]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/include/llvm/Analysis/ScalarEvolution.h
Merge llvm, clang, lld and lldb trunk r291476.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / include / llvm / Analysis / ScalarEvolution.h
1 //===- llvm/Analysis/ScalarEvolution.h - Scalar Evolution -------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // The ScalarEvolution class is an LLVM pass which can be used to analyze and
11 // categorize scalar expressions in loops.  It specializes in recognizing
12 // general induction variables, representing them with the abstract and opaque
13 // SCEV class.  Given this analysis, trip counts of loops and other important
14 // properties can be obtained.
15 //
16 // This analysis is primarily useful for induction variable substitution and
17 // strength reduction.
18 //
19 //===----------------------------------------------------------------------===//
20
21 #ifndef LLVM_ANALYSIS_SCALAREVOLUTION_H
22 #define LLVM_ANALYSIS_SCALAREVOLUTION_H
23
24 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
25 #include "llvm/ADT/FoldingSet.h"
26 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
27 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
28 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
29 #include "llvm/IR/Instructions.h"
30 #include "llvm/IR/Operator.h"
31 #include "llvm/IR/PassManager.h"
32 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
33 #include "llvm/IR/ValueMap.h"
34 #include "llvm/Pass.h"
35 #include "llvm/Support/Allocator.h"
36 #include "llvm/Support/DataTypes.h"
37
38 namespace llvm {
39 class APInt;
40 class AssumptionCache;
41 class Constant;
42 class ConstantInt;
43 class DominatorTree;
44 class Type;
45 class ScalarEvolution;
46 class DataLayout;
47 class TargetLibraryInfo;
48 class LLVMContext;
49 class Operator;
50 class SCEV;
51 class SCEVAddRecExpr;
52 class SCEVConstant;
53 class SCEVExpander;
54 class SCEVPredicate;
55 class SCEVUnknown;
56 class Function;
57
58 template <> struct FoldingSetTrait<SCEV>;
59 template <> struct FoldingSetTrait<SCEVPredicate>;
60
61 /// This class represents an analyzed expression in the program.  These are
62 /// opaque objects that the client is not allowed to do much with directly.
63 ///
64 class SCEV : public FoldingSetNode {
65   friend struct FoldingSetTrait<SCEV>;
66
67   /// A reference to an Interned FoldingSetNodeID for this node.  The
68   /// ScalarEvolution's BumpPtrAllocator holds the data.
69   FoldingSetNodeIDRef FastID;
70
71   // The SCEV baseclass this node corresponds to
72   const unsigned short SCEVType;
73
74 protected:
75   /// This field is initialized to zero and may be used in subclasses to store
76   /// miscellaneous information.
77   unsigned short SubclassData;
78
79 private:
80   SCEV(const SCEV &) = delete;
81   void operator=(const SCEV &) = delete;
82
83 public:
84   /// NoWrapFlags are bitfield indices into SubclassData.
85   ///
86   /// Add and Mul expressions may have no-unsigned-wrap <NUW> or
87   /// no-signed-wrap <NSW> properties, which are derived from the IR
88   /// operator. NSW is a misnomer that we use to mean no signed overflow or
89   /// underflow.
90   ///
91   /// AddRec expressions may have a no-self-wraparound <NW> property if, in
92   /// the integer domain, abs(step) * max-iteration(loop) <=
93   /// unsigned-max(bitwidth).  This means that the recurrence will never reach
94   /// its start value if the step is non-zero.  Computing the same value on
95   /// each iteration is not considered wrapping, and recurrences with step = 0
96   /// are trivially <NW>.  <NW> is independent of the sign of step and the
97   /// value the add recurrence starts with.
98   ///
99   /// Note that NUW and NSW are also valid properties of a recurrence, and
100   /// either implies NW. For convenience, NW will be set for a recurrence
101   /// whenever either NUW or NSW are set.
102   enum NoWrapFlags {
103     FlagAnyWrap = 0,    // No guarantee.
104     FlagNW = (1 << 0),  // No self-wrap.
105     FlagNUW = (1 << 1), // No unsigned wrap.
106     FlagNSW = (1 << 2), // No signed wrap.
107     NoWrapMask = (1 << 3) - 1
108   };
109
110   explicit SCEV(const FoldingSetNodeIDRef ID, unsigned SCEVTy)
111       : FastID(ID), SCEVType(SCEVTy), SubclassData(0) {}
112
113   unsigned getSCEVType() const { return SCEVType; }
114
115   /// Return the LLVM type of this SCEV expression.
116   ///
117   Type *getType() const;
118
119   /// Return true if the expression is a constant zero.
120   ///
121   bool isZero() const;
122
123   /// Return true if the expression is a constant one.
124   ///
125   bool isOne() const;
126
127   /// Return true if the expression is a constant all-ones value.
128   ///
129   bool isAllOnesValue() const;
130
131   /// Return true if the specified scev is negated, but not a constant.
132   bool isNonConstantNegative() const;
133
134   /// Print out the internal representation of this scalar to the specified
135   /// stream.  This should really only be used for debugging purposes.
136   void print(raw_ostream &OS) const;
137
138   /// This method is used for debugging.
139   ///
140   void dump() const;
141 };
142
143 // Specialize FoldingSetTrait for SCEV to avoid needing to compute
144 // temporary FoldingSetNodeID values.
145 template <> struct FoldingSetTrait<SCEV> : DefaultFoldingSetTrait<SCEV> {
146   static void Profile(const SCEV &X, FoldingSetNodeID &ID) { ID = X.FastID; }
147   static bool Equals(const SCEV &X, const FoldingSetNodeID &ID, unsigned IDHash,
148                      FoldingSetNodeID &TempID) {
149     return ID == X.FastID;
150   }
151   static unsigned ComputeHash(const SCEV &X, FoldingSetNodeID &TempID) {
152     return X.FastID.ComputeHash();
153   }
154 };
155
156 inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const SCEV &S) {
157   S.print(OS);
158   return OS;
159 }
160
161 /// An object of this class is returned by queries that could not be answered.
162 /// For example, if you ask for the number of iterations of a linked-list
163 /// traversal loop, you will get one of these.  None of the standard SCEV
164 /// operations are valid on this class, it is just a marker.
165 struct SCEVCouldNotCompute : public SCEV {
166   SCEVCouldNotCompute();
167
168   /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
169   static bool classof(const SCEV *S);
170 };
171
172 /// This class represents an assumption made using SCEV expressions which can
173 /// be checked at run-time.
174 class SCEVPredicate : public FoldingSetNode {
175   friend struct FoldingSetTrait<SCEVPredicate>;
176
177   /// A reference to an Interned FoldingSetNodeID for this node.  The
178   /// ScalarEvolution's BumpPtrAllocator holds the data.
179   FoldingSetNodeIDRef FastID;
180
181 public:
182   enum SCEVPredicateKind { P_Union, P_Equal, P_Wrap };
183
184 protected:
185   SCEVPredicateKind Kind;
186   ~SCEVPredicate() = default;
187   SCEVPredicate(const SCEVPredicate &) = default;
188   SCEVPredicate &operator=(const SCEVPredicate &) = default;
189
190 public:
191   SCEVPredicate(const FoldingSetNodeIDRef ID, SCEVPredicateKind Kind);
192
193   SCEVPredicateKind getKind() const { return Kind; }
194
195   /// Returns the estimated complexity of this predicate.  This is roughly
196   /// measured in the number of run-time checks required.
197   virtual unsigned getComplexity() const { return 1; }
198
199   /// Returns true if the predicate is always true. This means that no
200   /// assumptions were made and nothing needs to be checked at run-time.
201   virtual bool isAlwaysTrue() const = 0;
202
203   /// Returns true if this predicate implies \p N.
204   virtual bool implies(const SCEVPredicate *N) const = 0;
205
206   /// Prints a textual representation of this predicate with an indentation of
207   /// \p Depth.
208   virtual void print(raw_ostream &OS, unsigned Depth = 0) const = 0;
209
210   /// Returns the SCEV to which this predicate applies, or nullptr if this is
211   /// a SCEVUnionPredicate.
212   virtual const SCEV *getExpr() const = 0;
213 };
214
215 inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const SCEVPredicate &P) {
216   P.print(OS);
217   return OS;
218 }
219
220 // Specialize FoldingSetTrait for SCEVPredicate to avoid needing to compute
221 // temporary FoldingSetNodeID values.
222 template <>
223 struct FoldingSetTrait<SCEVPredicate> : DefaultFoldingSetTrait<SCEVPredicate> {
224
225   static void Profile(const SCEVPredicate &X, FoldingSetNodeID &ID) {
226     ID = X.FastID;
227   }
228
229   static bool Equals(const SCEVPredicate &X, const FoldingSetNodeID &ID,
230                      unsigned IDHash, FoldingSetNodeID &TempID) {
231     return ID == X.FastID;
232   }
233   static unsigned ComputeHash(const SCEVPredicate &X,
234                               FoldingSetNodeID &TempID) {
235     return X.FastID.ComputeHash();
236   }
237 };
238
239 /// This class represents an assumption that two SCEV expressions are equal,
240 /// and this can be checked at run-time. We assume that the left hand side is
241 /// a SCEVUnknown and the right hand side a constant.
242 class SCEVEqualPredicate final : public SCEVPredicate {
243   /// We assume that LHS == RHS, where LHS is a SCEVUnknown and RHS a
244   /// constant.
245   const SCEVUnknown *LHS;
246   const SCEVConstant *RHS;
247
248 public:
249   SCEVEqualPredicate(const FoldingSetNodeIDRef ID, const SCEVUnknown *LHS,
250                      const SCEVConstant *RHS);
251
252   /// Implementation of the SCEVPredicate interface
253   bool implies(const SCEVPredicate *N) const override;
254   void print(raw_ostream &OS, unsigned Depth = 0) const override;
255   bool isAlwaysTrue() const override;
256   const SCEV *getExpr() const override;
257
258   /// Returns the left hand side of the equality.
259   const SCEVUnknown *getLHS() const { return LHS; }
260
261   /// Returns the right hand side of the equality.
262   const SCEVConstant *getRHS() const { return RHS; }
263
264   /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
265   static inline bool classof(const SCEVPredicate *P) {
266     return P->getKind() == P_Equal;
267   }
268 };
269
270 /// This class represents an assumption made on an AddRec expression. Given an
271 /// affine AddRec expression {a,+,b}, we assume that it has the nssw or nusw
272 /// flags (defined below) in the first X iterations of the loop, where X is a
273 /// SCEV expression returned by getPredicatedBackedgeTakenCount).
274 ///
275 /// Note that this does not imply that X is equal to the backedge taken
276 /// count. This means that if we have a nusw predicate for i32 {0,+,1} with a
277 /// predicated backedge taken count of X, we only guarantee that {0,+,1} has
278 /// nusw in the first X iterations. {0,+,1} may still wrap in the loop if we
279 /// have more than X iterations.
280 class SCEVWrapPredicate final : public SCEVPredicate {
281 public:
282   /// Similar to SCEV::NoWrapFlags, but with slightly different semantics
283   /// for FlagNUSW. The increment is considered to be signed, and a + b
284   /// (where b is the increment) is considered to wrap if:
285   ///    zext(a + b) != zext(a) + sext(b)
286   ///
287   /// If Signed is a function that takes an n-bit tuple and maps to the
288   /// integer domain as the tuples value interpreted as twos complement,
289   /// and Unsigned a function that takes an n-bit tuple and maps to the
290   /// integer domain as as the base two value of input tuple, then a + b
291   /// has IncrementNUSW iff:
292   ///
293   /// 0 <= Unsigned(a) + Signed(b) < 2^n
294   ///
295   /// The IncrementNSSW flag has identical semantics with SCEV::FlagNSW.
296   ///
297   /// Note that the IncrementNUSW flag is not commutative: if base + inc
298   /// has IncrementNUSW, then inc + base doesn't neccessarily have this
299   /// property. The reason for this is that this is used for sign/zero
300   /// extending affine AddRec SCEV expressions when a SCEVWrapPredicate is
301   /// assumed. A {base,+,inc} expression is already non-commutative with
302   /// regards to base and inc, since it is interpreted as:
303   ///     (((base + inc) + inc) + inc) ...
304   enum IncrementWrapFlags {
305     IncrementAnyWrap = 0,     // No guarantee.
306     IncrementNUSW = (1 << 0), // No unsigned with signed increment wrap.
307     IncrementNSSW = (1 << 1), // No signed with signed increment wrap
308                               // (equivalent with SCEV::NSW)
309     IncrementNoWrapMask = (1 << 2) - 1
310   };
311
312   /// Convenient IncrementWrapFlags manipulation methods.
313   LLVM_NODISCARD static SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags
314   clearFlags(SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags Flags,
315              SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags OffFlags) {
316     assert((Flags & IncrementNoWrapMask) == Flags && "Invalid flags value!");
317     assert((OffFlags & IncrementNoWrapMask) == OffFlags &&
318            "Invalid flags value!");
319     return (SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags)(Flags & ~OffFlags);
320   }
321
322   LLVM_NODISCARD static SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags
323   maskFlags(SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags Flags, int Mask) {
324     assert((Flags & IncrementNoWrapMask) == Flags && "Invalid flags value!");
325     assert((Mask & IncrementNoWrapMask) == Mask && "Invalid mask value!");
326
327     return (SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags)(Flags & Mask);
328   }
329
330   LLVM_NODISCARD static SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags
331   setFlags(SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags Flags,
332            SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags OnFlags) {
333     assert((Flags & IncrementNoWrapMask) == Flags && "Invalid flags value!");
334     assert((OnFlags & IncrementNoWrapMask) == OnFlags &&
335            "Invalid flags value!");
336
337     return (SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags)(Flags | OnFlags);
338   }
339
340   /// Returns the set of SCEVWrapPredicate no wrap flags implied by a
341   /// SCEVAddRecExpr.
342   LLVM_NODISCARD static SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags
343   getImpliedFlags(const SCEVAddRecExpr *AR, ScalarEvolution &SE);
344
345 private:
346   const SCEVAddRecExpr *AR;
347   IncrementWrapFlags Flags;
348
349 public:
350   explicit SCEVWrapPredicate(const FoldingSetNodeIDRef ID,
351                              const SCEVAddRecExpr *AR,
352                              IncrementWrapFlags Flags);
353
354   /// Returns the set assumed no overflow flags.
355   IncrementWrapFlags getFlags() const { return Flags; }
356   /// Implementation of the SCEVPredicate interface
357   const SCEV *getExpr() const override;
358   bool implies(const SCEVPredicate *N) const override;
359   void print(raw_ostream &OS, unsigned Depth = 0) const override;
360   bool isAlwaysTrue() const override;
361
362   /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
363   static inline bool classof(const SCEVPredicate *P) {
364     return P->getKind() == P_Wrap;
365   }
366 };
367
368 /// This class represents a composition of other SCEV predicates, and is the
369 /// class that most clients will interact with.  This is equivalent to a
370 /// logical "AND" of all the predicates in the union.
371 ///
372 /// NB! Unlike other SCEVPredicate sub-classes this class does not live in the
373 /// ScalarEvolution::Preds folding set.  This is why the \c add function is sound.
374 class SCEVUnionPredicate final : public SCEVPredicate {
375 private:
376   typedef DenseMap<const SCEV *, SmallVector<const SCEVPredicate *, 4>>
377       PredicateMap;
378
379   /// Vector with references to all predicates in this union.
380   SmallVector<const SCEVPredicate *, 16> Preds;
381   /// Maps SCEVs to predicates for quick look-ups.
382   PredicateMap SCEVToPreds;
383
384 public:
385   SCEVUnionPredicate();
386
387   const SmallVectorImpl<const SCEVPredicate *> &getPredicates() const {
388     return Preds;
389   }
390
391   /// Adds a predicate to this union.
392   void add(const SCEVPredicate *N);
393
394   /// Returns a reference to a vector containing all predicates which apply to
395   /// \p Expr.
396   ArrayRef<const SCEVPredicate *> getPredicatesForExpr(const SCEV *Expr);
397
398   /// Implementation of the SCEVPredicate interface
399   bool isAlwaysTrue() const override;
400   bool implies(const SCEVPredicate *N) const override;
401   void print(raw_ostream &OS, unsigned Depth) const override;
402   const SCEV *getExpr() const override;
403
404   /// We estimate the complexity of a union predicate as the size number of
405   /// predicates in the union.
406   unsigned getComplexity() const override { return Preds.size(); }
407
408   /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
409   static inline bool classof(const SCEVPredicate *P) {
410     return P->getKind() == P_Union;
411   }
412 };
413
414 /// The main scalar evolution driver. Because client code (intentionally)
415 /// can't do much with the SCEV objects directly, they must ask this class
416 /// for services.
417 class ScalarEvolution {
418 public:
419   /// An enum describing the relationship between a SCEV and a loop.
420   enum LoopDisposition {
421     LoopVariant,   ///< The SCEV is loop-variant (unknown).
422     LoopInvariant, ///< The SCEV is loop-invariant.
423     LoopComputable ///< The SCEV varies predictably with the loop.
424   };
425
426   /// An enum describing the relationship between a SCEV and a basic block.
427   enum BlockDisposition {
428     DoesNotDominateBlock,  ///< The SCEV does not dominate the block.
429     DominatesBlock,        ///< The SCEV dominates the block.
430     ProperlyDominatesBlock ///< The SCEV properly dominates the block.
431   };
432
433   /// Convenient NoWrapFlags manipulation that hides enum casts and is
434   /// visible in the ScalarEvolution name space.
435   LLVM_NODISCARD static SCEV::NoWrapFlags maskFlags(SCEV::NoWrapFlags Flags,
436                                                     int Mask) {
437     return (SCEV::NoWrapFlags)(Flags & Mask);
438   }
439   LLVM_NODISCARD static SCEV::NoWrapFlags setFlags(SCEV::NoWrapFlags Flags,
440                                                    SCEV::NoWrapFlags OnFlags) {
441     return (SCEV::NoWrapFlags)(Flags | OnFlags);
442   }
443   LLVM_NODISCARD static SCEV::NoWrapFlags
444   clearFlags(SCEV::NoWrapFlags Flags, SCEV::NoWrapFlags OffFlags) {
445     return (SCEV::NoWrapFlags)(Flags & ~OffFlags);
446   }
447
448 private:
449   /// A CallbackVH to arrange for ScalarEvolution to be notified whenever a
450   /// Value is deleted.
451   class SCEVCallbackVH final : public CallbackVH {
452     ScalarEvolution *SE;
453     void deleted() override;
454     void allUsesReplacedWith(Value *New) override;
455
456   public:
457     SCEVCallbackVH(Value *V, ScalarEvolution *SE = nullptr);
458   };
459
460   friend class SCEVCallbackVH;
461   friend class SCEVExpander;
462   friend class SCEVUnknown;
463
464   /// The function we are analyzing.
465   ///
466   Function &F;
467
468   /// Does the module have any calls to the llvm.experimental.guard intrinsic
469   /// at all?  If this is false, we avoid doing work that will only help if
470   /// thare are guards present in the IR.
471   ///
472   bool HasGuards;
473
474   /// The target library information for the target we are targeting.
475   ///
476   TargetLibraryInfo &TLI;
477
478   /// The tracker for @llvm.assume intrinsics in this function.
479   AssumptionCache &AC;
480
481   /// The dominator tree.
482   ///
483   DominatorTree &DT;
484
485   /// The loop information for the function we are currently analyzing.
486   ///
487   LoopInfo &LI;
488
489   /// This SCEV is used to represent unknown trip counts and things.
490   std::unique_ptr<SCEVCouldNotCompute> CouldNotCompute;
491
492   /// The typedef for HasRecMap.
493   ///
494   typedef DenseMap<const SCEV *, bool> HasRecMapType;
495
496   /// This is a cache to record whether a SCEV contains any scAddRecExpr.
497   HasRecMapType HasRecMap;
498
499   /// The typedef for ExprValueMap.
500   ///
501   typedef std::pair<Value *, ConstantInt *> ValueOffsetPair;
502   typedef DenseMap<const SCEV *, SetVector<ValueOffsetPair>> ExprValueMapType;
503
504   /// ExprValueMap -- This map records the original values from which
505   /// the SCEV expr is generated from.
506   ///
507   /// We want to represent the mapping as SCEV -> ValueOffsetPair instead
508   /// of SCEV -> Value:
509   /// Suppose we know S1 expands to V1, and
510   ///  S1 = S2 + C_a
511   ///  S3 = S2 + C_b
512   /// where C_a and C_b are different SCEVConstants. Then we'd like to
513   /// expand S3 as V1 - C_a + C_b instead of expanding S2 literally.
514   /// It is helpful when S2 is a complex SCEV expr.
515   ///
516   /// In order to do that, we represent ExprValueMap as a mapping from
517   /// SCEV to ValueOffsetPair. We will save both S1->{V1, 0} and
518   /// S2->{V1, C_a} into the map when we create SCEV for V1. When S3
519   /// is expanded, it will first expand S2 to V1 - C_a because of
520   /// S2->{V1, C_a} in the map, then expand S3 to V1 - C_a + C_b.
521   ///
522   /// Note: S->{V, Offset} in the ExprValueMap means S can be expanded
523   /// to V - Offset.
524   ExprValueMapType ExprValueMap;
525
526   /// The typedef for ValueExprMap.
527   ///
528   typedef DenseMap<SCEVCallbackVH, const SCEV *, DenseMapInfo<Value *>>
529       ValueExprMapType;
530
531   /// This is a cache of the values we have analyzed so far.
532   ///
533   ValueExprMapType ValueExprMap;
534
535   /// Mark predicate values currently being processed by isImpliedCond.
536   SmallPtrSet<Value *, 6> PendingLoopPredicates;
537
538   /// Set to true by isLoopBackedgeGuardedByCond when we're walking the set of
539   /// conditions dominating the backedge of a loop.
540   bool WalkingBEDominatingConds;
541
542   /// Set to true by isKnownPredicateViaSplitting when we're trying to prove a
543   /// predicate by splitting it into a set of independent predicates.
544   bool ProvingSplitPredicate;
545
546   /// Information about the number of loop iterations for which a loop exit's
547   /// branch condition evaluates to the not-taken path.  This is a temporary
548   /// pair of exact and max expressions that are eventually summarized in
549   /// ExitNotTakenInfo and BackedgeTakenInfo.
550   struct ExitLimit {
551     const SCEV *ExactNotTaken; // The exit is not taken exactly this many times
552     const SCEV *MaxNotTaken; // The exit is not taken at most this many times
553     bool MaxOrZero; // Not taken either exactly MaxNotTaken or zero times
554
555     /// A set of predicate guards for this ExitLimit. The result is only valid
556     /// if all of the predicates in \c Predicates evaluate to 'true' at
557     /// run-time.
558     SmallPtrSet<const SCEVPredicate *, 4> Predicates;
559
560     void addPredicate(const SCEVPredicate *P) {
561       assert(!isa<SCEVUnionPredicate>(P) && "Only add leaf predicates here!");
562       Predicates.insert(P);
563     }
564
565     /*implicit*/ ExitLimit(const SCEV *E)
566         : ExactNotTaken(E), MaxNotTaken(E), MaxOrZero(false) {}
567
568     ExitLimit(
569         const SCEV *E, const SCEV *M, bool MaxOrZero,
570         ArrayRef<const SmallPtrSetImpl<const SCEVPredicate *> *> PredSetList)
571         : ExactNotTaken(E), MaxNotTaken(M), MaxOrZero(MaxOrZero) {
572       assert((isa<SCEVCouldNotCompute>(ExactNotTaken) ||
573               !isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxNotTaken)) &&
574              "Exact is not allowed to be less precise than Max");
575       for (auto *PredSet : PredSetList)
576         for (auto *P : *PredSet)
577           addPredicate(P);
578     }
579
580     ExitLimit(const SCEV *E, const SCEV *M, bool MaxOrZero,
581               const SmallPtrSetImpl<const SCEVPredicate *> &PredSet)
582         : ExitLimit(E, M, MaxOrZero, {&PredSet}) {}
583
584     ExitLimit(const SCEV *E, const SCEV *M, bool MaxOrZero)
585         : ExitLimit(E, M, MaxOrZero, None) {}
586
587     /// Test whether this ExitLimit contains any computed information, or
588     /// whether it's all SCEVCouldNotCompute values.
589     bool hasAnyInfo() const {
590       return !isa<SCEVCouldNotCompute>(ExactNotTaken) ||
591              !isa<SCEVCouldNotCompute>(MaxNotTaken);
592     }
593
594     /// Test whether this ExitLimit contains all information.
595     bool hasFullInfo() const {
596       return !isa<SCEVCouldNotCompute>(ExactNotTaken);
597     }
598   };
599
600   /// Information about the number of times a particular loop exit may be
601   /// reached before exiting the loop.
602   struct ExitNotTakenInfo {
603     AssertingVH<BasicBlock> ExitingBlock;
604     const SCEV *ExactNotTaken;
605     std::unique_ptr<SCEVUnionPredicate> Predicate;
606     bool hasAlwaysTruePredicate() const {
607       return !Predicate || Predicate->isAlwaysTrue();
608     }
609
610     explicit ExitNotTakenInfo(AssertingVH<BasicBlock> ExitingBlock,
611                               const SCEV *ExactNotTaken,
612                               std::unique_ptr<SCEVUnionPredicate> Predicate)
613         : ExitingBlock(ExitingBlock), ExactNotTaken(ExactNotTaken),
614           Predicate(std::move(Predicate)) {}
615   };
616
617   /// Information about the backedge-taken count of a loop. This currently
618   /// includes an exact count and a maximum count.
619   ///
620   class BackedgeTakenInfo {
621     /// A list of computable exits and their not-taken counts.  Loops almost
622     /// never have more than one computable exit.
623     SmallVector<ExitNotTakenInfo, 1> ExitNotTaken;
624
625     /// The pointer part of \c MaxAndComplete is an expression indicating the
626     /// least maximum backedge-taken count of the loop that is known, or a
627     /// SCEVCouldNotCompute. This expression is only valid if the predicates
628     /// associated with all loop exits are true.
629     ///
630     /// The integer part of \c MaxAndComplete is a boolean indicating if \c
631     /// ExitNotTaken has an element for every exiting block in the loop.
632     PointerIntPair<const SCEV *, 1> MaxAndComplete;
633
634     /// True iff the backedge is taken either exactly Max or zero times.
635     bool MaxOrZero;
636
637     /// \name Helper projection functions on \c MaxAndComplete.
638     /// @{
639     bool isComplete() const { return MaxAndComplete.getInt(); }
640     const SCEV *getMax() const { return MaxAndComplete.getPointer(); }
641     /// @}
642
643   public:
644     BackedgeTakenInfo() : MaxAndComplete(nullptr, 0) {}
645
646     BackedgeTakenInfo(BackedgeTakenInfo &&) = default;
647     BackedgeTakenInfo &operator=(BackedgeTakenInfo &&) = default;
648
649     typedef std::pair<BasicBlock *, ExitLimit> EdgeExitInfo;
650
651     /// Initialize BackedgeTakenInfo from a list of exact exit counts.
652     BackedgeTakenInfo(SmallVectorImpl<EdgeExitInfo> &&ExitCounts, bool Complete,
653                       const SCEV *MaxCount, bool MaxOrZero);
654
655     /// Test whether this BackedgeTakenInfo contains any computed information,
656     /// or whether it's all SCEVCouldNotCompute values.
657     bool hasAnyInfo() const {
658       return !ExitNotTaken.empty() || !isa<SCEVCouldNotCompute>(getMax());
659     }
660
661     /// Test whether this BackedgeTakenInfo contains complete information.
662     bool hasFullInfo() const { return isComplete(); }
663
664     /// Return an expression indicating the exact backedge-taken count of the
665     /// loop if it is known or SCEVCouldNotCompute otherwise. This is the
666     /// number of times the loop header can be guaranteed to execute, minus
667     /// one.
668     ///
669     /// If the SCEV predicate associated with the answer can be different
670     /// from AlwaysTrue, we must add a (non null) Predicates argument.
671     /// The SCEV predicate associated with the answer will be added to
672     /// Predicates. A run-time check needs to be emitted for the SCEV
673     /// predicate in order for the answer to be valid.
674     ///
675     /// Note that we should always know if we need to pass a predicate
676     /// argument or not from the way the ExitCounts vector was computed.
677     /// If we allowed SCEV predicates to be generated when populating this
678     /// vector, this information can contain them and therefore a
679     /// SCEVPredicate argument should be added to getExact.
680     const SCEV *getExact(ScalarEvolution *SE,
681                          SCEVUnionPredicate *Predicates = nullptr) const;
682
683     /// Return the number of times this loop exit may fall through to the back
684     /// edge, or SCEVCouldNotCompute. The loop is guaranteed not to exit via
685     /// this block before this number of iterations, but may exit via another
686     /// block.
687     const SCEV *getExact(BasicBlock *ExitingBlock, ScalarEvolution *SE) const;
688
689     /// Get the max backedge taken count for the loop.
690     const SCEV *getMax(ScalarEvolution *SE) const;
691
692     /// Return true if the number of times this backedge is taken is either the
693     /// value returned by getMax or zero.
694     bool isMaxOrZero(ScalarEvolution *SE) const;
695
696     /// Return true if any backedge taken count expressions refer to the given
697     /// subexpression.
698     bool hasOperand(const SCEV *S, ScalarEvolution *SE) const;
699
700     /// Invalidate this result and free associated memory.
701     void clear();
702   };
703
704   /// Cache the backedge-taken count of the loops for this function as they
705   /// are computed.
706   DenseMap<const Loop *, BackedgeTakenInfo> BackedgeTakenCounts;
707
708   /// Cache the predicated backedge-taken count of the loops for this
709   /// function as they are computed.
710   DenseMap<const Loop *, BackedgeTakenInfo> PredicatedBackedgeTakenCounts;
711
712   /// This map contains entries for all of the PHI instructions that we
713   /// attempt to compute constant evolutions for.  This allows us to avoid
714   /// potentially expensive recomputation of these properties.  An instruction
715   /// maps to null if we are unable to compute its exit value.
716   DenseMap<PHINode *, Constant *> ConstantEvolutionLoopExitValue;
717
718   /// This map contains entries for all the expressions that we attempt to
719   /// compute getSCEVAtScope information for, which can be expensive in
720   /// extreme cases.
721   DenseMap<const SCEV *, SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 2>>
722       ValuesAtScopes;
723
724   /// Memoized computeLoopDisposition results.
725   DenseMap<const SCEV *,
726            SmallVector<PointerIntPair<const Loop *, 2, LoopDisposition>, 2>>
727       LoopDispositions;
728
729   struct LoopProperties {
730     /// Set to true if the loop contains no instruction that can have side
731     /// effects (i.e. via throwing an exception, volatile or atomic access).
732     bool HasNoAbnormalExits;
733
734     /// Set to true if the loop contains no instruction that can abnormally exit
735     /// the loop (i.e. via throwing an exception, by terminating the thread
736     /// cleanly or by infinite looping in a called function).  Strictly
737     /// speaking, the last one is not leaving the loop, but is identical to
738     /// leaving the loop for reasoning about undefined behavior.
739     bool HasNoSideEffects;
740   };
741
742   /// Cache for \c getLoopProperties.
743   DenseMap<const Loop *, LoopProperties> LoopPropertiesCache;
744
745   /// Return a \c LoopProperties instance for \p L, creating one if necessary.
746   LoopProperties getLoopProperties(const Loop *L);
747
748   bool loopHasNoSideEffects(const Loop *L) {
749     return getLoopProperties(L).HasNoSideEffects;
750   }
751
752   bool loopHasNoAbnormalExits(const Loop *L) {
753     return getLoopProperties(L).HasNoAbnormalExits;
754   }
755
756   /// Compute a LoopDisposition value.
757   LoopDisposition computeLoopDisposition(const SCEV *S, const Loop *L);
758
759   /// Memoized computeBlockDisposition results.
760   DenseMap<
761       const SCEV *,
762       SmallVector<PointerIntPair<const BasicBlock *, 2, BlockDisposition>, 2>>
763       BlockDispositions;
764
765   /// Compute a BlockDisposition value.
766   BlockDisposition computeBlockDisposition(const SCEV *S, const BasicBlock *BB);
767
768   /// Memoized results from getRange
769   DenseMap<const SCEV *, ConstantRange> UnsignedRanges;
770
771   /// Memoized results from getRange
772   DenseMap<const SCEV *, ConstantRange> SignedRanges;
773
774   /// Used to parameterize getRange
775   enum RangeSignHint { HINT_RANGE_UNSIGNED, HINT_RANGE_SIGNED };
776
777   /// Set the memoized range for the given SCEV.
778   const ConstantRange &setRange(const SCEV *S, RangeSignHint Hint,
779                                 const ConstantRange &CR) {
780     DenseMap<const SCEV *, ConstantRange> &Cache =
781         Hint == HINT_RANGE_UNSIGNED ? UnsignedRanges : SignedRanges;
782
783     auto Pair = Cache.insert({S, CR});
784     if (!Pair.second)
785       Pair.first->second = CR;
786     return Pair.first->second;
787   }
788
789   /// Determine the range for a particular SCEV.
790   ConstantRange getRange(const SCEV *S, RangeSignHint Hint);
791
792   /// Determines the range for the affine SCEVAddRecExpr {\p Start,+,\p Stop}.
793   /// Helper for \c getRange.
794   ConstantRange getRangeForAffineAR(const SCEV *Start, const SCEV *Stop,
795                                     const SCEV *MaxBECount, unsigned BitWidth);
796
797   /// Try to compute a range for the affine SCEVAddRecExpr {\p Start,+,\p
798   /// Stop} by "factoring out" a ternary expression from the add recurrence.
799   /// Helper called by \c getRange.
800   ConstantRange getRangeViaFactoring(const SCEV *Start, const SCEV *Stop,
801                                      const SCEV *MaxBECount, unsigned BitWidth);
802
803   /// We know that there is no SCEV for the specified value.  Analyze the
804   /// expression.
805   const SCEV *createSCEV(Value *V);
806
807   /// Provide the special handling we need to analyze PHI SCEVs.
808   const SCEV *createNodeForPHI(PHINode *PN);
809
810   /// Helper function called from createNodeForPHI.
811   const SCEV *createAddRecFromPHI(PHINode *PN);
812
813   /// Helper function called from createNodeForPHI.
814   const SCEV *createNodeFromSelectLikePHI(PHINode *PN);
815
816   /// Provide special handling for a select-like instruction (currently this
817   /// is either a select instruction or a phi node).  \p I is the instruction
818   /// being processed, and it is assumed equivalent to "Cond ? TrueVal :
819   /// FalseVal".
820   const SCEV *createNodeForSelectOrPHI(Instruction *I, Value *Cond,
821                                        Value *TrueVal, Value *FalseVal);
822
823   /// Provide the special handling we need to analyze GEP SCEVs.
824   const SCEV *createNodeForGEP(GEPOperator *GEP);
825
826   /// Implementation code for getSCEVAtScope; called at most once for each
827   /// SCEV+Loop pair.
828   ///
829   const SCEV *computeSCEVAtScope(const SCEV *S, const Loop *L);
830
831   /// This looks up computed SCEV values for all instructions that depend on
832   /// the given instruction and removes them from the ValueExprMap map if they
833   /// reference SymName. This is used during PHI resolution.
834   void forgetSymbolicName(Instruction *I, const SCEV *SymName);
835
836   /// Return the BackedgeTakenInfo for the given loop, lazily computing new
837   /// values if the loop hasn't been analyzed yet. The returned result is
838   /// guaranteed not to be predicated.
839   const BackedgeTakenInfo &getBackedgeTakenInfo(const Loop *L);
840
841   /// Similar to getBackedgeTakenInfo, but will add predicates as required
842   /// with the purpose of returning complete information.
843   const BackedgeTakenInfo &getPredicatedBackedgeTakenInfo(const Loop *L);
844
845   /// Compute the number of times the specified loop will iterate.
846   /// If AllowPredicates is set, we will create new SCEV predicates as
847   /// necessary in order to return an exact answer.
848   BackedgeTakenInfo computeBackedgeTakenCount(const Loop *L,
849                                               bool AllowPredicates = false);
850
851   /// Compute the number of times the backedge of the specified loop will
852   /// execute if it exits via the specified block. If AllowPredicates is set,
853   /// this call will try to use a minimal set of SCEV predicates in order to
854   /// return an exact answer.
855   ExitLimit computeExitLimit(const Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock,
856                              bool AllowPredicates = false);
857
858   /// Compute the number of times the backedge of the specified loop will
859   /// execute if its exit condition were a conditional branch of ExitCond,
860   /// TBB, and FBB.
861   ///
862   /// \p ControlsExit is true if ExitCond directly controls the exit
863   /// branch. In this case, we can assume that the loop exits only if the
864   /// condition is true and can infer that failing to meet the condition prior
865   /// to integer wraparound results in undefined behavior.
866   ///
867   /// If \p AllowPredicates is set, this call will try to use a minimal set of
868   /// SCEV predicates in order to return an exact answer.
869   ExitLimit computeExitLimitFromCond(const Loop *L, Value *ExitCond,
870                                      BasicBlock *TBB, BasicBlock *FBB,
871                                      bool ControlsExit,
872                                      bool AllowPredicates = false);
873
874   /// Compute the number of times the backedge of the specified loop will
875   /// execute if its exit condition were a conditional branch of the ICmpInst
876   /// ExitCond, TBB, and FBB. If AllowPredicates is set, this call will try
877   /// to use a minimal set of SCEV predicates in order to return an exact
878   /// answer.
879   ExitLimit computeExitLimitFromICmp(const Loop *L, ICmpInst *ExitCond,
880                                      BasicBlock *TBB, BasicBlock *FBB,
881                                      bool IsSubExpr,
882                                      bool AllowPredicates = false);
883
884   /// Compute the number of times the backedge of the specified loop will
885   /// execute if its exit condition were a switch with a single exiting case
886   /// to ExitingBB.
887   ExitLimit computeExitLimitFromSingleExitSwitch(const Loop *L,
888                                                  SwitchInst *Switch,
889                                                  BasicBlock *ExitingBB,
890                                                  bool IsSubExpr);
891
892   /// Given an exit condition of 'icmp op load X, cst', try to see if we can
893   /// compute the backedge-taken count.
894   ExitLimit computeLoadConstantCompareExitLimit(LoadInst *LI, Constant *RHS,
895                                                 const Loop *L,
896                                                 ICmpInst::Predicate p);
897
898   /// Compute the exit limit of a loop that is controlled by a
899   /// "(IV >> 1) != 0" type comparison.  We cannot compute the exact trip
900   /// count in these cases (since SCEV has no way of expressing them), but we
901   /// can still sometimes compute an upper bound.
902   ///
903   /// Return an ExitLimit for a loop whose backedge is guarded by `LHS Pred
904   /// RHS`.
905   ExitLimit computeShiftCompareExitLimit(Value *LHS, Value *RHS, const Loop *L,
906                                          ICmpInst::Predicate Pred);
907
908   /// If the loop is known to execute a constant number of times (the
909   /// condition evolves only from constants), try to evaluate a few iterations
910   /// of the loop until we get the exit condition gets a value of ExitWhen
911   /// (true or false).  If we cannot evaluate the exit count of the loop,
912   /// return CouldNotCompute.
913   const SCEV *computeExitCountExhaustively(const Loop *L, Value *Cond,
914                                            bool ExitWhen);
915
916   /// Return the number of times an exit condition comparing the specified
917   /// value to zero will execute.  If not computable, return CouldNotCompute.
918   /// If AllowPredicates is set, this call will try to use a minimal set of
919   /// SCEV predicates in order to return an exact answer.
920   ExitLimit howFarToZero(const SCEV *V, const Loop *L, bool IsSubExpr,
921                          bool AllowPredicates = false);
922
923   /// Return the number of times an exit condition checking the specified
924   /// value for nonzero will execute.  If not computable, return
925   /// CouldNotCompute.
926   ExitLimit howFarToNonZero(const SCEV *V, const Loop *L);
927
928   /// Return the number of times an exit condition containing the specified
929   /// less-than comparison will execute.  If not computable, return
930   /// CouldNotCompute.
931   ///
932   /// \p isSigned specifies whether the less-than is signed.
933   ///
934   /// \p ControlsExit is true when the LHS < RHS condition directly controls
935   /// the branch (loops exits only if condition is true). In this case, we can
936   /// use NoWrapFlags to skip overflow checks.
937   ///
938   /// If \p AllowPredicates is set, this call will try to use a minimal set of
939   /// SCEV predicates in order to return an exact answer.
940   ExitLimit howManyLessThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS, const Loop *L,
941                              bool isSigned, bool ControlsExit,
942                              bool AllowPredicates = false);
943
944   ExitLimit howManyGreaterThans(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS, const Loop *L,
945                                 bool isSigned, bool IsSubExpr,
946                                 bool AllowPredicates = false);
947
948   /// Return a predecessor of BB (which may not be an immediate predecessor)
949   /// which has exactly one successor from which BB is reachable, or null if
950   /// no such block is found.
951   std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *>
952   getPredecessorWithUniqueSuccessorForBB(BasicBlock *BB);
953
954   /// Test whether the condition described by Pred, LHS, and RHS is true
955   /// whenever the given FoundCondValue value evaluates to true.
956   bool isImpliedCond(ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
957                      Value *FoundCondValue, bool Inverse);
958
959   /// Test whether the condition described by Pred, LHS, and RHS is true
960   /// whenever the condition described by FoundPred, FoundLHS, FoundRHS is
961   /// true.
962   bool isImpliedCond(ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
963                      ICmpInst::Predicate FoundPred, const SCEV *FoundLHS,
964                      const SCEV *FoundRHS);
965
966   /// Test whether the condition described by Pred, LHS, and RHS is true
967   /// whenever the condition described by Pred, FoundLHS, and FoundRHS is
968   /// true.
969   bool isImpliedCondOperands(ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS,
970                              const SCEV *RHS, const SCEV *FoundLHS,
971                              const SCEV *FoundRHS);
972
973   /// Test whether the condition described by Pred, LHS, and RHS is true
974   /// whenever the condition described by Pred, FoundLHS, and FoundRHS is
975   /// true.
976   bool isImpliedCondOperandsHelper(ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS,
977                                    const SCEV *RHS, const SCEV *FoundLHS,
978                                    const SCEV *FoundRHS);
979
980   /// Test whether the condition described by Pred, LHS, and RHS is true
981   /// whenever the condition described by Pred, FoundLHS, and FoundRHS is
982   /// true.  Utility function used by isImpliedCondOperands.  Tries to get
983   /// cases like "X `sgt` 0 => X - 1 `sgt` -1".
984   bool isImpliedCondOperandsViaRanges(ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS,
985                                       const SCEV *RHS, const SCEV *FoundLHS,
986                                       const SCEV *FoundRHS);
987
988   /// Return true if the condition denoted by \p LHS \p Pred \p RHS is implied
989   /// by a call to \c @llvm.experimental.guard in \p BB.
990   bool isImpliedViaGuard(BasicBlock *BB, ICmpInst::Predicate Pred,
991                          const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
992
993   /// Test whether the condition described by Pred, LHS, and RHS is true
994   /// whenever the condition described by Pred, FoundLHS, and FoundRHS is
995   /// true.
996   ///
997   /// This routine tries to rule out certain kinds of integer overflow, and
998   /// then tries to reason about arithmetic properties of the predicates.
999   bool isImpliedCondOperandsViaNoOverflow(ICmpInst::Predicate Pred,
1000                                           const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
1001                                           const SCEV *FoundLHS,
1002                                           const SCEV *FoundRHS);
1003
1004   /// If we know that the specified Phi is in the header of its containing
1005   /// loop, we know the loop executes a constant number of times, and the PHI
1006   /// node is just a recurrence involving constants, fold it.
1007   Constant *getConstantEvolutionLoopExitValue(PHINode *PN, const APInt &BEs,
1008                                               const Loop *L);
1009
1010   /// Test if the given expression is known to satisfy the condition described
1011   /// by Pred and the known constant ranges of LHS and RHS.
1012   ///
1013   bool isKnownPredicateViaConstantRanges(ICmpInst::Predicate Pred,
1014                                          const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
1015
1016   /// Try to prove the condition described by "LHS Pred RHS" by ruling out
1017   /// integer overflow.
1018   ///
1019   /// For instance, this will return true for "A s< (A + C)<nsw>" if C is
1020   /// positive.
1021   bool isKnownPredicateViaNoOverflow(ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS,
1022                                      const SCEV *RHS);
1023
1024   /// Try to split Pred LHS RHS into logical conjunctions (and's) and try to
1025   /// prove them individually.
1026   bool isKnownPredicateViaSplitting(ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS,
1027                                     const SCEV *RHS);
1028
1029   /// Try to match the Expr as "(L + R)<Flags>".
1030   bool splitBinaryAdd(const SCEV *Expr, const SCEV *&L, const SCEV *&R,
1031                       SCEV::NoWrapFlags &Flags);
1032
1033   /// Compute \p LHS - \p RHS and returns the result as an APInt if it is a
1034   /// constant, and None if it isn't.
1035   ///
1036   /// This is intended to be a cheaper version of getMinusSCEV.  We can be
1037   /// frugal here since we just bail out of actually constructing and
1038   /// canonicalizing an expression in the cases where the result isn't going
1039   /// to be a constant.
1040   Optional<APInt> computeConstantDifference(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
1041
1042   /// Drop memoized information computed for S.
1043   void forgetMemoizedResults(const SCEV *S);
1044
1045   /// Return an existing SCEV for V if there is one, otherwise return nullptr.
1046   const SCEV *getExistingSCEV(Value *V);
1047
1048   /// Return false iff given SCEV contains a SCEVUnknown with NULL value-
1049   /// pointer.
1050   bool checkValidity(const SCEV *S) const;
1051
1052   /// Return true if `ExtendOpTy`({`Start`,+,`Step`}) can be proved to be
1053   /// equal to {`ExtendOpTy`(`Start`),+,`ExtendOpTy`(`Step`)}.  This is
1054   /// equivalent to proving no signed (resp. unsigned) wrap in
1055   /// {`Start`,+,`Step`} if `ExtendOpTy` is `SCEVSignExtendExpr`
1056   /// (resp. `SCEVZeroExtendExpr`).
1057   ///
1058   template <typename ExtendOpTy>
1059   bool proveNoWrapByVaryingStart(const SCEV *Start, const SCEV *Step,
1060                                  const Loop *L);
1061
1062   /// Try to prove NSW or NUW on \p AR relying on ConstantRange manipulation.
1063   SCEV::NoWrapFlags proveNoWrapViaConstantRanges(const SCEVAddRecExpr *AR);
1064
1065   bool isMonotonicPredicateImpl(const SCEVAddRecExpr *LHS,
1066                                 ICmpInst::Predicate Pred, bool &Increasing);
1067
1068   /// Return true if, for all loop invariant X, the predicate "LHS `Pred` X"
1069   /// is monotonically increasing or decreasing.  In the former case set
1070   /// `Increasing` to true and in the latter case set `Increasing` to false.
1071   ///
1072   /// A predicate is said to be monotonically increasing if may go from being
1073   /// false to being true as the loop iterates, but never the other way
1074   /// around.  A predicate is said to be monotonically decreasing if may go
1075   /// from being true to being false as the loop iterates, but never the other
1076   /// way around.
1077   bool isMonotonicPredicate(const SCEVAddRecExpr *LHS, ICmpInst::Predicate Pred,
1078                             bool &Increasing);
1079
1080   /// Return SCEV no-wrap flags that can be proven based on reasoning about
1081   /// how poison produced from no-wrap flags on this value (e.g. a nuw add)
1082   /// would trigger undefined behavior on overflow.
1083   SCEV::NoWrapFlags getNoWrapFlagsFromUB(const Value *V);
1084
1085   /// Return true if the SCEV corresponding to \p I is never poison.  Proving
1086   /// this is more complex than proving that just \p I is never poison, since
1087   /// SCEV commons expressions across control flow, and you can have cases
1088   /// like:
1089   ///
1090   ///   idx0 = a + b;
1091   ///   ptr[idx0] = 100;
1092   ///   if (<condition>) {
1093   ///     idx1 = a +nsw b;
1094   ///     ptr[idx1] = 200;
1095   ///   }
1096   ///
1097   /// where the SCEV expression (+ a b) is guaranteed to not be poison (and
1098   /// hence not sign-overflow) only if "<condition>" is true.  Since both
1099   /// `idx0` and `idx1` will be mapped to the same SCEV expression, (+ a b),
1100   /// it is not okay to annotate (+ a b) with <nsw> in the above example.
1101   bool isSCEVExprNeverPoison(const Instruction *I);
1102
1103   /// This is like \c isSCEVExprNeverPoison but it specifically works for
1104   /// instructions that will get mapped to SCEV add recurrences.  Return true
1105   /// if \p I will never generate poison under the assumption that \p I is an
1106   /// add recurrence on the loop \p L.
1107   bool isAddRecNeverPoison(const Instruction *I, const Loop *L);
1108
1109 public:
1110   ScalarEvolution(Function &F, TargetLibraryInfo &TLI, AssumptionCache &AC,
1111                   DominatorTree &DT, LoopInfo &LI);
1112   ~ScalarEvolution();
1113   ScalarEvolution(ScalarEvolution &&Arg);
1114
1115   LLVMContext &getContext() const { return F.getContext(); }
1116
1117   /// Test if values of the given type are analyzable within the SCEV
1118   /// framework. This primarily includes integer types, and it can optionally
1119   /// include pointer types if the ScalarEvolution class has access to
1120   /// target-specific information.
1121   bool isSCEVable(Type *Ty) const;
1122
1123   /// Return the size in bits of the specified type, for which isSCEVable must
1124   /// return true.
1125   uint64_t getTypeSizeInBits(Type *Ty) const;
1126
1127   /// Return a type with the same bitwidth as the given type and which
1128   /// represents how SCEV will treat the given type, for which isSCEVable must
1129   /// return true. For pointer types, this is the pointer-sized integer type.
1130   Type *getEffectiveSCEVType(Type *Ty) const;
1131
1132   /// Return true if the SCEV is a scAddRecExpr or it contains
1133   /// scAddRecExpr. The result will be cached in HasRecMap.
1134   ///
1135   bool containsAddRecurrence(const SCEV *S);
1136
1137   /// Return the Value set from which the SCEV expr is generated.
1138   SetVector<ValueOffsetPair> *getSCEVValues(const SCEV *S);
1139
1140   /// Erase Value from ValueExprMap and ExprValueMap.
1141   void eraseValueFromMap(Value *V);
1142
1143   /// Return a SCEV expression for the full generality of the specified
1144   /// expression.
1145   const SCEV *getSCEV(Value *V);
1146
1147   const SCEV *getConstant(ConstantInt *V);
1148   const SCEV *getConstant(const APInt &Val);
1149   const SCEV *getConstant(Type *Ty, uint64_t V, bool isSigned = false);
1150   const SCEV *getTruncateExpr(const SCEV *Op, Type *Ty);
1151   const SCEV *getZeroExtendExpr(const SCEV *Op, Type *Ty);
1152   const SCEV *getSignExtendExpr(const SCEV *Op, Type *Ty);
1153   const SCEV *getAnyExtendExpr(const SCEV *Op, Type *Ty);
1154   const SCEV *getAddExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1155                          SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap);
1156   const SCEV *getAddExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
1157                          SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap) {
1158     SmallVector<const SCEV *, 2> Ops = {LHS, RHS};
1159     return getAddExpr(Ops, Flags);
1160   }
1161   const SCEV *getAddExpr(const SCEV *Op0, const SCEV *Op1, const SCEV *Op2,
1162                          SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap) {
1163     SmallVector<const SCEV *, 3> Ops = {Op0, Op1, Op2};
1164     return getAddExpr(Ops, Flags);
1165   }
1166   const SCEV *getMulExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
1167                          SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap);
1168   const SCEV *getMulExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
1169                          SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap) {
1170     SmallVector<const SCEV *, 2> Ops = {LHS, RHS};
1171     return getMulExpr(Ops, Flags);
1172   }
1173   const SCEV *getMulExpr(const SCEV *Op0, const SCEV *Op1, const SCEV *Op2,
1174                          SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap) {
1175     SmallVector<const SCEV *, 3> Ops = {Op0, Op1, Op2};
1176     return getMulExpr(Ops, Flags);
1177   }
1178   const SCEV *getUDivExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
1179   const SCEV *getUDivExactExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
1180   const SCEV *getAddRecExpr(const SCEV *Start, const SCEV *Step, const Loop *L,
1181                             SCEV::NoWrapFlags Flags);
1182   const SCEV *getAddRecExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
1183                             const Loop *L, SCEV::NoWrapFlags Flags);
1184   const SCEV *getAddRecExpr(const SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands,
1185                             const Loop *L, SCEV::NoWrapFlags Flags) {
1186     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOp(Operands.begin(), Operands.end());
1187     return getAddRecExpr(NewOp, L, Flags);
1188   }
1189   /// Returns an expression for a GEP
1190   ///
1191   /// \p GEP The GEP. The indices contained in the GEP itself are ignored,
1192   /// instead we use IndexExprs.
1193   /// \p IndexExprs The expressions for the indices.
1194   const SCEV *getGEPExpr(GEPOperator *GEP,
1195                          const SmallVectorImpl<const SCEV *> &IndexExprs);
1196   const SCEV *getSMaxExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
1197   const SCEV *getSMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands);
1198   const SCEV *getUMaxExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
1199   const SCEV *getUMaxExpr(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Operands);
1200   const SCEV *getSMinExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
1201   const SCEV *getUMinExpr(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
1202   const SCEV *getUnknown(Value *V);
1203   const SCEV *getCouldNotCompute();
1204
1205   /// Return a SCEV for the constant 0 of a specific type.
1206   const SCEV *getZero(Type *Ty) { return getConstant(Ty, 0); }
1207
1208   /// Return a SCEV for the constant 1 of a specific type.
1209   const SCEV *getOne(Type *Ty) { return getConstant(Ty, 1); }
1210
1211   /// Return an expression for sizeof AllocTy that is type IntTy
1212   ///
1213   const SCEV *getSizeOfExpr(Type *IntTy, Type *AllocTy);
1214
1215   /// Return an expression for offsetof on the given field with type IntTy
1216   ///
1217   const SCEV *getOffsetOfExpr(Type *IntTy, StructType *STy, unsigned FieldNo);
1218
1219   /// Return the SCEV object corresponding to -V.
1220   ///
1221   const SCEV *getNegativeSCEV(const SCEV *V,
1222                               SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap);
1223
1224   /// Return the SCEV object corresponding to ~V.
1225   ///
1226   const SCEV *getNotSCEV(const SCEV *V);
1227
1228   /// Return LHS-RHS.  Minus is represented in SCEV as A+B*-1.
1229   const SCEV *getMinusSCEV(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
1230                            SCEV::NoWrapFlags Flags = SCEV::FlagAnyWrap);
1231
1232   /// Return a SCEV corresponding to a conversion of the input value to the
1233   /// specified type.  If the type must be extended, it is zero extended.
1234   const SCEV *getTruncateOrZeroExtend(const SCEV *V, Type *Ty);
1235
1236   /// Return a SCEV corresponding to a conversion of the input value to the
1237   /// specified type.  If the type must be extended, it is sign extended.
1238   const SCEV *getTruncateOrSignExtend(const SCEV *V, Type *Ty);
1239
1240   /// Return a SCEV corresponding to a conversion of the input value to the
1241   /// specified type.  If the type must be extended, it is zero extended.  The
1242   /// conversion must not be narrowing.
1243   const SCEV *getNoopOrZeroExtend(const SCEV *V, Type *Ty);
1244
1245   /// Return a SCEV corresponding to a conversion of the input value to the
1246   /// specified type.  If the type must be extended, it is sign extended.  The
1247   /// conversion must not be narrowing.
1248   const SCEV *getNoopOrSignExtend(const SCEV *V, Type *Ty);
1249
1250   /// Return a SCEV corresponding to a conversion of the input value to the
1251   /// specified type. If the type must be extended, it is extended with
1252   /// unspecified bits. The conversion must not be narrowing.
1253   const SCEV *getNoopOrAnyExtend(const SCEV *V, Type *Ty);
1254
1255   /// Return a SCEV corresponding to a conversion of the input value to the
1256   /// specified type.  The conversion must not be widening.
1257   const SCEV *getTruncateOrNoop(const SCEV *V, Type *Ty);
1258
1259   /// Promote the operands to the wider of the types using zero-extension, and
1260   /// then perform a umax operation with them.
1261   const SCEV *getUMaxFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
1262
1263   /// Promote the operands to the wider of the types using zero-extension, and
1264   /// then perform a umin operation with them.
1265   const SCEV *getUMinFromMismatchedTypes(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
1266
1267   /// Transitively follow the chain of pointer-type operands until reaching a
1268   /// SCEV that does not have a single pointer operand. This returns a
1269   /// SCEVUnknown pointer for well-formed pointer-type expressions, but corner
1270   /// cases do exist.
1271   const SCEV *getPointerBase(const SCEV *V);
1272
1273   /// Return a SCEV expression for the specified value at the specified scope
1274   /// in the program.  The L value specifies a loop nest to evaluate the
1275   /// expression at, where null is the top-level or a specified loop is
1276   /// immediately inside of the loop.
1277   ///
1278   /// This method can be used to compute the exit value for a variable defined
1279   /// in a loop by querying what the value will hold in the parent loop.
1280   ///
1281   /// In the case that a relevant loop exit value cannot be computed, the
1282   /// original value V is returned.
1283   const SCEV *getSCEVAtScope(const SCEV *S, const Loop *L);
1284
1285   /// This is a convenience function which does getSCEVAtScope(getSCEV(V), L).
1286   const SCEV *getSCEVAtScope(Value *V, const Loop *L);
1287
1288   /// Test whether entry to the loop is protected by a conditional between LHS
1289   /// and RHS.  This is used to help avoid max expressions in loop trip
1290   /// counts, and to eliminate casts.
1291   bool isLoopEntryGuardedByCond(const Loop *L, ICmpInst::Predicate Pred,
1292                                 const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
1293
1294   /// Test whether the backedge of the loop is protected by a conditional
1295   /// between LHS and RHS.  This is used to to eliminate casts.
1296   bool isLoopBackedgeGuardedByCond(const Loop *L, ICmpInst::Predicate Pred,
1297                                    const SCEV *LHS, const SCEV *RHS);
1298
1299   /// Returns the maximum trip count of the loop if it is a single-exit
1300   /// loop and we can compute a small maximum for that loop.
1301   ///
1302   /// Implemented in terms of the \c getSmallConstantTripCount overload with
1303   /// the single exiting block passed to it. See that routine for details.
1304   unsigned getSmallConstantTripCount(Loop *L);
1305
1306   /// Returns the maximum trip count of this loop as a normal unsigned
1307   /// value. Returns 0 if the trip count is unknown or not constant. This
1308   /// "trip count" assumes that control exits via ExitingBlock. More
1309   /// precisely, it is the number of times that control may reach ExitingBlock
1310   /// before taking the branch. For loops with multiple exits, it may not be
1311   /// the number times that the loop header executes if the loop exits
1312   /// prematurely via another branch.
1313   unsigned getSmallConstantTripCount(Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock);
1314
1315   /// Returns the upper bound of the loop trip count as a normal unsigned
1316   /// value.
1317   /// Returns 0 if the trip count is unknown or not constant.
1318   unsigned getSmallConstantMaxTripCount(Loop *L);
1319
1320   /// Returns the largest constant divisor of the trip count of the
1321   /// loop if it is a single-exit loop and we can compute a small maximum for
1322   /// that loop.
1323   ///
1324   /// Implemented in terms of the \c getSmallConstantTripMultiple overload with
1325   /// the single exiting block passed to it. See that routine for details.
1326   unsigned getSmallConstantTripMultiple(Loop *L);
1327
1328   /// Returns the largest constant divisor of the trip count of this loop as a
1329   /// normal unsigned value, if possible. This means that the actual trip
1330   /// count is always a multiple of the returned value (don't forget the trip
1331   /// count could very well be zero as well!). As explained in the comments
1332   /// for getSmallConstantTripCount, this assumes that control exits the loop
1333   /// via ExitingBlock.
1334   unsigned getSmallConstantTripMultiple(Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock);
1335
1336   /// Get the expression for the number of loop iterations for which this loop
1337   /// is guaranteed not to exit via ExitingBlock. Otherwise return
1338   /// SCEVCouldNotCompute.
1339   const SCEV *getExitCount(Loop *L, BasicBlock *ExitingBlock);
1340
1341   /// If the specified loop has a predictable backedge-taken count, return it,
1342   /// otherwise return a SCEVCouldNotCompute object. The backedge-taken count
1343   /// is the number of times the loop header will be branched to from within
1344   /// the loop. This is one less than the trip count of the loop, since it
1345   /// doesn't count the first iteration, when the header is branched to from
1346   /// outside the loop.
1347   ///
1348   /// Note that it is not valid to call this method on a loop without a
1349   /// loop-invariant backedge-taken count (see
1350   /// hasLoopInvariantBackedgeTakenCount).
1351   ///
1352   const SCEV *getBackedgeTakenCount(const Loop *L);
1353
1354   /// Similar to getBackedgeTakenCount, except it will add a set of
1355   /// SCEV predicates to Predicates that are required to be true in order for
1356   /// the answer to be correct. Predicates can be checked with run-time
1357   /// checks and can be used to perform loop versioning.
1358   const SCEV *getPredicatedBackedgeTakenCount(const Loop *L,
1359                                               SCEVUnionPredicate &Predicates);
1360
1361   /// Similar to getBackedgeTakenCount, except return the least SCEV value
1362   /// that is known never to be less than the actual backedge taken count.
1363   const SCEV *getMaxBackedgeTakenCount(const Loop *L);
1364
1365   /// Return true if the backedge taken count is either the value returned by
1366   /// getMaxBackedgeTakenCount or zero.
1367   bool isBackedgeTakenCountMaxOrZero(const Loop *L);
1368
1369   /// Return true if the specified loop has an analyzable loop-invariant
1370   /// backedge-taken count.
1371   bool hasLoopInvariantBackedgeTakenCount(const Loop *L);
1372
1373   /// This method should be called by the client when it has changed a loop in
1374   /// a way that may effect ScalarEvolution's ability to compute a trip count,
1375   /// or if the loop is deleted.  This call is potentially expensive for large
1376   /// loop bodies.
1377   void forgetLoop(const Loop *L);
1378
1379   /// This method should be called by the client when it has changed a value
1380   /// in a way that may effect its value, or which may disconnect it from a
1381   /// def-use chain linking it to a loop.
1382   void forgetValue(Value *V);
1383
1384   /// Called when the client has changed the disposition of values in
1385   /// this loop.
1386   ///
1387   /// We don't have a way to invalidate per-loop dispositions. Clear and
1388   /// recompute is simpler.
1389   void forgetLoopDispositions(const Loop *L) { LoopDispositions.clear(); }
1390
1391   /// Determine the minimum number of zero bits that S is guaranteed to end in
1392   /// (at every loop iteration).  It is, at the same time, the minimum number
1393   /// of times S is divisible by 2.  For example, given {4,+,8} it returns 2.
1394   /// If S is guaranteed to be 0, it returns the bitwidth of S.
1395   uint32_t GetMinTrailingZeros(const SCEV *S);
1396
1397   /// Determine the unsigned range for a particular SCEV.
1398   ///
1399   ConstantRange getUnsignedRange(const SCEV *S) {
1400     return getRange(S, HINT_RANGE_UNSIGNED);
1401   }
1402
1403   /// Determine the signed range for a particular SCEV.
1404   ///
1405   ConstantRange getSignedRange(const SCEV *S) {
1406     return getRange(S, HINT_RANGE_SIGNED);
1407   }
1408
1409   /// Test if the given expression is known to be negative.
1410   ///
1411   bool isKnownNegative(const SCEV *S);
1412
1413   /// Test if the given expression is known to be positive.
1414   ///
1415   bool isKnownPositive(const SCEV *S);
1416
1417   /// Test if the given expression is known to be non-negative.
1418   ///
1419   bool isKnownNonNegative(const SCEV *S);
1420
1421   /// Test if the given expression is known to be non-positive.
1422   ///
1423   bool isKnownNonPositive(const SCEV *S);
1424
1425   /// Test if the given expression is known to be non-zero.
1426   ///
1427   bool isKnownNonZero(const SCEV *S);
1428
1429   /// Test if the given expression is known to satisfy the condition described
1430   /// by Pred, LHS, and RHS.
1431   ///
1432   bool isKnownPredicate(ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS,
1433                         const SCEV *RHS);
1434
1435   /// Return true if the result of the predicate LHS `Pred` RHS is loop
1436   /// invariant with respect to L.  Set InvariantPred, InvariantLHS and
1437   /// InvariantLHS so that InvariantLHS `InvariantPred` InvariantRHS is the
1438   /// loop invariant form of LHS `Pred` RHS.
1439   bool isLoopInvariantPredicate(ICmpInst::Predicate Pred, const SCEV *LHS,
1440                                 const SCEV *RHS, const Loop *L,
1441                                 ICmpInst::Predicate &InvariantPred,
1442                                 const SCEV *&InvariantLHS,
1443                                 const SCEV *&InvariantRHS);
1444
1445   /// Simplify LHS and RHS in a comparison with predicate Pred. Return true
1446   /// iff any changes were made. If the operands are provably equal or
1447   /// unequal, LHS and RHS are set to the same value and Pred is set to either
1448   /// ICMP_EQ or ICMP_NE.
1449   ///
1450   bool SimplifyICmpOperands(ICmpInst::Predicate &Pred, const SCEV *&LHS,
1451                             const SCEV *&RHS, unsigned Depth = 0);
1452
1453   /// Return the "disposition" of the given SCEV with respect to the given
1454   /// loop.
1455   LoopDisposition getLoopDisposition(const SCEV *S, const Loop *L);
1456
1457   /// Return true if the value of the given SCEV is unchanging in the
1458   /// specified loop.
1459   bool isLoopInvariant(const SCEV *S, const Loop *L);
1460
1461   /// Return true if the given SCEV changes value in a known way in the
1462   /// specified loop.  This property being true implies that the value is
1463   /// variant in the loop AND that we can emit an expression to compute the
1464   /// value of the expression at any particular loop iteration.
1465   bool hasComputableLoopEvolution(const SCEV *S, const Loop *L);
1466
1467   /// Return the "disposition" of the given SCEV with respect to the given
1468   /// block.
1469   BlockDisposition getBlockDisposition(const SCEV *S, const BasicBlock *BB);
1470
1471   /// Return true if elements that makes up the given SCEV dominate the
1472   /// specified basic block.
1473   bool dominates(const SCEV *S, const BasicBlock *BB);
1474
1475   /// Return true if elements that makes up the given SCEV properly dominate
1476   /// the specified basic block.
1477   bool properlyDominates(const SCEV *S, const BasicBlock *BB);
1478
1479   /// Test whether the given SCEV has Op as a direct or indirect operand.
1480   bool hasOperand(const SCEV *S, const SCEV *Op) const;
1481
1482   /// Return the size of an element read or written by Inst.
1483   const SCEV *getElementSize(Instruction *Inst);
1484
1485   /// Compute the array dimensions Sizes from the set of Terms extracted from
1486   /// the memory access function of this SCEVAddRecExpr (second step of
1487   /// delinearization).
1488   void findArrayDimensions(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms,
1489                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes,
1490                            const SCEV *ElementSize) const;
1491
1492   void print(raw_ostream &OS) const;
1493   void verify() const;
1494   bool invalidate(Function &F, const PreservedAnalyses &PA,
1495                   FunctionAnalysisManager::Invalidator &Inv);
1496
1497   /// Collect parametric terms occurring in step expressions (first step of
1498   /// delinearization).
1499   void collectParametricTerms(const SCEV *Expr,
1500                               SmallVectorImpl<const SCEV *> &Terms);
1501
1502   /// Return in Subscripts the access functions for each dimension in Sizes
1503   /// (third step of delinearization).
1504   void computeAccessFunctions(const SCEV *Expr,
1505                               SmallVectorImpl<const SCEV *> &Subscripts,
1506                               SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes);
1507
1508   /// Split this SCEVAddRecExpr into two vectors of SCEVs representing the
1509   /// subscripts and sizes of an array access.
1510   ///
1511   /// The delinearization is a 3 step process: the first two steps compute the
1512   /// sizes of each subscript and the third step computes the access functions
1513   /// for the delinearized array:
1514   ///
1515   /// 1. Find the terms in the step functions
1516   /// 2. Compute the array size
1517   /// 3. Compute the access function: divide the SCEV by the array size
1518   ///    starting with the innermost dimensions found in step 2. The Quotient
1519   ///    is the SCEV to be divided in the next step of the recursion. The
1520   ///    Remainder is the subscript of the innermost dimension. Loop over all
1521   ///    array dimensions computed in step 2.
1522   ///
1523   /// To compute a uniform array size for several memory accesses to the same
1524   /// object, one can collect in step 1 all the step terms for all the memory
1525   /// accesses, and compute in step 2 a unique array shape. This guarantees
1526   /// that the array shape will be the same across all memory accesses.
1527   ///
1528   /// FIXME: We could derive the result of steps 1 and 2 from a description of
1529   /// the array shape given in metadata.
1530   ///
1531   /// Example:
1532   ///
1533   /// A[][n][m]
1534   ///
1535   /// for i
1536   ///   for j
1537   ///     for k
1538   ///       A[j+k][2i][5i] =
1539   ///
1540   /// The initial SCEV:
1541   ///
1542   /// A[{{{0,+,2*m+5}_i, +, n*m}_j, +, n*m}_k]
1543   ///
1544   /// 1. Find the different terms in the step functions:
1545   /// -> [2*m, 5, n*m, n*m]
1546   ///
1547   /// 2. Compute the array size: sort and unique them
1548   /// -> [n*m, 2*m, 5]
1549   /// find the GCD of all the terms = 1
1550   /// divide by the GCD and erase constant terms
1551   /// -> [n*m, 2*m]
1552   /// GCD = m
1553   /// divide by GCD -> [n, 2]
1554   /// remove constant terms
1555   /// -> [n]
1556   /// size of the array is A[unknown][n][m]
1557   ///
1558   /// 3. Compute the access function
1559   /// a. Divide {{{0,+,2*m+5}_i, +, n*m}_j, +, n*m}_k by the innermost size m
1560   /// Quotient: {{{0,+,2}_i, +, n}_j, +, n}_k
1561   /// Remainder: {{{0,+,5}_i, +, 0}_j, +, 0}_k
1562   /// The remainder is the subscript of the innermost array dimension: [5i].
1563   ///
1564   /// b. Divide Quotient: {{{0,+,2}_i, +, n}_j, +, n}_k by next outer size n
1565   /// Quotient: {{{0,+,0}_i, +, 1}_j, +, 1}_k
1566   /// Remainder: {{{0,+,2}_i, +, 0}_j, +, 0}_k
1567   /// The Remainder is the subscript of the next array dimension: [2i].
1568   ///
1569   /// The subscript of the outermost dimension is the Quotient: [j+k].
1570   ///
1571   /// Overall, we have: A[][n][m], and the access function: A[j+k][2i][5i].
1572   void delinearize(const SCEV *Expr, SmallVectorImpl<const SCEV *> &Subscripts,
1573                    SmallVectorImpl<const SCEV *> &Sizes,
1574                    const SCEV *ElementSize);
1575
1576   /// Return the DataLayout associated with the module this SCEV instance is
1577   /// operating on.
1578   const DataLayout &getDataLayout() const {
1579     return F.getParent()->getDataLayout();
1580   }
1581
1582   const SCEVPredicate *getEqualPredicate(const SCEVUnknown *LHS,
1583                                          const SCEVConstant *RHS);
1584
1585   const SCEVPredicate *
1586   getWrapPredicate(const SCEVAddRecExpr *AR,
1587                    SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags AddedFlags);
1588
1589   /// Re-writes the SCEV according to the Predicates in \p A.
1590   const SCEV *rewriteUsingPredicate(const SCEV *S, const Loop *L,
1591                                     SCEVUnionPredicate &A);
1592   /// Tries to convert the \p S expression to an AddRec expression,
1593   /// adding additional predicates to \p Preds as required.
1594   const SCEVAddRecExpr *convertSCEVToAddRecWithPredicates(
1595       const SCEV *S, const Loop *L,
1596       SmallPtrSetImpl<const SCEVPredicate *> &Preds);
1597
1598 private:
1599   /// Compute the backedge taken count knowing the interval difference, the
1600   /// stride and presence of the equality in the comparison.
1601   const SCEV *computeBECount(const SCEV *Delta, const SCEV *Stride,
1602                              bool Equality);
1603
1604   /// Verify if an linear IV with positive stride can overflow when in a
1605   /// less-than comparison, knowing the invariant term of the comparison,
1606   /// the stride and the knowledge of NSW/NUW flags on the recurrence.
1607   bool doesIVOverflowOnLT(const SCEV *RHS, const SCEV *Stride, bool IsSigned,
1608                           bool NoWrap);
1609
1610   /// Verify if an linear IV with negative stride can overflow when in a
1611   /// greater-than comparison, knowing the invariant term of the comparison,
1612   /// the stride and the knowledge of NSW/NUW flags on the recurrence.
1613   bool doesIVOverflowOnGT(const SCEV *RHS, const SCEV *Stride, bool IsSigned,
1614                           bool NoWrap);
1615
1616 private:
1617   FoldingSet<SCEV> UniqueSCEVs;
1618   FoldingSet<SCEVPredicate> UniquePreds;
1619   BumpPtrAllocator SCEVAllocator;
1620
1621   /// The head of a linked list of all SCEVUnknown values that have been
1622   /// allocated. This is used by releaseMemory to locate them all and call
1623   /// their destructors.
1624   SCEVUnknown *FirstUnknown;
1625 };
1626
1627 /// Analysis pass that exposes the \c ScalarEvolution for a function.
1628 class ScalarEvolutionAnalysis
1629     : public AnalysisInfoMixin<ScalarEvolutionAnalysis> {
1630   friend AnalysisInfoMixin<ScalarEvolutionAnalysis>;
1631   static AnalysisKey Key;
1632
1633 public:
1634   typedef ScalarEvolution Result;
1635
1636   ScalarEvolution run(Function &F, FunctionAnalysisManager &AM);
1637 };
1638
1639 /// Printer pass for the \c ScalarEvolutionAnalysis results.
1640 class ScalarEvolutionPrinterPass
1641     : public PassInfoMixin<ScalarEvolutionPrinterPass> {
1642   raw_ostream &OS;
1643
1644 public:
1645   explicit ScalarEvolutionPrinterPass(raw_ostream &OS) : OS(OS) {}
1646   PreservedAnalyses run(Function &F, FunctionAnalysisManager &AM);
1647 };
1648
1649 class ScalarEvolutionWrapperPass : public FunctionPass {
1650   std::unique_ptr<ScalarEvolution> SE;
1651
1652 public:
1653   static char ID;
1654
1655   ScalarEvolutionWrapperPass();
1656
1657   ScalarEvolution &getSE() { return *SE; }
1658   const ScalarEvolution &getSE() const { return *SE; }
1659
1660   bool runOnFunction(Function &F) override;
1661   void releaseMemory() override;
1662   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
1663   void print(raw_ostream &OS, const Module * = nullptr) const override;
1664   void verifyAnalysis() const override;
1665 };
1666
1667 /// An interface layer with SCEV used to manage how we see SCEV expressions
1668 /// for values in the context of existing predicates. We can add new
1669 /// predicates, but we cannot remove them.
1670 ///
1671 /// This layer has multiple purposes:
1672 ///   - provides a simple interface for SCEV versioning.
1673 ///   - guarantees that the order of transformations applied on a SCEV
1674 ///     expression for a single Value is consistent across two different
1675 ///     getSCEV calls. This means that, for example, once we've obtained
1676 ///     an AddRec expression for a certain value through expression
1677 ///     rewriting, we will continue to get an AddRec expression for that
1678 ///     Value.
1679 ///   - lowers the number of expression rewrites.
1680 class PredicatedScalarEvolution {
1681 public:
1682   PredicatedScalarEvolution(ScalarEvolution &SE, Loop &L);
1683   const SCEVUnionPredicate &getUnionPredicate() const;
1684
1685   /// Returns the SCEV expression of V, in the context of the current SCEV
1686   /// predicate.  The order of transformations applied on the expression of V
1687   /// returned by ScalarEvolution is guaranteed to be preserved, even when
1688   /// adding new predicates.
1689   const SCEV *getSCEV(Value *V);
1690
1691   /// Get the (predicated) backedge count for the analyzed loop.
1692   const SCEV *getBackedgeTakenCount();
1693
1694   /// Adds a new predicate.
1695   void addPredicate(const SCEVPredicate &Pred);
1696
1697   /// Attempts to produce an AddRecExpr for V by adding additional SCEV
1698   /// predicates. If we can't transform the expression into an AddRecExpr we
1699   /// return nullptr and not add additional SCEV predicates to the current
1700   /// context.
1701   const SCEVAddRecExpr *getAsAddRec(Value *V);
1702
1703   /// Proves that V doesn't overflow by adding SCEV predicate.
1704   void setNoOverflow(Value *V, SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags Flags);
1705
1706   /// Returns true if we've proved that V doesn't wrap by means of a SCEV
1707   /// predicate.
1708   bool hasNoOverflow(Value *V, SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags Flags);
1709
1710   /// Returns the ScalarEvolution analysis used.
1711   ScalarEvolution *getSE() const { return &SE; }
1712
1713   /// We need to explicitly define the copy constructor because of FlagsMap.
1714   PredicatedScalarEvolution(const PredicatedScalarEvolution &);
1715
1716   /// Print the SCEV mappings done by the Predicated Scalar Evolution.
1717   /// The printed text is indented by \p Depth.
1718   void print(raw_ostream &OS, unsigned Depth) const;
1719
1720 private:
1721   /// Increments the version number of the predicate.  This needs to be called
1722   /// every time the SCEV predicate changes.
1723   void updateGeneration();
1724
1725   /// Holds a SCEV and the version number of the SCEV predicate used to
1726   /// perform the rewrite of the expression.
1727   typedef std::pair<unsigned, const SCEV *> RewriteEntry;
1728
1729   /// Maps a SCEV to the rewrite result of that SCEV at a certain version
1730   /// number. If this number doesn't match the current Generation, we will
1731   /// need to do a rewrite. To preserve the transformation order of previous
1732   /// rewrites, we will rewrite the previous result instead of the original
1733   /// SCEV.
1734   DenseMap<const SCEV *, RewriteEntry> RewriteMap;
1735
1736   /// Records what NoWrap flags we've added to a Value *.
1737   ValueMap<Value *, SCEVWrapPredicate::IncrementWrapFlags> FlagsMap;
1738
1739   /// The ScalarEvolution analysis.
1740   ScalarEvolution &SE;
1741
1742   /// The analyzed Loop.
1743   const Loop &L;
1744
1745   /// The SCEVPredicate that forms our context. We will rewrite all
1746   /// expressions assuming that this predicate true.
1747   SCEVUnionPredicate Preds;
1748
1749   /// Marks the version of the SCEV predicate used. When rewriting a SCEV
1750   /// expression we mark it with the version of the predicate. We use this to
1751   /// figure out if the predicate has changed from the last rewrite of the
1752   /// SCEV. If so, we need to perform a new rewrite.
1753   unsigned Generation;
1754
1755   /// The backedge taken count.
1756   const SCEV *BackedgeCount;
1757 };
1758 }
1759
1760 #endif