]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/include/llvm/Analysis/ScalarEvolution.h
Merge llvm, clang, compiler-rt, libc++, libunwind, lld, lldb and openmp
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / include / llvm / Analysis / ScalarEvolution.h
1 //===- llvm/Analysis/ScalarEvolution.h - Scalar Evolution -------*- C++ -*-===//
2 //
3 // Part of the LLVM Project, under the Apache License v2.0 with LLVM Exceptions.
4 // See https://llvm.org/LICENSE.txt for license information.
5 // SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 WITH LLVM-exception
6 //
7 //===----------------------------------------------------------------------===//
8 //
9 // The ScalarEvolution class is an LLVM pass which can be used to analyze and
10 // categorize scalar expressions in loops.  It specializes in recognizing
11 // general induction variables, representing them with the abstract and opaque
12 // SCEV class.  Given this analysis, trip counts of loops and other important
13 // properties can be obtained.
14 //
15 // This analysis is primarily useful for induction variable substitution and
16 // strength reduction.
17 //
18 //===----------------------------------------------------------------------===//
19
20 #ifndef LLVM_ANALYSIS_SCALAREVOLUTION_H
21 #define LLVM_ANALYSIS_SCALAREVOLUTION_H
22
23 #include "llvm/ADT/APInt.h"
24 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
25 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
26 #include "llvm/ADT/DenseMapInfo.h"
27 #include "llvm/ADT/FoldingSet.h"
28 #include "llvm/ADT/Hashing.h"
29 #include "llvm/ADT/Optional.h"
30 #include "llvm/ADT/PointerIntPair.h"
31 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
32 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
33 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
34 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
35 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
36 #include "llvm/IR/Function.h"
37 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
38 #include "llvm/IR/Instructions.h"
39 #include "llvm/IR/Operator.h"
40 #include "llvm/IR/PassManager.h"
41 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
42 #include "llvm/IR/ValueMap.h"
43 #include "llvm/Pass.h"
44 #include "llvm/Support/Allocator.h"
45 #include "llvm/Support/Casting.h"
46 #include "llvm/Support/Compiler.h"
47 #include <algorithm>
48 #include <cassert>
49 #include <cstdint>
50 #include <memory>
51 #include <utility>
52
53 namespace llvm {
54
55 class AssumptionCache;
56 class BasicBlock;
57 class Constant;
58 class ConstantInt;
59 class DataLayout;
60 class DominatorTree;
61 class GEPOperator;
62 class Instruction;
63 class LLVMContext;
64 class raw_ostream;
65 class ScalarEvolution;
66 class SCEVAddRecExpr;
67 class SCEVUnknown;
68 class StructType;
69 class TargetLibraryInfo;
70 class Type;
71 class Value;
72
73 /// This class represents an analyzed expression in the program.  These are
74 /// opaque objects that the client is not allowed to do much with directly.
75 ///
76 class SCEV : public FoldingSetNode {
77   friend struct FoldingSetTrait<SCEV>;
78
79   /// A reference to an Interned FoldingSetNodeID for this node.  The
80   /// ScalarEvolution's BumpPtrAllocator holds the data.
81   FoldingSetNodeIDRef FastID;
82
83   // The SCEV baseclass this node corresponds to
84   const unsigned short SCEVType;
85
86 protected:
87   // Estimated complexity of this node's expression tree size.
88   const unsigned short ExpressionSize;
89
90   /// This field is initialized to zero and may be used in subclasses to store
91   /// miscellaneous information.
92   unsigned short SubclassData = 0;
93
94 public:
95   /// NoWrapFlags are bitfield indices into SubclassData.
96   ///
97   /// Add and Mul expressions may have no-unsigned-wrap <NUW> or
98   /// no-signed-wrap <NSW> properties, which are derived from the IR
99   /// operator. NSW is a misnomer that we use to mean no signed overflow or
100   /// underflow.
101   ///
102   /// AddRec expressions may have a no-self-wraparound <NW> property if, in
103   /// the integer domain, abs(step) * max-iteration(loop) <=
104   /// unsigned-max(bitwidth).  This means that the recurrence will never reach
105   /// its start value if the step is non-zero.  Computing the same value on
106   /// each iteration is not considered wrapping, and recurrences with step = 0
107   /// are trivially <NW>.  <NW> is independent of the sign of step and the
108   /// value the add recurrence starts with.
109   ///
110   /// Note that NUW and NSW are also valid properties of a recurrence, and
111   /// either implies NW. For convenience, NW will be set for a recurrence
112   /// whenever either NUW or NSW are set.
113   enum NoWrapFlags {
114     FlagAnyWrap = 0,    // No guarantee.
115     FlagNW = (1 << 0),  // No self-wrap.
116     FlagNUW = (1 << 1), // No unsigned wrap.
117     FlagNSW = (1 << 2), // No signed wrap.
118     NoWrapMask = (1 << 3) - 1
119   };
120
121   explicit SCEV(const FoldingSetNodeIDRef ID, unsigned SCEVTy,
122                 unsigned short ExpressionSize)
123       : FastID(ID), SCEVType(SCEVTy), ExpressionSize(ExpressionSize) {}
124   SCEV(const SCEV &) = delete;
125   SCEV &operator=(const SCEV &) = delete;
126
127   unsigned getSCEVType() const { return SCEVType; }
128
129   /// Return the LLVM type of this SCEV expression.
130   Type *getType() const;
131
132   /// Return true if the expression is a constant zero.
133   bool isZero() const;
134
135   /// Return true if the expression is a constant one.
136   bool isOne() const;
137
138   /// Return true if the expression is a constant all-ones value.
139   bool isAllOnesValue() const;
140
141   /// Return true if the specified scev is negated, but not a constant.
142   bool isNonConstantNegative() const;
143
144   // Returns estimated size of the mathematical expression represented by this
145   // SCEV. The rules of its calculation are following:
146   // 1) Size of a SCEV without operands (like constants and SCEVUnknown) is 1;
147   // 2) Size SCEV with operands Op1, Op2, ..., OpN is calculated by formula:
148   //    (1 + Size(Op1) + ... + Size(OpN)).
149   // This value gives us an estimation of time we need to traverse through this
150   // SCEV and all its operands recursively. We may use it to avoid performing
151   // heavy transformations on SCEVs of excessive size for sake of saving the
152   // compilation time.
153   unsigned short getExpressionSize() const {
154     return ExpressionSize;
155   }
156
157   /// Print out the internal representation of this scalar to the specified
158   /// stream.  This should really only be used for debugging purposes.
159   void print(raw_ostream &OS) const;
160
161   /// This method is used for debugging.
162   void dump() const;
163 };
164
165 // Specialize FoldingSetTrait for SCEV to avoid needing to compute
166 // temporary FoldingSetNodeID values.
167 template <> struct FoldingSetTrait<SCEV> : DefaultFoldingSetTrait<SCEV> {
168   static void Profile(const SCEV &X, FoldingSetNodeID &ID) { ID = X.FastID; }
169
170   static bool Equals(const SCEV &X, const FoldingSetNodeID &ID, unsigned IDHash,
171                      FoldingSetNodeID &TempID) {
172     return ID == X.FastID;
173   }
174
175   static unsigned ComputeHash(const SCEV &X, FoldingSetNodeID &TempID) {
176     return X.FastID.ComputeHash();
177   }
178 };
179
180 inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const SCEV &S) {
181   S.print(OS);
182   return OS;
183 }
184
185 /// An object of this class is returned by queries that could not be answered.
186 /// For example, if you ask for the number of iterations of a linked-list
187 /// traversal loop, you will get one of these.  None of the standard SCEV
188 /// operations are valid on this class, it is just a marker.
189 struct SCEVCouldNotCompute : public SCEV {
190   SCEVCouldNotCompute();
191
192   /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
193   static bool classof(const SCEV *S);
194 };
195
196 /// This class represents an assumption made using SCEV expressions which can
197 /// be checked at run-time.
198 class SCEVPredicate : public FoldingSetNode {
199   friend struct FoldingSetTrait<SCEVPredicate>;
200
201   /// A reference to an Interned FoldingSetNodeID for this node.  The
202   /// ScalarEvolution's BumpPtrAllocator holds the data.
203   FoldingSetNodeIDRef FastID;
204
205 public:
206   enum SCEVPredicateKind { P_Union, P_Equal, P_Wrap };
207
208 protected:
209   SCEVPredicateKind Kind;
210   ~SCEVPredicate() = default;
211   SCEVPredicate(const SCEVPredicate &) = default;
212   SCEVPredicate &operator=(const SCEVPredicate &) = default;
213
214 public:
215   SCEVPredicate(const FoldingSetNodeIDRef ID, SCEVPredicateKind Kind);
216
217   SCEVPredicateKind getKind() const { return Kind; }
218
219   /// Returns the estimated complexity of this predicate.  This is roughly
220   /// measured in the number of run-time checks required.
221   virtual unsigned getComplexity() const { return 1; }
222
223   /// Returns true if the predicate is always true. This means that no
224   /// assumptions were made and nothing needs to be checked at run-time.
225   virtual bool isAlwaysTrue() const = 0;
226
227   /// Returns true if this predicate implies \p N.
228   virtual bool implies(const SCEVPredicate *N) const = 0;
229
230   /// Prints a textual representation of this predicate with an indentation of
231   /// \p Depth.
232   virtual void print(raw_ostream &OS, unsigned Depth = 0) const = 0;
233
234   /// Returns the SCEV to which this predicate applies, or nullptr if this is
235   /// a SCEVUnionPredicate.
236   virtual const SCEV *getExpr() const = 0;
237 };
238
239 inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const SCEVPredicate &P) {
240   P.print(OS);
241   return OS;
242 }
243
244 // Specialize FoldingSetTrait for SCEVPredicate to avoid needing to compute
245 // temporary FoldingSetNodeID values.
246 template <>
247 struct FoldingSetTrait<SCEVPredicate> : DefaultFoldingSetTrait<SCEVPredicate> {
248   static void Profile(const SCEVPredicate &X, FoldingSetNodeID &ID) {
249     ID = X.FastID;
250   }
251
252   static bool Equals(const SCEVPredicate &X, const FoldingSetNodeID &ID,
253                      unsigned IDHash, FoldingSetNodeID &TempID) {
254     return ID == X.FastID;
255   }
256
257   static unsigned ComputeHash(const SCEVPredicate &X,
258                               FoldingSetNodeID &TempID) {
259     return X.FastID.ComputeHash();
260   }
261 };
262
263 /// This class represents an assumption that two SCEV expressions are equal,
264 /// and this can be checked at run-time.
265 class SCEVEqualPredicate final : public SCEVPredicate {
266   /// We assume that LHS == RHS.
267   const SCEV *LHS;
268   const SCEV *RHS;
269
270 public:
271   SCEVEqualPredicate(const FoldingSetNodeIDRef ID, const SCEV *LHS,
272                      const SCEV *RHS);
273
274   /// Implementation of the SCEVPredicate interface
275   bool implies(const SCEVPredicate *N) const override;
276   void print(raw_ostream &OS, unsigned Depth = 0) const override;
277   bool isAlwaysTrue() const override;
278   const SCEV *getExpr() const override;
279
280   /// Returns the left hand side of the equality.
281   const SCEV *getLHS() const { return LHS; }
282
283   /// Returns the right hand side of the equality.
284   const SCEV *getRHS() const { return RHS; }
285
286   /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
287   static bool classof(const SCEVPredicate *P) {
288     return P->getKind() == P_Equal;
289   }
290 };
291
292 /// This class represents an assumption made on an AddRec expression. Given an
293 /// affine AddRec expression {a,+,b}, we assume that it has the nssw or nusw
294 /// flags (defined below) in the first X iterations of the loop, where X is a
295 /// SCEV expression returned by getPredicatedBackedgeTakenCount).
296 ///
297 /// Note that this does not imply that X is equal to the backedge taken
298 /// count. This means that if we have a nusw predicate for i32 {0,+,1} with a
299 /// predicated backedge taken count of X, we only guarantee that {0,+,1} has
300 /// nusw in the first X iterations. {0,+,1} may still wrap in the loop if we
301 /// have more than X iterations.
302 class SCEVWrapPredicate final : public SCEVPredicate {
303 public:
304   /// Similar to SCEV::NoWrapFlags, but with slightly different semantics
305   /// for FlagNUSW. The increment is considered to be signed, and a + b
306   /// (where b is the increment) is considered to wrap if:
307   ///    zext(a + b) != zext(a) + sext(b)
308   ///
309   /// If Signed is a function that takes an n-bit tuple and maps to the
310   /// integer domain as the tuples value interpreted as twos complement,
311   /// and Unsigned a function that takes an n-bit tuple and maps to the
312   /// integer domain as as the base two value of input tuple, then a + b
313   /// has IncrementNUSW iff:
314   ///
315   /// 0 <= Unsigned(a) + Signed(b) < 2^n
316   ///
317   /// The IncrementNSSW flag has identical semantics with SCEV::FlagNSW.
318   ///
319   /// Note that the IncrementNUSW flag is not commutative: if base + inc
320   /// has IncrementNUSW, then inc + base doesn't neccessarily have this
321   /// property. The reason for this is that this is used for sign/zero
322   /// extending affine AddRec SCEV expressions when a SCEVWrapPredicate is
323   /// assumed. A {base,+,inc} expression is already non-commutative with
324   /// regards to base and inc, since it is interpreted as:
325   ///     (((base + inc) + inc) + inc) ...
326   enum IncrementWrapFlags {
327     IncrementAnyWrap = 0,     // No guarantee.
328     IncrementNUSW = (1 << 0), // No unsigned with signed increment wrap.
329     IncrementNSSW = (1 << 1), // No signed with signed increment wrap
330                               // (equivalent with SCEV::NSW)
331     IncrementNoWrapMask = (1 << 2) - 1
332   };
333
334   /// Convenient IncrementWrapFlags manipulation methods.
335   LLVM_NODISCARD static SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags
336   clearFlags(SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags Flags,
337              SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags OffFlags) {
338     assert((Flags & IncrementNoWrapMask) == Flags && "Invalid flags value!");
339     assert((OffFlags & IncrementNoWrapMask) == OffFlags &&
340            "Invalid flags value!");
341     return (SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags)(Flags & ~OffFlags);
342   }
343
344   LLVM_NODISCARD static SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags
345   maskFlags(SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags Flags, int Mask) {
346     assert((Flags & IncrementNoWrapMask) == Flags && "Invalid flags value!");
347     assert((Mask & IncrementNoWrapMask) == Mask && "Invalid mask value!");
348
349     return (SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags)(Flags & Mask);
350   }
351
352   LLVM_NODISCARD static SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags
353   setFlags(SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags Flags,
354            SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags OnFlags) {
355     assert((Flags & IncrementNoWrapMask) == Flags && "Invalid flags value!");
356     assert((OnFlags & IncrementNoWrapMask) == OnFlags &&
357            "Invalid flags value!");
358
359     return (SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags)(Flags | OnFlags);
360   }
361
362   /// Returns the set of SCEVWrapPredicate no wrap flags implied by a
363   /// SCEVAddRecExpr.
364   LLVM_NODISCARD static SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags
365   getImpliedFlags(const SCEVAddRecExpr *AR, ScalarEvolution &SE);
366
367 private:
368   const SCEVAddRecExpr *AR;
369   IncrementWrapFlags Flags;
370
371 public:
372   explicit SCEVWrapPredicate(const FoldingSetNodeIDRef ID,
373                              const SCEVAddRecExpr *AR,
374                              IncrementWrapFlags Flags);
375
376   /// Returns the set assumed no overflow flags.
377   IncrementWrapFlags getFlags() const { return Flags; }
378
379   /// Implementation of the SCEVPredicate interface
380   const SCEV *getExpr() const override;
381   bool implies(const SCEVPredicate *N) const override;
382   void print(raw_ostream &OS, unsigned Depth = 0) const override;
383   bool isAlwaysTrue() const override;
384
385   /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
386   static bool classof(const SCEVPredicate *P) {
387     return P->getKind() == P_Wrap;
388   }
389 };
390
391 /// This class represents a composition of other SCEV predicates, and is the
392 /// class that most clients will interact with.  This is equivalent to a
393 /// logical "AND" of all the predicates in the union.
394 ///
395 /// NB! Unlike other SCEVPredicate sub-classes this class does not live in the
396 /// ScalarEvolution::Preds folding set.  This is why the \c add function is sound.
397 class SCEVUnionPredicate final : public SCEVPredicate {
398 private:
399   using PredicateMap =
400       DenseMap<const SCEV *, SmallVector<const SCEVPredicate *, 4>>;
401
402   /// Vector with references to all predicates in this union.
403   SmallVector<const SCEVPredicate *, 16> Preds;
404
405   /// Maps SCEVs to predicates for quick look-ups.
406   PredicateMap SCEVToPreds;
407
408 public:
409   SCEVUnionPredicate();
410
411   const SmallVectorImpl<const SCEVPredicate *> &getPredicates() const {
412     return Preds;
413   }
414
415   /// Adds a predicate to this union.
416   void add(const SCEVPredicate *N);
417
418   /// Returns a reference to a vector containing all predicates which apply to
419   /// \p Expr.
420   ArrayRef<const SCEVPredicate *> getPredicatesForExpr(const SCEV *Expr);
421
422   /// Implementation of the SCEVPredicate interface
423   bool isAlwaysTrue() const override;
424   bool implies(const SCEVPredicate *N) const override;
425   void print(raw_ostream &OS, unsigned Depth) const override;
426   const SCEV *getExpr() const override;
427
428   /// We estimate the complexity of a union predicate as the size number of
429   /// predicates in the union.
430   unsigned getComplexity() const override { return Preds.size(); }
431
432   /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
433   static bool classof(const SCEVPredicate *P) {
434     return P->getKind() == P_Union;
435   }
436 };
437
438 struct ExitLimitQuery {
439   ExitLimitQuery(const Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock, bool AllowPredicates)
440       : L(L), ExitingBlock(ExitingBlock), AllowPredicates(AllowPredicates) {}
441
442   const Loop *L;
443   BasicBlock *ExitingBlock;
444   bool AllowPredicates;
445 };
446
447 template <> struct DenseMapInfo<ExitLimitQuery> {
448   static inline ExitLimitQuery getEmptyKey() {
449     return ExitLimitQuery(nullptr, nullptr, true);
450   }
451
452   static inline ExitLimitQuery getTombstoneKey() {
453     return ExitLimitQuery(nullptr, nullptr, false);
454   }
455
456   static unsigned getHashValue(ExitLimitQuery Val) {
457     return hash_combine(hash_combine(Val.L, Val.ExitingBlock),
458                         Val.AllowPredicates);
459   }
460
461   static bool isEqual(ExitLimitQuery LHS, ExitLimitQuery RHS) {
462     return LHS.L == RHS.L && LHS.ExitingBlock == RHS.ExitingBlock &&
463            LHS.AllowPredicates == RHS.AllowPredicates;
464   }
465 };
466
467 /// The main scalar evolution driver. Because client code (intentionally)
468 /// can't do much with the SCEV objects directly, they must ask this class
469 /// for services.
470 class ScalarEvolution {
471 public:
472   /// An enum describing the relationship between a SCEV and a loop.
473   enum LoopDisposition {
474     LoopVariant,   ///< The SCEV is loop-variant (unknown).
475     LoopInvariant, ///< The SCEV is loop-invariant.
476     LoopComputable ///< The SCEV varies predictably with the loop.
477   };
478
479   /// An enum describing the relationship between a SCEV and a basic block.
480   enum BlockDisposition {
481     DoesNotDominateBlock,  ///< The SCEV does not dominate the block.
482     DominatesBlock,        ///< The SCEV dominates the block.
483     ProperlyDominatesBlock ///< The SCEV properly dominates the block.
484   };
485
486   /// Convenient NoWrapFlags manipulation that hides enum casts and is
487   /// visible in the ScalarEvolution name space.
488   LLVM_NODISCARD static SCEV::NoWrapFlags maskFlags(SCEV::NoWrapFlags Flags,
489                                                     int Mask) {
490     return (SCEV::NoWrapFlags)(Flags & Mask);
491   }
492   LLVM_NODISCARD static SCEV::NoWrapFlags setFlags(SCEV::NoWrapFlags Flags,
493                                                    SCEV::NoWrapFlags OnFlags) {
494     return (SCEV::NoWrapFlags)(Flags | OnFlags);
495   }
496   LLVM_NODISCARD static SCEV::NoWrapFlags
497   clearFlags(SCEV::NoWrapFlags Flags, SCEV::NoWrapFlags OffFlags) {
498     return (SCEV::NoWrapFlags)(Flags & ~OffFlags);
499   }
500
501   ScalarEvolution(Function &F, TargetLibraryInfo &TLI, AssumptionCache &AC,
502                   DominatorTree &DT, LoopInfo &LI);
503   ScalarEvolution(ScalarEvolution &&Arg);
504   ~ScalarEvolution();
505
506   LLVMContext &getContext() const { return F.getContext(); }
507
508   /// Test if values of the given type are analyzable within the SCEV
509   /// framework. This primarily includes integer types, and it can optionally
510   /// include pointer types if the ScalarEvolution class has access to
511   /// target-specific information.
512   bool isSCEVable(Type *Ty) const;
513
514   /// Return the size in bits of the specified type, for which isSCEVable must
515   /// return true.
516   uint64_t getTypeSizeInBits(Type *Ty) const;
517
518   /// Return a type with the same bitwidth as the given type and which
519   /// represents how SCEV will treat the given type, for which isSCEVable must
520   /// return true. For pointer types, this is the pointer-sized integer type.
521   Type *getEffectiveSCEVType(Type *Ty) const;
522
523   // Returns a wider type among {Ty1, Ty2}.
524   Type *getWiderType(Type *Ty1, Type *Ty2) const;
525
526   /// Return true if the SCEV is a scAddRecExpr or it contains
527   /// scAddRecExpr. The result will be cached in HasRecMap.
528   bool containsAddRecurrence(const SCEV *S);
529
530   /// Erase Value from ValueExprMap and ExprValueMap.
531   void eraseValueFromMap(Value *V);
532
533   /// Return a SCEV expression for the full generality of the specified
534   /// expression.
535   const SCEV *getSCEV(Value *V);
536
537   const SCEV *getConstant(ConstantInt *V);
538   const SCEV *getConstant(const APInt &Val);
539   const SCEV *getConstant(Type *Ty, uint64_t V, bool isSigned = false);
540   const SCEV *getTruncateExpr(const SCEV *Op, Type *Ty, unsigned Depth = 0);
541   const SCEV *getZeroExtendExpr(const SCEV *Op, Type *Ty, unsigned Depth = 0);
542   const SCEV *getSignExtendExpr(const SCEV *Op, Type *Ty, unsigned Depth = 0);
543   const SCEV *getAnyExtendExpr(const SCEV *Op, Type *Ty);
544   const SCEV *getAddExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
545                          SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap,
546                          unsigned Depth = 0);
547   const SCEV *getAddExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
548                          SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap,
549                          unsigned Depth = 0) {
550     SmallVector<const SCEV *, 2> Ops = {LHS, RHS};
551     return getAddExpr(Ops, Flags, Depth);
552   }
553   const SCEV *getAddExpr(const SCEV *Op0, const SCEV *Op1, const SCEV *Op2,
554                          SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap,
555                          unsigned Depth = 0) {
556     SmallVector<const SCEV *, 3> Ops = {Op0, Op1, Op2};
557     return getAddExpr(Ops, Flags, Depth);
558   }
559   const SCEV *getMulExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
560                          SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap,
561                          unsigned Depth = 0);
562   const SCEV *getMulExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
563                          SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap,
564                          unsigned Depth = 0) {
565     SmallVector<const SCEV *, 2> Ops = {LHS, RHS};
566     return getMulExpr(Ops, Flags, Depth);
567   }
568   const SCEV *getMulExpr(const SCEV *Op0, const SCEV *Op1, const SCEV *Op2,
569                          SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap,
570                          unsigned Depth = 0) {
571     SmallVector<const SCEV *, 3> Ops = {Op0, Op1, Op2};
572     return getMulExpr(Ops, Flags, Depth);
573   }
574   const SCEV *getUDivExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
575   const SCEV *getUDivExactExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
576   const SCEV *getURemExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
577   const SCEV *getAddRecExpr(const SCEV *Start, const SCEV *Step, const Loop *L,
578                             SCEV::NoWrapFlags Flags);
579   const SCEV *getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
580                             const Loop *L, SCEV::NoWrapFlags Flags);
581   const SCEV *getAddRecExpr(const SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
582                             const Loop *L, SCEV::NoWrapFlags Flags) {
583     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOp(Operands.begin(), Operands.end());
584     return getAddRecExpr(NewOp, L, Flags);
585   }
586
587   /// Checks if \p SymbolicPHI can be rewritten as an AddRecExpr under some
588   /// Predicates. If successful return these <AddRecExpr, Predicates>;
589   /// The function is intended to be called from PSCEV (the caller will decide
590   /// whether to actually add the predicates and carry out the rewrites).
591   Optional<std::pair<const SCEV *, SmallVector<const SCEVPredicate *, 3>>>
592   createAddRecFromPHIWithCasts(const SCEVUnknown *SymbolicPHI);
593
594   /// Returns an expression for a GEP
595   ///
596   /// \p GEP The GEP. The indices contained in the GEP itself are ignored,
597   /// instead we use IndexExprs.
598   /// \p IndexExprs The expressions for the indices.
599   const SCEV *getGEPExpr(GEPOperator *GEP,
600                          const SmallVectorImpl<const SCEV *> &IndexExprs);
601   const SCEV *getMinMaxExpr(unsigned Kind,
602                             SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands);
603   const SCEV *getSMaxExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
604   const SCEV *getSMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands);
605   const SCEV *getUMaxExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
606   const SCEV *getUMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands);
607   const SCEV *getSMinExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
608   const SCEV *getSMinExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands);
609   const SCEV *getUMinExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
610   const SCEV *getUMinExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands);
611   const SCEV *getUnknown(Value *V);
612   const SCEV *getCouldNotCompute();
613
614   /// Return a SCEV for the constant 0 of a specific type.
615   const SCEV *getZero(Type *Ty) { return getConstant(Ty, 0); }
616
617   /// Return a SCEV for the constant 1 of a specific type.
618   const SCEV *getOne(Type *Ty) { return getConstant(Ty, 1); }
619
620   /// Return an expression for sizeof AllocTy that is type IntTy
621   const SCEV *getSizeOfExpr(Type *IntTy, Type *AllocTy);
622
623   /// Return an expression for offsetof on the given field with type IntTy
624   const SCEV *getOffsetOfExpr(Type *IntTy, StructType *STy, unsigned FieldNo);
625
626   /// Return the SCEV object corresponding to -V.
627   const SCEV *getNegativeSCEV(const SCEV *V,
628                               SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap);
629
630   /// Return the SCEV object corresponding to ~V.
631   const SCEV *getNotSCEV(const SCEV *V);
632
633   /// Return LHS-RHS.  Minus is represented in SCEV as A+B*-1.
634   const SCEV *getMinusSCEV(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
635                            SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap,
636                            unsigned Depth = 0);
637
638   /// Return a SCEV corresponding to a conversion of the input value to the
639   /// specified type.  If the type must be extended, it is zero extended.
640   const SCEV *getTruncateOrZeroExtend(const SCEV *V, Type *Ty,
641                                       unsigned Depth = 0);
642
643   /// Return a SCEV corresponding to a conversion of the input value to the
644   /// specified type.  If the type must be extended, it is sign extended.
645   const SCEV *getTruncateOrSignExtend(const SCEV *V, Type *Ty,
646                                       unsigned Depth = 0);
647
648   /// Return a SCEV corresponding to a conversion of the input value to the
649   /// specified type.  If the type must be extended, it is zero extended.  The
650   /// conversion must not be narrowing.
651   const SCEV *getNoopOrZeroExtend(const SCEV *V, Type *Ty);
652
653   /// Return a SCEV corresponding to a conversion of the input value to the
654   /// specified type.  If the type must be extended, it is sign extended.  The
655   /// conversion must not be narrowing.
656   const SCEV *getNoopOrSignExtend(const SCEV *V, Type *Ty);
657
658   /// Return a SCEV corresponding to a conversion of the input value to the
659   /// specified type. If the type must be extended, it is extended with
660   /// unspecified bits. The conversion must not be narrowing.
661   const SCEV *getNoopOrAnyExtend(const SCEV *V, Type *Ty);
662
663   /// Return a SCEV corresponding to a conversion of the input value to the
664   /// specified type.  The conversion must not be widening.
665   const SCEV *getTruncateOrNoop(const SCEV *V, Type *Ty);
666
667   /// Promote the operands to the wider of the types using zero-extension, and
668   /// then perform a umax operation with them.
669   const SCEV *getUMaxFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
670
671   /// Promote the operands to the wider of the types using zero-extension, and
672   /// then perform a umin operation with them.
673   const SCEV *getUMinFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
674
675   /// Promote the operands to the wider of the types using zero-extension, and
676   /// then perform a umin operation with them. N-ary function.
677   const SCEV *getUMinFromMismatchedTypes(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops);
678
679   /// Transitively follow the chain of pointer-type operands until reaching a
680   /// SCEV that does not have a single pointer operand. This returns a
681   /// SCEVUnknown pointer for well-formed pointer-type expressions, but corner
682   /// cases do exist.
683   const SCEV *getPointerBase(const SCEV *V);
684
685   /// Return a SCEV expression for the specified value at the specified scope
686   /// in the program.  The L value specifies a loop nest to evaluate the
687   /// expression at, where null is the top-level or a specified loop is
688   /// immediately inside of the loop.
689   ///
690   /// This method can be used to compute the exit value for a variable defined
691   /// in a loop by querying what the value will hold in the parent loop.
692   ///
693   /// In the case that a relevant loop exit value cannot be computed, the
694   /// original value V is returned.
695   const SCEV *getSCEVAtScope(const SCEV *S, const Loop *L);
696
697   /// This is a convenience function which does getSCEVAtScope(getSCEV(V), L).
698   const SCEV *getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L);
699
700   /// Test whether entry to the loop is protected by a conditional between LHS
701   /// and RHS.  This is used to help avoid max expressions in loop trip
702   /// counts, and to eliminate casts.
703   bool isLoopEntryGuardedByCond(const Loop *L, ICmpInst::Predicate Pred,
704                                 const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
705
706   /// Test whether the backedge of the loop is protected by a conditional
707   /// between LHS and RHS.  This is used to eliminate casts.
708   bool isLoopBackedgeGuardedByCond(const Loop *L, ICmpInst::Predicate Pred,
709                                    const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
710
711   /// Returns the maximum trip count of the loop if it is a single-exit
712   /// loop and we can compute a small maximum for that loop.
713   ///
714   /// Implemented in terms of the \c getSmallConstantTripCount overload with
715   /// the single exiting block passed to it. See that routine for details.
716   unsigned getSmallConstantTripCount(const Loop *L);
717
718   /// Returns the maximum trip count of this loop as a normal unsigned
719   /// value. Returns 0 if the trip count is unknown or not constant. This
720   /// "trip count" assumes that control exits via ExitingBlock. More
721   /// precisely, it is the number of times that control may reach ExitingBlock
722   /// before taking the branch. For loops with multiple exits, it may not be
723   /// the number times that the loop header executes if the loop exits
724   /// prematurely via another branch.
725   unsigned getSmallConstantTripCount(const Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock);
726
727   /// Returns the upper bound of the loop trip count as a normal unsigned
728   /// value.
729   /// Returns 0 if the trip count is unknown or not constant.
730   unsigned getSmallConstantMaxTripCount(const Loop *L);
731
732   /// Returns the largest constant divisor of the trip count of the
733   /// loop if it is a single-exit loop and we can compute a small maximum for
734   /// that loop.
735   ///
736   /// Implemented in terms of the \c getSmallConstantTripMultiple overload with
737   /// the single exiting block passed to it. See that routine for details.
738   unsigned getSmallConstantTripMultiple(const Loop *L);
739
740   /// Returns the largest constant divisor of the trip count of this loop as a
741   /// normal unsigned value, if possible. This means that the actual trip
742   /// count is always a multiple of the returned value (don't forget the trip
743   /// count could very well be zero as well!). As explained in the comments
744   /// for getSmallConstantTripCount, this assumes that control exits the loop
745   /// via ExitingBlock.
746   unsigned getSmallConstantTripMultiple(const Loop *L,
747                                         BasicBlock *ExitingBlock);
748
749   /// Return the number of times the backedge executes before the given exit
750   /// would be taken; if not exactly computable, return SCEVCouldNotCompute. 
751   /// For a single exit loop, this value is equivelent to the result of
752   /// getBackedgeTakenCount.  The loop is guaranteed to exit (via *some* exit)
753   /// before the backedge is executed (ExitCount + 1) times.  Note that there
754   /// is no guarantee about *which* exit is taken on the exiting iteration.  
755   const SCEV *getExitCount(const Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock);
756
757   /// If the specified loop has a predictable backedge-taken count, return it,
758   /// otherwise return a SCEVCouldNotCompute object. The backedge-taken count is
759   /// the number of times the loop header will be branched to from within the
760   /// loop, assuming there are no abnormal exists like exception throws. This is
761   /// one less than the trip count of the loop, since it doesn't count the first
762   /// iteration, when the header is branched to from outside the loop.
763   ///
764   /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
765   /// loop-invariant backedge-taken count (see
766   /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
767   const SCEV *getBackedgeTakenCount(const Loop *L);
768
769   /// Similar to getBackedgeTakenCount, except it will add a set of
770   /// SCEV predicates to Predicates that are required to be true in order for
771   /// the answer to be correct. Predicates can be checked with run-time
772   /// checks and can be used to perform loop versioning.
773   const SCEV *getPredicatedBackedgeTakenCount(const Loop *L,
774                                               SCEVUnionPredicate &Predicates);
775
776   /// When successful, this returns a SCEVConstant that is greater than or equal
777   /// to (i.e. a "conservative over-approximation") of the value returend by
778   /// getBackedgeTakenCount.  If such a value cannot be computed, it returns the
779   /// SCEVCouldNotCompute object.
780   const SCEV *getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L);
781
782   /// Return true if the backedge taken count is either the value returned by
783   /// getMaxBackedgeTakenCount or zero.
784   bool isBackedgeTakenCountMaxOrZero(const Loop *L);
785
786   /// Return true if the specified loop has an analyzable loop-invariant
787   /// backedge-taken count.
788   bool hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L);
789
790   // This method should be called by the client when it made any change that
791   // would invalidate SCEV's answers, and the client wants to remove all loop
792   // information held internally by ScalarEvolution. This is intended to be used
793   // when the alternative to forget a loop is too expensive (i.e. large loop
794   // bodies).
795   void forgetAllLoops();
796
797   /// This method should be called by the client when it has changed a loop in
798   /// a way that may effect ScalarEvolution's ability to compute a trip count,
799   /// or if the loop is deleted.  This call is potentially expensive for large
800   /// loop bodies.
801   void forgetLoop(const Loop *L);
802
803   // This method invokes forgetLoop for the outermost loop of the given loop
804   // \p L, making ScalarEvolution forget about all this subtree. This needs to
805   // be done whenever we make a transform that may affect the parameters of the
806   // outer loop, such as exit counts for branches.
807   void forgetTopmostLoop(const Loop *L);
808
809   /// This method should be called by the client when it has changed a value
810   /// in a way that may effect its value, or which may disconnect it from a
811   /// def-use chain linking it to a loop.
812   void forgetValue(Value *V);
813
814   /// Called when the client has changed the disposition of values in
815   /// this loop.
816   ///
817   /// We don't have a way to invalidate per-loop dispositions. Clear and
818   /// recompute is simpler.
819   void forgetLoopDispositions(const Loop *L) { LoopDispositions.clear(); }
820
821   /// Determine the minimum number of zero bits that S is guaranteed to end in
822   /// (at every loop iteration).  It is, at the same time, the minimum number
823   /// of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8} it returns 2.
824   /// If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
825   uint32_t GetMinTrailingZeros(const SCEV *S);
826
827   /// Determine the unsigned range for a particular SCEV.
828   /// NOTE: This returns a copy of the reference returned by getRangeRef.
829   ConstantRange getUnsignedRange(const SCEV *S) {
830     return getRangeRef(S, HINT_RANGE_UNSIGNED);
831   }
832
833   /// Determine the min of the unsigned range for a particular SCEV.
834   APInt getUnsignedRangeMin(const SCEV *S) {
835     return getRangeRef(S, HINT_RANGE_UNSIGNED).getUnsignedMin();
836   }
837
838   /// Determine the max of the unsigned range for a particular SCEV.
839   APInt getUnsignedRangeMax(const SCEV *S) {
840     return getRangeRef(S, HINT_RANGE_UNSIGNED).getUnsignedMax();
841   }
842
843   /// Determine the signed range for a particular SCEV.
844   /// NOTE: This returns a copy of the reference returned by getRangeRef.
845   ConstantRange getSignedRange(const SCEV *S) {
846     return getRangeRef(S, HINT_RANGE_SIGNED);
847   }
848
849   /// Determine the min of the signed range for a particular SCEV.
850   APInt getSignedRangeMin(const SCEV *S) {
851     return getRangeRef(S, HINT_RANGE_SIGNED).getSignedMin();
852   }
853
854   /// Determine the max of the signed range for a particular SCEV.
855   APInt getSignedRangeMax(const SCEV *S) {
856     return getRangeRef(S, HINT_RANGE_SIGNED).getSignedMax();
857   }
858
859   /// Test if the given expression is known to be negative.
860   bool isKnownNegative(const SCEV *S);
861
862   /// Test if the given expression is known to be positive.
863   bool isKnownPositive(const SCEV *S);
864
865   /// Test if the given expression is known to be non-negative.
866   bool isKnownNonNegative(const SCEV *S);
867
868   /// Test if the given expression is known to be non-positive.
869   bool isKnownNonPositive(const SCEV *S);
870
871   /// Test if the given expression is known to be non-zero.
872   bool isKnownNonZero(const SCEV *S);
873
874   /// Splits SCEV expression \p S into two SCEVs. One of them is obtained from
875   /// \p S by substitution of all AddRec sub-expression related to loop \p L
876   /// with initial value of that SCEV. The second is obtained from \p S by
877   /// substitution of all AddRec sub-expressions related to loop \p L with post
878   /// increment of this AddRec in the loop \p L. In both cases all other AddRec
879   /// sub-expressions (not related to \p L) remain the same.
880   /// If the \p S contains non-invariant unknown SCEV the function returns
881   /// CouldNotCompute SCEV in both values of std::pair.
882   /// For example, for SCEV S={0, +, 1}<L1> + {0, +, 1}<L2> and loop L=L1
883   /// the function returns pair:
884   /// first = {0, +, 1}<L2>
885   /// second = {1, +, 1}<L1> + {0, +, 1}<L2>
886   /// We can see that for the first AddRec sub-expression it was replaced with
887   /// 0 (initial value) for the first element and to {1, +, 1}<L1> (post
888   /// increment value) for the second one. In both cases AddRec expression
889   /// related to L2 remains the same.
890   std::pair<const SCEV *, const SCEV *> SplitIntoInitAndPostInc(const Loop *L,
891                                                                 const SCEV *S);
892
893   /// We'd like to check the predicate on every iteration of the most dominated
894   /// loop between loops used in LHS and RHS.
895   /// To do this we use the following list of steps:
896   /// 1. Collect set S all loops on which either LHS or RHS depend.
897   /// 2. If S is non-empty
898   /// a. Let PD be the element of S which is dominated by all other elements.
899   /// b. Let E(LHS) be value of LHS on entry of PD.
900   ///    To get E(LHS), we should just take LHS and replace all AddRecs that are
901   ///    attached to PD on with their entry values.
902   ///    Define E(RHS) in the same way.
903   /// c. Let B(LHS) be value of L on backedge of PD.
904   ///    To get B(LHS), we should just take LHS and replace all AddRecs that are
905   ///    attached to PD on with their backedge values.
906   ///    Define B(RHS) in the same way.
907   /// d. Note that E(LHS) and E(RHS) are automatically available on entry of PD,
908   ///    so we can assert on that.
909   /// e. Return true if isLoopEntryGuardedByCond(Pred, E(LHS), E(RHS)) &&
910   ///                   isLoopBackedgeGuardedByCond(Pred, B(LHS), B(RHS))
911   bool isKnownViaInduction(ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS,
912                            const SCEV *RHS);
913
914   /// Test if the given expression is known to satisfy the condition described
915   /// by Pred, LHS, and RHS.
916   bool isKnownPredicate(ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS,
917                         const SCEV *RHS);
918
919   /// Test if the condition described by Pred, LHS, RHS is known to be true on
920   /// every iteration of the loop of the recurrency LHS.
921   bool isKnownOnEveryIteration(ICmpInst::Predicate Pred,
922                                const SCEVAddRecExpr *LHS, const SCEV *RHS);
923
924   /// Return true if, for all loop invariant X, the predicate "LHS `Pred` X"
925   /// is monotonically increasing or decreasing.  In the former case set
926   /// `Increasing` to true and in the latter case set `Increasing` to false.
927   ///
928   /// A predicate is said to be monotonically increasing if may go from being
929   /// false to being true as the loop iterates, but never the other way
930   /// around.  A predicate is said to be monotonically decreasing if may go
931   /// from being true to being false as the loop iterates, but never the other
932   /// way around.
933   bool isMonotonicPredicate(const SCEVAddRecExpr *LHS, ICmpInst::Predicate Pred,
934                             bool &Increasing);
935
936   /// Return true if the result of the predicate LHS `Pred` RHS is loop
937   /// invariant with respect to L.  Set InvariantPred, InvariantLHS and
938   /// InvariantLHS so that InvariantLHS `InvariantPred` InvariantRHS is the
939   /// loop invariant form of LHS `Pred` RHS.
940   bool isLoopInvariantPredicate(ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS,
941                                 const SCEV *RHS, const Loop *L,
942                                 ICmpInst::Predicate &InvariantPred,
943                                 const SCEV *&InvariantLHS,
944                                 const SCEV *&InvariantRHS);
945
946   /// Simplify LHS and RHS in a comparison with predicate Pred. Return true
947   /// iff any changes were made. If the operands are provably equal or
948   /// unequal, LHS and RHS are set to the same value and Pred is set to either
949   /// ICMP_EQ or ICMP_NE.
950   bool SimplifyICmpOperands(ICmpInst::Predicate &Pred, const SCEV *&LHS,
951                             const SCEV *&RHS, unsigned Depth = 0);
952
953   /// Return the "disposition" of the given SCEV with respect to the given
954   /// loop.
955   LoopDisposition getLoopDisposition(const SCEV *S, const Loop *L);
956
957   /// Return true if the value of the given SCEV is unchanging in the
958   /// specified loop.
959   bool isLoopInvariant(const SCEV *S, const Loop *L);
960
961   /// Determine if the SCEV can be evaluated at loop's entry. It is true if it
962   /// doesn't depend on a SCEVUnknown of an instruction which is dominated by
963   /// the header of loop L.
964   bool isAvailableAtLoopEntry(const SCEV *S, const Loop *L);
965
966   /// Return true if the given SCEV changes value in a known way in the
967   /// specified loop.  This property being true implies that the value is
968   /// variant in the loop AND that we can emit an expression to compute the
969   /// value of the expression at any particular loop iteration.
970   bool hasComputableLoopEvolution(const SCEV *S, const Loop *L);
971
972   /// Return the "disposition" of the given SCEV with respect to the given
973   /// block.
974   BlockDisposition getBlockDisposition(const SCEV *S, const BasicBlock *BB);
975
976   /// Return true if elements that makes up the given SCEV dominate the
977   /// specified basic block.
978   bool dominates(const SCEV *S, const BasicBlock *BB);
979
980   /// Return true if elements that makes up the given SCEV properly dominate
981   /// the specified basic block.
982   bool properlyDominates(const SCEV *S, const BasicBlock *BB);
983
984   /// Test whether the given SCEV has Op as a direct or indirect operand.
985   bool hasOperand(const SCEV *S, const SCEV *Op) const;
986
987   /// Return the size of an element read or written by Inst.
988   const SCEV *getElementSize(Instruction *Inst);
989
990   /// Compute the array dimensions Sizes from the set of Terms extracted from
991   /// the memory access function of this SCEVAddRecExpr (second step of
992   /// delinearization).
993   void findArrayDimensions(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms,
994                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes,
995                            const SCEV *ElementSize);
996
997   void print(raw_ostream &OS) const;
998   void verify() const;
999   bool invalidate(Function &F, const PreservedAnalyses &PA,
1000                   FunctionAnalysisManager::Invalidator &Inv);
1001
1002   /// Collect parametric terms occurring in step expressions (first step of
1003   /// delinearization).
1004   void collectParametricTerms(const SCEV *Expr,
1005                               SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms);
1006
1007   /// Return in Subscripts the access functions for each dimension in Sizes
1008   /// (third step of delinearization).
1009   void computeAccessFunctions(const SCEV *Expr,
1010                               SmallVectorImpl<const SCEV *> &Subscripts,
1011                               SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes);
1012
1013   /// Split this SCEVAddRecExpr into two vectors of SCEVs representing the
1014   /// subscripts and sizes of an array access.
1015   ///
1016   /// The delinearization is a 3 step process: the first two steps compute the
1017   /// sizes of each subscript and the third step computes the access functions
1018   /// for the delinearized array:
1019   ///
1020   /// 1. Find the terms in the step functions
1021   /// 2. Compute the array size
1022   /// 3. Compute the access function: divide the SCEV by the array size
1023   ///    starting with the innermost dimensions found in step 2. The Quotient
1024   ///    is the SCEV to be divided in the next step of the recursion. The
1025   ///    Remainder is the subscript of the innermost dimension. Loop over all
1026   ///    array dimensions computed in step 2.
1027   ///
1028   /// To compute a uniform array size for several memory accesses to the same
1029   /// object, one can collect in step 1 all the step terms for all the memory
1030   /// accesses, and compute in step 2 a unique array shape. This guarantees
1031   /// that the array shape will be the same across all memory accesses.
1032   ///
1033   /// FIXME: We could derive the result of steps 1 and 2 from a description of
1034   /// the array shape given in metadata.
1035   ///
1036   /// Example:
1037   ///
1038   /// A[][n][m]
1039   ///
1040   /// for i
1041   ///   for j
1042   ///     for k
1043   ///       A[j+k][2i][5i] =
1044   ///
1045   /// The initial SCEV:
1046   ///
1047   /// A[{{{0,+,2*m+5}_i, +, n*m}_j, +, n*m}_k]
1048   ///
1049   /// 1. Find the different terms in the step functions:
1050   /// -> [2*m, 5, n*m, n*m]
1051   ///
1052   /// 2. Compute the array size: sort and unique them
1053   /// -> [n*m, 2*m, 5]
1054   /// find the GCD of all the terms = 1
1055   /// divide by the GCD and erase constant terms
1056   /// -> [n*m, 2*m]
1057   /// GCD = m
1058   /// divide by GCD -> [n, 2]
1059   /// remove constant terms
1060   /// -> [n]
1061   /// size of the array is A[unknown][n][m]
1062   ///
1063   /// 3. Compute the access function
1064   /// a. Divide {{{0,+,2*m+5}_i, +, n*m}_j, +, n*m}_k by the innermost size m
1065   /// Quotient: {{{0,+,2}_i, +, n}_j, +, n}_k
1066   /// Remainder: {{{0,+,5}_i, +, 0}_j, +, 0}_k
1067   /// The remainder is the subscript of the innermost array dimension: [5i].
1068   ///
1069   /// b. Divide Quotient: {{{0,+,2}_i, +, n}_j, +, n}_k by next outer size n
1070   /// Quotient: {{{0,+,0}_i, +, 1}_j, +, 1}_k
1071   /// Remainder: {{{0,+,2}_i, +, 0}_j, +, 0}_k
1072   /// The Remainder is the subscript of the next array dimension: [2i].
1073   ///
1074   /// The subscript of the outermost dimension is the Quotient: [j+k].
1075   ///
1076   /// Overall, we have: A[][n][m], and the access function: A[j+k][2i][5i].
1077   void delinearize(const SCEV *Expr, SmallVectorImpl<const SCEV *> &Subscripts,
1078                    SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes,
1079                    const SCEV *ElementSize);
1080
1081   /// Return the DataLayout associated with the module this SCEV instance is
1082   /// operating on.
1083   const DataLayout &getDataLayout() const {
1084     return F.getParent()->getDataLayout();
1085   }
1086
1087   const SCEVPredicate *getEqualPredicate(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
1088
1089   const SCEVPredicate *
1090   getWrapPredicate(const SCEVAddRecExpr *AR,
1091                    SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags AddedFlags);
1092
1093   /// Re-writes the SCEV according to the Predicates in \p A.
1094   const SCEV *rewriteUsingPredicate(const SCEV *S, const Loop *L,
1095                                     SCEVUnionPredicate &A);
1096   /// Tries to convert the \p S expression to an AddRec expression,
1097   /// adding additional predicates to \p Preds as required.
1098   const SCEVAddRecExpr *convertSCEVToAddRecWithPredicates(
1099       const SCEV *S, const Loop *L,
1100       SmallPtrSetImpl<const SCEVPredicate *> &Preds);
1101
1102 private:
1103   /// A CallbackVH to arrange for ScalarEvolution to be notified whenever a
1104   /// Value is deleted.
1105   class SCEVCallbackVH final : public CallbackVH {
1106     ScalarEvolution *SE;
1107
1108     void deleted() override;
1109     void allUsesReplacedWith(Value *New) override;
1110
1111   public:
1112     SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *SE = nullptr);
1113   };
1114
1115   friend class SCEVCallbackVH;
1116   friend class SCEVExpander;
1117   friend class SCEVUnknown;
1118
1119   /// The function we are analyzing.
1120   Function &F;
1121
1122   /// Does the module have any calls to the llvm.experimental.guard intrinsic
1123   /// at all?  If this is false, we avoid doing work that will only help if
1124   /// thare are guards present in the IR.
1125   bool HasGuards;
1126
1127   /// The target library information for the target we are targeting.
1128   TargetLibraryInfo &TLI;
1129
1130   /// The tracker for \@llvm.assume intrinsics in this function.
1131   AssumptionCache &AC;
1132
1133   /// The dominator tree.
1134   DominatorTree &DT;
1135
1136   /// The loop information for the function we are currently analyzing.
1137   LoopInfo &LI;
1138
1139   /// This SCEV is used to represent unknown trip counts and things.
1140   std::unique_ptr<SCEVCouldNotCompute> CouldNotCompute;
1141
1142   /// The type for HasRecMap.
1143   using HasRecMapType = DenseMap<const SCEV *, bool>;
1144
1145   /// This is a cache to record whether a SCEV contains any scAddRecExpr.
1146   HasRecMapType HasRecMap;
1147
1148   /// The type for ExprValueMap.
1149   using ValueOffsetPair = std::pair<Value *, ConstantInt *>;
1150   using ExprValueMapType = DenseMap<const SCEV *, SetVector<ValueOffsetPair>>;
1151
1152   /// ExprValueMap -- This map records the original values from which
1153   /// the SCEV expr is generated from.
1154   ///
1155   /// We want to represent the mapping as SCEV -> ValueOffsetPair instead
1156   /// of SCEV -> Value:
1157   /// Suppose we know S1 expands to V1, and
1158   ///  S1 = S2 + C_a
1159   ///  S3 = S2 + C_b
1160   /// where C_a and C_b are different SCEVConstants. Then we'd like to
1161   /// expand S3 as V1 - C_a + C_b instead of expanding S2 literally.
1162   /// It is helpful when S2 is a complex SCEV expr.
1163   ///
1164   /// In order to do that, we represent ExprValueMap as a mapping from
1165   /// SCEV to ValueOffsetPair. We will save both S1->{V1, 0} and
1166   /// S2->{V1, C_a} into the map when we create SCEV for V1. When S3
1167   /// is expanded, it will first expand S2 to V1 - C_a because of
1168   /// S2->{V1, C_a} in the map, then expand S3 to V1 - C_a + C_b.
1169   ///
1170   /// Note: S->{V, Offset} in the ExprValueMap means S can be expanded
1171   /// to V - Offset.
1172   ExprValueMapType ExprValueMap;
1173
1174   /// The type for ValueExprMap.
1175   using ValueExprMapType =
1176       DenseMap<SCEVCallbackVH, const SCEV *, DenseMapInfo<Value *>>;
1177
1178   /// This is a cache of the values we have analyzed so far.
1179   ValueExprMapType ValueExprMap;
1180
1181   /// Mark predicate values currently being processed by isImpliedCond.
1182   SmallPtrSet<Value *, 6> PendingLoopPredicates;
1183
1184   /// Mark SCEVUnknown Phis currently being processed by getRangeRef.
1185   SmallPtrSet<const PHINode *, 6> PendingPhiRanges;
1186
1187   // Mark SCEVUnknown Phis currently being processed by isImpliedViaMerge.
1188   SmallPtrSet<const PHINode *, 6> PendingMerges;
1189
1190   /// Set to true by isLoopBackedgeGuardedByCond when we're walking the set of
1191   /// conditions dominating the backedge of a loop.
1192   bool WalkingBEDominatingConds = false;
1193
1194   /// Set to true by isKnownPredicateViaSplitting when we're trying to prove a
1195   /// predicate by splitting it into a set of independent predicates.
1196   bool ProvingSplitPredicate = false;
1197
1198   /// Memoized values for the GetMinTrailingZeros
1199   DenseMap<const SCEV *, uint32_t> MinTrailingZerosCache;
1200
1201   /// Return the Value set from which the SCEV expr is generated.
1202   SetVector<ValueOffsetPair> *getSCEVValues(const SCEV *S);
1203
1204   /// Private helper method for the GetMinTrailingZeros method
1205   uint32_t GetMinTrailingZerosImpl(const SCEV *S);
1206
1207   /// Information about the number of loop iterations for which a loop exit's
1208   /// branch condition evaluates to the not-taken path.  This is a temporary
1209   /// pair of exact and max expressions that are eventually summarized in
1210   /// ExitNotTakenInfo and BackedgeTakenInfo.
1211   struct ExitLimit {
1212     const SCEV *ExactNotTaken; // The exit is not taken exactly this many times
1213     const SCEV *MaxNotTaken; // The exit is not taken at most this many times
1214
1215     // Not taken either exactly MaxNotTaken or zero times
1216     bool MaxOrZero = false;
1217
1218     /// A set of predicate guards for this ExitLimit. The result is only valid
1219     /// if all of the predicates in \c Predicates evaluate to 'true' at
1220     /// run-time.
1221     SmallPtrSet<const SCEVPredicate *, 4> Predicates;
1222
1223     void addPredicate(const SCEVPredicate *P) {
1224       assert(!isa<SCEVUnionPredicate>(P) && "Only add leaf predicates here!");
1225       Predicates.insert(P);
1226     }
1227
1228     /*implicit*/ ExitLimit(const SCEV *E);
1229
1230     ExitLimit(
1231         const SCEV *E, const SCEV *M, bool MaxOrZero,
1232         ArrayRef<const SmallPtrSetImpl<const SCEVPredicate *> *> PredSetList);
1233
1234     ExitLimit(const SCEV *E, const SCEV *M, bool MaxOrZero,
1235               const SmallPtrSetImpl<const SCEVPredicate *> &PredSet);
1236
1237     ExitLimit(const SCEV *E, const SCEV *M, bool MaxOrZero);
1238
1239     /// Test whether this ExitLimit contains any computed information, or
1240     /// whether it's all SCEVCouldNotCompute values.
1241     bool hasAnyInfo() const {
1242       return !isa<SCEVCouldNotCompute>(ExactNotTaken) ||
1243              !isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxNotTaken);
1244     }
1245
1246     bool hasOperand(const SCEV *S) const;
1247
1248     /// Test whether this ExitLimit contains all information.
1249     bool hasFullInfo() const {
1250       return !isa<SCEVCouldNotCompute>(ExactNotTaken);
1251     }
1252   };
1253
1254   /// Information about the number of times a particular loop exit may be
1255   /// reached before exiting the loop.
1256   struct ExitNotTakenInfo {
1257     PoisoningVH<BasicBlock> ExitingBlock;
1258     const SCEV *ExactNotTaken;
1259     std::unique_ptr<SCEVUnionPredicate> Predicate;
1260
1261     explicit ExitNotTakenInfo(PoisoningVH<BasicBlock> ExitingBlock,
1262                               const SCEV *ExactNotTaken,
1263                               std::unique_ptr<SCEVUnionPredicate> Predicate)
1264         : ExitingBlock(ExitingBlock), ExactNotTaken(ExactNotTaken),
1265           Predicate(std::move(Predicate)) {}
1266
1267     bool hasAlwaysTruePredicate() const {
1268       return !Predicate || Predicate->isAlwaysTrue();
1269     }
1270   };
1271
1272   /// Information about the backedge-taken count of a loop. This currently
1273   /// includes an exact count and a maximum count.
1274   ///
1275   class BackedgeTakenInfo {
1276     /// A list of computable exits and their not-taken counts.  Loops almost
1277     /// never have more than one computable exit.
1278     SmallVector<ExitNotTakenInfo, 1> ExitNotTaken;
1279
1280     /// The pointer part of \c MaxAndComplete is an expression indicating the
1281     /// least maximum backedge-taken count of the loop that is known, or a
1282     /// SCEVCouldNotCompute. This expression is only valid if the predicates
1283     /// associated with all loop exits are true.
1284     ///
1285     /// The integer part of \c MaxAndComplete is a boolean indicating if \c
1286     /// ExitNotTaken has an element for every exiting block in the loop.
1287     PointerIntPair<const SCEV *, 1> MaxAndComplete;
1288
1289     /// True iff the backedge is taken either exactly Max or zero times.
1290     bool MaxOrZero = false;
1291
1292     /// \name Helper projection functions on \c MaxAndComplete.
1293     /// @{
1294     bool isComplete() const { return MaxAndComplete.getInt(); }
1295     const SCEV *getMax() const { return MaxAndComplete.getPointer(); }
1296     /// @}
1297
1298   public:
1299     BackedgeTakenInfo() : MaxAndComplete(nullptr, 0) {}
1300     BackedgeTakenInfo(BackedgeTakenInfo &&) = default;
1301     BackedgeTakenInfo &operator=(BackedgeTakenInfo &&) = default;
1302
1303     using EdgeExitInfo = std::pair<BasicBlock *, ExitLimit>;
1304
1305     /// Initialize BackedgeTakenInfo from a list of exact exit counts.
1306     BackedgeTakenInfo(ArrayRef<EdgeExitInfo> ExitCounts, bool Complete,
1307                       const SCEV *MaxCount, bool MaxOrZero);
1308
1309     /// Test whether this BackedgeTakenInfo contains any computed information,
1310     /// or whether it's all SCEVCouldNotCompute values.
1311     bool hasAnyInfo() const {
1312       return !ExitNotTaken.empty() || !isa<SCEVCouldNotCompute>(getMax());
1313     }
1314
1315     /// Test whether this BackedgeTakenInfo contains complete information.
1316     bool hasFullInfo() const { return isComplete(); }
1317
1318     /// Return an expression indicating the exact *backedge-taken*
1319     /// count of the loop if it is known or SCEVCouldNotCompute
1320     /// otherwise.  If execution makes it to the backedge on every
1321     /// iteration (i.e. there are no abnormal exists like exception
1322     /// throws and thread exits) then this is the number of times the
1323     /// loop header will execute minus one.
1324     ///
1325     /// If the SCEV predicate associated with the answer can be different
1326     /// from AlwaysTrue, we must add a (non null) Predicates argument.
1327     /// The SCEV predicate associated with the answer will be added to
1328     /// Predicates. A run-time check needs to be emitted for the SCEV
1329     /// predicate in order for the answer to be valid.
1330     ///
1331     /// Note that we should always know if we need to pass a predicate
1332     /// argument or not from the way the ExitCounts vector was computed.
1333     /// If we allowed SCEV predicates to be generated when populating this
1334     /// vector, this information can contain them and therefore a
1335     /// SCEVPredicate argument should be added to getExact.
1336     const SCEV *getExact(const Loop *L, ScalarEvolution *SE,
1337                          SCEVUnionPredicate *Predicates = nullptr) const;
1338
1339     /// Return the number of times this loop exit may fall through to the back
1340     /// edge, or SCEVCouldNotCompute. The loop is guaranteed not to exit via
1341     /// this block before this number of iterations, but may exit via another
1342     /// block.
1343     const SCEV *getExact(BasicBlock *ExitingBlock, ScalarEvolution *SE) const;
1344
1345     /// Get the max backedge taken count for the loop.
1346     const SCEV *getMax(ScalarEvolution *SE) const;
1347
1348     /// Return true if the number of times this backedge is taken is either the
1349     /// value returned by getMax or zero.
1350     bool isMaxOrZero(ScalarEvolution *SE) const;
1351
1352     /// Return true if any backedge taken count expressions refer to the given
1353     /// subexpression.
1354     bool hasOperand(const SCEV *S, ScalarEvolution *SE) const;
1355
1356     /// Invalidate this result and free associated memory.
1357     void clear();
1358   };
1359
1360   /// Cache the backedge-taken count of the loops for this function as they
1361   /// are computed.
1362   DenseMap<const Loop *, BackedgeTakenInfo> BackedgeTakenCounts;
1363
1364   /// Cache the predicated backedge-taken count of the loops for this
1365   /// function as they are computed.
1366   DenseMap<const Loop *, BackedgeTakenInfo> PredicatedBackedgeTakenCounts;
1367
1368   /// This map contains entries for all of the PHI instructions that we
1369   /// attempt to compute constant evolutions for.  This allows us to avoid
1370   /// potentially expensive recomputation of these properties.  An instruction
1371   /// maps to null if we are unable to compute its exit value.
1372   DenseMap<PHINode *, Constant *> ConstantEvolutionLoopExitValue;
1373
1374   /// This map contains entries for all the expressions that we attempt to
1375   /// compute getSCEVAtScope information for, which can be expensive in
1376   /// extreme cases.
1377   DenseMap<const SCEV *, SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 2>>
1378       ValuesAtScopes;
1379
1380   /// Memoized computeLoopDisposition results.
1381   DenseMap<const SCEV *,
1382            SmallVector<PointerIntPair<const Loop *, 2, LoopDisposition>, 2>>
1383       LoopDispositions;
1384
1385   struct LoopProperties {
1386     /// Set to true if the loop contains no instruction that can have side
1387     /// effects (i.e. via throwing an exception, volatile or atomic access).
1388     bool HasNoAbnormalExits;
1389
1390     /// Set to true if the loop contains no instruction that can abnormally exit
1391     /// the loop (i.e. via throwing an exception, by terminating the thread
1392     /// cleanly or by infinite looping in a called function).  Strictly
1393     /// speaking, the last one is not leaving the loop, but is identical to
1394     /// leaving the loop for reasoning about undefined behavior.
1395     bool HasNoSideEffects;
1396   };
1397
1398   /// Cache for \c getLoopProperties.
1399   DenseMap<const Loop *, LoopProperties> LoopPropertiesCache;
1400
1401   /// Return a \c LoopProperties instance for \p L, creating one if necessary.
1402   LoopProperties getLoopProperties(const Loop *L);
1403
1404   bool loopHasNoSideEffects(const Loop *L) {
1405     return getLoopProperties(L).HasNoSideEffects;
1406   }
1407
1408   bool loopHasNoAbnormalExits(const Loop *L) {
1409     return getLoopProperties(L).HasNoAbnormalExits;
1410   }
1411
1412   /// Compute a LoopDisposition value.
1413   LoopDisposition computeLoopDisposition(const SCEV *S, const Loop *L);
1414
1415   /// Memoized computeBlockDisposition results.
1416   DenseMap<
1417       const SCEV *,
1418       SmallVector<PointerIntPair<const BasicBlock *, 2, BlockDisposition>, 2>>
1419       BlockDispositions;
1420
1421   /// Compute a BlockDisposition value.
1422   BlockDisposition computeBlockDisposition(const SCEV *S, const BasicBlock *BB);
1423
1424   /// Memoized results from getRange
1425   DenseMap<const SCEV *, ConstantRange> UnsignedRanges;
1426
1427   /// Memoized results from getRange
1428   DenseMap<const SCEV *, ConstantRange> SignedRanges;
1429
1430   /// Used to parameterize getRange
1431   enum RangeSignHint { HINT_RANGE_UNSIGNED, HINT_RANGE_SIGNED };
1432
1433   /// Set the memoized range for the given SCEV.
1434   const ConstantRange &setRange(const SCEV *S, RangeSignHint Hint,
1435                                 ConstantRange CR) {
1436     DenseMap<const SCEV *, ConstantRange> &Cache =
1437         Hint == HINT_RANGE_UNSIGNED ? UnsignedRanges : SignedRanges;
1438
1439     auto Pair = Cache.try_emplace(S, std::move(CR));
1440     if (!Pair.second)
1441       Pair.first->second = std::move(CR);
1442     return Pair.first->second;
1443   }
1444
1445   /// Determine the range for a particular SCEV.
1446   /// NOTE: This returns a reference to an entry in a cache. It must be
1447   /// copied if its needed for longer.
1448   const ConstantRange &getRangeRef(const SCEV *S, RangeSignHint Hint);
1449
1450   /// Determines the range for the affine SCEVAddRecExpr {\p Start,+,\p Stop}.
1451   /// Helper for \c getRange.
1452   ConstantRange getRangeForAffineAR(const SCEV *Start, const SCEV *Stop,
1453                                     const SCEV *MaxBECount, unsigned BitWidth);
1454
1455   /// Try to compute a range for the affine SCEVAddRecExpr {\p Start,+,\p
1456   /// Stop} by "factoring out" a ternary expression from the add recurrence.
1457   /// Helper called by \c getRange.
1458   ConstantRange getRangeViaFactoring(const SCEV *Start, const SCEV *Stop,
1459                                      const SCEV *MaxBECount, unsigned BitWidth);
1460
1461   /// We know that there is no SCEV for the specified value.  Analyze the
1462   /// expression.
1463   const SCEV *createSCEV(Value *V);
1464
1465   /// Provide the special handling we need to analyze PHI SCEVs.
1466   const SCEV *createNodeForPHI(PHINode *PN);
1467
1468   /// Helper function called from createNodeForPHI.
1469   const SCEV *createAddRecFromPHI(PHINode *PN);
1470
1471   /// A helper function for createAddRecFromPHI to handle simple cases.
1472   const SCEV *createSimpleAffineAddRec(PHINode *PN, Value *BEValueV,
1473                                             Value *StartValueV);
1474
1475   /// Helper function called from createNodeForPHI.
1476   const SCEV *createNodeFromSelectLikePHI(PHINode *PN);
1477
1478   /// Provide special handling for a select-like instruction (currently this
1479   /// is either a select instruction or a phi node).  \p I is the instruction
1480   /// being processed, and it is assumed equivalent to "Cond ? TrueVal :
1481   /// FalseVal".
1482   const SCEV *createNodeForSelectOrPHI(Instruction *I, Value *Cond,
1483                                        Value *TrueVal, Value *FalseVal);
1484
1485   /// Provide the special handling we need to analyze GEP SCEVs.
1486   const SCEV *createNodeForGEP(GEPOperator *GEP);
1487
1488   /// Implementation code for getSCEVAtScope; called at most once for each
1489   /// SCEV+Loop pair.
1490   const SCEV *computeSCEVAtScope(const SCEV *S, const Loop *L);
1491
1492   /// This looks up computed SCEV values for all instructions that depend on
1493   /// the given instruction and removes them from the ValueExprMap map if they
1494   /// reference SymName. This is used during PHI resolution.
1495   void forgetSymbolicName(Instruction *I, const SCEV *SymName);
1496
1497   /// Return the BackedgeTakenInfo for the given loop, lazily computing new
1498   /// values if the loop hasn't been analyzed yet. The returned result is
1499   /// guaranteed not to be predicated.
1500   const BackedgeTakenInfo &getBackedgeTakenInfo(const Loop *L);
1501
1502   /// Similar to getBackedgeTakenInfo, but will add predicates as required
1503   /// with the purpose of returning complete information.
1504   const BackedgeTakenInfo &getPredicatedBackedgeTakenInfo(const Loop *L);
1505
1506   /// Compute the number of times the specified loop will iterate.
1507   /// If AllowPredicates is set, we will create new SCEV predicates as
1508   /// necessary in order to return an exact answer.
1509   BackedgeTakenInfo computeBackedgeTakenCount(const Loop *L,
1510                                               bool AllowPredicates = false);
1511
1512   /// Compute the number of times the backedge of the specified loop will
1513   /// execute if it exits via the specified block. If AllowPredicates is set,
1514   /// this call will try to use a minimal set of SCEV predicates in order to
1515   /// return an exact answer.
1516   ExitLimit computeExitLimit(const Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock,
1517                              bool AllowPredicates = false);
1518
1519   /// Compute the number of times the backedge of the specified loop will
1520   /// execute if its exit condition were a conditional branch of ExitCond.
1521   ///
1522   /// \p ControlsExit is true if ExitCond directly controls the exit
1523   /// branch. In this case, we can assume that the loop exits only if the
1524   /// condition is true and can infer that failing to meet the condition prior
1525   /// to integer wraparound results in undefined behavior.
1526   ///
1527   /// If \p AllowPredicates is set, this call will try to use a minimal set of
1528   /// SCEV predicates in order to return an exact answer.
1529   ExitLimit computeExitLimitFromCond(const Loop *L, Value *ExitCond,
1530                                      bool ExitIfTrue, bool ControlsExit,
1531                                      bool AllowPredicates = false);
1532
1533   // Helper functions for computeExitLimitFromCond to avoid exponential time
1534   // complexity.
1535
1536   class ExitLimitCache {
1537     // It may look like we need key on the whole (L, ExitIfTrue, ControlsExit,
1538     // AllowPredicates) tuple, but recursive calls to
1539     // computeExitLimitFromCondCached from computeExitLimitFromCondImpl only
1540     // vary the in \c ExitCond and \c ControlsExit parameters.  We remember the
1541     // initial values of the other values to assert our assumption.
1542     SmallDenseMap<PointerIntPair<Value *, 1>, ExitLimit> TripCountMap;
1543
1544     const Loop *L;
1545     bool ExitIfTrue;
1546     bool AllowPredicates;
1547
1548   public:
1549     ExitLimitCache(const Loop *L, bool ExitIfTrue, bool AllowPredicates)
1550         : L(L), ExitIfTrue(ExitIfTrue), AllowPredicates(AllowPredicates) {}
1551
1552     Optional<ExitLimit> find(const Loop *L, Value *ExitCond, bool ExitIfTrue,
1553                              bool ControlsExit, bool AllowPredicates);
1554
1555     void insert(const Loop *L, Value *ExitCond, bool ExitIfTrue,
1556                 bool ControlsExit, bool AllowPredicates, const ExitLimit &EL);
1557   };
1558
1559   using ExitLimitCacheTy = ExitLimitCache;
1560
1561   ExitLimit computeExitLimitFromCondCached(ExitLimitCacheTy &Cache,
1562                                            const Loop *L, Value *ExitCond,
1563                                            bool ExitIfTrue,
1564                                            bool ControlsExit,
1565                                            bool AllowPredicates);
1566   ExitLimit computeExitLimitFromCondImpl(ExitLimitCacheTy &Cache, const Loop *L,
1567                                          Value *ExitCond, bool ExitIfTrue,
1568                                          bool ControlsExit,
1569                                          bool AllowPredicates);
1570
1571   /// Compute the number of times the backedge of the specified loop will
1572   /// execute if its exit condition were a conditional branch of the ICmpInst
1573   /// ExitCond and ExitIfTrue. If AllowPredicates is set, this call will try
1574   /// to use a minimal set of SCEV predicates in order to return an exact
1575   /// answer.
1576   ExitLimit computeExitLimitFromICmp(const Loop *L, ICmpInst *ExitCond,
1577                                      bool ExitIfTrue,
1578                                      bool IsSubExpr,
1579                                      bool AllowPredicates = false);
1580
1581   /// Compute the number of times the backedge of the specified loop will
1582   /// execute if its exit condition were a switch with a single exiting case
1583   /// to ExitingBB.
1584   ExitLimit computeExitLimitFromSingleExitSwitch(const Loop *L,
1585                                                  SwitchInst *Switch,
1586                                                  BasicBlock *ExitingBB,
1587                                                  bool IsSubExpr);
1588
1589   /// Given an exit condition of 'icmp op load X, cst', try to see if we can
1590   /// compute the backedge-taken count.
1591   ExitLimit computeLoadConstantCompareExitLimit(LoadInst *LI, Constant *RHS,
1592                                                 const Loop *L,
1593                                                 ICmpInst::Predicate p);
1594
1595   /// Compute the exit limit of a loop that is controlled by a
1596   /// "(IV >> 1) != 0" type comparison.  We cannot compute the exact trip
1597   /// count in these cases (since SCEV has no way of expressing them), but we
1598   /// can still sometimes compute an upper bound.
1599   ///
1600   /// Return an ExitLimit for a loop whose backedge is guarded by `LHS Pred
1601   /// RHS`.
1602   ExitLimit computeShiftCompareExitLimit(Value *LHS, Value *RHS, const Loop *L,
1603                                          ICmpInst::Predicate Pred);
1604
1605   /// If the loop is known to execute a constant number of times (the
1606   /// condition evolves only from constants), try to evaluate a few iterations
1607   /// of the loop until we get the exit condition gets a value of ExitWhen
1608   /// (true or false).  If we cannot evaluate the exit count of the loop,
1609   /// return CouldNotCompute.
1610   const SCEV *computeExitCountExhaustively(const Loop *L, Value *Cond,
1611                                            bool ExitWhen);
1612
1613   /// Return the number of times an exit condition comparing the specified
1614   /// value to zero will execute.  If not computable, return CouldNotCompute.
1615   /// If AllowPredicates is set, this call will try to use a minimal set of
1616   /// SCEV predicates in order to return an exact answer.
1617   ExitLimit howFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L, bool IsSubExpr,
1618                          bool AllowPredicates = false);
1619
1620   /// Return the number of times an exit condition checking the specified
1621   /// value for nonzero will execute.  If not computable, return
1622   /// CouldNotCompute.
1623   ExitLimit howFarToNonZero(const SCEV *V, const Loop *L);
1624
1625   /// Return the number of times an exit condition containing the specified
1626   /// less-than comparison will execute.  If not computable, return
1627   /// CouldNotCompute.
1628   ///
1629   /// \p isSigned specifies whether the less-than is signed.
1630   ///
1631   /// \p ControlsExit is true when the LHS < RHS condition directly controls
1632   /// the branch (loops exits only if condition is true). In this case, we can
1633   /// use NoWrapFlags to skip overflow checks.
1634   ///
1635   /// If \p AllowPredicates is set, this call will try to use a minimal set of
1636   /// SCEV predicates in order to return an exact answer.
1637   ExitLimit howManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS, const Loop *L,
1638                              bool isSigned, bool ControlsExit,
1639                              bool AllowPredicates = false);
1640
1641   ExitLimit howManyGreaterThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS, const Loop *L,
1642                                 bool isSigned, bool IsSubExpr,
1643                                 bool AllowPredicates = false);
1644
1645   /// Return a predecessor of BB (which may not be an immediate predecessor)
1646   /// which has exactly one successor from which BB is reachable, or null if
1647   /// no such block is found.
1648   std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
1649   getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB);
1650
1651   /// Test whether the condition described by Pred, LHS, and RHS is true
1652   /// whenever the given FoundCondValue value evaluates to true.
1653   bool isImpliedCond(ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
1654                      Value *FoundCondValue, bool Inverse);
1655
1656   /// Test whether the condition described by Pred, LHS, and RHS is true
1657   /// whenever the condition described by FoundPred, FoundLHS, FoundRHS is
1658   /// true.
1659   bool isImpliedCond(ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
1660                      ICmpInst::Predicate FoundPred, const SCEV *FoundLHS,
1661                      const SCEV *FoundRHS);
1662
1663   /// Test whether the condition described by Pred, LHS, and RHS is true
1664   /// whenever the condition described by Pred, FoundLHS, and FoundRHS is
1665   /// true.
1666   bool isImpliedCondOperands(ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS,
1667                              const SCEV *RHS, const SCEV *FoundLHS,
1668                              const SCEV *FoundRHS);
1669
1670   /// Test whether the condition described by Pred, LHS, and RHS is true
1671   /// whenever the condition described by Pred, FoundLHS, and FoundRHS is
1672   /// true. Here LHS is an operation that includes FoundLHS as one of its
1673   /// arguments.
1674   bool isImpliedViaOperations(ICmpInst::Predicate Pred,
1675                               const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
1676                               const SCEV *FoundLHS, const SCEV *FoundRHS,
1677                               unsigned Depth = 0);
1678
1679   /// Test whether the condition described by Pred, LHS, and RHS is true.
1680   /// Use only simple non-recursive types of checks, such as range analysis etc.
1681   bool isKnownViaNonRecursiveReasoning(ICmpInst::Predicate Pred,
1682                                        const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
1683
1684   /// Test whether the condition described by Pred, LHS, and RHS is true
1685   /// whenever the condition described by Pred, FoundLHS, and FoundRHS is
1686   /// true.
1687   bool isImpliedCondOperandsHelper(ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS,
1688                                    const SCEV *RHS, const SCEV *FoundLHS,
1689                                    const SCEV *FoundRHS);
1690
1691   /// Test whether the condition described by Pred, LHS, and RHS is true
1692   /// whenever the condition described by Pred, FoundLHS, and FoundRHS is
1693   /// true.  Utility function used by isImpliedCondOperands.  Tries to get
1694   /// cases like "X `sgt` 0 => X - 1 `sgt` -1".
1695   bool isImpliedCondOperandsViaRanges(ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS,
1696                                       const SCEV *RHS, const SCEV *FoundLHS,
1697                                       const SCEV *FoundRHS);
1698
1699   /// Return true if the condition denoted by \p LHS \p Pred \p RHS is implied
1700   /// by a call to \c @llvm.experimental.guard in \p BB.
1701   bool isImpliedViaGuard(BasicBlock *BB, ICmpInst::Predicate Pred,
1702                          const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
1703
1704   /// Test whether the condition described by Pred, LHS, and RHS is true
1705   /// whenever the condition described by Pred, FoundLHS, and FoundRHS is
1706   /// true.
1707   ///
1708   /// This routine tries to rule out certain kinds of integer overflow, and
1709   /// then tries to reason about arithmetic properties of the predicates.
1710   bool isImpliedCondOperandsViaNoOverflow(ICmpInst::Predicate Pred,
1711                                           const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
1712                                           const SCEV *FoundLHS,
1713                                           const SCEV *FoundRHS);
1714
1715   /// Test whether the condition described by Pred, LHS, and RHS is true
1716   /// whenever the condition described by Pred, FoundLHS, and FoundRHS is
1717   /// true.
1718   ///
1719   /// This routine tries to figure out predicate for Phis which are SCEVUnknown
1720   /// if it is true for every possible incoming value from their respective
1721   /// basic blocks.
1722   bool isImpliedViaMerge(ICmpInst::Predicate Pred,
1723                          const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
1724                          const SCEV *FoundLHS, const SCEV *FoundRHS,
1725                          unsigned Depth);
1726
1727   /// If we know that the specified Phi is in the header of its containing
1728   /// loop, we know the loop executes a constant number of times, and the PHI
1729   /// node is just a recurrence involving constants, fold it.
1730   Constant *getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN, const APInt &BEs,
1731                                               const Loop *L);
1732
1733   /// Test if the given expression is known to satisfy the condition described
1734   /// by Pred and the known constant ranges of LHS and RHS.
1735   bool isKnownPredicateViaConstantRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
1736                                          const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
1737
1738   /// Try to prove the condition described by "LHS Pred RHS" by ruling out
1739   /// integer overflow.
1740   ///
1741   /// For instance, this will return true for "A s< (A + C)<nsw>" if C is
1742   /// positive.
1743   bool isKnownPredicateViaNoOverflow(ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS,
1744                                      const SCEV *RHS);
1745
1746   /// Try to split Pred LHS RHS into logical conjunctions (and's) and try to
1747   /// prove them individually.
1748   bool isKnownPredicateViaSplitting(ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS,
1749                                     const SCEV *RHS);
1750
1751   /// Try to match the Expr as "(L + R)<Flags>".
1752   bool splitBinaryAdd(const SCEV *Expr, const SCEV *&L, const SCEV *&R,
1753                       SCEV::NoWrapFlags &Flags);
1754
1755   /// Compute \p LHS - \p RHS and returns the result as an APInt if it is a
1756   /// constant, and None if it isn't.
1757   ///
1758   /// This is intended to be a cheaper version of getMinusSCEV.  We can be
1759   /// frugal here since we just bail out of actually constructing and
1760   /// canonicalizing an expression in the cases where the result isn't going
1761   /// to be a constant.
1762   Optional<APInt> computeConstantDifference(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
1763
1764   /// Drop memoized information computed for S.
1765   void forgetMemoizedResults(const SCEV *S);
1766
1767   /// Return an existing SCEV for V if there is one, otherwise return nullptr.
1768   const SCEV *getExistingSCEV(Value *V);
1769
1770   /// Return false iff given SCEV contains a SCEVUnknown with NULL value-
1771   /// pointer.
1772   bool checkValidity(const SCEV *S) const;
1773
1774   /// Return true if `ExtendOpTy`({`Start`,+,`Step`}) can be proved to be
1775   /// equal to {`ExtendOpTy`(`Start`),+,`ExtendOpTy`(`Step`)}.  This is
1776   /// equivalent to proving no signed (resp. unsigned) wrap in
1777   /// {`Start`,+,`Step`} if `ExtendOpTy` is `SCEVSignExtendExpr`
1778   /// (resp. `SCEVZeroExtendExpr`).
1779   template <typename ExtendOpTy>
1780   bool proveNoWrapByVaryingStart(const SCEV *Start, const SCEV *Step,
1781                                  const Loop *L);
1782
1783   /// Try to prove NSW or NUW on \p AR relying on ConstantRange manipulation.
1784   SCEV::NoWrapFlags proveNoWrapViaConstantRanges(const SCEVAddRecExpr *AR);
1785
1786   bool isMonotonicPredicateImpl(const SCEVAddRecExpr *LHS,
1787                                 ICmpInst::Predicate Pred, bool &Increasing);
1788
1789   /// Return SCEV no-wrap flags that can be proven based on reasoning about
1790   /// how poison produced from no-wrap flags on this value (e.g. a nuw add)
1791   /// would trigger undefined behavior on overflow.
1792   SCEV::NoWrapFlags getNoWrapFlagsFromUB(const Value *V);
1793
1794   /// Return true if the SCEV corresponding to \p I is never poison.  Proving
1795   /// this is more complex than proving that just \p I is never poison, since
1796   /// SCEV commons expressions across control flow, and you can have cases
1797   /// like:
1798   ///
1799   ///   idx0 = a + b;
1800   ///   ptr[idx0] = 100;
1801   ///   if (<condition>) {
1802   ///     idx1 = a +nsw b;
1803   ///     ptr[idx1] = 200;
1804   ///   }
1805   ///
1806   /// where the SCEV expression (+ a b) is guaranteed to not be poison (and
1807   /// hence not sign-overflow) only if "<condition>" is true.  Since both
1808   /// `idx0` and `idx1` will be mapped to the same SCEV expression, (+ a b),
1809   /// it is not okay to annotate (+ a b) with <nsw> in the above example.
1810   bool isSCEVExprNeverPoison(const Instruction *I);
1811
1812   /// This is like \c isSCEVExprNeverPoison but it specifically works for
1813   /// instructions that will get mapped to SCEV add recurrences.  Return true
1814   /// if \p I will never generate poison under the assumption that \p I is an
1815   /// add recurrence on the loop \p L.
1816   bool isAddRecNeverPoison(const Instruction *I, const Loop *L);
1817
1818   /// Similar to createAddRecFromPHI, but with the additional flexibility of
1819   /// suggesting runtime overflow checks in case casts are encountered.
1820   /// If successful, the analysis records that for this loop, \p SymbolicPHI,
1821   /// which is the UnknownSCEV currently representing the PHI, can be rewritten
1822   /// into an AddRec, assuming some predicates; The function then returns the
1823   /// AddRec and the predicates as a pair, and caches this pair in
1824   /// PredicatedSCEVRewrites.
1825   /// If the analysis is not successful, a mapping from the \p SymbolicPHI to
1826   /// itself (with no predicates) is recorded, and a nullptr with an empty
1827   /// predicates vector is returned as a pair.
1828   Optional<std::pair<const SCEV *, SmallVector<const SCEVPredicate *, 3>>>
1829   createAddRecFromPHIWithCastsImpl(const SCEVUnknown *SymbolicPHI);
1830
1831   /// Compute the backedge taken count knowing the interval difference, the
1832   /// stride and presence of the equality in the comparison.
1833   const SCEV *computeBECount(const SCEV *Delta, const SCEV *Stride,
1834                              bool Equality);
1835
1836   /// Compute the maximum backedge count based on the range of values
1837   /// permitted by Start, End, and Stride. This is for loops of the form
1838   /// {Start, +, Stride} LT End.
1839   ///
1840   /// Precondition: the induction variable is known to be positive.  We *don't*
1841   /// assert these preconditions so please be careful.
1842   const SCEV *computeMaxBECountForLT(const SCEV *Start, const SCEV *Stride,
1843                                      const SCEV *End, unsigned BitWidth,
1844                                      bool IsSigned);
1845
1846   /// Verify if an linear IV with positive stride can overflow when in a
1847   /// less-than comparison, knowing the invariant term of the comparison,
1848   /// the stride and the knowledge of NSW/NUW flags on the recurrence.
1849   bool doesIVOverflowOnLT(const SCEV *RHS, const SCEV *Stride, bool IsSigned,
1850                           bool NoWrap);
1851
1852   /// Verify if an linear IV with negative stride can overflow when in a
1853   /// greater-than comparison, knowing the invariant term of the comparison,
1854   /// the stride and the knowledge of NSW/NUW flags on the recurrence.
1855   bool doesIVOverflowOnGT(const SCEV *RHS, const SCEV *Stride, bool IsSigned,
1856                           bool NoWrap);
1857
1858   /// Get add expr already created or create a new one.
1859   const SCEV *getOrCreateAddExpr(ArrayRef<const SCEV *> Ops,
1860                                  SCEV::NoWrapFlags Flags);
1861
1862   /// Get mul expr already created or create a new one.
1863   const SCEV *getOrCreateMulExpr(ArrayRef<const SCEV *> Ops,
1864                                  SCEV::NoWrapFlags Flags);
1865
1866   // Get addrec expr already created or create a new one.
1867   const SCEV *getOrCreateAddRecExpr(ArrayRef<const SCEV *> Ops,
1868                                     const Loop *L, SCEV::NoWrapFlags Flags);
1869
1870   /// Return x if \p Val is f(x) where f is a 1-1 function.
1871   const SCEV *stripInjectiveFunctions(const SCEV *Val) const;
1872
1873   /// Find all of the loops transitively used in \p S, and fill \p LoopsUsed.
1874   /// A loop is considered "used" by an expression if it contains
1875   /// an add rec on said loop.
1876   void getUsedLoops(const SCEV *S, SmallPtrSetImpl<const Loop *> &LoopsUsed);
1877
1878   /// Find all of the loops transitively used in \p S, and update \c LoopUsers
1879   /// accordingly.
1880   void addToLoopUseLists(const SCEV *S);
1881
1882   /// Try to match the pattern generated by getURemExpr(A, B). If successful,
1883   /// Assign A and B to LHS and RHS, respectively.
1884   bool matchURem(const SCEV *Expr, const SCEV *&LHS, const SCEV *&RHS);
1885
1886   /// Look for a SCEV expression with type `SCEVType` and operands `Ops` in
1887   /// `UniqueSCEVs`.
1888   ///
1889   /// The first component of the returned tuple is the SCEV if found and null
1890   /// otherwise.  The second component is the `FoldingSetNodeID` that was
1891   /// constructed to look up the SCEV and the third component is the insertion
1892   /// point.
1893   std::tuple<const SCEV *, FoldingSetNodeID, void *>
1894   findExistingSCEVInCache(int SCEVType, ArrayRef<const SCEV *> Ops);
1895
1896   FoldingSet<SCEV> UniqueSCEVs;
1897   FoldingSet<SCEVPredicate> UniquePreds;
1898   BumpPtrAllocator SCEVAllocator;
1899
1900   /// This maps loops to a list of SCEV expressions that (transitively) use said
1901   /// loop.
1902   DenseMap<const Loop *, SmallVector<const SCEV *, 4>> LoopUsers;
1903
1904   /// Cache tentative mappings from UnknownSCEVs in a Loop, to a SCEV expression
1905   /// they can be rewritten into under certain predicates.
1906   DenseMap<std::pair<const SCEVUnknown *, const Loop *>,
1907            std::pair<const SCEV *, SmallVector<const SCEVPredicate *, 3>>>
1908       PredicatedSCEVRewrites;
1909
1910   /// The head of a linked list of all SCEVUnknown values that have been
1911   /// allocated. This is used by releaseMemory to locate them all and call
1912   /// their destructors.
1913   SCEVUnknown *FirstUnknown = nullptr;
1914 };
1915
1916 /// Analysis pass that exposes the \c ScalarEvolution for a function.
1917 class ScalarEvolutionAnalysis
1918     : public AnalysisInfoMixin<ScalarEvolutionAnalysis> {
1919   friend AnalysisInfoMixin<ScalarEvolutionAnalysis>;
1920
1921   static AnalysisKey Key;
1922
1923 public:
1924   using Result = ScalarEvolution;
1925
1926   ScalarEvolution run(Function &F, FunctionAnalysisManager &AM);
1927 };
1928
1929 /// Printer pass for the \c ScalarEvolutionAnalysis results.
1930 class ScalarEvolutionPrinterPass
1931     : public PassInfoMixin<ScalarEvolutionPrinterPass> {
1932   raw_ostream &OS;
1933
1934 public:
1935   explicit ScalarEvolutionPrinterPass(raw_ostream &OS) : OS(OS) {}
1936
1937   PreservedAnalyses run(Function &F, FunctionAnalysisManager &AM);
1938 };
1939
1940 class ScalarEvolutionWrapperPass : public FunctionPass {
1941   std::unique_ptr<ScalarEvolution> SE;
1942
1943 public:
1944   static char ID;
1945
1946   ScalarEvolutionWrapperPass();
1947
1948   ScalarEvolution &getSE() { return *SE; }
1949   const ScalarEvolution &getSE() const { return *SE; }
1950
1951   bool runOnFunction(Function &F) override;
1952   void releaseMemory() override;
1953   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
1954   void print(raw_ostream &OS, const Module * = nullptr) const override;
1955   void verifyAnalysis() const override;
1956 };
1957
1958 /// An interface layer with SCEV used to manage how we see SCEV expressions
1959 /// for values in the context of existing predicates. We can add new
1960 /// predicates, but we cannot remove them.
1961 ///
1962 /// This layer has multiple purposes:
1963 ///   - provides a simple interface for SCEV versioning.
1964 ///   - guarantees that the order of transformations applied on a SCEV
1965 ///     expression for a single Value is consistent across two different
1966 ///     getSCEV calls. This means that, for example, once we've obtained
1967 ///     an AddRec expression for a certain value through expression
1968 ///     rewriting, we will continue to get an AddRec expression for that
1969 ///     Value.
1970 ///   - lowers the number of expression rewrites.
1971 class PredicatedScalarEvolution {
1972 public:
1973   PredicatedScalarEvolution(ScalarEvolution &SE, Loop &L);
1974
1975   const SCEVUnionPredicate &getUnionPredicate() const;
1976
1977   /// Returns the SCEV expression of V, in the context of the current SCEV
1978   /// predicate.  The order of transformations applied on the expression of V
1979   /// returned by ScalarEvolution is guaranteed to be preserved, even when
1980   /// adding new predicates.
1981   const SCEV *getSCEV(Value *V);
1982
1983   /// Get the (predicated) backedge count for the analyzed loop.
1984   const SCEV *getBackedgeTakenCount();
1985
1986   /// Adds a new predicate.
1987   void addPredicate(const SCEVPredicate &Pred);
1988
1989   /// Attempts to produce an AddRecExpr for V by adding additional SCEV
1990   /// predicates. If we can't transform the expression into an AddRecExpr we
1991   /// return nullptr and not add additional SCEV predicates to the current
1992   /// context.
1993   const SCEVAddRecExpr *getAsAddRec(Value *V);
1994
1995   /// Proves that V doesn't overflow by adding SCEV predicate.
1996   void setNoOverflow(Value *V, SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags Flags);
1997
1998   /// Returns true if we've proved that V doesn't wrap by means of a SCEV
1999   /// predicate.
2000   bool hasNoOverflow(Value *V, SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags Flags);
2001
2002   /// Returns the ScalarEvolution analysis used.
2003   ScalarEvolution *getSE() const { return &SE; }
2004
2005   /// We need to explicitly define the copy constructor because of FlagsMap.
2006   PredicatedScalarEvolution(const PredicatedScalarEvolution &);
2007
2008   /// Print the SCEV mappings done by the Predicated Scalar Evolution.
2009   /// The printed text is indented by \p Depth.
2010   void print(raw_ostream &OS, unsigned Depth) const;
2011
2012   /// Check if \p AR1 and \p AR2 are equal, while taking into account
2013   /// Equal predicates in Preds.
2014   bool areAddRecsEqualWithPreds(const SCEVAddRecExpr *AR1,
2015                                 const SCEVAddRecExpr *AR2) const;
2016
2017 private:
2018   /// Increments the version number of the predicate.  This needs to be called
2019   /// every time the SCEV predicate changes.
2020   void updateGeneration();
2021
2022   /// Holds a SCEV and the version number of the SCEV predicate used to
2023   /// perform the rewrite of the expression.
2024   using RewriteEntry = std::pair<unsigned, const SCEV *>;
2025
2026   /// Maps a SCEV to the rewrite result of that SCEV at a certain version
2027   /// number. If this number doesn't match the current Generation, we will
2028   /// need to do a rewrite. To preserve the transformation order of previous
2029   /// rewrites, we will rewrite the previous result instead of the original
2030   /// SCEV.
2031   DenseMap<const SCEV *, RewriteEntry> RewriteMap;
2032
2033   /// Records what NoWrap flags we've added to a Value *.
2034   ValueMap<Value *, SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags> FlagsMap;
2035
2036   /// The ScalarEvolution analysis.
2037   ScalarEvolution &SE;
2038
2039   /// The analyzed Loop.
2040   const Loop &L;
2041
2042   /// The SCEVPredicate that forms our context. We will rewrite all
2043   /// expressions assuming that this predicate true.
2044   SCEVUnionPredicate Preds;
2045
2046   /// Marks the version of the SCEV predicate used. When rewriting a SCEV
2047   /// expression we mark it with the version of the predicate. We use this to
2048   /// figure out if the predicate has changed from the last rewrite of the
2049   /// SCEV. If so, we need to perform a new rewrite.
2050   unsigned Generation = 0;
2051
2052   /// The backedge taken count.
2053   const SCEV *BackedgeCount = nullptr;
2054 };
2055
2056 } // end namespace llvm
2057
2058 #endif // LLVM_ANALYSIS_SCALAREVOLUTION_H