Add an isOne() utility function to ScalarEvolution, similar to isZero()
[oota-llvm.git] / include / llvm / Analysis / ScalarEvolution.h
index 0786b51f53532991f2374863aec08186d8fd29b1..a5534e89c4e2a5cb883f7c0e2db705dfdab82ad3 100644 (file)
@@ -24,6 +24,7 @@
 #include "llvm/Pass.h"
 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
 #include "llvm/Support/DataTypes.h"
+#include "llvm/Support/ValueHandle.h"
 #include <iosfwd>
 
 namespace llvm {
@@ -32,6 +33,7 @@ namespace llvm {
   class Type;
   class SCEVHandle;
   class ScalarEvolution;
+  class TargetData;
 
   /// SCEV - This class represent an analyzed expression in the program.  These
   /// are reference counted opaque objects that the client is not allowed to
@@ -71,14 +73,14 @@ namespace llvm {
     ///
     virtual const Type *getType() const = 0;
 
-    /// getBitWidth - Get the bit width of the type, if it has one, 0 otherwise.
-    /// 
-    uint32_t getBitWidth() const;
-
     /// isZero - Return true if the expression is a constant zero.
     ///
     bool isZero() const;
 
+    /// isOne - Return true if the expression is a constant one.
+    ///
+    bool isOne() const;
+
     /// replaceSymbolicValuesWithConcrete - If this SCEV internally references
     /// the symbolic value "Sym", construct and return a new SCEV that produces
     /// the same value, but which uses the concrete value Conc instead of the
@@ -89,10 +91,15 @@ namespace llvm {
                                       const SCEVHandle &Conc,
                                       ScalarEvolution &SE) const = 0;
 
+    /// dominates - Return true if elements that makes up this SCEV dominates
+    /// the specified basic block.
+    virtual bool dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const = 0;
+
     /// print - Print out the internal representation of this scalar to the
     /// specified stream.  This should really only be used for debugging
     /// purposes.
-    virtual void print(std::ostream &OS) const = 0;
+    virtual void print(raw_ostream &OS) const = 0;
+    void print(std::ostream &OS) const;
     void print(std::ostream *OS) const { if (OS) print(*OS); }
 
     /// dump - This method is used for debugging.
@@ -100,6 +107,11 @@ namespace llvm {
     void dump() const;
   };
 
+  inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const SCEV &S) {
+    S.print(OS);
+    return OS;
+  }
+
   inline std::ostream &operator<<(std::ostream &OS, const SCEV &S) {
     S.print(OS);
     return OS;
@@ -112,30 +124,44 @@ namespace llvm {
   /// marker.
   struct SCEVCouldNotCompute : public SCEV {
     SCEVCouldNotCompute();
+    ~SCEVCouldNotCompute();
 
     // None of these methods are valid for this object.
     virtual bool isLoopInvariant(const Loop *L) const;
     virtual const Type *getType() const;
     virtual bool hasComputableLoopEvolution(const Loop *L) const;
-    virtual void print(std::ostream &OS) const;
-    void print(std::ostream *OS) const { if (OS) print(*OS); }
+    virtual void print(raw_ostream &OS) const;
     virtual SCEVHandle
     replaceSymbolicValuesWithConcrete(const SCEVHandle &Sym,
                                       const SCEVHandle &Conc,
                                       ScalarEvolution &SE) const;
 
+    virtual bool dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
+      return true;
+    }
+
     /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
     static inline bool classof(const SCEVCouldNotCompute *S) { return true; }
     static bool classof(const SCEV *S);
   };
 
+  /// SCEVCallbackVH - A CallbackVH to arrange for ScalarEvolution to be
+  /// notified whenever a Value is deleted.
+  class SCEVCallbackVH : public CallbackVH {
+    ScalarEvolution *SE;
+    virtual void deleted();
+    virtual void allUsesReplacedWith(Value *New);
+  public:
+    SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *SE = 0);
+  };
+
   /// SCEVHandle - This class is used to maintain the SCEV object's refcounts,
   /// freeing the objects when the last reference is dropped.
   class SCEVHandle {
-    SCEV *S;
+    const SCEV *S;
     SCEVHandle();  // DO NOT IMPLEMENT
   public:
-    SCEVHandle(const SCEV *s) : S(const_cast<SCEV*>(s)) {
+    SCEVHandle(const SCEV *s) : S(s) {
       assert(S && "Cannot create a handle to a null SCEV!");
       S->addRef();
     }
@@ -144,13 +170,13 @@ namespace llvm {
     }
     ~SCEVHandle() { S->dropRef(); }
 
-    operator SCEV*() const { return S; }
+    operator const SCEV*() const { return S; }
 
-    SCEV &operator*() const { return *S; }
-    SCEV *operator->() const { return S; }
+    const SCEV &operator*() const { return *S; }
+    const SCEV *operator->() const { return S; }
 
-    bool operator==(SCEV *RHS) const { return S == RHS; }
-    bool operator!=(SCEV *RHS) const { return S != RHS; }
+    bool operator==(const SCEV *RHS) const { return S == RHS; }
+    bool operator!=(const SCEV *RHS) const { return S != RHS; }
 
     const SCEVHandle &operator=(SCEV *RHS) {
       if (S != RHS) {
@@ -173,7 +199,7 @@ namespace llvm {
 
   template<typename From> struct simplify_type;
   template<> struct simplify_type<const SCEVHandle> {
-    typedef SCEV* SimpleType;
+    typedef const SCEV* SimpleType;
     static SimpleType getSimplifiedValue(const SCEVHandle &Node) {
       return Node;
     }
@@ -186,14 +212,176 @@ namespace llvm {
   /// they must ask this class for services.
   ///
   class ScalarEvolution : public FunctionPass {
-    void *Impl;    // ScalarEvolution uses the pimpl pattern
+    friend class SCEVCallbackVH;
+
+    /// F - The function we are analyzing.
+    ///
+    Function *F;
+
+    /// LI - The loop information for the function we are currently analyzing.
+    ///
+    LoopInfo *LI;
+
+    /// TD - The target data information for the target we are targetting.
+    ///
+    TargetData *TD;
+
+    /// UnknownValue - This SCEV is used to represent unknown trip counts and
+    /// things.
+    SCEVHandle UnknownValue;
+
+    /// Scalars - This is a cache of the scalars we have analyzed so far.
+    ///
+    std::map<SCEVCallbackVH, SCEVHandle> Scalars;
+
+    /// BackedgeTakenInfo - Information about the backedge-taken count
+    /// of a loop. This currently inclues an exact count and a maximum count.
+    ///
+    struct BackedgeTakenInfo {
+      /// Exact - An expression indicating the exact backedge-taken count of
+      /// the loop if it is known, or a SCEVCouldNotCompute otherwise.
+      SCEVHandle Exact;
+
+      /// Exact - An expression indicating the least maximum backedge-taken
+      /// count of the loop that is known, or a SCEVCouldNotCompute.
+      SCEVHandle Max;
+
+      /*implicit*/ BackedgeTakenInfo(SCEVHandle exact) :
+        Exact(exact), Max(exact) {}
+
+      /*implicit*/ BackedgeTakenInfo(const SCEV *exact) :
+        Exact(exact), Max(exact) {}
+
+      BackedgeTakenInfo(SCEVHandle exact, SCEVHandle max) :
+        Exact(exact), Max(max) {}
+
+      /// hasAnyInfo - Test whether this BackedgeTakenInfo contains any
+      /// computed information, or whether it's all SCEVCouldNotCompute
+      /// values.
+      bool hasAnyInfo() const {
+        return !isa<SCEVCouldNotCompute>(Exact) ||
+               !isa<SCEVCouldNotCompute>(Max);
+      }
+    };
+
+    /// BackedgeTakenCounts - Cache the backedge-taken count of the loops for
+    /// this function as they are computed.
+    std::map<const Loop*, BackedgeTakenInfo> BackedgeTakenCounts;
+
+    /// ConstantEvolutionLoopExitValue - This map contains entries for all of
+    /// the PHI instructions that we attempt to compute constant evolutions for.
+    /// This allows us to avoid potentially expensive recomputation of these
+    /// properties.  An instruction maps to null if we are unable to compute its
+    /// exit value.
+    std::map<PHINode*, Constant*> ConstantEvolutionLoopExitValue;
+
+    /// ValuesAtScopes - This map contains entries for all the instructions
+    /// that we attempt to compute getSCEVAtScope information for without
+    /// using SCEV techniques, which can be expensive.
+    std::map<Instruction *, std::map<const Loop *, Constant *> > ValuesAtScopes;
+
+    /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
+    /// Analyze the expression.
+    SCEVHandle createSCEV(Value *V);
+
+    /// createNodeForPHI - Provide the special handling we need to analyze PHI
+    /// SCEVs.
+    SCEVHandle createNodeForPHI(PHINode *PN);
+
+    /// createNodeForGEP - Provide the special handling we need to analyze GEP
+    /// SCEVs.
+    SCEVHandle createNodeForGEP(User *GEP);
+
+    /// ReplaceSymbolicValueWithConcrete - This looks up the computed SCEV value
+    /// for the specified instruction and replaces any references to the
+    /// symbolic value SymName with the specified value.  This is used during
+    /// PHI resolution.
+    void ReplaceSymbolicValueWithConcrete(Instruction *I,
+                                          const SCEVHandle &SymName,
+                                          const SCEVHandle &NewVal);
+
+    /// getBackedgeTakenInfo - Return the BackedgeTakenInfo for the given
+    /// loop, lazily computing new values if the loop hasn't been analyzed
+    /// yet.
+    const BackedgeTakenInfo &getBackedgeTakenInfo(const Loop *L);
+
+    /// ComputeBackedgeTakenCount - Compute the number of times the specified
+    /// loop will iterate.
+    BackedgeTakenInfo ComputeBackedgeTakenCount(const Loop *L);
+
+    /// ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount - Given an exit condition
+    /// of 'icmp op load X, cst', try to see if we can compute the trip count.
+    SCEVHandle
+      ComputeLoadConstantCompareBackedgeTakenCount(LoadInst *LI,
+                                                   Constant *RHS,
+                                                   const Loop *L,
+                                                   ICmpInst::Predicate p);
+
+    /// ComputeBackedgeTakenCountExhaustively - If the trip is known to execute
+    /// a constant number of times (the condition evolves only from constants),
+    /// try to evaluate a few iterations of the loop until we get the exit
+    /// condition gets a value of ExitWhen (true or false).  If we cannot
+    /// evaluate the trip count of the loop, return UnknownValue.
+    SCEVHandle ComputeBackedgeTakenCountExhaustively(const Loop *L, Value *Cond,
+                                                     bool ExitWhen);
+
+    /// HowFarToZero - Return the number of times a backedge comparing the
+    /// specified value to zero will execute.  If not computable, return
+    /// UnknownValue.
+    SCEVHandle HowFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L);
+
+    /// HowFarToNonZero - Return the number of times a backedge checking the
+    /// specified value for nonzero will execute.  If not computable, return
+    /// UnknownValue.
+    SCEVHandle HowFarToNonZero(const SCEV *V, const Loop *L);
+
+    /// HowManyLessThans - Return the number of times a backedge containing the
+    /// specified less-than comparison will execute.  If not computable, return
+    /// UnknownValue. isSigned specifies whether the less-than is signed.
+    BackedgeTakenInfo HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
+                                       const Loop *L, bool isSigned);
+
+    /// getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB - Return a predecessor of BB
+    /// (which may not be an immediate predecessor) which has exactly one
+    /// successor from which BB is reachable, or null if no such block is
+    /// found.
+    BasicBlock* getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB);
+
+    /// getConstantEvolutionLoopExitValue - If we know that the specified Phi is
+    /// in the header of its containing loop, we know the loop executes a
+    /// constant number of times, and the PHI node is just a recurrence
+    /// involving constants, fold it.
+    Constant *getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN, const APInt& BEs,
+                                                const Loop *L);
+
+    /// forgetLoopPHIs - Delete the memoized SCEVs associated with the
+    /// PHI nodes in the given loop. This is used when the trip count of
+    /// the loop may have changed.
+    void forgetLoopPHIs(const Loop *L);
+
   public:
     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
-    ScalarEvolution() : FunctionPass(&ID), Impl(0) {}
+    ScalarEvolution();
+
+    /// isSCEVable - Test if values of the given type are analyzable within
+    /// the SCEV framework. This primarily includes integer types, and it
+    /// can optionally include pointer types if the ScalarEvolution class
+    /// has access to target-specific information.
+    bool isSCEVable(const Type *Ty) const;
+
+    /// getTypeSizeInBits - Return the size in bits of the specified type,
+    /// for which isSCEVable must return true.
+    uint64_t getTypeSizeInBits(const Type *Ty) const;
+
+    /// getEffectiveSCEVType - Return a type with the same bitwidth as
+    /// the given type and which represents how SCEV will treat the given
+    /// type, for which isSCEVable must return true. For pointer types,
+    /// this is the pointer-sized integer type.
+    const Type *getEffectiveSCEVType(const Type *Ty) const;
 
     /// getSCEV - Return a SCEV expression handle for the full generality of the
     /// specified expression.
-    SCEVHandle getSCEV(Value *V) const;
+    SCEVHandle getSCEV(Value *V);
 
     SCEVHandle getConstant(ConstantInt *V);
     SCEVHandle getConstant(const APInt& Val);
@@ -237,6 +425,7 @@ namespace llvm {
     SCEVHandle getUMaxExpr(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS);
     SCEVHandle getUMaxExpr(std::vector<SCEVHandle> Operands);
     SCEVHandle getUnknown(Value *V);
+    SCEVHandle getCouldNotCompute();
 
     /// getNegativeSCEV - Return the SCEV object corresponding to -V.
     ///
@@ -256,6 +445,26 @@ namespace llvm {
     /// extended, it is zero extended.
     SCEVHandle getTruncateOrZeroExtend(const SCEVHandle &V, const Type *Ty);
 
+    /// getTruncateOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion
+    /// of the input value to the specified type.  If the type must be
+    /// extended, it is sign extended.
+    SCEVHandle getTruncateOrSignExtend(const SCEVHandle &V, const Type *Ty);
+
+    /// getNoopOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
+    /// the input value to the specified type.  If the type must be extended,
+    /// it is zero extended.  The conversion must not be narrowing.
+    SCEVHandle getNoopOrZeroExtend(const SCEVHandle &V, const Type *Ty);
+
+    /// getNoopOrSignExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion of
+    /// the input value to the specified type.  If the type must be extended,
+    /// it is sign extended.  The conversion must not be narrowing.
+    SCEVHandle getNoopOrSignExtend(const SCEVHandle &V, const Type *Ty);
+
+    /// getTruncateOrNoop - Return a SCEV corresponding to a conversion of the
+    /// input value to the specified type.  The conversion must not be
+    /// widening.
+    SCEVHandle getTruncateOrNoop(const SCEVHandle &V, const Type *Ty);
+
     /// getIntegerSCEV - Given an integer or FP type, create a constant for the
     /// specified signed integer value and return a SCEV for the constant.
     SCEVHandle getIntegerSCEV(int Val, const Type *Ty);
@@ -278,29 +487,50 @@ namespace llvm {
     ///
     /// If this value is not computable at this scope, a SCEVCouldNotCompute
     /// object is returned.
-    SCEVHandle getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L) const;
+    SCEVHandle getSCEVAtScope(const SCEV *S, const Loop *L);
+
+    /// getSCEVAtScope - This is a convenience function which does
+    /// getSCEVAtScope(getSCEV(V), L).
+    SCEVHandle getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L);
 
     /// isLoopGuardedByCond - Test whether entry to the loop is protected by
-    /// a conditional between LHS and RHS.
+    /// a conditional between LHS and RHS.  This is used to help avoid max
+    /// expressions in loop trip counts.
     bool isLoopGuardedByCond(const Loop *L, ICmpInst::Predicate Pred,
-                             SCEV *LHS, SCEV *RHS);
+                             const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
+
+    /// getBackedgeTakenCount - If the specified loop has a predictable
+    /// backedge-taken count, return it, otherwise return a SCEVCouldNotCompute
+    /// object. The backedge-taken count is the number of times the loop header
+    /// will be branched to from within the loop. This is one less than the
+    /// trip count of the loop, since it doesn't count the first iteration,
+    /// when the header is branched to from outside the loop.
+    ///
+    /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
+    /// loop-invariant backedge-taken count (see
+    /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
+    ///
+    SCEVHandle getBackedgeTakenCount(const Loop *L);
 
-    /// getIterationCount - If the specified loop has a predictable iteration
-    /// count, return it, otherwise return a SCEVCouldNotCompute object.
-    SCEVHandle getIterationCount(const Loop *L) const;
+    /// getMaxBackedgeTakenCount - Similar to getBackedgeTakenCount, except
+    /// return the least SCEV value that is known never to be less than the
+    /// actual backedge taken count.
+    SCEVHandle getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L);
 
-    /// hasLoopInvariantIterationCount - Return true if the specified loop has
-    /// an analyzable loop-invariant iteration count.
-    bool hasLoopInvariantIterationCount(const Loop *L) const;
+    /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount - Return true if the specified loop
+    /// has an analyzable loop-invariant backedge-taken count.
+    bool hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L);
 
-    /// deleteValueFromRecords - This method should be called by the
-    /// client before it removes a Value from the program, to make sure
-    /// that no dangling references are left around.
-    void deleteValueFromRecords(Value *V) const;
+    /// forgetLoopBackedgeTakenCount - This method should be called by the
+    /// client when it has changed a loop in a way that may effect
+    /// ScalarEvolution's ability to compute a trip count, or if the loop
+    /// is deleted.
+    void forgetLoopBackedgeTakenCount(const Loop *L);
 
     virtual bool runOnFunction(Function &F);
     virtual void releaseMemory();
     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
+    void print(raw_ostream &OS, const Module* = 0) const;
     virtual void print(std::ostream &OS, const Module* = 0) const;
     void print(std::ostream *OS, const Module* M = 0) const {
       if (OS) print(*OS, M);