} < m is true.
2826     // Note that we cannot simply return max(m-n,0) because it's not safe to
2827     // treat m-n as signed nor unsigned due to overflow possibility.
2828
2829     // First, we get the value of the LHS in the first iteration: n
2830     SCEVHandle Start = AddRec->getOperand(0);
2831
2832     if (executesAtLeastOnce(L, isSigned,
2833                             SE.getMinusSCEV(AddRec->getOperand(0), One), RHS)) {
2834       // Since we know that the condition is true in order to enter the loop,
2835       // we know that it will run exactly m-n times.
2836       return SE.getMinusSCEV(RHS, Start);
2837     } else {
2838       // Then, we get the value of the LHS in the first iteration in which the
2839       // above condition doesn't hold.  This equals to max(m,n).
2840       SCEVHandle End = isSigned ? SE.getSMaxExpr(RHS, Start)
2841                                 : SE.getUMaxExpr(RHS, Start);
2842
2843       // Finally, we subtract these two values to get the number of times the
2844       // backedge is executed: max(m,n)-n.
2845       return SE.getMinusSCEV(End, Start);
2846     }
2847   }
2848
2849   return UnknownValue;
2850 }
2851
2852 /// getNumIterationsInRange - Return the number of iterations of this loop that
2853 /// produce values in the specified constant range.  Another way of looking at
2854 /// this is that it returns the first iteration number where the value is not in
2855 /// the condition, thus computing the exit count. If the iteration count can't
2856 /// be computed, an instance of SCEVCouldNotCompute is returned.
2857 SCEVHandle SCEVAddRecExpr::getNumIterationsInRange(ConstantRange Range,
2858                                                    ScalarEvolution &SE) const {
2859   if (Range.isFullSet())  // Infinite loop.
2860     return new SCEVCouldNotCompute();
2861
2862   // If the start is a non-zero constant, shift the range to simplify things.
2863   if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(getStart()))
2864     if (!SC->getValue()->isZero()) {
2865       std::vector<SCEVHandle> Operands(op_begin(), op_end());
2866       Operands[0] = SE.getIntegerSCEV(0, SC->getType());
2867       SCEVHandle Shifted = SE.getAddRecExpr(Operands, getLoop());
2868       if (SCEVAddRecExpr *ShiftedAddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Shifted))
2869         return ShiftedAddRec->getNumIterationsInRange(
2870                            Range.subtract(SC->getValue()->getValue()), SE);
2871       // This is strange and shouldn't happen.
2872       return new SCEVCouldNotCompute();
2873     }
2874
2875   // The only time we can solve this is when we have all constant indices.
2876   // Otherwise, we cannot determine the overflow conditions.
2877   for (unsigned i = 0, e = getNumOperands(); i != e; ++i)
2878     if (!isa<SCEVConstant>(getOperand(i)))
2879       return new SCEVCouldNotCompute();
2880
2881
2882   // Okay at this point we know that all elements of the chrec are constants and
2883   // that the start element is zero.
2884
2885   // First check to see if the range contains zero.  If not, the first
2886   // iteration exits.
2887   if (!Range.contains(APInt(getBitWidth(),0)))
2888     return SE.getConstant(ConstantInt::get(getType(),0));
2889
2890   if (isAffine()) {
2891     // If this is an affine expression then we have this situation:
2892     //   Solve {0,+,A} in Range  ===  Ax in Range
2893
2894     // We know that zero is in the range.  If A is positive then we know that
2895     // the upper value of the range must be the first possible exit value.
2896     // If A is negative then the lower of the range is the last possible loop
2897     // value.  Also note that we already checked for a full range.
2898     APInt One(getBitWidth(),1);
2899     APInt A     = cast<SCEVConstant>(getOperand(1))->getValue()->getValue();
2900     APInt End = A.sge(One) ? (Range.getUpper() - One) : Range.getLower();
2901
2902     // The exit value should be (End+A)/A.
2903     APInt ExitVal = (End + A).udiv(A);
2904     ConstantInt *ExitValue = ConstantInt::get(ExitVal);
2905
2906     // Evaluate at the exit value.  If we really did fall out of the valid
2907     // range, then we computed our trip count, otherwise wrap around or other
2908     // things must have happened.
2909     ConstantInt *Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, ExitValue, SE);
2910     if (Range.contains(Val->getValue()))
2911       return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
2912
2913     // Ensure that the previous value is in the range.  This is a sanity check.
2914     assert(Range.contains(
2915            EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
2916            ConstantInt::get(ExitVal - One), SE)->getValue()) &&
2917            "Linear scev computation is off in a bad way!");
2918     return SE.getConstant(ExitValue);
2919   } else if (isQuadratic()) {
2920     // If this is a quadratic (3-term) AddRec {L,+,M,+,N}, find the roots of the
2921     // quadratic equation to solve it.  To do this, we must frame our problem in
2922     // terms of figuring out when zero is crossed, instead of when
2923     // Range.getUpper() is crossed.
2924     std::vector<SCEVHandle> NewOps(op_begin(), op_end());
2925     NewOps[0] = SE.getNegativeSCEV(SE.getConstant(Range.getUpper()));
2926     SCEVHandle NewAddRec = SE.getAddRecExpr(NewOps, getLoop());
2927
2928     // Next, solve the constructed addrec
2929     std::pair<SCEVHandle,SCEVHandle> Roots =
2930       SolveQuadraticEquation(cast<SCEVAddRecExpr>(NewAddRec), SE);
2931     SCEVConstant *R1 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.first);
2932     SCEVConstant *R2 = dyn_cast<SCEVConstant>(Roots.second);
2933     if (R1) {
2934       // Pick the smallest positive root value.
2935       if (ConstantInt *CB =
2936           dyn_cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getICmp(ICmpInst::ICMP_ULT,
2937                                    R1->getValue(), R2->getValue()))) {
2938         if (CB->getZExtValue() == false)
2939           std::swap(R1, R2);   // R1 is the minimum root now.
2940
2941         // Make sure the root is not off by one.  The returned iteration should
2942         // not be in the range, but the previous one should be.  When solving
2943         // for "X*X < 5", for example, we should not return a root of 2.
2944         ConstantInt *R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this,
2945                                                              R1->getValue(),
2946                                                              SE);
2947         if (Range.contains(R1Val->getValue())) {
2948           // The next iteration must be out of the range...
2949           ConstantInt *NextVal = ConstantInt::get(R1->getValue()->getValue()+1);
2950
2951           R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
2952           if (!Range.contains(R1Val->getValue()))
2953             return SE.getConstant(NextVal);
2954           return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
2955         }
2956
2957         // If R1 was not in the range, then it is a good return value.  Make
2958         // sure that R1-1 WAS in the range though, just in case.
2959         ConstantInt *NextVal = ConstantInt::get(R1->getValue()->getValue()-1);
2960         R1Val = EvaluateConstantChrecAtConstant(this, NextVal, SE);
2961         if (Range.contains(R1Val->getValue()))
2962           return R1;
2963         return new SCEVCouldNotCompute();  // Something strange happened
2964       }
2965     }
2966   }
2967
2968   // Fallback, if this is a general polynomial, figure out the progression
2969   // through brute force: evaluate until we find an iteration that fails the
2970   // test.  This is likely to be slow, but getting an accurate trip count is
2971   // incredibly important, we will be able to simplify the exit test a lot, and
2972   // we are almost guaranteed to get a trip count in this case.
2973   ConstantInt *TestVal = ConstantInt::get(getType(), 0);
2974   ConstantInt *EndVal  = TestVal;  // Stop when we wrap around.
2975   do {
2976     ++NumBruteForceEvaluations;
2977     SCEVHandle Val = evaluateAtIteration(SE.getConstant(TestVal), SE);
2978     if (!isa<SCEVConstant>(Val))  // This shouldn't happen.
2979       return new SCEVCouldNotCompute();
2980
2981     // Check to see if we found the value!
2982     if (!Range.contains(cast<SCEVConstant>(Val)->getValue()->getValue()))
2983       return SE.getConstant(TestVal);
2984
2985     // Increment to test the next index.
2986     TestVal = ConstantInt::get(TestVal->getValue()+1);
2987   } while (TestVal != EndVal);
2988
2989   return new SCEVCouldNotCompute();
2990 }
2991
2992
2993
2994 //===----------------------------------------------------------------------===//
2995 //                   ScalarEvolution Class Implementation
2996 //===----------------------------------------------------------------------===//
2997
2998 bool ScalarEvolution::runOnFunction(Function &F) {
2999   Impl = new ScalarEvolutionsImpl(*this, F, getAnalysis<LoopInfo>());
3000   return false;
3001 }
3002
3003 void ScalarEvolution::releaseMemory() {
3004   delete (ScalarEvolutionsImpl*)Impl;
3005   Impl = 0;
3006 }
3007
3008 void ScalarEvolution::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3009   AU.setPreservesAll();
3010   AU.addRequiredTransitive<LoopInfo>();
3011 }
3012
3013 SCEVHandle ScalarEvolution::getSCEV(Value *V) const {
3014   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getSCEV(V);
3015 }
3016
3017 /// hasSCEV - Return true if the SCEV for this value has already been
3018 /// computed.
3019 bool ScalarEvolution::hasSCEV(Value *V) const {
3020   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->hasSCEV(V);
3021 }
3022
3023
3024 /// setSCEV - Insert the specified SCEV into the map of current SCEVs for
3025 /// the specified value.
3026 void ScalarEvolution::setSCEV(Value *V, const SCEVHandle &H) {
3027   ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->setSCEV(V, H);
3028 }
3029
3030
3031 SCEVHandle ScalarEvolution::getIterationCount(const Loop *L) const {
3032   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getIterationCount(L);
3033 }
3034
3035 bool ScalarEvolution::hasLoopInvariantIterationCount(const Loop *L) const {
3036   return !isa<SCEVCouldNotCompute>(getIterationCount(L));
3037 }
3038
3039 SCEVHandle ScalarEvolution::getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) const {
3040   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->getSCEVAtScope(getSCEV(V), L);
3041 }
3042
3043 void ScalarEvolution::deleteValueFromRecords(Value *V) const {
3044   return ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->deleteValueFromRecords(V);
3045 }
3046
3047 static void PrintLoopInfo(std::ostream &OS, const ScalarEvolution *SE,
3048                           const Loop *L) {
3049   // Print all inner loops first
3050   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
3051     PrintLoopInfo(OS, SE, *I);
3052
3053   OS << "Loop " << L->getHeader()->getName() << ": ";
3054
3055   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
3056   L->getExitBlocks(ExitBlocks);
3057   if (ExitBlocks.size() != 1)
3058     OS << "<multiple exits> ";
3059
3060   if (SE->hasLoopInvariantIterationCount(L)) {
3061     OS << *SE->getIterationCount(L) << " iterations! ";
3062   } else {
3063     OS << "Unpredictable iteration count. ";
3064   }
3065
3066   OS << "\n";
3067 }
3068
3069 void ScalarEvolution::print(std::ostream &OS, const Module* ) const {
3070   Function &F = ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->F;
3071   LoopInfo &LI = ((ScalarEvolutionsImpl*)Impl)->LI;
3072
3073   OS << "Classifying expressions for: " << F.getName() << "\n";
3074   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
3075     if (I->getType()->isInteger()) {
3076       OS << *I;
3077       OS << "  -->  ";
3078       SCEVHandle SV = getSCEV(&*I);
3079       SV->print(OS);
3080       OS << "\t\t";
3081
3082       if (const Loop *L = LI.getLoopFor((*I).getParent())) {
3083         OS << "Exits: ";
3084         SCEVHandle ExitValue = getSCEVAtScope(&*I, L->getParentLoop());
3085         if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ExitValue)) {
3086           OS << "<<Unknown>>";
3087         } else {
3088           OS << *ExitValue;
3089         }
3090       }
3091
3092
3093       OS << "\n";
3094     }
3095
3096   OS << "Determining loop execution counts for: " << F.getName() << "\n";
3097   for (LoopInfo::iterator I = LI.begin(), E = LI.end(); I != E; ++I)
3098     PrintLoopInfo(OS, this, *I);
3099 }