lib/Analysis/ScalarEvolutionExpander.cpp

   1 //===- ScalarEvolutionExpander.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 expander,
  11 // which is used to generate the code corresponding to a given scalar evolution
  12 // expression.
  13 //
  14 //===----------------------------------------------------------------------===//
  15
  16 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
  17 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
  18 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
  19 #include "llvm/LLVMContext.h"
  20 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  21 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  22
  23 using namespace llvm;
  24
  25 /// ReuseOrCreateCast - Arrange for there to be a cast of V to Ty at IP,
  26 /// reusing an existing cast if a suitable one exists, moving an existing
  27 /// cast if a suitable one exists but isn't in the right place, or
  28 /// creating a new one.
  29 Value *SCEVExpander::ReuseOrCreateCast(Value *V, const Type *Ty,
  30                                        Instruction::CastOps Op,
  31                                        BasicBlock::iterator IP) {
  32   // Check to see if there is already a cast!
  33   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end();
  34        UI != E; ++UI) {
  35     User *U = *UI;
  36     if (U->getType() == Ty)
  37       if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(U))
  38         if (CI->getOpcode() == Op) {
  39           // If the cast isn't where we want it, fix it.
  40           if (BasicBlock::iterator(CI) != IP) {
  41             // Create a new cast, and leave the old cast in place in case
  42             // it is being used as an insert point. Clear its operand
  43             // so that it doesn't hold anything live.
  44             Instruction *NewCI = CastInst::Create(Op, V, Ty, "", IP);
  45             NewCI->takeName(CI);
  46             CI->replaceAllUsesWith(NewCI);
  47             CI->setOperand(0, UndefValue::get(V->getType()));
  48             rememberInstruction(NewCI);
  49             return NewCI;
  50           }
  51           rememberInstruction(CI);
  52           return CI;
  53         }
  54   }
  55
  56   // Create a new cast.
  57   Instruction *I = CastInst::Create(Op, V, Ty, V->getName(), IP);
  58   rememberInstruction(I);
  59   return I;
  60 }
  61
  62 /// InsertNoopCastOfTo - Insert a cast of V to the specified type,
  63 /// which must be possible with a noop cast, doing what we can to share
  64 /// the casts.
  65 Value *SCEVExpander::InsertNoopCastOfTo(Value *V, const Type *Ty) {
  66   Instruction::CastOps Op = CastInst::getCastOpcode(V, false, Ty, false);
  67   assert((Op == Instruction::BitCast ||
  68           Op == Instruction::PtrToInt ||
  69           Op == Instruction::IntToPtr) &&
  70          "InsertNoopCastOfTo cannot perform non-noop casts!");
  71   assert(SE.getTypeSizeInBits(V->getType()) == SE.getTypeSizeInBits(Ty) &&
  72          "InsertNoopCastOfTo cannot change sizes!");
  73
  74   // Short-circuit unnecessary bitcasts.
  75   if (Op == Instruction::BitCast && V->getType() == Ty)
  76     return V;
  77
  78   // Short-circuit unnecessary inttoptr<->ptrtoint casts.
  79   if ((Op == Instruction::PtrToInt || Op == Instruction::IntToPtr) &&
  80       SE.getTypeSizeInBits(Ty) == SE.getTypeSizeInBits(V->getType())) {
  81     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V))
  82       if ((CI->getOpcode() == Instruction::PtrToInt ||
  83            CI->getOpcode() == Instruction::IntToPtr) &&
  84           SE.getTypeSizeInBits(CI->getType()) ==
  85           SE.getTypeSizeInBits(CI->getOperand(0)->getType()))
  86         return CI->getOperand(0);
  87     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
  88       if ((CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt ||
  89            CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr) &&
  90           SE.getTypeSizeInBits(CE->getType()) ==
  91           SE.getTypeSizeInBits(CE->getOperand(0)->getType()))
  92         return CE->getOperand(0);
  93   }
  94
  95   // Fold a cast of a constant.
  96   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
  97     return ConstantExpr::getCast(Op, C, Ty);
  98
  99   // Cast the argument at the beginning of the entry block, after
 100   // any bitcasts of other arguments.
 101   if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
 102     BasicBlock::iterator IP = A->getParent()->getEntryBlock().begin();
 103     while ((isa<BitCastInst>(IP) &&
 104             isa<Argument>(cast<BitCastInst>(IP)->getOperand(0)) &&
 105             cast<BitCastInst>(IP)->getOperand(0) != A) ||
 106            isa<DbgInfoIntrinsic>(IP))
 107       ++IP;
 108     return ReuseOrCreateCast(A, Ty, Op, IP);
 109   }
 110
 111   // Cast the instruction immediately after the instruction.
 112   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
 113   BasicBlock::iterator IP = I; ++IP;
 114   if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(I))
 115     IP = II->getNormalDest()->begin();
 116   while (isa<PHINode>(IP) || isa<DbgInfoIntrinsic>(IP)) ++IP;
 117   return ReuseOrCreateCast(I, Ty, Op, IP);
 118 }
 119
 120 /// InsertBinop - Insert the specified binary operator, doing a small amount
 121 /// of work to avoid inserting an obviously redundant operation.
 122 Value *SCEVExpander::InsertBinop(Instruction::BinaryOps Opcode,
 123                                  Value *LHS, Value *RHS) {
 124   // Fold a binop with constant operands.
 125   if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(LHS))
 126     if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(RHS))
 127       return ConstantExpr::get(Opcode, CLHS, CRHS);
 128
 129   // Do a quick scan to see if we have this binop nearby.  If so, reuse it.
 130   unsigned ScanLimit = 6;
 131   BasicBlock::iterator BlockBegin = Builder.GetInsertBlock()->begin();
 132   // Scanning starts from the last instruction before the insertion point.
 133   BasicBlock::iterator IP = Builder.GetInsertPoint();
 134   if (IP != BlockBegin) {
 135     --IP;
 136     for (; ScanLimit; --IP, --ScanLimit) {
 137       // Don't count dbg.value against the ScanLimit, to avoid perturbing the
 138       // generated code.
 139       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP))
 140         ScanLimit++;
 141       if (IP->getOpcode() == (unsigned)Opcode && IP->getOperand(0) == LHS &&
 142           IP->getOperand(1) == RHS)
 143         return IP;
 144       if (IP == BlockBegin) break;
 145     }
 146   }
 147
 148   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
 149   BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
 150   BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
 151
 152   // Move the insertion point out of as many loops as we can.
 153   while (const Loop *L = SE.LI->getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
 154     if (!L->isLoopInvariant(LHS) || !L->isLoopInvariant(RHS)) break;
 155     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
 156     if (!Preheader) break;
 157
 158     // Ok, move up a level.
 159     Builder.SetInsertPoint(Preheader, Preheader->getTerminator());
 160   }
 161
 162   // If we haven't found this binop, insert it.
 163   Instruction *BO = cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opcode, LHS, RHS, "tmp"));
 164   BO->setDebugLoc(SaveInsertPt->getDebugLoc());
 165   rememberInstruction(BO);
 166
 167   // Restore the original insert point.
 168   if (SaveInsertBB)
 169     restoreInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
 170
 171   return BO;
 172 }
 173
 174 /// FactorOutConstant - Test if S is divisible by Factor, using signed
 175 /// division. If so, update S with Factor divided out and return true.
 176 /// S need not be evenly divisible if a reasonable remainder can be
 177 /// computed.
 178 /// TODO: When ScalarEvolution gets a SCEVSDivExpr, this can be made
 179 /// unnecessary; in its place, just signed-divide Ops[i] by the scale and
 180 /// check to see if the divide was folded.
 181 static bool FactorOutConstant(const SCEV *&S,
 182                               const SCEV *&Remainder,
 183                               const SCEV *Factor,
 184                               ScalarEvolution &SE,
 185                               const TargetData *TD) {
 186   // Everything is divisible by one.
 187   if (Factor->isOne())
 188     return true;
 189
 190   // x/x == 1.
 191   if (S == Factor) {
 192     S = SE.getConstant(S->getType(), 1);
 193     return true;
 194   }
 195
 196   // For a Constant, check for a multiple of the given factor.
 197   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
 198     // 0/x == 0.
 199     if (C->isZero())
 200       return true;
 201     // Check for divisibility.
 202     if (const SCEVConstant *FC = dyn_cast<SCEVConstant>(Factor)) {
 203       ConstantInt *CI =
 204         ConstantInt::get(SE.getContext(),
 205                          C->getValue()->getValue().sdiv(
 206                                                    FC->getValue()->getValue()));
 207       // If the quotient is zero and the remainder is non-zero, reject
 208       // the value at this scale. It will be considered for subsequent
 209       // smaller scales.
 210       if (!CI->isZero()) {
 211         const SCEV *Div = SE.getConstant(CI);
 212         S = Div;
 213         Remainder =
 214           SE.getAddExpr(Remainder,
 215                         SE.getConstant(C->getValue()->getValue().srem(
 216                                                   FC->getValue()->getValue())));
 217         return true;
 218       }
 219     }
 220   }
 221
 222   // In a Mul, check if there is a constant operand which is a multiple
 223   // of the given factor.
 224   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
 225     if (TD) {
 226       // With TargetData, the size is known. Check if there is a constant
 227       // operand which is a multiple of the given factor. If so, we can
 228       // factor it.
 229       const SCEVConstant *FC = cast<SCEVConstant>(Factor);
 230       if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(0)))
 231         if (!C->getValue()->getValue().srem(FC->getValue()->getValue())) {
 232           SmallVector<const SCEV *, 4> NewMulOps(M->op_begin(), M->op_end());
 233           NewMulOps[0] =
 234             SE.getConstant(C->getValue()->getValue().sdiv(
 235                                                    FC->getValue()->getValue()));
 236           S = SE.getMulExpr(NewMulOps);
 237           return true;
 238         }
 239     } else {
 240       // Without TargetData, check if Factor can be factored out of any of the
 241       // Mul's operands. If so, we can just remove it.
 242       for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 243         const SCEV *SOp = M->getOperand(i);
 244         const SCEV *Remainder = SE.getConstant(SOp->getType(), 0);
 245         if (FactorOutConstant(SOp, Remainder, Factor, SE, TD) &&
 246             Remainder->isZero()) {
 247           SmallVector<const SCEV *, 4> NewMulOps(M->op_begin(), M->op_end());
 248           NewMulOps[i] = SOp;
 249           S = SE.getMulExpr(NewMulOps);
 250           return true;
 251         }
 252       }
 253     }
 254   }
 255
 256   // In an AddRec, check if both start and step are divisible.
 257   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
 258     const SCEV *Step = A->getStepRecurrence(SE);
 259     const SCEV *StepRem = SE.getConstant(Step->getType(), 0);
 260     if (!FactorOutConstant(Step, StepRem, Factor, SE, TD))
 261       return false;
 262     if (!StepRem->isZero())
 263       return false;
 264     const SCEV *Start = A->getStart();
 265     if (!FactorOutConstant(Start, Remainder, Factor, SE, TD))
 266       return false;
 267     // FIXME: can use A->getNoWrapFlags(FlagNW)
 268     S = SE.getAddRecExpr(Start, Step, A->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap);
 269     return true;
 270   }
 271
 272   return false;
 273 }
 274
 275 /// SimplifyAddOperands - Sort and simplify a list of add operands. NumAddRecs
 276 /// is the number of SCEVAddRecExprs present, which are kept at the end of
 277 /// the list.
 278 ///
 279 static void SimplifyAddOperands(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
 280                                 const Type *Ty,
 281                                 ScalarEvolution &SE) {
 282   unsigned NumAddRecs = 0;
 283   for (unsigned i = Ops.size(); i > 0 && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[i-1]); --i)
 284     ++NumAddRecs;
 285   // Group Ops into non-addrecs and addrecs.
 286   SmallVector<const SCEV *, 8> NoAddRecs(Ops.begin(), Ops.end() - NumAddRecs);
 287   SmallVector<const SCEV *, 8> AddRecs(Ops.end() - NumAddRecs, Ops.end());
 288   // Let ScalarEvolution sort and simplify the non-addrecs list.
 289   const SCEV *Sum = NoAddRecs.empty() ?
 290                     SE.getConstant(Ty, 0) :
 291                     SE.getAddExpr(NoAddRecs);
 292   // If it returned an add, use the operands. Otherwise it simplified
 293   // the sum into a single value, so just use that.
 294   Ops.clear();
 295   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Sum))
 296     Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
 297   else if (!Sum->isZero())
 298     Ops.push_back(Sum);
 299   // Then append the addrecs.
 300   Ops.append(AddRecs.begin(), AddRecs.end());
 301 }
 302
 303 /// SplitAddRecs - Flatten a list of add operands, moving addrec start values
 304 /// out to the top level. For example, convert {a + b,+,c} to a, b, {0,+,d}.
 305 /// This helps expose more opportunities for folding parts of the expressions
 306 /// into GEP indices.
 307 ///
 308 static void SplitAddRecs(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
 309                          const Type *Ty,
 310                          ScalarEvolution &SE) {
 311   // Find the addrecs.
 312   SmallVector<const SCEV *, 8> AddRecs;
 313   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
 314     while (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[i])) {
 315       const SCEV *Start = A->getStart();
 316       if (Start->isZero()) break;
 317       const SCEV *Zero = SE.getConstant(Ty, 0);
 318       AddRecs.push_back(SE.getAddRecExpr(Zero,
 319                                          A->getStepRecurrence(SE),
 320                                          A->getLoop(),
 321                                          // FIXME: A->getNoWrapFlags(FlagNW)
 322                                          SCEV::FlagAnyWrap));
 323       if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Start)) {
 324         Ops[i] = Zero;
 325         Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
 326         e += Add->getNumOperands();
 327       } else {
 328         Ops[i] = Start;
 329       }
 330     }
 331   if (!AddRecs.empty()) {
 332     // Add the addrecs onto the end of the list.
 333     Ops.append(AddRecs.begin(), AddRecs.end());
 334     // Resort the operand list, moving any constants to the front.
 335     SimplifyAddOperands(Ops, Ty, SE);
 336   }
 337 }
 338
 339 /// expandAddToGEP - Expand an addition expression with a pointer type into
 340 /// a GEP instead of using ptrtoint+arithmetic+inttoptr. This helps
 341 /// BasicAliasAnalysis and other passes analyze the result. See the rules
 342 /// for getelementptr vs. inttoptr in
 343 /// http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointeraliasing
 344 /// for details.
 345 ///
 346 /// Design note: The correctness of using getelementptr here depends on
 347 /// ScalarEvolution not recognizing inttoptr and ptrtoint operators, as
 348 /// they may introduce pointer arithmetic which may not be safely converted
 349 /// into getelementptr.
 350 ///
 351 /// Design note: It might seem desirable for this function to be more
 352 /// loop-aware. If some of the indices are loop-invariant while others
 353 /// aren't, it might seem desirable to emit multiple GEPs, keeping the
 354 /// loop-invariant portions of the overall computation outside the loop.
 355 /// However, there are a few reasons this is not done here. Hoisting simple
 356 /// arithmetic is a low-level optimization that often isn't very
 357 /// important until late in the optimization process. In fact, passes
 358 /// like InstructionCombining will combine GEPs, even if it means
 359 /// pushing loop-invariant computation down into loops, so even if the
 360 /// GEPs were split here, the work would quickly be undone. The
 361 /// LoopStrengthReduction pass, which is usually run quite late (and
 362 /// after the last InstructionCombining pass), takes care of hoisting
 363 /// loop-invariant portions of expressions, after considering what
 364 /// can be folded using target addressing modes.
 365 ///
 366 Value *SCEVExpander::expandAddToGEP(const SCEV *const *op_begin,
 367                                     const SCEV *const *op_end,
 368                                     const PointerType *PTy,
 369                                     const Type *Ty,
 370                                     Value *V) {
 371   const Type *ElTy = PTy->getElementType();
 372   SmallVector<Value *, 4> GepIndices;
 373   SmallVector<const SCEV *, 8> Ops(op_begin, op_end);
 374   bool AnyNonZeroIndices = false;
 375
 376   // Split AddRecs up into parts as either of the parts may be usable
 377   // without the other.
 378   SplitAddRecs(Ops, Ty, SE);
 379
 380   // Descend down the pointer's type and attempt to convert the other
 381   // operands into GEP indices, at each level. The first index in a GEP
 382   // indexes into the array implied by the pointer operand; the rest of
 383   // the indices index into the element or field type selected by the
 384   // preceding index.
 385   for (;;) {
 386     // If the scale size is not 0, attempt to factor out a scale for
 387     // array indexing.
 388     SmallVector<const SCEV *, 8> ScaledOps;
 389     if (ElTy->isSized()) {
 390       const SCEV *ElSize = SE.getSizeOfExpr(ElTy);
 391       if (!ElSize->isZero()) {
 392         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
 393         for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
 394           const SCEV *Op = Ops[i];
 395           const SCEV *Remainder = SE.getConstant(Ty, 0);
 396           if (FactorOutConstant(Op, Remainder, ElSize, SE, SE.TD)) {
 397             // Op now has ElSize factored out.
 398             ScaledOps.push_back(Op);
 399             if (!Remainder->isZero())
 400               NewOps.push_back(Remainder);
 401             AnyNonZeroIndices = true;
 402           } else {
 403             // The operand was not divisible, so add it to the list of operands
 404             // we'll scan next iteration.
 405             NewOps.push_back(Ops[i]);
 406           }
 407         }
 408         // If we made any changes, update Ops.
 409         if (!ScaledOps.empty()) {
 410           Ops = NewOps;
 411           SimplifyAddOperands(Ops, Ty, SE);
 412         }
 413       }
 414     }
 415
 416     // Record the scaled array index for this level of the type. If
 417     // we didn't find any operands that could be factored, tentatively
 418     // assume that element zero was selected (since the zero offset
 419     // would obviously be folded away).
 420     Value *Scaled = ScaledOps.empty() ?
 421                     Constant::getNullValue(Ty) :
 422                     expandCodeFor(SE.getAddExpr(ScaledOps), Ty);
 423     GepIndices.push_back(Scaled);
 424
 425     // Collect struct field index operands.
 426     while (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElTy)) {
 427       bool FoundFieldNo = false;
 428       // An empty struct has no fields.
 429       if (STy->getNumElements() == 0) break;
 430       if (SE.TD) {
 431         // With TargetData, field offsets are known. See if a constant offset
 432         // falls within any of the struct fields.
 433         if (Ops.empty()) break;
 434         if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0]))
 435           if (SE.getTypeSizeInBits(C->getType()) <= 64) {
 436             const StructLayout &SL = *SE.TD->getStructLayout(STy);
 437             uint64_t FullOffset = C->getValue()->getZExtValue();
 438             if (FullOffset < SL.getSizeInBytes()) {
 439               unsigned ElIdx = SL.getElementContainingOffset(FullOffset);
 440               GepIndices.push_back(
 441                   ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()), ElIdx));
 442               ElTy = STy->getTypeAtIndex(ElIdx);
 443               Ops[0] =
 444                 SE.getConstant(Ty, FullOffset - SL.getElementOffset(ElIdx));
 445               AnyNonZeroIndices = true;
 446               FoundFieldNo = true;
 447             }
 448           }
 449       } else {
 450         // Without TargetData, just check for an offsetof expression of the
 451         // appropriate struct type.
 452         for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
 453           if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(Ops[i])) {
 454             const Type *CTy;
 455             Constant *FieldNo;
 456             if (U->isOffsetOf(CTy, FieldNo) && CTy == STy) {
 457               GepIndices.push_back(FieldNo);
 458               ElTy =
 459                 STy->getTypeAtIndex(cast<ConstantInt>(FieldNo)->getZExtValue());
 460               Ops[i] = SE.getConstant(Ty, 0);
 461               AnyNonZeroIndices = true;
 462               FoundFieldNo = true;
 463               break;
 464             }
 465           }
 466       }
 467       // If no struct field offsets were found, tentatively assume that
 468       // field zero was selected (since the zero offset would obviously
 469       // be folded away).
 470       if (!FoundFieldNo) {
 471         ElTy = STy->getTypeAtIndex(0u);
 472         GepIndices.push_back(
 473           Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(Ty->getContext())));
 474       }
 475     }
 476
 477     if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(ElTy))
 478       ElTy = ATy->getElementType();
 479     else
 480       break;
 481   }
 482
 483   // If none of the operands were convertible to proper GEP indices, cast
 484   // the base to i8* and do an ugly getelementptr with that. It's still
 485   // better than ptrtoint+arithmetic+inttoptr at least.
 486   if (!AnyNonZeroIndices) {
 487     // Cast the base to i8*.
 488     V = InsertNoopCastOfTo(V,
 489        Type::getInt8PtrTy(Ty->getContext(), PTy->getAddressSpace()));
 490
 491     // Expand the operands for a plain byte offset.
 492     Value *Idx = expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty);
 493
 494     // Fold a GEP with constant operands.
 495     if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(V))
 496       if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(Idx))
 497         return ConstantExpr::getGetElementPtr(CLHS, &CRHS, 1);
 498
 499     // Do a quick scan to see if we have this GEP nearby.  If so, reuse it.
 500     unsigned ScanLimit = 6;
 501     BasicBlock::iterator BlockBegin = Builder.GetInsertBlock()->begin();
 502     // Scanning starts from the last instruction before the insertion point.
 503     BasicBlock::iterator IP = Builder.GetInsertPoint();
 504     if (IP != BlockBegin) {
 505       --IP;
 506       for (; ScanLimit; --IP, --ScanLimit) {
 507         // Don't count dbg.value against the ScanLimit, to avoid perturbing the
 508         // generated code.
 509         if (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP))
 510           ScanLimit++;
 511         if (IP->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
 512             IP->getOperand(0) == V && IP->getOperand(1) == Idx)
 513           return IP;
 514         if (IP == BlockBegin) break;
 515       }
 516     }
 517
 518     // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
 519     BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
 520     BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
 521
 522     // Move the insertion point out of as many loops as we can.
 523     while (const Loop *L = SE.LI->getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
 524       if (!L->isLoopInvariant(V) || !L->isLoopInvariant(Idx)) break;
 525       BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
 526       if (!Preheader) break;
 527
 528       // Ok, move up a level.
 529       Builder.SetInsertPoint(Preheader, Preheader->getTerminator());
 530     }
 531
 532     // Emit a GEP.
 533     Value *GEP = Builder.CreateGEP(V, Idx, "uglygep");
 534     rememberInstruction(GEP);
 535
 536     // Restore the original insert point.
 537     if (SaveInsertBB)
 538       restoreInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
 539
 540     return GEP;
 541   }
 542
 543   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
 544   BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
 545   BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
 546
 547   // Move the insertion point out of as many loops as we can.
 548   while (const Loop *L = SE.LI->getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
 549     if (!L->isLoopInvariant(V)) break;
 550
 551     bool AnyIndexNotLoopInvariant = false;
 552     for (SmallVectorImpl<Value *>::const_iterator I = GepIndices.begin(),
 553          E = GepIndices.end(); I != E; ++I)
 554       if (!L->isLoopInvariant(*I)) {
 555         AnyIndexNotLoopInvariant = true;
 556         break;
 557       }
 558     if (AnyIndexNotLoopInvariant)
 559       break;
 560
 561     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
 562     if (!Preheader) break;
 563
 564     // Ok, move up a level.
 565     Builder.SetInsertPoint(Preheader, Preheader->getTerminator());
 566   }
 567
 568   // Insert a pretty getelementptr. Note that this GEP is not marked inbounds,
 569   // because ScalarEvolution may have changed the address arithmetic to
 570   // compute a value which is beyond the end of the allocated object.
 571   Value *Casted = V;
 572   if (V->getType() != PTy)
 573     Casted = InsertNoopCastOfTo(Casted, PTy);
 574   Value *GEP = Builder.CreateGEP(Casted,
 575                                  GepIndices.begin(),
 576                                  GepIndices.end(),
 577                                  "scevgep");
 578   Ops.push_back(SE.getUnknown(GEP));
 579   rememberInstruction(GEP);
 580
 581   // Restore the original insert point.
 582   if (SaveInsertBB)
 583     restoreInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
 584
 585   return expand(SE.getAddExpr(Ops));
 586 }
 587
 588 /// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
 589 /// not a constant.
 590 static bool isNonConstantNegative(const SCEV *F) {
 591   const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(F);
 592   if (!Mul) return false;
 593
 594   // If there is a constant factor, it will be first.
 595   const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
 596   if (!SC) return false;
 597
 598   // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
 599   return SC->getValue()->getValue().isNegative();
 600 }
 601
 602 /// PickMostRelevantLoop - Given two loops pick the one that's most relevant for
 603 /// SCEV expansion. If they are nested, this is the most nested. If they are
 604 /// neighboring, pick the later.
 605 static const Loop *PickMostRelevantLoop(const Loop *A, const Loop *B,
 606                                         DominatorTree &DT) {
 607   if (!A) return B;
 608   if (!B) return A;
 609   if (A->contains(B)) return B;
 610   if (B->contains(A)) return A;
 611   if (DT.dominates(A->getHeader(), B->getHeader())) return B;
 612   if (DT.dominates(B->getHeader(), A->getHeader())) return A;
 613   return A; // Arbitrarily break the tie.
 614 }
 615
 616 /// getRelevantLoop - Get the most relevant loop associated with the given
 617 /// expression, according to PickMostRelevantLoop.
 618 const Loop *SCEVExpander::getRelevantLoop(const SCEV *S) {
 619   // Test whether we've already computed the most relevant loop for this SCEV.
 620   std::pair<DenseMap<const SCEV *, const Loop *>::iterator, bool> Pair =
 621     RelevantLoops.insert(std::make_pair(S, static_cast<const Loop *>(0)));
 622   if (!Pair.second)
 623     return Pair.first->second;
 624
 625   if (isa<SCEVConstant>(S))
 626     // A constant has no relevant loops.
 627     return 0;
 628   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
 629     if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U->getValue()))
 630       return Pair.first->second = SE.LI->getLoopFor(I->getParent());
 631     // A non-instruction has no relevant loops.
 632     return 0;
 633   }
 634   if (const SCEVNAryExpr *N = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S)) {
 635     const Loop *L = 0;
 636     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
 637       L = AR->getLoop();
 638     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = N->op_begin(), E = N->op_end();
 639          I != E; ++I)
 640       L = PickMostRelevantLoop(L, getRelevantLoop(*I), *SE.DT);
 641     return RelevantLoops[N] = L;
 642   }
 643   if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S)) {
 644     const Loop *Result = getRelevantLoop(C->getOperand());
 645     return RelevantLoops[C] = Result;
 646   }
 647   if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
 648     const Loop *Result =
 649       PickMostRelevantLoop(getRelevantLoop(D->getLHS()),
 650                            getRelevantLoop(D->getRHS()),
 651                            *SE.DT);
 652     return RelevantLoops[D] = Result;
 653   }
 654   llvm_unreachable("Unexpected SCEV type!");
 655   return 0;
 656 }
 657
 658 namespace {
 659
 660 /// LoopCompare - Compare loops by PickMostRelevantLoop.
 661 class LoopCompare {
 662   DominatorTree &DT;
 663 public:
 664   explicit LoopCompare(DominatorTree &dt) : DT(dt) {}
 665
 666   bool operator()(std::pair<const Loop *, const SCEV *> LHS,
 667                   std::pair<const Loop *, const SCEV *> RHS) const {
 668     // Keep pointer operands sorted at the end.
 669     if (LHS.second->getType()->isPointerTy() !=
 670         RHS.second->getType()->isPointerTy())
 671       return LHS.second->getType()->isPointerTy();
 672
 673     // Compare loops with PickMostRelevantLoop.
 674     if (LHS.first != RHS.first)
 675       return PickMostRelevantLoop(LHS.first, RHS.first, DT) != LHS.first;
 676
 677     // If one operand is a non-constant negative and the other is not,
 678     // put the non-constant negative on the right so that a sub can
 679     // be used instead of a negate and add.
 680     if (isNonConstantNegative(LHS.second)) {
 681       if (!isNonConstantNegative(RHS.second))
 682         return false;
 683     } else if (isNonConstantNegative(RHS.second))
 684       return true;
 685
 686     // Otherwise they are equivalent according to this comparison.
 687     return false;
 688   }
 689 };
 690
 691 }
 692
 693 Value *SCEVExpander::visitAddExpr(const SCEVAddExpr *S) {
 694   const Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
 695
 696   // Collect all the add operands in a loop, along with their associated loops.
 697   // Iterate in reverse so that constants are emitted last, all else equal, and
 698   // so that pointer operands are inserted first, which the code below relies on
 699   // to form more involved GEPs.
 700   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 8> OpsAndLoops;
 701   for (std::reverse_iterator<SCEVAddExpr::op_iterator> I(S->op_end()),
 702        E(S->op_begin()); I != E; ++I)
 703     OpsAndLoops.push_back(std::make_pair(getRelevantLoop(*I), *I));
 704
 705   // Sort by loop. Use a stable sort so that constants follow non-constants and
 706   // pointer operands precede non-pointer operands.
 707   std::stable_sort(OpsAndLoops.begin(), OpsAndLoops.end(), LoopCompare(*SE.DT));
 708
 709   // Emit instructions to add all the operands. Hoist as much as possible
 710   // out of loops, and form meaningful getelementptrs where possible.
 711   Value *Sum = 0;
 712   for (SmallVectorImpl<std::pair<const Loop *, const SCEV *> >::iterator
 713        I = OpsAndLoops.begin(), E = OpsAndLoops.end(); I != E; ) {
 714     const Loop *CurLoop = I->first;
 715     const SCEV *Op = I->second;
 716     if (!Sum) {
 717       // This is the first operand. Just expand it.
 718       Sum = expand(Op);
 719       ++I;
 720     } else if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Sum->getType())) {
 721       // The running sum expression is a pointer. Try to form a getelementptr
 722       // at this level with that as the base.
 723       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
 724       for (; I != E && I->first == CurLoop; ++I) {
 725         // If the operand is SCEVUnknown and not instructions, peek through
 726         // it, to enable more of it to be folded into the GEP.
 727         const SCEV *X = I->second;
 728         if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(X))
 729           if (!isa<Instruction>(U->getValue()))
 730             X = SE.getSCEV(U->getValue());
 731         NewOps.push_back(X);
 732       }
 733       Sum = expandAddToGEP(NewOps.begin(), NewOps.end(), PTy, Ty, Sum);
 734     } else if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Op->getType())) {
 735       // The running sum is an integer, and there's a pointer at this level.
 736       // Try to form a getelementptr. If the running sum is instructions,
 737       // use a SCEVUnknown to avoid re-analyzing them.
 738       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
 739       NewOps.push_back(isa<Instruction>(Sum) ? SE.getUnknown(Sum) :
 740                                                SE.getSCEV(Sum));
 741       for (++I; I != E && I->first == CurLoop; ++I)
 742         NewOps.push_back(I->second);
 743       Sum = expandAddToGEP(NewOps.begin(), NewOps.end(), PTy, Ty, expand(Op));
 744     } else if (isNonConstantNegative(Op)) {
 745       // Instead of doing a negate and add, just do a subtract.
 746       Value *W = expandCodeFor(SE.getNegativeSCEV(Op), Ty);
 747       Sum = InsertNoopCastOfTo(Sum, Ty);
 748       Sum = InsertBinop(Instruction::Sub, Sum, W);
 749       ++I;
 750     } else {
 751       // A simple add.
 752       Value *W = expandCodeFor(Op, Ty);
 753       Sum = InsertNoopCastOfTo(Sum, Ty);
 754       // Canonicalize a constant to the RHS.
 755       if (isa<Constant>(Sum)) std::swap(Sum, W);
 756       Sum = InsertBinop(Instruction::Add, Sum, W);
 757       ++I;
 758     }
 759   }
 760
 761   return Sum;
 762 }
 763
 764 Value *SCEVExpander::visitMulExpr(const SCEVMulExpr *S) {
 765   const Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
 766
 767   // Collect all the mul operands in a loop, along with their associated loops.
 768   // Iterate in reverse so that constants are emitted last, all else equal.
 769   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 8> OpsAndLoops;
 770   for (std::reverse_iterator<SCEVMulExpr::op_iterator> I(S->op_end()),
 771        E(S->op_begin()); I != E; ++I)
 772     OpsAndLoops.push_back(std::make_pair(getRelevantLoop(*I), *I));
 773
 774   // Sort by loop. Use a stable sort so that constants follow non-constants.
 775   std::stable_sort(OpsAndLoops.begin(), OpsAndLoops.end(), LoopCompare(*SE.DT));
 776
 777   // Emit instructions to mul all the operands. Hoist as much as possible
 778   // out of loops.
 779   Value *Prod = 0;
 780   for (SmallVectorImpl<std::pair<const Loop *, const SCEV *> >::iterator
 781        I = OpsAndLoops.begin(), E = OpsAndLoops.end(); I != E; ) {
 782     const SCEV *Op = I->second;
 783     if (!Prod) {
 784       // This is the first operand. Just expand it.
 785       Prod = expand(Op);
 786       ++I;
 787     } else if (Op->isAllOnesValue()) {
 788       // Instead of doing a multiply by negative one, just do a negate.
 789       Prod = InsertNoopCastOfTo(Prod, Ty);
 790       Prod = InsertBinop(Instruction::Sub, Constant::getNullValue(Ty), Prod);
 791       ++I;
 792     } else {
 793       // A simple mul.
 794       Value *W = expandCodeFor(Op, Ty);
 795       Prod = InsertNoopCastOfTo(Prod, Ty);
 796       // Canonicalize a constant to the RHS.
 797       if (isa<Constant>(Prod)) std::swap(Prod, W);
 798       Prod = InsertBinop(Instruction::Mul, Prod, W);
 799       ++I;
 800     }
 801   }
 802
 803   return Prod;
 804 }
 805
 806 Value *SCEVExpander::visitUDivExpr(const SCEVUDivExpr *S) {
 807   const Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
 808
 809   Value *LHS = expandCodeFor(S->getLHS(), Ty);
 810   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(S->getRHS())) {
 811     const APInt &RHS = SC->getValue()->getValue();
 812     if (RHS.isPowerOf2())
 813       return InsertBinop(Instruction::LShr, LHS,
 814                          ConstantInt::get(Ty, RHS.logBase2()));
 815   }
 816
 817   Value *RHS = expandCodeFor(S->getRHS(), Ty);
 818   return InsertBinop(Instruction::UDiv, LHS, RHS);
 819 }
 820
 821 /// Move parts of Base into Rest to leave Base with the minimal
 822 /// expression that provides a pointer operand suitable for a
 823 /// GEP expansion.
 824 static void ExposePointerBase(const SCEV *&Base, const SCEV *&Rest,
 825                               ScalarEvolution &SE) {
 826   while (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Base)) {
 827     Base = A->getStart();
 828     Rest = SE.getAddExpr(Rest,
 829                          SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(A->getType(), 0),
 830                                           A->getStepRecurrence(SE),
 831                                           A->getLoop(),
 832                                           // FIXME: A->getNoWrapFlags(FlagNW)
 833                                           SCEV::FlagAnyWrap));
 834   }
 835   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Base)) {
 836     Base = A->getOperand(A->getNumOperands()-1);
 837     SmallVector<const SCEV *, 8> NewAddOps(A->op_begin(), A->op_end());
 838     NewAddOps.back() = Rest;
 839     Rest = SE.getAddExpr(NewAddOps);
 840     ExposePointerBase(Base, Rest, SE);
 841   }
 842 }
 843
 844 /// getAddRecExprPHILiterally - Helper for expandAddRecExprLiterally. Expand
 845 /// the base addrec, which is the addrec without any non-loop-dominating
 846 /// values, and return the PHI.
 847 PHINode *
 848 SCEVExpander::getAddRecExprPHILiterally(const SCEVAddRecExpr *Normalized,
 849                                         const Loop *L,
 850                                         const Type *ExpandTy,
 851                                         const Type *IntTy) {
 852   assert(!IVIncInsertLoop || IVIncInsertPos && "Uninitialized insert position");
 853
 854   // Reuse a previously-inserted PHI, if present.
 855   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
 856        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
 857     if (SE.isSCEVable(PN->getType()) &&
 858         (SE.getEffectiveSCEVType(PN->getType()) ==
 859          SE.getEffectiveSCEVType(Normalized->getType())) &&
 860         SE.getSCEV(PN) == Normalized)
 861       if (BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch()) {
 862         Instruction *IncV =
 863           cast<Instruction>(PN->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
 864
 865         // Determine if this is a well-behaved chain of instructions leading
 866         // back to the PHI. It probably will be, if we're scanning an inner
 867         // loop already visited by LSR for example, but it wouldn't have
 868         // to be.
 869         do {
 870           if (IncV->getNumOperands() == 0 || isa<PHINode>(IncV) ||
 871               (isa<CastInst>(IncV) && !isa<BitCastInst>(IncV))) {
 872             IncV = 0;
 873             break;
 874           }
 875           // If any of the operands don't dominate the insert position, bail.
 876           // Addrec operands are always loop-invariant, so this can only happen
 877           // if there are instructions which haven't been hoisted.
 878           if (L == IVIncInsertLoop) {
 879             for (User::op_iterator OI = IncV->op_begin()+1,
 880                    OE = IncV->op_end(); OI != OE; ++OI)
 881               if (Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(OI))
 882                 if (!SE.DT->dominates(OInst, IVIncInsertPos)) {
 883                   IncV = 0;
 884                   break;
 885                 }
 886           }
 887           if (!IncV)
 888             break;
 889           // Advance to the next instruction.
 890           IncV = dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
 891           if (!IncV)
 892             break;
 893           if (IncV->mayHaveSideEffects()) {
 894             IncV = 0;
 895             break;
 896           }
 897         } while (IncV != PN);
 898
 899         if (IncV) {
 900           // Ok, the add recurrence looks usable.
 901           // Remember this PHI, even in post-inc mode.
 902           InsertedValues.insert(PN);
 903           // Remember the increment.
 904           IncV = cast<Instruction>(PN->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
 905           rememberInstruction(IncV);
 906           if (L == IVIncInsertLoop)
 907             do {
 908               if (SE.DT->dominates(IncV, IVIncInsertPos))
 909                 break;
 910               // Make sure the increment is where we want it. But don't move it
 911               // down past a potential existing post-inc user.
 912               IncV->moveBefore(IVIncInsertPos);
 913               IVIncInsertPos = IncV;
 914               IncV = cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
 915             } while (IncV != PN);
 916           return PN;
 917         }
 918       }
 919
 920   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
 921   BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
 922   BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
 923
 924   // Expand code for the start value.
 925   Value *StartV = expandCodeFor(Normalized->getStart(), ExpandTy,
 926                                 L->getHeader()->begin());
 927
 928   // StartV must be hoisted into L's preheader to dominate the new phi.
 929   Instruction *StartI = dyn_cast<Instruction>(StartV);
 930   assert(!StartI || SE.DT->properlyDominates(StartI->getParent(),
 931                                              L->getHeader()) && "");
 932   (void)StartI;
 933
 934   // Expand code for the step value. Insert instructions right before the
 935   // terminator corresponding to the back-edge. Do this before creating the PHI
 936   // so that PHI reuse code doesn't see an incomplete PHI. If the stride is
 937   // negative, insert a sub instead of an add for the increment (unless it's a
 938   // constant, because subtracts of constants are canonicalized to adds).
 939   const SCEV *Step = Normalized->getStepRecurrence(SE);
 940   bool isPointer = ExpandTy->isPointerTy();
 941   bool isNegative = !isPointer && isNonConstantNegative(Step);
 942   if (isNegative)
 943     Step = SE.getNegativeSCEV(Step);
 944   Value *StepV = expandCodeFor(Step, IntTy, L->getHeader()->begin());
 945
 946   // Create the PHI.
 947   BasicBlock *Header = L->getHeader();
 948   Builder.SetInsertPoint(Header, Header->begin());
 949   pred_iterator HPB = pred_begin(Header), HPE = pred_end(Header);
 950   PHINode *PN = Builder.CreatePHI(ExpandTy, std::distance(HPB, HPE),
 951                                   Twine(IVName) + ".iv");
 952   rememberInstruction(PN);
 953
 954   // Create the step instructions and populate the PHI.
 955   for (pred_iterator HPI = HPB; HPI != HPE; ++HPI) {
 956     BasicBlock *Pred = *HPI;
 957
 958     // Add a start value.
 959     if (!L->contains(Pred)) {
 960       PN->addIncoming(StartV, Pred);
 961       continue;
 962     }
 963
 964     // Create a step value and add it to the PHI. If IVIncInsertLoop is
 965     // non-null and equal to the addrec's loop, insert the instructions
 966     // at IVIncInsertPos.
 967     Instruction *InsertPos = L == IVIncInsertLoop ?
 968       IVIncInsertPos : Pred->getTerminator();
 969     Builder.SetInsertPoint(InsertPos);
 970     Value *IncV;
 971     // If the PHI is a pointer, use a GEP, otherwise use an add or sub.
 972     if (isPointer) {
 973       const PointerType *GEPPtrTy = cast<PointerType>(ExpandTy);
 974       // If the step isn't constant, don't use an implicitly scaled GEP, because
 975       // that would require a multiply inside the loop.
 976       if (!isa<ConstantInt>(StepV))
 977         GEPPtrTy = PointerType::get(Type::getInt1Ty(SE.getContext()),
 978                                     GEPPtrTy->getAddressSpace());
 979       const SCEV *const StepArray[1] = { SE.getSCEV(StepV) };
 980       IncV = expandAddToGEP(StepArray, StepArray+1, GEPPtrTy, IntTy, PN);
 981       if (IncV->getType() != PN->getType()) {
 982         IncV = Builder.CreateBitCast(IncV, PN->getType(), "tmp");
 983         rememberInstruction(IncV);
 984       }
 985     } else {
 986       IncV = isNegative ?
 987         Builder.CreateSub(PN, StepV, Twine(IVName) + ".iv.next") :
 988         Builder.CreateAdd(PN, StepV, Twine(IVName) + ".iv.next");
 989       rememberInstruction(IncV);
 990     }
 991     PN->addIncoming(IncV, Pred);
 992   }
 993
 994   // Restore the original insert point.
 995   if (SaveInsertBB)
 996     restoreInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
 997
 998   // Remember this PHI, even in post-inc mode.
 999   InsertedValues.insert(PN);
1000
1001   return PN;
1002 }
1003
1004 Value *SCEVExpander::expandAddRecExprLiterally(const SCEVAddRecExpr *S) {
1005   const Type *STy = S->getType();
1006   const Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(STy);
1007   const Loop *L = S->getLoop();
1008
1009   // Determine a normalized form of this expression, which is the expression
1010   // before any post-inc adjustment is made.
1011   const SCEVAddRecExpr *Normalized = S;
1012   if (PostIncLoops.count(L)) {
1013     PostIncLoopSet Loops;
1014     Loops.insert(L);
1015     Normalized =
1016       cast<SCEVAddRecExpr>(TransformForPostIncUse(Normalize, S, 0, 0,
1017                                                   Loops, SE, *SE.DT));
1018   }
1019
1020   // Strip off any non-loop-dominating component from the addrec start.
1021   const SCEV *Start = Normalized->getStart();
1022   const SCEV *PostLoopOffset = 0;
1023   if (!SE.properlyDominates(Start, L->getHeader())) {
1024     PostLoopOffset = Start;
1025     Start = SE.getConstant(Normalized->getType(), 0);
1026     Normalized = cast<SCEVAddRecExpr>(
1027       SE.getAddRecExpr(Start, Normalized->getStepRecurrence(SE),
1028                        Normalized->getLoop(),
1029                        // FIXME: Normalized->getNoWrapFlags(FlagNW)
1030                        SCEV::FlagAnyWrap));
1031   }
1032
1033   // Strip off any non-loop-dominating component from the addrec step.
1034   const SCEV *Step = Normalized->getStepRecurrence(SE);
1035   const SCEV *PostLoopScale = 0;
1036   if (!SE.dominates(Step, L->getHeader())) {
1037     PostLoopScale = Step;
1038     Step = SE.getConstant(Normalized->getType(), 1);
1039     Normalized =
1040       cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getAddRecExpr(Start, Step,
1041                                             Normalized->getLoop(),
1042                                             // FIXME: Normalized
1043                                             // ->getNoWrapFlags(FlagNW)
1044                                             SCEV::FlagAnyWrap));
1045   }
1046
1047   // Expand the core addrec. If we need post-loop scaling, force it to
1048   // expand to an integer type to avoid the need for additional casting.
1049   const Type *ExpandTy = PostLoopScale ? IntTy : STy;
1050   PHINode *PN = getAddRecExprPHILiterally(Normalized, L, ExpandTy, IntTy);
1051
1052   // Accommodate post-inc mode, if necessary.
1053   Value *Result;
1054   if (!PostIncLoops.count(L))
1055     Result = PN;
1056   else {
1057     // In PostInc mode, use the post-incremented value.
1058     BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1059     assert(LatchBlock && "PostInc mode requires a unique loop latch!");
1060     Result = PN->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
1061   }
1062
1063   // Re-apply any non-loop-dominating scale.
1064   if (PostLoopScale) {
1065     Result = InsertNoopCastOfTo(Result, IntTy);
1066     Result = Builder.CreateMul(Result,
1067                                expandCodeFor(PostLoopScale, IntTy));
1068     rememberInstruction(Result);
1069   }
1070
1071   // Re-apply any non-loop-dominating offset.
1072   if (PostLoopOffset) {
1073     if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(ExpandTy)) {
1074       const SCEV *const OffsetArray[1] = { PostLoopOffset };
1075       Result = expandAddToGEP(OffsetArray, OffsetArray+1, PTy, IntTy, Result);
1076     } else {
1077       Result = InsertNoopCastOfTo(Result, IntTy);
1078       Result = Builder.CreateAdd(Result,
1079                                  expandCodeFor(PostLoopOffset, IntTy));
1080       rememberInstruction(Result);
1081     }
1082   }
1083
1084   return Result;
1085 }
1086
1087 Value *SCEVExpander::visitAddRecExpr(const SCEVAddRecExpr *S) {
1088   if (!CanonicalMode) return expandAddRecExprLiterally(S);
1089
1090   const Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1091   const Loop *L = S->getLoop();
1092
1093   // First check for an existing canonical IV in a suitable type.
1094   PHINode *CanonicalIV = 0;
1095   if (PHINode *PN = L->getCanonicalInductionVariable())
1096     if (SE.getTypeSizeInBits(PN->getType()) >= SE.getTypeSizeInBits(Ty))
1097       CanonicalIV = PN;
1098
1099   // Rewrite an AddRec in terms of the canonical induction variable, if
1100   // its type is more narrow.
1101   if (CanonicalIV &&
1102       SE.getTypeSizeInBits(CanonicalIV->getType()) >
1103       SE.getTypeSizeInBits(Ty)) {
1104     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(S->getNumOperands());
1105     for (unsigned i = 0, e = S->getNumOperands(); i != e; ++i)
1106       NewOps[i] = SE.getAnyExtendExpr(S->op_begin()[i], CanonicalIV->getType());
1107     Value *V = expand(SE.getAddRecExpr(NewOps, S->getLoop(),
1108                                        // FIXME: S->getNoWrapFlags(FlagNW)
1109                                        SCEV::FlagAnyWrap));
1110     BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
1111     BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
1112     BasicBlock::iterator NewInsertPt =
1113       llvm::next(BasicBlock::iterator(cast<Instruction>(V)));
1114     while (isa<PHINode>(NewInsertPt) || isa<DbgInfoIntrinsic>(NewInsertPt))
1115       ++NewInsertPt;
1116     V = expandCodeFor(SE.getTruncateExpr(SE.getUnknown(V), Ty), 0,
1117                       NewInsertPt);
1118     restoreInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
1119     return V;
1120   }
1121
1122   // {X,+,F} --> X + {0,+,F}
1123   if (!S->getStart()->isZero()) {
1124     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(S->op_begin(), S->op_end());
1125     NewOps[0] = SE.getConstant(Ty, 0);
1126     // FIXME: can use S->getNoWrapFlags()
1127     const SCEV *Rest = SE.getAddRecExpr(NewOps, L, SCEV::FlagAnyWrap);
1128
1129     // Turn things like ptrtoint+arithmetic+inttoptr into GEP. See the
1130     // comments on expandAddToGEP for details.
1131     const SCEV *Base = S->getStart();
1132     const SCEV *RestArray[1] = { Rest };
1133     // Dig into the expression to find the pointer base for a GEP.
1134     ExposePointerBase(Base, RestArray[0], SE);
1135     // If we found a pointer, expand the AddRec with a GEP.
1136     if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Base->getType())) {
1137       // Make sure the Base isn't something exotic, such as a multiplied
1138       // or divided pointer value. In those cases, the result type isn't
1139       // actually a pointer type.
1140       if (!isa<SCEVMulExpr>(Base) && !isa<SCEVUDivExpr>(Base)) {
1141         Value *StartV = expand(Base);
1142         assert(StartV->getType() == PTy && "Pointer type mismatch for GEP!");
1143         return expandAddToGEP(RestArray, RestArray+1, PTy, Ty, StartV);
1144       }
1145     }
1146
1147     // Just do a normal add. Pre-expand the operands to suppress folding.
1148     return expand(SE.getAddExpr(SE.getUnknown(expand(S->getStart())),
1149                                 SE.getUnknown(expand(Rest))));
1150   }
1151
1152   // If we don't yet have a canonical IV, create one.
1153   if (!CanonicalIV) {
1154     // Create and insert the PHI node for the induction variable in the
1155     // specified loop.
1156     BasicBlock *Header = L->getHeader();
1157     pred_iterator HPB = pred_begin(Header), HPE = pred_end(Header);
1158     CanonicalIV = PHINode::Create(Ty, std::distance(HPB, HPE), "indvar",
1159                                   Header->begin());
1160     rememberInstruction(CanonicalIV);
1161
1162     Constant *One = ConstantInt::get(Ty, 1);
1163     for (pred_iterator HPI = HPB; HPI != HPE; ++HPI) {
1164       BasicBlock *HP = *HPI;
1165       if (L->contains(HP)) {
1166         // Insert a unit add instruction right before the terminator
1167         // corresponding to the back-edge.
1168         Instruction *Add = BinaryOperator::CreateAdd(CanonicalIV, One,
1169                                                      "indvar.next",
1170                                                      HP->getTerminator());
1171         Add->setDebugLoc(HP->getTerminator()->getDebugLoc());
1172         rememberInstruction(Add);
1173         CanonicalIV->addIncoming(Add, HP);
1174       } else {
1175         CanonicalIV->addIncoming(Constant::getNullValue(Ty), HP);
1176       }
1177     }
1178   }
1179
1180   // {0,+,1} --> Insert a canonical induction variable into the loop!
1181   if (S->isAffine() && S->getOperand(1)->isOne()) {
1182     assert(Ty == SE.getEffectiveSCEVType(CanonicalIV->getType()) &&
1183            "IVs with types different from the canonical IV should "
1184            "already have been handled!");
1185     return CanonicalIV;
1186   }
1187
1188   // {0,+,F} --> {0,+,1} * F
1189
1190   // If this is a simple linear addrec, emit it now as a special case.
1191   if (S->isAffine())    // {0,+,F} --> i*F
1192     return
1193       expand(SE.getTruncateOrNoop(
1194         SE.getMulExpr(SE.getUnknown(CanonicalIV),
1195                       SE.getNoopOrAnyExtend(S->getOperand(1),
1196                                             CanonicalIV->getType())),
1197         Ty));
1198
1199   // If this is a chain of recurrences, turn it into a closed form, using the
1200   // folders, then expandCodeFor the closed form.  This allows the folders to
1201   // simplify the expression without having to build a bunch of special code
1202   // into this folder.
1203   const SCEV *IH = SE.getUnknown(CanonicalIV);   // Get I as a "symbolic" SCEV.
1204
1205   // Promote S up to the canonical IV type, if the cast is foldable.
1206   const SCEV *NewS = S;
1207   const SCEV *Ext = SE.getNoopOrAnyExtend(S, CanonicalIV->getType());
1208   if (isa<SCEVAddRecExpr>(Ext))
1209     NewS = Ext;
1210
1211   const SCEV *V = cast<SCEVAddRecExpr>(NewS)->evaluateAtIteration(IH, SE);
1212   //cerr << "Evaluated: " << *this << "\n     to: " << *V << "\n";
1213
1214   // Truncate the result down to the original type, if needed.
1215   const SCEV *T = SE.getTruncateOrNoop(V, Ty);
1216   return expand(T);
1217 }
1218
1219 Value *SCEVExpander::visitTruncateExpr(const SCEVTruncateExpr *S) {
1220   const Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1221   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1222                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1223   Value *I = Builder.CreateTrunc(V, Ty, "tmp");
1224   rememberInstruction(I);
1225   return I;
1226 }
1227
1228 Value *SCEVExpander::visitZeroExtendExpr(const SCEVZeroExtendExpr *S) {
1229   const Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1230   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1231                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1232   Value *I = Builder.CreateZExt(V, Ty, "tmp");
1233   rememberInstruction(I);
1234   return I;
1235 }
1236
1237 Value *SCEVExpander::visitSignExtendExpr(const SCEVSignExtendExpr *S) {
1238   const Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1239   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1240                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1241   Value *I = Builder.CreateSExt(V, Ty, "tmp");
1242   rememberInstruction(I);
1243   return I;
1244 }
1245
1246 Value *SCEVExpander::visitSMaxExpr(const SCEVSMaxExpr *S) {
1247   Value *LHS = expand(S->getOperand(S->getNumOperands()-1));
1248   const Type *Ty = LHS->getType();
1249   for (int i = S->getNumOperands()-2; i >= 0; --i) {
1250     // In the case of mixed integer and pointer types, do the
1251     // rest of the comparisons as integer.
1252     if (S->getOperand(i)->getType() != Ty) {
1253       Ty = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1254       LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, Ty);
1255     }
1256     Value *RHS = expandCodeFor(S->getOperand(i), Ty);
1257     Value *ICmp = Builder.CreateICmpSGT(LHS, RHS, "tmp");
1258     rememberInstruction(ICmp);
1259     Value *Sel = Builder.CreateSelect(ICmp, LHS, RHS, "smax");
1260     rememberInstruction(Sel);
1261     LHS = Sel;
1262   }
1263   // In the case of mixed integer and pointer types, cast the
1264   // final result back to the pointer type.
1265   if (LHS->getType() != S->getType())
1266     LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, S->getType());
1267   return LHS;
1268 }
1269
1270 Value *SCEVExpander::visitUMaxExpr(const SCEVUMaxExpr *S) {
1271   Value *LHS = expand(S->getOperand(S->getNumOperands()-1));
1272   const Type *Ty = LHS->getType();
1273   for (int i = S->getNumOperands()-2; i >= 0; --i) {
1274     // In the case of mixed integer and pointer types, do the
1275     // rest of the comparisons as integer.
1276     if (S->getOperand(i)->getType() != Ty) {
1277       Ty = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1278       LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, Ty);
1279     }
1280     Value *RHS = expandCodeFor(S->getOperand(i), Ty);
1281     Value *ICmp = Builder.CreateICmpUGT(LHS, RHS, "tmp");
1282     rememberInstruction(ICmp);
1283     Value *Sel = Builder.CreateSelect(ICmp, LHS, RHS, "umax");
1284     rememberInstruction(Sel);
1285     LHS = Sel;
1286   }
1287   // In the case of mixed integer and pointer types, cast the
1288   // final result back to the pointer type.
1289   if (LHS->getType() != S->getType())
1290     LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, S->getType());
1291   return LHS;
1292 }
1293
1294 Value *SCEVExpander::expandCodeFor(const SCEV *SH, const Type *Ty,
1295                                    Instruction *I) {
1296   BasicBlock::iterator IP = I;
1297   while (isInsertedInstruction(IP) || isa<DbgInfoIntrinsic>(IP))
1298     ++IP;
1299   Builder.SetInsertPoint(IP->getParent(), IP);
1300   return expandCodeFor(SH, Ty);
1301 }
1302
1303 Value *SCEVExpander::expandCodeFor(const SCEV *SH, const Type *Ty) {
1304   // Expand the code for this SCEV.
1305   Value *V = expand(SH);
1306   if (Ty) {
1307     assert(SE.getTypeSizeInBits(Ty) == SE.getTypeSizeInBits(SH->getType()) &&
1308            "non-trivial casts should be done with the SCEVs directly!");
1309     V = InsertNoopCastOfTo(V, Ty);
1310   }
1311   return V;
1312 }
1313
1314 Value *SCEVExpander::expand(const SCEV *S) {
1315   // Compute an insertion point for this SCEV object. Hoist the instructions
1316   // as far out in the loop nest as possible.
1317   Instruction *InsertPt = Builder.GetInsertPoint();
1318   for (Loop *L = SE.LI->getLoopFor(Builder.GetInsertBlock()); ;
1319        L = L->getParentLoop())
1320     if (SE.isLoopInvariant(S, L)) {
1321       if (!L) break;
1322       if (BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader())
1323         InsertPt = Preheader->getTerminator();
1324     } else {
1325       // If the SCEV is computable at this level, insert it into the header
1326       // after the PHIs (and after any other instructions that we've inserted
1327       // there) so that it is guaranteed to dominate any user inside the loop.
1328       if (L && SE.hasComputableLoopEvolution(S, L) && !PostIncLoops.count(L))
1329         InsertPt = L->getHeader()->getFirstNonPHI();
1330       while (isInsertedInstruction(InsertPt) || isa<DbgInfoIntrinsic>(InsertPt))
1331         InsertPt = llvm::next(BasicBlock::iterator(InsertPt));
1332       break;
1333     }
1334
1335   // Check to see if we already expanded this here.
1336   std::map<std::pair<const SCEV *, Instruction *>,
1337            AssertingVH<Value> >::iterator I =
1338     InsertedExpressions.find(std::make_pair(S, InsertPt));
1339   if (I != InsertedExpressions.end())
1340     return I->second;
1341
1342   BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
1343   BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
1344   Builder.SetInsertPoint(InsertPt->getParent(), InsertPt);
1345
1346   // Expand the expression into instructions.
1347   Value *V = visit(S);
1348
1349   // Remember the expanded value for this SCEV at this location.
1350   if (PostIncLoops.empty())
1351     InsertedExpressions[std::make_pair(S, InsertPt)] = V;
1352
1353   restoreInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
1354   return V;
1355 }
1356
1357 void SCEVExpander::rememberInstruction(Value *I) {
1358   if (!PostIncLoops.empty())
1359     InsertedPostIncValues.insert(I);
1360   else
1361     InsertedValues.insert(I);
1362
1363   // If we just claimed an existing instruction and that instruction had
1364   // been the insert point, adjust the insert point forward so that
1365   // subsequently inserted code will be dominated.
1366   if (Builder.GetInsertPoint() == I) {
1367     BasicBlock::iterator It = cast<Instruction>(I);
1368     do { ++It; } while (isInsertedInstruction(It) ||
1369                         isa<DbgInfoIntrinsic>(It));
1370     Builder.SetInsertPoint(Builder.GetInsertBlock(), It);
1371   }
1372 }
1373
1374 void SCEVExpander::restoreInsertPoint(BasicBlock *BB, BasicBlock::iterator I) {
1375   // If we acquired more instructions since the old insert point was saved,
1376   // advance past them.
1377   while (isInsertedInstruction(I) || isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) ++I;
1378
1379   Builder.SetInsertPoint(BB, I);
1380 }
1381
1382 /// getOrInsertCanonicalInductionVariable - This method returns the
1383 /// canonical induction variable of the specified type for the specified
1384 /// loop (inserting one if there is none).  A canonical induction variable
1385 /// starts at zero and steps by one on each iteration.
1386 PHINode *
1387 SCEVExpander::getOrInsertCanonicalInductionVariable(const Loop *L,
1388                                                     const Type *Ty) {
1389   assert(Ty->isIntegerTy() && "Can only insert integer induction variables!");
1390
1391   // Build a SCEV for {0,+,1}<L>.
1392   // Conservatively use FlagAnyWrap for now.
1393   const SCEV *H = SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(Ty, 0),
1394                                    SE.getConstant(Ty, 1), L, SCEV::FlagAnyWrap);
1395
1396   // Emit code for it.
1397   BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
1398   BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
1399   PHINode *V = cast<PHINode>(expandCodeFor(H, 0, L->getHeader()->begin()));
1400   if (SaveInsertBB)
1401     restoreInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
1402
1403   return V;
1404 }