Fix a ton of comment typos found by codespell. Patch by
[oota-llvm.git] / include / llvm / Analysis / ScalarEvolution.h
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@@ -24,7 +24,8 @@
 #include "llvm/Pass.h"
 #include "llvm/Instructions.h"
 #include "llvm/Function.h"
-#include "llvm/System/DataTypes.h"
+#include "llvm/Operator.h"
+#include "llvm/Support/DataTypes.h"
 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
 #include "llvm/Support/Allocator.h"
 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
@@ -44,20 +45,21 @@ namespace llvm {
   class Loop;
   class LoopInfo;
   class Operator;
+  class SCEVUnknown;
+  class SCEV;
+  template<> struct FoldingSetTrait<SCEV>;
 
   /// SCEV - This class represents an analyzed expression in the program.  These
   /// are opaque objects that the client is not allowed to do much with
   /// directly.
   ///
   class SCEV : public FoldingSetNode {
+    friend struct FoldingSetTrait<SCEV>;
+
     /// FastID - A reference to an Interned FoldingSetNodeID for this node.
     /// The ScalarEvolution's BumpPtrAllocator holds the data.
     FoldingSetNodeIDRef FastID;
 
-    /// AllocationSequenceNumber - This is used as a deterministic tie
-    /// breaker when sorting SCEVs.
-    unsigned AllocationSequenceNumber;
-
     // The SCEV baseclass this node corresponds to
     const unsigned short SCEVType;
 
@@ -69,37 +71,39 @@ namespace llvm {
   private:
     SCEV(const SCEV &);            // DO NOT IMPLEMENT
     void operator=(const SCEV &);  // DO NOT IMPLEMENT
-  protected:
-    virtual ~SCEV();
+
   public:
-    explicit SCEV(const FoldingSetNodeIDRef ID, unsigned num, unsigned SCEVTy) :
-      FastID(ID), AllocationSequenceNumber(num),
-      SCEVType(SCEVTy), SubclassData(0) {}
+    /// NoWrapFlags are bitfield indices into SubclassData.
+    ///
+    /// Add and Mul expressions may have no-unsigned-wrap <NUW> or
+    /// no-signed-wrap <NSW> properties, which are derived from the IR
+    /// operator. NSW is a misnomer that we use to mean no signed overflow or
+    /// underflow.
+    ///
+    /// AddRec expression may have a no-self-wraparound <NW> property if the
+    /// result can never reach the start value. This property is independent of
+    /// the actual start value and step direction. Self-wraparound is defined
+    /// purely in terms of the recurrence's loop, step size, and
+    /// bitwidth. Formally, a recurrence with no self-wraparound satisfies:
+    /// abs(step) * max-iteration(loop) <= unsigned-max(bitwidth).
+    ///
+    /// Note that NUW and NSW are also valid properties of a recurrence, and
+    /// either implies NW. For convenience, NW will be set for a recurrence
+    /// whenever either NUW or NSW are set.
+    enum NoWrapFlags { FlagAnyWrap = 0,          // No guarantee.
+                       FlagNW      = (1 << 0),   // No self-wrap.
+                       FlagNUW     = (1 << 1),   // No unsigned wrap.
+                       FlagNSW     = (1 << 2),   // No signed wrap.
+                       NoWrapMask  = (1 << 3) -1 };
+
+    explicit SCEV(const FoldingSetNodeIDRef ID, unsigned SCEVTy) :
+      FastID(ID), SCEVType(SCEVTy), SubclassData(0) {}
 
     unsigned getSCEVType() const { return SCEVType; }
 
-    /// getAllocationSequenceNumber - Return an arbitrary value which can be
-    /// used to deterministically order a sequence of SCEVs.
-    unsigned getAllocationSequenceNumber() const {
-      return AllocationSequenceNumber;
-    }
-
-    /// Profile - FoldingSet support.
-    void Profile(FoldingSetNodeID& ID) { ID = FastID; }
-
-    /// isLoopInvariant - Return true if the value of this SCEV is unchanging in
-    /// the specified loop.
-    virtual bool isLoopInvariant(const Loop *L) const = 0;
-
-    /// hasComputableLoopEvolution - Return true if this SCEV changes value in a
-    /// known way in the specified loop.  This property being true implies that
-    /// the value is variant in the loop AND that we can emit an expression to
-    /// compute the value of the expression at any particular loop iteration.
-    virtual bool hasComputableLoopEvolution(const Loop *L) const = 0;
-
     /// getType - Return the LLVM type of this SCEV expression.
     ///
-    virtual const Type *getType() const = 0;
+    const Type *getType() const;
 
     /// isZero - Return true if the expression is a constant zero.
     ///
@@ -114,28 +118,31 @@ namespace llvm {
     ///
     bool isAllOnesValue() const;
 
-    /// hasOperand - Test whether this SCEV has Op as a direct or
-    /// indirect operand.
-    virtual bool hasOperand(const SCEV *Op) 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;
-
-    /// properlyDominates - Return true if elements that makes up this SCEV
-    /// properly dominate the specified basic block.
-    virtual bool properlyDominates(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(raw_ostream &OS) const = 0;
+    void print(raw_ostream &OS) const;
 
     /// dump - This method is used for debugging.
     ///
     void dump() const;
   };
 
+  // Specialize FoldingSetTrait for SCEV to avoid needing to compute
+  // temporary FoldingSetNodeID values.
+  template<> struct FoldingSetTrait<SCEV> : DefaultFoldingSetTrait<SCEV> {
+    static void Profile(const SCEV &X, FoldingSetNodeID& ID) {
+      ID = X.FastID;
+    }
+    static bool Equals(const SCEV &X, const FoldingSetNodeID &ID,
+                       FoldingSetNodeID &TempID) {
+      return ID == X.FastID;
+    }
+    static unsigned ComputeHash(const SCEV &X, FoldingSetNodeID &TempID) {
+      return X.FastID.ComputeHash();
+    }
+  };
+
   inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const SCEV &S) {
     S.print(OS);
     return OS;
@@ -149,21 +156,6 @@ namespace llvm {
   struct SCEVCouldNotCompute : public SCEV {
     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(raw_ostream &OS) const;
-    virtual bool hasOperand(const SCEV *Op) const;
-
-    virtual bool dominates(BasicBlock *BB, DominatorTree *DT) const {
-      return true;
-    }
-
-    virtual bool properlyDominates(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);
@@ -174,6 +166,38 @@ namespace llvm {
   /// they must ask this class for services.
   ///
   class ScalarEvolution : public FunctionPass {
+  public:
+    /// LoopDisposition - An enum describing the relationship between a
+    /// SCEV and a loop.
+    enum LoopDisposition {
+      LoopVariant,    ///< The SCEV is loop-variant (unknown).
+      LoopInvariant,  ///< The SCEV is loop-invariant.
+      LoopComputable  ///< The SCEV varies predictably with the loop.
+    };
+
+    /// BlockDisposition - An enum describing the relationship between a
+    /// SCEV and a basic block.
+    enum BlockDisposition {
+      DoesNotDominateBlock,  ///< The SCEV does not dominate the block.
+      DominatesBlock,        ///< The SCEV dominates the block.
+      ProperlyDominatesBlock ///< The SCEV properly dominates the block.
+    };
+
+    /// Convenient NoWrapFlags manipulation that hides enum casts and is
+    /// visible in the ScalarEvolution name space.
+    static SCEV::NoWrapFlags maskFlags(SCEV::NoWrapFlags Flags, int Mask) {
+      return (SCEV::NoWrapFlags)(Flags & Mask);
+    }
+    static SCEV::NoWrapFlags setFlags(SCEV::NoWrapFlags Flags,
+                                      SCEV::NoWrapFlags OnFlags) {
+      return (SCEV::NoWrapFlags)(Flags | OnFlags);
+    }
+    static SCEV::NoWrapFlags clearFlags(SCEV::NoWrapFlags Flags,
+                                        SCEV::NoWrapFlags OffFlags) {
+      return (SCEV::NoWrapFlags)(Flags & ~OffFlags);
+    }
+
+  private:
     /// SCEVCallbackVH - A CallbackVH to arrange for ScalarEvolution to be
     /// notified whenever a Value is deleted.
     class SCEVCallbackVH : public CallbackVH {
@@ -186,6 +210,7 @@ namespace llvm {
 
     friend class SCEVCallbackVH;
     friend class SCEVExpander;
+    friend class SCEVUnknown;
 
     /// F - The function we are analyzing.
     ///
@@ -207,9 +232,14 @@ namespace llvm {
     /// counts and things.
     SCEVCouldNotCompute CouldNotCompute;
 
-    /// Scalars - This is a cache of the scalars we have analyzed so far.
+    /// ValueExprMapType - The typedef for ValueExprMap.
+    ///
+    typedef DenseMap<SCEVCallbackVH, const SCEV *, DenseMapInfo<Value *> >
+      ValueExprMapType;
+
+    /// ValueExprMap - This is a cache of the values we have analyzed so far.
     ///
-    std::map<SCEVCallbackVH, const SCEV *> Scalars;
+    ValueExprMapType ValueExprMap;
 
     /// BackedgeTakenInfo - Information about the backedge-taken count
     /// of a loop. This currently includes an exact count and a maximum count.
@@ -255,6 +285,46 @@ namespace llvm {
     std::map<const SCEV *,
              std::map<const Loop *, const SCEV *> > ValuesAtScopes;
 
+    /// LoopDispositions - Memoized computeLoopDisposition results.
+    std::map<const SCEV *,
+             std::map<const Loop *, LoopDisposition> > LoopDispositions;
+
+    /// computeLoopDisposition - Compute a LoopDisposition value.
+    LoopDisposition computeLoopDisposition(const SCEV *S, const Loop *L);
+
+    /// BlockDispositions - Memoized computeBlockDisposition results.
+    std::map<const SCEV *,
+             std::map<const BasicBlock *, BlockDisposition> > BlockDispositions;
+
+    /// computeBlockDisposition - Compute a BlockDisposition value.
+    BlockDisposition computeBlockDisposition(const SCEV *S, const BasicBlock *BB);
+
+    /// UnsignedRanges - Memoized results from getUnsignedRange
+    DenseMap<const SCEV *, ConstantRange> UnsignedRanges;
+
+    /// SignedRanges - Memoized results from getSignedRange
+    DenseMap<const SCEV *, ConstantRange> SignedRanges;
+
+    /// setUnsignedRange - Set the memoized unsigned range for the given SCEV.
+    const ConstantRange &setUnsignedRange(const SCEV *S,
+                                          const ConstantRange &CR) {
+      std::pair<DenseMap<const SCEV *, ConstantRange>::iterator, bool> Pair =
+        UnsignedRanges.insert(std::make_pair(S, CR));
+      if (!Pair.second)
+        Pair.first->second = CR;
+      return Pair.first->second;
+    }
+
+    /// setUnsignedRange - Set the memoized signed range for the given SCEV.
+    const ConstantRange &setSignedRange(const SCEV *S,
+                                        const ConstantRange &CR) {
+      std::pair<DenseMap<const SCEV *, ConstantRange>::iterator, bool> Pair =
+        SignedRanges.insert(std::make_pair(S, CR));
+      if (!Pair.second)
+        Pair.first->second = CR;
+      return Pair.first->second;
+    }
+
     /// createSCEV - We know that there is no SCEV for the specified value.
     /// Analyze the expression.
     const SCEV *createSCEV(Value *V);
@@ -274,7 +344,7 @@ namespace llvm {
 
     /// ForgetSymbolicValue - This looks up computed SCEV values for all
     /// instructions that depend on the given instruction and removes them from
-    /// the Scalars map if they reference SymName. This is used during PHI
+    /// the ValueExprMap map if they reference SymName. This is used during PHI
     /// resolution.
     void ForgetSymbolicName(Instruction *I, const SCEV *SymName);
 
@@ -354,10 +424,6 @@ namespace llvm {
     BackedgeTakenInfo HowManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
                                        const Loop *L, bool isSigned);
 
-    /// getLoopPredecessor - If the given loop's header has exactly one unique
-    /// predecessor outside the loop, return it. Otherwise return null.
-    BasicBlock *getLoopPredecessor(const Loop *L);
-
     /// 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
@@ -365,10 +431,11 @@ namespace llvm {
     std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
     getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB);
 
-    /// isImpliedCond - Test whether the condition described by Pred, LHS,
-    /// and RHS is true whenever the given Cond value evaluates to true.
-    bool isImpliedCond(Value *Cond, ICmpInst::Predicate Pred,
+    /// isImpliedCond - Test whether the condition described by Pred, LHS, and
+    /// RHS is true whenever the given FoundCondValue value evaluates to true.
+    bool isImpliedCond(ICmpInst::Predicate Pred,
                        const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
+                       Value *FoundCondValue,
                        bool Inverse);
 
     /// isImpliedCondOperands - Test whether the condition described by Pred,
@@ -399,6 +466,9 @@ namespace llvm {
     bool isKnownPredicateWithRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
                                     const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
 
+    /// forgetMemoizedResults - Drop memoized information computed for S.
+    void forgetMemoizedResults(const SCEV *S);
+
   public:
     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
     ScalarEvolution();
@@ -433,44 +503,41 @@ namespace llvm {
     const SCEV *getSignExtendExpr(const SCEV *Op, const Type *Ty);
     const SCEV *getAnyExtendExpr(const SCEV *Op, const Type *Ty);
     const SCEV *getAddExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
-                           bool HasNUW = false, bool HasNSW = false);
+                           SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap);
     const SCEV *getAddExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
-                           bool HasNUW = false, bool HasNSW = false) {
+                           SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap) {
       SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
       Ops.push_back(LHS);
       Ops.push_back(RHS);
-      return getAddExpr(Ops, HasNUW, HasNSW);
+      return getAddExpr(Ops, Flags);
     }
-    const SCEV *getAddExpr(const SCEV *Op0, const SCEV *Op1,
-                           const SCEV *Op2,
-                           bool HasNUW = false, bool HasNSW = false) {
+    const SCEV *getAddExpr(const SCEV *Op0, const SCEV *Op1, const SCEV *Op2,
+                           SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap) {
       SmallVector<const SCEV *, 3> Ops;
       Ops.push_back(Op0);
       Ops.push_back(Op1);
       Ops.push_back(Op2);
-      return getAddExpr(Ops, HasNUW, HasNSW);
+      return getAddExpr(Ops, Flags);
     }
     const SCEV *getMulExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
-                           bool HasNUW = false, bool HasNSW = false);
+                           SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap);
     const SCEV *getMulExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
-                           bool HasNUW = false, bool HasNSW = false) {
+                           SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap)
+    {
       SmallVector<const SCEV *, 2> Ops;
       Ops.push_back(LHS);
       Ops.push_back(RHS);
-      return getMulExpr(Ops, HasNUW, HasNSW);
+      return getMulExpr(Ops, Flags);
     }
     const SCEV *getUDivExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
     const SCEV *getAddRecExpr(const SCEV *Start, const SCEV *Step,
-                              const Loop *L,
-                              bool HasNUW = false, bool HasNSW = false);
+                              const Loop *L, SCEV::NoWrapFlags Flags);
     const SCEV *getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
-                              const Loop *L,
-                              bool HasNUW = false, bool HasNSW = false);
+                              const Loop *L, SCEV::NoWrapFlags Flags);
     const SCEV *getAddRecExpr(const SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
-                              const Loop *L,
-                              bool HasNUW = false, bool HasNSW = false) {
+                              const Loop *L, SCEV::NoWrapFlags Flags) {
       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOp(Operands.begin(), Operands.end());
-      return getAddRecExpr(NewOp, L, HasNUW, HasNSW);
+      return getAddRecExpr(NewOp, L, Flags);
     }
     const SCEV *getSMaxExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
     const SCEV *getSMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands);
@@ -505,10 +572,9 @@ namespace llvm {
     ///
     const SCEV *getNotSCEV(const SCEV *V);
 
-    /// getMinusSCEV - Return LHS-RHS.
-    ///
-    const SCEV *getMinusSCEV(const SCEV *LHS,
-                             const SCEV *RHS);
+    /// getMinusSCEV - Return LHS-RHS.  Minus is represented in SCEV as A+B*-1.
+    const SCEV *getMinusSCEV(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
+                             SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap);
 
     /// getTruncateOrZeroExtend - Return a SCEV corresponding to a conversion
     /// of the input value to the specified type.  If the type must be
@@ -553,6 +619,12 @@ namespace llvm {
     const SCEV *getUMinFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS,
                                            const SCEV *RHS);
 
+    /// getPointerBase - Transitively follow the chain of pointer-type operands
+    /// until reaching a SCEV that does not have a single pointer operand. This
+    /// returns a SCEVUnknown pointer for well-formed pointer-type expressions,
+    /// but corner cases do exist.
+    const SCEV *getPointerBase(const SCEV *V);
+
     /// getSCEVAtScope - Return a SCEV expression for the specified value
     /// at the specified scope in the program.  The L value specifies a loop
     /// nest to evaluate the expression at, where null is the top-level or a
@@ -666,6 +738,36 @@ namespace llvm {
                               const SCEV *&LHS,
                               const SCEV *&RHS);
 
+    /// getLoopDisposition - Return the "disposition" of the given SCEV with
+    /// respect to the given loop.
+    LoopDisposition getLoopDisposition(const SCEV *S, const Loop *L);
+
+    /// isLoopInvariant - Return true if the value of the given SCEV is
+    /// unchanging in the specified loop.
+    bool isLoopInvariant(const SCEV *S, const Loop *L);
+
+    /// hasComputableLoopEvolution - Return true if the given SCEV changes value
+    /// in a known way in the specified loop.  This property being true implies
+    /// that the value is variant in the loop AND that we can emit an expression
+    /// to compute the value of the expression at any particular loop iteration.
+    bool hasComputableLoopEvolution(const SCEV *S, const Loop *L);
+
+    /// getLoopDisposition - Return the "disposition" of the given SCEV with
+    /// respect to the given block.
+    BlockDisposition getBlockDisposition(const SCEV *S, const BasicBlock *BB);
+
+    /// dominates - Return true if elements that makes up the given SCEV
+    /// dominate the specified basic block.
+    bool dominates(const SCEV *S, const BasicBlock *BB);
+
+    /// properlyDominates - Return true if elements that makes up the given SCEV
+    /// properly dominate the specified basic block.
+    bool properlyDominates(const SCEV *S, const BasicBlock *BB);
+
+    /// hasOperand - Test whether the given SCEV has Op as a direct or
+    /// indirect operand.
+    bool hasOperand(const SCEV *S, const SCEV *Op) const;
+
     virtual bool runOnFunction(Function &F);
     virtual void releaseMemory();
     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
@@ -674,7 +776,11 @@ namespace llvm {
   private:
     FoldingSet<SCEV> UniqueSCEVs;
     BumpPtrAllocator SCEVAllocator;
-    unsigned CurAllocationSequenceNumber;
+
+    /// FirstUnknown - The head of a linked list of all SCEVUnknown
+    /// values that have been allocated. This is used by releaseMemory
+    /// to locate them all and call their destructors.
+    SCEVUnknown *FirstUnknown;
   };
 }