]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Analysis/ScalarEvolutionExpander.cpp
Merge llvm, clang, lld, lldb, compiler-rt and libc++ r306325, and update
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / Analysis / ScalarEvolutionExpander.cpp
1 //===- ScalarEvolutionExpander.cpp - Scalar Evolution Analysis ------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains the implementation of the scalar evolution expander,
11 // which is used to generate the code corresponding to a given scalar evolution
12 // expression.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
17 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
19 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
20 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
21 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
22 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
23 #include "llvm/IR/Dominators.h"
24 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
25 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
26 #include "llvm/IR/Module.h"
27 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
28 #include "llvm/Support/Debug.h"
29 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
30
31 using namespace llvm;
32 using namespace PatternMatch;
33
34 /// ReuseOrCreateCast - Arrange for there to be a cast of V to Ty at IP,
35 /// reusing an existing cast if a suitable one exists, moving an existing
36 /// cast if a suitable one exists but isn't in the right place, or
37 /// creating a new one.
38 Value *SCEVExpander::ReuseOrCreateCast(Value *V, Type *Ty,
39                                        Instruction::CastOps Op,
40                                        BasicBlock::iterator IP) {
41   // This function must be called with the builder having a valid insertion
42   // point. It doesn't need to be the actual IP where the uses of the returned
43   // cast will be added, but it must dominate such IP.
44   // We use this precondition to produce a cast that will dominate all its
45   // uses. In particular, this is crucial for the case where the builder's
46   // insertion point *is* the point where we were asked to put the cast.
47   // Since we don't know the builder's insertion point is actually
48   // where the uses will be added (only that it dominates it), we are
49   // not allowed to move it.
50   BasicBlock::iterator BIP = Builder.GetInsertPoint();
51
52   Instruction *Ret = nullptr;
53
54   // Check to see if there is already a cast!
55   for (User *U : V->users())
56     if (U->getType() == Ty)
57       if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(U))
58         if (CI->getOpcode() == Op) {
59           // If the cast isn't where we want it, create a new cast at IP.
60           // Likewise, do not reuse a cast at BIP because it must dominate
61           // instructions that might be inserted before BIP.
62           if (BasicBlock::iterator(CI) != IP || BIP == IP) {
63             // Create a new cast, and leave the old cast in place in case
64             // it is being used as an insert point. Clear its operand
65             // so that it doesn't hold anything live.
66             Ret = CastInst::Create(Op, V, Ty, "", &*IP);
67             Ret->takeName(CI);
68             CI->replaceAllUsesWith(Ret);
69             CI->setOperand(0, UndefValue::get(V->getType()));
70             break;
71           }
72           Ret = CI;
73           break;
74         }
75
76   // Create a new cast.
77   if (!Ret)
78     Ret = CastInst::Create(Op, V, Ty, V->getName(), &*IP);
79
80   // We assert at the end of the function since IP might point to an
81   // instruction with different dominance properties than a cast
82   // (an invoke for example) and not dominate BIP (but the cast does).
83   assert(SE.DT.dominates(Ret, &*BIP));
84
85   rememberInstruction(Ret);
86   return Ret;
87 }
88
89 static BasicBlock::iterator findInsertPointAfter(Instruction *I,
90                                                  BasicBlock *MustDominate) {
91   BasicBlock::iterator IP = ++I->getIterator();
92   if (auto *II = dyn_cast<InvokeInst>(I))
93     IP = II->getNormalDest()->begin();
94
95   while (isa<PHINode>(IP))
96     ++IP;
97
98   if (isa<FuncletPadInst>(IP) || isa<LandingPadInst>(IP)) {
99     ++IP;
100   } else if (isa<CatchSwitchInst>(IP)) {
101     IP = MustDominate->getFirstInsertionPt();
102   } else {
103     assert(!IP->isEHPad() && "unexpected eh pad!");
104   }
105
106   return IP;
107 }
108
109 /// InsertNoopCastOfTo - Insert a cast of V to the specified type,
110 /// which must be possible with a noop cast, doing what we can to share
111 /// the casts.
112 Value *SCEVExpander::InsertNoopCastOfTo(Value *V, Type *Ty) {
113   Instruction::CastOps Op = CastInst::getCastOpcode(V, false, Ty, false);
114   assert((Op == Instruction::BitCast ||
115           Op == Instruction::PtrToInt ||
116           Op == Instruction::IntToPtr) &&
117          "InsertNoopCastOfTo cannot perform non-noop casts!");
118   assert(SE.getTypeSizeInBits(V->getType()) == SE.getTypeSizeInBits(Ty) &&
119          "InsertNoopCastOfTo cannot change sizes!");
120
121   // Short-circuit unnecessary bitcasts.
122   if (Op == Instruction::BitCast) {
123     if (V->getType() == Ty)
124       return V;
125     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V)) {
126       if (CI->getOperand(0)->getType() == Ty)
127         return CI->getOperand(0);
128     }
129   }
130   // Short-circuit unnecessary inttoptr<->ptrtoint casts.
131   if ((Op == Instruction::PtrToInt || Op == Instruction::IntToPtr) &&
132       SE.getTypeSizeInBits(Ty) == SE.getTypeSizeInBits(V->getType())) {
133     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V))
134       if ((CI->getOpcode() == Instruction::PtrToInt ||
135            CI->getOpcode() == Instruction::IntToPtr) &&
136           SE.getTypeSizeInBits(CI->getType()) ==
137           SE.getTypeSizeInBits(CI->getOperand(0)->getType()))
138         return CI->getOperand(0);
139     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
140       if ((CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt ||
141            CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr) &&
142           SE.getTypeSizeInBits(CE->getType()) ==
143           SE.getTypeSizeInBits(CE->getOperand(0)->getType()))
144         return CE->getOperand(0);
145   }
146
147   // Fold a cast of a constant.
148   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
149     return ConstantExpr::getCast(Op, C, Ty);
150
151   // Cast the argument at the beginning of the entry block, after
152   // any bitcasts of other arguments.
153   if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
154     BasicBlock::iterator IP = A->getParent()->getEntryBlock().begin();
155     while ((isa<BitCastInst>(IP) &&
156             isa<Argument>(cast<BitCastInst>(IP)->getOperand(0)) &&
157             cast<BitCastInst>(IP)->getOperand(0) != A) ||
158            isa<DbgInfoIntrinsic>(IP))
159       ++IP;
160     return ReuseOrCreateCast(A, Ty, Op, IP);
161   }
162
163   // Cast the instruction immediately after the instruction.
164   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
165   BasicBlock::iterator IP = findInsertPointAfter(I, Builder.GetInsertBlock());
166   return ReuseOrCreateCast(I, Ty, Op, IP);
167 }
168
169 /// InsertBinop - Insert the specified binary operator, doing a small amount
170 /// of work to avoid inserting an obviously redundant operation.
171 Value *SCEVExpander::InsertBinop(Instruction::BinaryOps Opcode,
172                                  Value *LHS, Value *RHS) {
173   // Fold a binop with constant operands.
174   if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(LHS))
175     if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(RHS))
176       return ConstantExpr::get(Opcode, CLHS, CRHS);
177
178   // Do a quick scan to see if we have this binop nearby.  If so, reuse it.
179   unsigned ScanLimit = 6;
180   BasicBlock::iterator BlockBegin = Builder.GetInsertBlock()->begin();
181   // Scanning starts from the last instruction before the insertion point.
182   BasicBlock::iterator IP = Builder.GetInsertPoint();
183   if (IP != BlockBegin) {
184     --IP;
185     for (; ScanLimit; --IP, --ScanLimit) {
186       // Don't count dbg.value against the ScanLimit, to avoid perturbing the
187       // generated code.
188       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP))
189         ScanLimit++;
190       if (IP->getOpcode() == (unsigned)Opcode && IP->getOperand(0) == LHS &&
191           IP->getOperand(1) == RHS)
192         return &*IP;
193       if (IP == BlockBegin) break;
194     }
195   }
196
197   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
198   DebugLoc Loc = Builder.GetInsertPoint()->getDebugLoc();
199   SCEVInsertPointGuard Guard(Builder, this);
200
201   // Move the insertion point out of as many loops as we can.
202   while (const Loop *L = SE.LI.getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
203     if (!L->isLoopInvariant(LHS) || !L->isLoopInvariant(RHS)) break;
204     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
205     if (!Preheader) break;
206
207     // Ok, move up a level.
208     Builder.SetInsertPoint(Preheader->getTerminator());
209   }
210
211   // If we haven't found this binop, insert it.
212   Instruction *BO = cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opcode, LHS, RHS));
213   BO->setDebugLoc(Loc);
214   rememberInstruction(BO);
215
216   return BO;
217 }
218
219 /// FactorOutConstant - Test if S is divisible by Factor, using signed
220 /// division. If so, update S with Factor divided out and return true.
221 /// S need not be evenly divisible if a reasonable remainder can be
222 /// computed.
223 /// TODO: When ScalarEvolution gets a SCEVSDivExpr, this can be made
224 /// unnecessary; in its place, just signed-divide Ops[i] by the scale and
225 /// check to see if the divide was folded.
226 static bool FactorOutConstant(const SCEV *&S, const SCEV *&Remainder,
227                               const SCEV *Factor, ScalarEvolution &SE,
228                               const DataLayout &DL) {
229   // Everything is divisible by one.
230   if (Factor->isOne())
231     return true;
232
233   // x/x == 1.
234   if (S == Factor) {
235     S = SE.getConstant(S->getType(), 1);
236     return true;
237   }
238
239   // For a Constant, check for a multiple of the given factor.
240   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
241     // 0/x == 0.
242     if (C->isZero())
243       return true;
244     // Check for divisibility.
245     if (const SCEVConstant *FC = dyn_cast<SCEVConstant>(Factor)) {
246       ConstantInt *CI =
247           ConstantInt::get(SE.getContext(), C->getAPInt().sdiv(FC->getAPInt()));
248       // If the quotient is zero and the remainder is non-zero, reject
249       // the value at this scale. It will be considered for subsequent
250       // smaller scales.
251       if (!CI->isZero()) {
252         const SCEV *Div = SE.getConstant(CI);
253         S = Div;
254         Remainder = SE.getAddExpr(
255             Remainder, SE.getConstant(C->getAPInt().srem(FC->getAPInt())));
256         return true;
257       }
258     }
259   }
260
261   // In a Mul, check if there is a constant operand which is a multiple
262   // of the given factor.
263   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
264     // Size is known, check if there is a constant operand which is a multiple
265     // of the given factor. If so, we can factor it.
266     const SCEVConstant *FC = cast<SCEVConstant>(Factor);
267     if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(0)))
268       if (!C->getAPInt().srem(FC->getAPInt())) {
269         SmallVector<const SCEV *, 4> NewMulOps(M->op_begin(), M->op_end());
270         NewMulOps[0] = SE.getConstant(C->getAPInt().sdiv(FC->getAPInt()));
271         S = SE.getMulExpr(NewMulOps);
272         return true;
273       }
274   }
275
276   // In an AddRec, check if both start and step are divisible.
277   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
278     const SCEV *Step = A->getStepRecurrence(SE);
279     const SCEV *StepRem = SE.getConstant(Step->getType(), 0);
280     if (!FactorOutConstant(Step, StepRem, Factor, SE, DL))
281       return false;
282     if (!StepRem->isZero())
283       return false;
284     const SCEV *Start = A->getStart();
285     if (!FactorOutConstant(Start, Remainder, Factor, SE, DL))
286       return false;
287     S = SE.getAddRecExpr(Start, Step, A->getLoop(),
288                          A->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
289     return true;
290   }
291
292   return false;
293 }
294
295 /// SimplifyAddOperands - Sort and simplify a list of add operands. NumAddRecs
296 /// is the number of SCEVAddRecExprs present, which are kept at the end of
297 /// the list.
298 ///
299 static void SimplifyAddOperands(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
300                                 Type *Ty,
301                                 ScalarEvolution &SE) {
302   unsigned NumAddRecs = 0;
303   for (unsigned i = Ops.size(); i > 0 && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[i-1]); --i)
304     ++NumAddRecs;
305   // Group Ops into non-addrecs and addrecs.
306   SmallVector<const SCEV *, 8> NoAddRecs(Ops.begin(), Ops.end() - NumAddRecs);
307   SmallVector<const SCEV *, 8> AddRecs(Ops.end() - NumAddRecs, Ops.end());
308   // Let ScalarEvolution sort and simplify the non-addrecs list.
309   const SCEV *Sum = NoAddRecs.empty() ?
310                     SE.getConstant(Ty, 0) :
311                     SE.getAddExpr(NoAddRecs);
312   // If it returned an add, use the operands. Otherwise it simplified
313   // the sum into a single value, so just use that.
314   Ops.clear();
315   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Sum))
316     Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
317   else if (!Sum->isZero())
318     Ops.push_back(Sum);
319   // Then append the addrecs.
320   Ops.append(AddRecs.begin(), AddRecs.end());
321 }
322
323 /// SplitAddRecs - Flatten a list of add operands, moving addrec start values
324 /// out to the top level. For example, convert {a + b,+,c} to a, b, {0,+,d}.
325 /// This helps expose more opportunities for folding parts of the expressions
326 /// into GEP indices.
327 ///
328 static void SplitAddRecs(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
329                          Type *Ty,
330                          ScalarEvolution &SE) {
331   // Find the addrecs.
332   SmallVector<const SCEV *, 8> AddRecs;
333   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
334     while (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[i])) {
335       const SCEV *Start = A->getStart();
336       if (Start->isZero()) break;
337       const SCEV *Zero = SE.getConstant(Ty, 0);
338       AddRecs.push_back(SE.getAddRecExpr(Zero,
339                                          A->getStepRecurrence(SE),
340                                          A->getLoop(),
341                                          A->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
342       if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Start)) {
343         Ops[i] = Zero;
344         Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
345         e += Add->getNumOperands();
346       } else {
347         Ops[i] = Start;
348       }
349     }
350   if (!AddRecs.empty()) {
351     // Add the addrecs onto the end of the list.
352     Ops.append(AddRecs.begin(), AddRecs.end());
353     // Resort the operand list, moving any constants to the front.
354     SimplifyAddOperands(Ops, Ty, SE);
355   }
356 }
357
358 /// expandAddToGEP - Expand an addition expression with a pointer type into
359 /// a GEP instead of using ptrtoint+arithmetic+inttoptr. This helps
360 /// BasicAliasAnalysis and other passes analyze the result. See the rules
361 /// for getelementptr vs. inttoptr in
362 /// http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointeraliasing
363 /// for details.
364 ///
365 /// Design note: The correctness of using getelementptr here depends on
366 /// ScalarEvolution not recognizing inttoptr and ptrtoint operators, as
367 /// they may introduce pointer arithmetic which may not be safely converted
368 /// into getelementptr.
369 ///
370 /// Design note: It might seem desirable for this function to be more
371 /// loop-aware. If some of the indices are loop-invariant while others
372 /// aren't, it might seem desirable to emit multiple GEPs, keeping the
373 /// loop-invariant portions of the overall computation outside the loop.
374 /// However, there are a few reasons this is not done here. Hoisting simple
375 /// arithmetic is a low-level optimization that often isn't very
376 /// important until late in the optimization process. In fact, passes
377 /// like InstructionCombining will combine GEPs, even if it means
378 /// pushing loop-invariant computation down into loops, so even if the
379 /// GEPs were split here, the work would quickly be undone. The
380 /// LoopStrengthReduction pass, which is usually run quite late (and
381 /// after the last InstructionCombining pass), takes care of hoisting
382 /// loop-invariant portions of expressions, after considering what
383 /// can be folded using target addressing modes.
384 ///
385 Value *SCEVExpander::expandAddToGEP(const SCEV *const *op_begin,
386                                     const SCEV *const *op_end,
387                                     PointerType *PTy,
388                                     Type *Ty,
389                                     Value *V) {
390   Type *OriginalElTy = PTy->getElementType();
391   Type *ElTy = OriginalElTy;
392   SmallVector<Value *, 4> GepIndices;
393   SmallVector<const SCEV *, 8> Ops(op_begin, op_end);
394   bool AnyNonZeroIndices = false;
395
396   // Split AddRecs up into parts as either of the parts may be usable
397   // without the other.
398   SplitAddRecs(Ops, Ty, SE);
399
400   Type *IntPtrTy = DL.getIntPtrType(PTy);
401
402   // Descend down the pointer's type and attempt to convert the other
403   // operands into GEP indices, at each level. The first index in a GEP
404   // indexes into the array implied by the pointer operand; the rest of
405   // the indices index into the element or field type selected by the
406   // preceding index.
407   for (;;) {
408     // If the scale size is not 0, attempt to factor out a scale for
409     // array indexing.
410     SmallVector<const SCEV *, 8> ScaledOps;
411     if (ElTy->isSized()) {
412       const SCEV *ElSize = SE.getSizeOfExpr(IntPtrTy, ElTy);
413       if (!ElSize->isZero()) {
414         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
415         for (const SCEV *Op : Ops) {
416           const SCEV *Remainder = SE.getConstant(Ty, 0);
417           if (FactorOutConstant(Op, Remainder, ElSize, SE, DL)) {
418             // Op now has ElSize factored out.
419             ScaledOps.push_back(Op);
420             if (!Remainder->isZero())
421               NewOps.push_back(Remainder);
422             AnyNonZeroIndices = true;
423           } else {
424             // The operand was not divisible, so add it to the list of operands
425             // we'll scan next iteration.
426             NewOps.push_back(Op);
427           }
428         }
429         // If we made any changes, update Ops.
430         if (!ScaledOps.empty()) {
431           Ops = NewOps;
432           SimplifyAddOperands(Ops, Ty, SE);
433         }
434       }
435     }
436
437     // Record the scaled array index for this level of the type. If
438     // we didn't find any operands that could be factored, tentatively
439     // assume that element zero was selected (since the zero offset
440     // would obviously be folded away).
441     Value *Scaled = ScaledOps.empty() ?
442                     Constant::getNullValue(Ty) :
443                     expandCodeFor(SE.getAddExpr(ScaledOps), Ty);
444     GepIndices.push_back(Scaled);
445
446     // Collect struct field index operands.
447     while (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElTy)) {
448       bool FoundFieldNo = false;
449       // An empty struct has no fields.
450       if (STy->getNumElements() == 0) break;
451       // Field offsets are known. See if a constant offset falls within any of
452       // the struct fields.
453       if (Ops.empty())
454         break;
455       if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0]))
456         if (SE.getTypeSizeInBits(C->getType()) <= 64) {
457           const StructLayout &SL = *DL.getStructLayout(STy);
458           uint64_t FullOffset = C->getValue()->getZExtValue();
459           if (FullOffset < SL.getSizeInBytes()) {
460             unsigned ElIdx = SL.getElementContainingOffset(FullOffset);
461             GepIndices.push_back(
462                 ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()), ElIdx));
463             ElTy = STy->getTypeAtIndex(ElIdx);
464             Ops[0] =
465                 SE.getConstant(Ty, FullOffset - SL.getElementOffset(ElIdx));
466             AnyNonZeroIndices = true;
467             FoundFieldNo = true;
468           }
469         }
470       // If no struct field offsets were found, tentatively assume that
471       // field zero was selected (since the zero offset would obviously
472       // be folded away).
473       if (!FoundFieldNo) {
474         ElTy = STy->getTypeAtIndex(0u);
475         GepIndices.push_back(
476           Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(Ty->getContext())));
477       }
478     }
479
480     if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(ElTy))
481       ElTy = ATy->getElementType();
482     else
483       break;
484   }
485
486   // If none of the operands were convertible to proper GEP indices, cast
487   // the base to i8* and do an ugly getelementptr with that. It's still
488   // better than ptrtoint+arithmetic+inttoptr at least.
489   if (!AnyNonZeroIndices) {
490     // Cast the base to i8*.
491     V = InsertNoopCastOfTo(V,
492        Type::getInt8PtrTy(Ty->getContext(), PTy->getAddressSpace()));
493
494     assert(!isa<Instruction>(V) ||
495            SE.DT.dominates(cast<Instruction>(V), &*Builder.GetInsertPoint()));
496
497     // Expand the operands for a plain byte offset.
498     Value *Idx = expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty);
499
500     // Fold a GEP with constant operands.
501     if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(V))
502       if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(Idx))
503         return ConstantExpr::getGetElementPtr(Type::getInt8Ty(Ty->getContext()),
504                                               CLHS, CRHS);
505
506     // Do a quick scan to see if we have this GEP nearby.  If so, reuse it.
507     unsigned ScanLimit = 6;
508     BasicBlock::iterator BlockBegin = Builder.GetInsertBlock()->begin();
509     // Scanning starts from the last instruction before the insertion point.
510     BasicBlock::iterator IP = Builder.GetInsertPoint();
511     if (IP != BlockBegin) {
512       --IP;
513       for (; ScanLimit; --IP, --ScanLimit) {
514         // Don't count dbg.value against the ScanLimit, to avoid perturbing the
515         // generated code.
516         if (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP))
517           ScanLimit++;
518         if (IP->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
519             IP->getOperand(0) == V && IP->getOperand(1) == Idx)
520           return &*IP;
521         if (IP == BlockBegin) break;
522       }
523     }
524
525     // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
526     SCEVInsertPointGuard Guard(Builder, this);
527
528     // Move the insertion point out of as many loops as we can.
529     while (const Loop *L = SE.LI.getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
530       if (!L->isLoopInvariant(V) || !L->isLoopInvariant(Idx)) break;
531       BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
532       if (!Preheader) break;
533
534       // Ok, move up a level.
535       Builder.SetInsertPoint(Preheader->getTerminator());
536     }
537
538     // Emit a GEP.
539     Value *GEP = Builder.CreateGEP(Builder.getInt8Ty(), V, Idx, "uglygep");
540     rememberInstruction(GEP);
541
542     return GEP;
543   }
544
545   {
546     SCEVInsertPointGuard Guard(Builder, this);
547
548     // Move the insertion point out of as many loops as we can.
549     while (const Loop *L = SE.LI.getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
550       if (!L->isLoopInvariant(V)) break;
551
552       bool AnyIndexNotLoopInvariant = any_of(
553           GepIndices, [L](Value *Op) { return !L->isLoopInvariant(Op); });
554
555       if (AnyIndexNotLoopInvariant)
556         break;
557
558       BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
559       if (!Preheader) break;
560
561       // Ok, move up a level.
562       Builder.SetInsertPoint(Preheader->getTerminator());
563     }
564
565     // Insert a pretty getelementptr. Note that this GEP is not marked inbounds,
566     // because ScalarEvolution may have changed the address arithmetic to
567     // compute a value which is beyond the end of the allocated object.
568     Value *Casted = V;
569     if (V->getType() != PTy)
570       Casted = InsertNoopCastOfTo(Casted, PTy);
571     Value *GEP = Builder.CreateGEP(OriginalElTy, Casted, GepIndices, "scevgep");
572     Ops.push_back(SE.getUnknown(GEP));
573     rememberInstruction(GEP);
574   }
575
576   return expand(SE.getAddExpr(Ops));
577 }
578
579 /// PickMostRelevantLoop - Given two loops pick the one that's most relevant for
580 /// SCEV expansion. If they are nested, this is the most nested. If they are
581 /// neighboring, pick the later.
582 static const Loop *PickMostRelevantLoop(const Loop *A, const Loop *B,
583                                         DominatorTree &DT) {
584   if (!A) return B;
585   if (!B) return A;
586   if (A->contains(B)) return B;
587   if (B->contains(A)) return A;
588   if (DT.dominates(A->getHeader(), B->getHeader())) return B;
589   if (DT.dominates(B->getHeader(), A->getHeader())) return A;
590   return A; // Arbitrarily break the tie.
591 }
592
593 /// getRelevantLoop - Get the most relevant loop associated with the given
594 /// expression, according to PickMostRelevantLoop.
595 const Loop *SCEVExpander::getRelevantLoop(const SCEV *S) {
596   // Test whether we've already computed the most relevant loop for this SCEV.
597   auto Pair = RelevantLoops.insert(std::make_pair(S, nullptr));
598   if (!Pair.second)
599     return Pair.first->second;
600
601   if (isa<SCEVConstant>(S))
602     // A constant has no relevant loops.
603     return nullptr;
604   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
605     if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U->getValue()))
606       return Pair.first->second = SE.LI.getLoopFor(I->getParent());
607     // A non-instruction has no relevant loops.
608     return nullptr;
609   }
610   if (const SCEVNAryExpr *N = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S)) {
611     const Loop *L = nullptr;
612     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
613       L = AR->getLoop();
614     for (const SCEV *Op : N->operands())
615       L = PickMostRelevantLoop(L, getRelevantLoop(Op), SE.DT);
616     return RelevantLoops[N] = L;
617   }
618   if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S)) {
619     const Loop *Result = getRelevantLoop(C->getOperand());
620     return RelevantLoops[C] = Result;
621   }
622   if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
623     const Loop *Result = PickMostRelevantLoop(
624         getRelevantLoop(D->getLHS()), getRelevantLoop(D->getRHS()), SE.DT);
625     return RelevantLoops[D] = Result;
626   }
627   llvm_unreachable("Unexpected SCEV type!");
628 }
629
630 namespace {
631
632 /// LoopCompare - Compare loops by PickMostRelevantLoop.
633 class LoopCompare {
634   DominatorTree &DT;
635 public:
636   explicit LoopCompare(DominatorTree &dt) : DT(dt) {}
637
638   bool operator()(std::pair<const Loop *, const SCEV *> LHS,
639                   std::pair<const Loop *, const SCEV *> RHS) const {
640     // Keep pointer operands sorted at the end.
641     if (LHS.second->getType()->isPointerTy() !=
642         RHS.second->getType()->isPointerTy())
643       return LHS.second->getType()->isPointerTy();
644
645     // Compare loops with PickMostRelevantLoop.
646     if (LHS.first != RHS.first)
647       return PickMostRelevantLoop(LHS.first, RHS.first, DT) != LHS.first;
648
649     // If one operand is a non-constant negative and the other is not,
650     // put the non-constant negative on the right so that a sub can
651     // be used instead of a negate and add.
652     if (LHS.second->isNonConstantNegative()) {
653       if (!RHS.second->isNonConstantNegative())
654         return false;
655     } else if (RHS.second->isNonConstantNegative())
656       return true;
657
658     // Otherwise they are equivalent according to this comparison.
659     return false;
660   }
661 };
662
663 }
664
665 Value *SCEVExpander::visitAddExpr(const SCEVAddExpr *S) {
666   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
667
668   // Collect all the add operands in a loop, along with their associated loops.
669   // Iterate in reverse so that constants are emitted last, all else equal, and
670   // so that pointer operands are inserted first, which the code below relies on
671   // to form more involved GEPs.
672   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 8> OpsAndLoops;
673   for (std::reverse_iterator<SCEVAddExpr::op_iterator> I(S->op_end()),
674        E(S->op_begin()); I != E; ++I)
675     OpsAndLoops.push_back(std::make_pair(getRelevantLoop(*I), *I));
676
677   // Sort by loop. Use a stable sort so that constants follow non-constants and
678   // pointer operands precede non-pointer operands.
679   std::stable_sort(OpsAndLoops.begin(), OpsAndLoops.end(), LoopCompare(SE.DT));
680
681   // Emit instructions to add all the operands. Hoist as much as possible
682   // out of loops, and form meaningful getelementptrs where possible.
683   Value *Sum = nullptr;
684   for (auto I = OpsAndLoops.begin(), E = OpsAndLoops.end(); I != E;) {
685     const Loop *CurLoop = I->first;
686     const SCEV *Op = I->second;
687     if (!Sum) {
688       // This is the first operand. Just expand it.
689       Sum = expand(Op);
690       ++I;
691     } else if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Sum->getType())) {
692       // The running sum expression is a pointer. Try to form a getelementptr
693       // at this level with that as the base.
694       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
695       for (; I != E && I->first == CurLoop; ++I) {
696         // If the operand is SCEVUnknown and not instructions, peek through
697         // it, to enable more of it to be folded into the GEP.
698         const SCEV *X = I->second;
699         if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(X))
700           if (!isa<Instruction>(U->getValue()))
701             X = SE.getSCEV(U->getValue());
702         NewOps.push_back(X);
703       }
704       Sum = expandAddToGEP(NewOps.begin(), NewOps.end(), PTy, Ty, Sum);
705     } else if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Op->getType())) {
706       // The running sum is an integer, and there's a pointer at this level.
707       // Try to form a getelementptr. If the running sum is instructions,
708       // use a SCEVUnknown to avoid re-analyzing them.
709       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
710       NewOps.push_back(isa<Instruction>(Sum) ? SE.getUnknown(Sum) :
711                                                SE.getSCEV(Sum));
712       for (++I; I != E && I->first == CurLoop; ++I)
713         NewOps.push_back(I->second);
714       Sum = expandAddToGEP(NewOps.begin(), NewOps.end(), PTy, Ty, expand(Op));
715     } else if (Op->isNonConstantNegative()) {
716       // Instead of doing a negate and add, just do a subtract.
717       Value *W = expandCodeFor(SE.getNegativeSCEV(Op), Ty);
718       Sum = InsertNoopCastOfTo(Sum, Ty);
719       Sum = InsertBinop(Instruction::Sub, Sum, W);
720       ++I;
721     } else {
722       // A simple add.
723       Value *W = expandCodeFor(Op, Ty);
724       Sum = InsertNoopCastOfTo(Sum, Ty);
725       // Canonicalize a constant to the RHS.
726       if (isa<Constant>(Sum)) std::swap(Sum, W);
727       Sum = InsertBinop(Instruction::Add, Sum, W);
728       ++I;
729     }
730   }
731
732   return Sum;
733 }
734
735 Value *SCEVExpander::visitMulExpr(const SCEVMulExpr *S) {
736   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
737
738   // Collect all the mul operands in a loop, along with their associated loops.
739   // Iterate in reverse so that constants are emitted last, all else equal.
740   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 8> OpsAndLoops;
741   for (std::reverse_iterator<SCEVMulExpr::op_iterator> I(S->op_end()),
742        E(S->op_begin()); I != E; ++I)
743     OpsAndLoops.push_back(std::make_pair(getRelevantLoop(*I), *I));
744
745   // Sort by loop. Use a stable sort so that constants follow non-constants.
746   std::stable_sort(OpsAndLoops.begin(), OpsAndLoops.end(), LoopCompare(SE.DT));
747
748   // Emit instructions to mul all the operands. Hoist as much as possible
749   // out of loops.
750   Value *Prod = nullptr;
751   auto I = OpsAndLoops.begin();
752
753   // Expand the calculation of X pow N in the following manner:
754   // Let N = P1 + P2 + ... + PK, where all P are powers of 2. Then:
755   // X pow N = (X pow P1) * (X pow P2) * ... * (X pow PK).
756   const auto ExpandOpBinPowN = [this, &I, &OpsAndLoops, &Ty]() {
757     auto E = I;
758     // Calculate how many times the same operand from the same loop is included
759     // into this power.
760     uint64_t Exponent = 0;
761     const uint64_t MaxExponent = UINT64_MAX >> 1;
762     // No one sane will ever try to calculate such huge exponents, but if we
763     // need this, we stop on UINT64_MAX / 2 because we need to exit the loop
764     // below when the power of 2 exceeds our Exponent, and we want it to be
765     // 1u << 31 at most to not deal with unsigned overflow.
766     while (E != OpsAndLoops.end() && *I == *E && Exponent != MaxExponent) {
767       ++Exponent;
768       ++E;
769     }
770     assert(Exponent > 0 && "Trying to calculate a zeroth exponent of operand?");
771
772     // Calculate powers with exponents 1, 2, 4, 8 etc. and include those of them
773     // that are needed into the result.
774     Value *P = expandCodeFor(I->second, Ty);
775     Value *Result = nullptr;
776     if (Exponent & 1)
777       Result = P;
778     for (uint64_t BinExp = 2; BinExp <= Exponent; BinExp <<= 1) {
779       P = InsertBinop(Instruction::Mul, P, P);
780       if (Exponent & BinExp)
781         Result = Result ? InsertBinop(Instruction::Mul, Result, P) : P;
782     }
783
784     I = E;
785     assert(Result && "Nothing was expanded?");
786     return Result;
787   };
788
789   while (I != OpsAndLoops.end()) {
790     if (!Prod) {
791       // This is the first operand. Just expand it.
792       Prod = ExpandOpBinPowN();
793     } else if (I->second->isAllOnesValue()) {
794       // Instead of doing a multiply by negative one, just do a negate.
795       Prod = InsertNoopCastOfTo(Prod, Ty);
796       Prod = InsertBinop(Instruction::Sub, Constant::getNullValue(Ty), Prod);
797       ++I;
798     } else {
799       // A simple mul.
800       Value *W = ExpandOpBinPowN();
801       Prod = InsertNoopCastOfTo(Prod, Ty);
802       // Canonicalize a constant to the RHS.
803       if (isa<Constant>(Prod)) std::swap(Prod, W);
804       const APInt *RHS;
805       if (match(W, m_Power2(RHS))) {
806         // Canonicalize Prod*(1<<C) to Prod<<C.
807         assert(!Ty->isVectorTy() && "vector types are not SCEVable");
808         Prod = InsertBinop(Instruction::Shl, Prod,
809                            ConstantInt::get(Ty, RHS->logBase2()));
810       } else {
811         Prod = InsertBinop(Instruction::Mul, Prod, W);
812       }
813     }
814   }
815
816   return Prod;
817 }
818
819 Value *SCEVExpander::visitUDivExpr(const SCEVUDivExpr *S) {
820   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
821
822   Value *LHS = expandCodeFor(S->getLHS(), Ty);
823   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(S->getRHS())) {
824     const APInt &RHS = SC->getAPInt();
825     if (RHS.isPowerOf2())
826       return InsertBinop(Instruction::LShr, LHS,
827                          ConstantInt::get(Ty, RHS.logBase2()));
828   }
829
830   Value *RHS = expandCodeFor(S->getRHS(), Ty);
831   return InsertBinop(Instruction::UDiv, LHS, RHS);
832 }
833
834 /// Move parts of Base into Rest to leave Base with the minimal
835 /// expression that provides a pointer operand suitable for a
836 /// GEP expansion.
837 static void ExposePointerBase(const SCEV *&Base, const SCEV *&Rest,
838                               ScalarEvolution &SE) {
839   while (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Base)) {
840     Base = A->getStart();
841     Rest = SE.getAddExpr(Rest,
842                          SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(A->getType(), 0),
843                                           A->getStepRecurrence(SE),
844                                           A->getLoop(),
845                                           A->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
846   }
847   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Base)) {
848     Base = A->getOperand(A->getNumOperands()-1);
849     SmallVector<const SCEV *, 8> NewAddOps(A->op_begin(), A->op_end());
850     NewAddOps.back() = Rest;
851     Rest = SE.getAddExpr(NewAddOps);
852     ExposePointerBase(Base, Rest, SE);
853   }
854 }
855
856 /// Determine if this is a well-behaved chain of instructions leading back to
857 /// the PHI. If so, it may be reused by expanded expressions.
858 bool SCEVExpander::isNormalAddRecExprPHI(PHINode *PN, Instruction *IncV,
859                                          const Loop *L) {
860   if (IncV->getNumOperands() == 0 || isa<PHINode>(IncV) ||
861       (isa<CastInst>(IncV) && !isa<BitCastInst>(IncV)))
862     return false;
863   // If any of the operands don't dominate the insert position, bail.
864   // Addrec operands are always loop-invariant, so this can only happen
865   // if there are instructions which haven't been hoisted.
866   if (L == IVIncInsertLoop) {
867     for (User::op_iterator OI = IncV->op_begin()+1,
868            OE = IncV->op_end(); OI != OE; ++OI)
869       if (Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(OI))
870         if (!SE.DT.dominates(OInst, IVIncInsertPos))
871           return false;
872   }
873   // Advance to the next instruction.
874   IncV = dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
875   if (!IncV)
876     return false;
877
878   if (IncV->mayHaveSideEffects())
879     return false;
880
881   if (IncV != PN)
882     return true;
883
884   return isNormalAddRecExprPHI(PN, IncV, L);
885 }
886
887 /// getIVIncOperand returns an induction variable increment's induction
888 /// variable operand.
889 ///
890 /// If allowScale is set, any type of GEP is allowed as long as the nonIV
891 /// operands dominate InsertPos.
892 ///
893 /// If allowScale is not set, ensure that a GEP increment conforms to one of the
894 /// simple patterns generated by getAddRecExprPHILiterally and
895 /// expandAddtoGEP. If the pattern isn't recognized, return NULL.
896 Instruction *SCEVExpander::getIVIncOperand(Instruction *IncV,
897                                            Instruction *InsertPos,
898                                            bool allowScale) {
899   if (IncV == InsertPos)
900     return nullptr;
901
902   switch (IncV->getOpcode()) {
903   default:
904     return nullptr;
905   // Check for a simple Add/Sub or GEP of a loop invariant step.
906   case Instruction::Add:
907   case Instruction::Sub: {
908     Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(1));
909     if (!OInst || SE.DT.dominates(OInst, InsertPos))
910       return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
911     return nullptr;
912   }
913   case Instruction::BitCast:
914     return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
915   case Instruction::GetElementPtr:
916     for (auto I = IncV->op_begin() + 1, E = IncV->op_end(); I != E; ++I) {
917       if (isa<Constant>(*I))
918         continue;
919       if (Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(*I)) {
920         if (!SE.DT.dominates(OInst, InsertPos))
921           return nullptr;
922       }
923       if (allowScale) {
924         // allow any kind of GEP as long as it can be hoisted.
925         continue;
926       }
927       // This must be a pointer addition of constants (pretty), which is already
928       // handled, or some number of address-size elements (ugly). Ugly geps
929       // have 2 operands. i1* is used by the expander to represent an
930       // address-size element.
931       if (IncV->getNumOperands() != 2)
932         return nullptr;
933       unsigned AS = cast<PointerType>(IncV->getType())->getAddressSpace();
934       if (IncV->getType() != Type::getInt1PtrTy(SE.getContext(), AS)
935           && IncV->getType() != Type::getInt8PtrTy(SE.getContext(), AS))
936         return nullptr;
937       break;
938     }
939     return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
940   }
941 }
942
943 /// If the insert point of the current builder or any of the builders on the
944 /// stack of saved builders has 'I' as its insert point, update it to point to
945 /// the instruction after 'I'.  This is intended to be used when the instruction
946 /// 'I' is being moved.  If this fixup is not done and 'I' is moved to a
947 /// different block, the inconsistent insert point (with a mismatched
948 /// Instruction and Block) can lead to an instruction being inserted in a block
949 /// other than its parent.
950 void SCEVExpander::fixupInsertPoints(Instruction *I) {
951   BasicBlock::iterator It(*I);
952   BasicBlock::iterator NewInsertPt = std::next(It);
953   if (Builder.GetInsertPoint() == It)
954     Builder.SetInsertPoint(&*NewInsertPt);
955   for (auto *InsertPtGuard : InsertPointGuards)
956     if (InsertPtGuard->GetInsertPoint() == It)
957       InsertPtGuard->SetInsertPoint(NewInsertPt);
958 }
959
960 /// hoistStep - Attempt to hoist a simple IV increment above InsertPos to make
961 /// it available to other uses in this loop. Recursively hoist any operands,
962 /// until we reach a value that dominates InsertPos.
963 bool SCEVExpander::hoistIVInc(Instruction *IncV, Instruction *InsertPos) {
964   if (SE.DT.dominates(IncV, InsertPos))
965       return true;
966
967   // InsertPos must itself dominate IncV so that IncV's new position satisfies
968   // its existing users.
969   if (isa<PHINode>(InsertPos) ||
970       !SE.DT.dominates(InsertPos->getParent(), IncV->getParent()))
971     return false;
972
973   if (!SE.LI.movementPreservesLCSSAForm(IncV, InsertPos))
974     return false;
975
976   // Check that the chain of IV operands leading back to Phi can be hoisted.
977   SmallVector<Instruction*, 4> IVIncs;
978   for(;;) {
979     Instruction *Oper = getIVIncOperand(IncV, InsertPos, /*allowScale*/true);
980     if (!Oper)
981       return false;
982     // IncV is safe to hoist.
983     IVIncs.push_back(IncV);
984     IncV = Oper;
985     if (SE.DT.dominates(IncV, InsertPos))
986       break;
987   }
988   for (auto I = IVIncs.rbegin(), E = IVIncs.rend(); I != E; ++I) {
989     fixupInsertPoints(*I);
990     (*I)->moveBefore(InsertPos);
991   }
992   return true;
993 }
994
995 /// Determine if this cyclic phi is in a form that would have been generated by
996 /// LSR. We don't care if the phi was actually expanded in this pass, as long
997 /// as it is in a low-cost form, for example, no implied multiplication. This
998 /// should match any patterns generated by getAddRecExprPHILiterally and
999 /// expandAddtoGEP.
1000 bool SCEVExpander::isExpandedAddRecExprPHI(PHINode *PN, Instruction *IncV,
1001                                            const Loop *L) {
1002   for(Instruction *IVOper = IncV;
1003       (IVOper = getIVIncOperand(IVOper, L->getLoopPreheader()->getTerminator(),
1004                                 /*allowScale=*/false));) {
1005     if (IVOper == PN)
1006       return true;
1007   }
1008   return false;
1009 }
1010
1011 /// expandIVInc - Expand an IV increment at Builder's current InsertPos.
1012 /// Typically this is the LatchBlock terminator or IVIncInsertPos, but we may
1013 /// need to materialize IV increments elsewhere to handle difficult situations.
1014 Value *SCEVExpander::expandIVInc(PHINode *PN, Value *StepV, const Loop *L,
1015                                  Type *ExpandTy, Type *IntTy,
1016                                  bool useSubtract) {
1017   Value *IncV;
1018   // If the PHI is a pointer, use a GEP, otherwise use an add or sub.
1019   if (ExpandTy->isPointerTy()) {
1020     PointerType *GEPPtrTy = cast<PointerType>(ExpandTy);
1021     // If the step isn't constant, don't use an implicitly scaled GEP, because
1022     // that would require a multiply inside the loop.
1023     if (!isa<ConstantInt>(StepV))
1024       GEPPtrTy = PointerType::get(Type::getInt1Ty(SE.getContext()),
1025                                   GEPPtrTy->getAddressSpace());
1026     const SCEV *const StepArray[1] = { SE.getSCEV(StepV) };
1027     IncV = expandAddToGEP(StepArray, StepArray+1, GEPPtrTy, IntTy, PN);
1028     if (IncV->getType() != PN->getType()) {
1029       IncV = Builder.CreateBitCast(IncV, PN->getType());
1030       rememberInstruction(IncV);
1031     }
1032   } else {
1033     IncV = useSubtract ?
1034       Builder.CreateSub(PN, StepV, Twine(IVName) + ".iv.next") :
1035       Builder.CreateAdd(PN, StepV, Twine(IVName) + ".iv.next");
1036     rememberInstruction(IncV);
1037   }
1038   return IncV;
1039 }
1040
1041 /// \brief Hoist the addrec instruction chain rooted in the loop phi above the
1042 /// position. This routine assumes that this is possible (has been checked).
1043 void SCEVExpander::hoistBeforePos(DominatorTree *DT, Instruction *InstToHoist,
1044                                   Instruction *Pos, PHINode *LoopPhi) {
1045   do {
1046     if (DT->dominates(InstToHoist, Pos))
1047       break;
1048     // Make sure the increment is where we want it. But don't move it
1049     // down past a potential existing post-inc user.
1050     fixupInsertPoints(InstToHoist);
1051     InstToHoist->moveBefore(Pos);
1052     Pos = InstToHoist;
1053     InstToHoist = cast<Instruction>(InstToHoist->getOperand(0));
1054   } while (InstToHoist != LoopPhi);
1055 }
1056
1057 /// \brief Check whether we can cheaply express the requested SCEV in terms of
1058 /// the available PHI SCEV by truncation and/or inversion of the step.
1059 static bool canBeCheaplyTransformed(ScalarEvolution &SE,
1060                                     const SCEVAddRecExpr *Phi,
1061                                     const SCEVAddRecExpr *Requested,
1062                                     bool &InvertStep) {
1063   Type *PhiTy = SE.getEffectiveSCEVType(Phi->getType());
1064   Type *RequestedTy = SE.getEffectiveSCEVType(Requested->getType());
1065
1066   if (RequestedTy->getIntegerBitWidth() > PhiTy->getIntegerBitWidth())
1067     return false;
1068
1069   // Try truncate it if necessary.
1070   Phi = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getTruncateOrNoop(Phi, RequestedTy));
1071   if (!Phi)
1072     return false;
1073
1074   // Check whether truncation will help.
1075   if (Phi == Requested) {
1076     InvertStep = false;
1077     return true;
1078   }
1079
1080   // Check whether inverting will help: {R,+,-1} == R - {0,+,1}.
1081   if (SE.getAddExpr(Requested->getStart(),
1082                     SE.getNegativeSCEV(Requested)) == Phi) {
1083     InvertStep = true;
1084     return true;
1085   }
1086
1087   return false;
1088 }
1089
1090 static bool IsIncrementNSW(ScalarEvolution &SE, const SCEVAddRecExpr *AR) {
1091   if (!isa<IntegerType>(AR->getType()))
1092     return false;
1093
1094   unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(AR->getType())->getBitWidth();
1095   Type *WideTy = IntegerType::get(AR->getType()->getContext(), BitWidth * 2);
1096   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(SE);
1097   const SCEV *OpAfterExtend = SE.getAddExpr(SE.getSignExtendExpr(Step, WideTy),
1098                                             SE.getSignExtendExpr(AR, WideTy));
1099   const SCEV *ExtendAfterOp =
1100     SE.getSignExtendExpr(SE.getAddExpr(AR, Step), WideTy);
1101   return ExtendAfterOp == OpAfterExtend;
1102 }
1103
1104 static bool IsIncrementNUW(ScalarEvolution &SE, const SCEVAddRecExpr *AR) {
1105   if (!isa<IntegerType>(AR->getType()))
1106     return false;
1107
1108   unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(AR->getType())->getBitWidth();
1109   Type *WideTy = IntegerType::get(AR->getType()->getContext(), BitWidth * 2);
1110   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(SE);
1111   const SCEV *OpAfterExtend = SE.getAddExpr(SE.getZeroExtendExpr(Step, WideTy),
1112                                             SE.getZeroExtendExpr(AR, WideTy));
1113   const SCEV *ExtendAfterOp =
1114     SE.getZeroExtendExpr(SE.getAddExpr(AR, Step), WideTy);
1115   return ExtendAfterOp == OpAfterExtend;
1116 }
1117
1118 /// getAddRecExprPHILiterally - Helper for expandAddRecExprLiterally. Expand
1119 /// the base addrec, which is the addrec without any non-loop-dominating
1120 /// values, and return the PHI.
1121 PHINode *
1122 SCEVExpander::getAddRecExprPHILiterally(const SCEVAddRecExpr *Normalized,
1123                                         const Loop *L,
1124                                         Type *ExpandTy,
1125                                         Type *IntTy,
1126                                         Type *&TruncTy,
1127                                         bool &InvertStep) {
1128   assert((!IVIncInsertLoop||IVIncInsertPos) && "Uninitialized insert position");
1129
1130   // Reuse a previously-inserted PHI, if present.
1131   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1132   if (LatchBlock) {
1133     PHINode *AddRecPhiMatch = nullptr;
1134     Instruction *IncV = nullptr;
1135     TruncTy = nullptr;
1136     InvertStep = false;
1137
1138     // Only try partially matching scevs that need truncation and/or
1139     // step-inversion if we know this loop is outside the current loop.
1140     bool TryNonMatchingSCEV =
1141         IVIncInsertLoop &&
1142         SE.DT.properlyDominates(LatchBlock, IVIncInsertLoop->getHeader());
1143
1144     for (auto &I : *L->getHeader()) {
1145       auto *PN = dyn_cast<PHINode>(&I);
1146       if (!PN || !SE.isSCEVable(PN->getType()))
1147         continue;
1148
1149       const SCEVAddRecExpr *PhiSCEV = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getSCEV(PN));
1150       if (!PhiSCEV)
1151         continue;
1152
1153       bool IsMatchingSCEV = PhiSCEV == Normalized;
1154       // We only handle truncation and inversion of phi recurrences for the
1155       // expanded expression if the expanded expression's loop dominates the
1156       // loop we insert to. Check now, so we can bail out early.
1157       if (!IsMatchingSCEV && !TryNonMatchingSCEV)
1158           continue;
1159
1160       Instruction *TempIncV =
1161           cast<Instruction>(PN->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
1162
1163       // Check whether we can reuse this PHI node.
1164       if (LSRMode) {
1165         if (!isExpandedAddRecExprPHI(PN, TempIncV, L))
1166           continue;
1167         if (L == IVIncInsertLoop && !hoistIVInc(TempIncV, IVIncInsertPos))
1168           continue;
1169       } else {
1170         if (!isNormalAddRecExprPHI(PN, TempIncV, L))
1171           continue;
1172       }
1173
1174       // Stop if we have found an exact match SCEV.
1175       if (IsMatchingSCEV) {
1176         IncV = TempIncV;
1177         TruncTy = nullptr;
1178         InvertStep = false;
1179         AddRecPhiMatch = PN;
1180         break;
1181       }
1182
1183       // Try whether the phi can be translated into the requested form
1184       // (truncated and/or offset by a constant).
1185       if ((!TruncTy || InvertStep) &&
1186           canBeCheaplyTransformed(SE, PhiSCEV, Normalized, InvertStep)) {
1187         // Record the phi node. But don't stop we might find an exact match
1188         // later.
1189         AddRecPhiMatch = PN;
1190         IncV = TempIncV;
1191         TruncTy = SE.getEffectiveSCEVType(Normalized->getType());
1192       }
1193     }
1194
1195     if (AddRecPhiMatch) {
1196       // Potentially, move the increment. We have made sure in
1197       // isExpandedAddRecExprPHI or hoistIVInc that this is possible.
1198       if (L == IVIncInsertLoop)
1199         hoistBeforePos(&SE.DT, IncV, IVIncInsertPos, AddRecPhiMatch);
1200
1201       // Ok, the add recurrence looks usable.
1202       // Remember this PHI, even in post-inc mode.
1203       InsertedValues.insert(AddRecPhiMatch);
1204       // Remember the increment.
1205       rememberInstruction(IncV);
1206       return AddRecPhiMatch;
1207     }
1208   }
1209
1210   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
1211   SCEVInsertPointGuard Guard(Builder, this);
1212
1213   // Another AddRec may need to be recursively expanded below. For example, if
1214   // this AddRec is quadratic, the StepV may itself be an AddRec in this
1215   // loop. Remove this loop from the PostIncLoops set before expanding such
1216   // AddRecs. Otherwise, we cannot find a valid position for the step
1217   // (i.e. StepV can never dominate its loop header).  Ideally, we could do
1218   // SavedIncLoops.swap(PostIncLoops), but we generally have a single element,
1219   // so it's not worth implementing SmallPtrSet::swap.
1220   PostIncLoopSet SavedPostIncLoops = PostIncLoops;
1221   PostIncLoops.clear();
1222
1223   // Expand code for the start value into the loop preheader.
1224   assert(L->getLoopPreheader() &&
1225          "Can't expand add recurrences without a loop preheader!");
1226   Value *StartV = expandCodeFor(Normalized->getStart(), ExpandTy,
1227                                 L->getLoopPreheader()->getTerminator());
1228
1229   // StartV must have been be inserted into L's preheader to dominate the new
1230   // phi.
1231   assert(!isa<Instruction>(StartV) ||
1232          SE.DT.properlyDominates(cast<Instruction>(StartV)->getParent(),
1233                                  L->getHeader()));
1234
1235   // Expand code for the step value. Do this before creating the PHI so that PHI
1236   // reuse code doesn't see an incomplete PHI.
1237   const SCEV *Step = Normalized->getStepRecurrence(SE);
1238   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the increment
1239   // (unless it's a constant, because subtracts of constants are canonicalized
1240   // to adds).
1241   bool useSubtract = !ExpandTy->isPointerTy() && Step->isNonConstantNegative();
1242   if (useSubtract)
1243     Step = SE.getNegativeSCEV(Step);
1244   // Expand the step somewhere that dominates the loop header.
1245   Value *StepV = expandCodeFor(Step, IntTy, &L->getHeader()->front());
1246
1247   // The no-wrap behavior proved by IsIncrement(NUW|NSW) is only applicable if
1248   // we actually do emit an addition.  It does not apply if we emit a
1249   // subtraction.
1250   bool IncrementIsNUW = !useSubtract && IsIncrementNUW(SE, Normalized);
1251   bool IncrementIsNSW = !useSubtract && IsIncrementNSW(SE, Normalized);
1252
1253   // Create the PHI.
1254   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1255   Builder.SetInsertPoint(Header, Header->begin());
1256   pred_iterator HPB = pred_begin(Header), HPE = pred_end(Header);
1257   PHINode *PN = Builder.CreatePHI(ExpandTy, std::distance(HPB, HPE),
1258                                   Twine(IVName) + ".iv");
1259   rememberInstruction(PN);
1260
1261   // Create the step instructions and populate the PHI.
1262   for (pred_iterator HPI = HPB; HPI != HPE; ++HPI) {
1263     BasicBlock *Pred = *HPI;
1264
1265     // Add a start value.
1266     if (!L->contains(Pred)) {
1267       PN->addIncoming(StartV, Pred);
1268       continue;
1269     }
1270
1271     // Create a step value and add it to the PHI.
1272     // If IVIncInsertLoop is non-null and equal to the addrec's loop, insert the
1273     // instructions at IVIncInsertPos.
1274     Instruction *InsertPos = L == IVIncInsertLoop ?
1275       IVIncInsertPos : Pred->getTerminator();
1276     Builder.SetInsertPoint(InsertPos);
1277     Value *IncV = expandIVInc(PN, StepV, L, ExpandTy, IntTy, useSubtract);
1278
1279     if (isa<OverflowingBinaryOperator>(IncV)) {
1280       if (IncrementIsNUW)
1281         cast<BinaryOperator>(IncV)->setHasNoUnsignedWrap();
1282       if (IncrementIsNSW)
1283         cast<BinaryOperator>(IncV)->setHasNoSignedWrap();
1284     }
1285     PN->addIncoming(IncV, Pred);
1286   }
1287
1288   // After expanding subexpressions, restore the PostIncLoops set so the caller
1289   // can ensure that IVIncrement dominates the current uses.
1290   PostIncLoops = SavedPostIncLoops;
1291
1292   // Remember this PHI, even in post-inc mode.
1293   InsertedValues.insert(PN);
1294
1295   return PN;
1296 }
1297
1298 Value *SCEVExpander::expandAddRecExprLiterally(const SCEVAddRecExpr *S) {
1299   Type *STy = S->getType();
1300   Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(STy);
1301   const Loop *L = S->getLoop();
1302
1303   // Determine a normalized form of this expression, which is the expression
1304   // before any post-inc adjustment is made.
1305   const SCEVAddRecExpr *Normalized = S;
1306   if (PostIncLoops.count(L)) {
1307     PostIncLoopSet Loops;
1308     Loops.insert(L);
1309     Normalized = cast<SCEVAddRecExpr>(normalizeForPostIncUse(S, Loops, SE));
1310   }
1311
1312   // Strip off any non-loop-dominating component from the addrec start.
1313   const SCEV *Start = Normalized->getStart();
1314   const SCEV *PostLoopOffset = nullptr;
1315   if (!SE.properlyDominates(Start, L->getHeader())) {
1316     PostLoopOffset = Start;
1317     Start = SE.getConstant(Normalized->getType(), 0);
1318     Normalized = cast<SCEVAddRecExpr>(
1319       SE.getAddRecExpr(Start, Normalized->getStepRecurrence(SE),
1320                        Normalized->getLoop(),
1321                        Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
1322   }
1323
1324   // Strip off any non-loop-dominating component from the addrec step.
1325   const SCEV *Step = Normalized->getStepRecurrence(SE);
1326   const SCEV *PostLoopScale = nullptr;
1327   if (!SE.dominates(Step, L->getHeader())) {
1328     PostLoopScale = Step;
1329     Step = SE.getConstant(Normalized->getType(), 1);
1330     if (!Start->isZero()) {
1331         // The normalization below assumes that Start is constant zero, so if
1332         // it isn't re-associate Start to PostLoopOffset.
1333         assert(!PostLoopOffset && "Start not-null but PostLoopOffset set?");
1334         PostLoopOffset = Start;
1335         Start = SE.getConstant(Normalized->getType(), 0);
1336     }
1337     Normalized =
1338       cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getAddRecExpr(
1339                              Start, Step, Normalized->getLoop(),
1340                              Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
1341   }
1342
1343   // Expand the core addrec. If we need post-loop scaling, force it to
1344   // expand to an integer type to avoid the need for additional casting.
1345   Type *ExpandTy = PostLoopScale ? IntTy : STy;
1346   // We can't use a pointer type for the addrec if the pointer type is
1347   // non-integral.
1348   Type *AddRecPHIExpandTy =
1349       DL.isNonIntegralPointerType(STy) ? Normalized->getType() : ExpandTy;
1350
1351   // In some cases, we decide to reuse an existing phi node but need to truncate
1352   // it and/or invert the step.
1353   Type *TruncTy = nullptr;
1354   bool InvertStep = false;
1355   PHINode *PN = getAddRecExprPHILiterally(Normalized, L, AddRecPHIExpandTy,
1356                                           IntTy, TruncTy, InvertStep);
1357
1358   // Accommodate post-inc mode, if necessary.
1359   Value *Result;
1360   if (!PostIncLoops.count(L))
1361     Result = PN;
1362   else {
1363     // In PostInc mode, use the post-incremented value.
1364     BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1365     assert(LatchBlock && "PostInc mode requires a unique loop latch!");
1366     Result = PN->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
1367
1368     // For an expansion to use the postinc form, the client must call
1369     // expandCodeFor with an InsertPoint that is either outside the PostIncLoop
1370     // or dominated by IVIncInsertPos.
1371     if (isa<Instruction>(Result) &&
1372         !SE.DT.dominates(cast<Instruction>(Result),
1373                          &*Builder.GetInsertPoint())) {
1374       // The induction variable's postinc expansion does not dominate this use.
1375       // IVUsers tries to prevent this case, so it is rare. However, it can
1376       // happen when an IVUser outside the loop is not dominated by the latch
1377       // block. Adjusting IVIncInsertPos before expansion begins cannot handle
1378       // all cases. Consider a phi outide whose operand is replaced during
1379       // expansion with the value of the postinc user. Without fundamentally
1380       // changing the way postinc users are tracked, the only remedy is
1381       // inserting an extra IV increment. StepV might fold into PostLoopOffset,
1382       // but hopefully expandCodeFor handles that.
1383       bool useSubtract =
1384         !ExpandTy->isPointerTy() && Step->isNonConstantNegative();
1385       if (useSubtract)
1386         Step = SE.getNegativeSCEV(Step);
1387       Value *StepV;
1388       {
1389         // Expand the step somewhere that dominates the loop header.
1390         SCEVInsertPointGuard Guard(Builder, this);
1391         StepV = expandCodeFor(Step, IntTy, &L->getHeader()->front());
1392       }
1393       Result = expandIVInc(PN, StepV, L, ExpandTy, IntTy, useSubtract);
1394     }
1395   }
1396
1397   // We have decided to reuse an induction variable of a dominating loop. Apply
1398   // truncation and/or invertion of the step.
1399   if (TruncTy) {
1400     Type *ResTy = Result->getType();
1401     // Normalize the result type.
1402     if (ResTy != SE.getEffectiveSCEVType(ResTy))
1403       Result = InsertNoopCastOfTo(Result, SE.getEffectiveSCEVType(ResTy));
1404     // Truncate the result.
1405     if (TruncTy != Result->getType()) {
1406       Result = Builder.CreateTrunc(Result, TruncTy);
1407       rememberInstruction(Result);
1408     }
1409     // Invert the result.
1410     if (InvertStep) {
1411       Result = Builder.CreateSub(expandCodeFor(Normalized->getStart(), TruncTy),
1412                                  Result);
1413       rememberInstruction(Result);
1414     }
1415   }
1416
1417   // Re-apply any non-loop-dominating scale.
1418   if (PostLoopScale) {
1419     assert(S->isAffine() && "Can't linearly scale non-affine recurrences.");
1420     Result = InsertNoopCastOfTo(Result, IntTy);
1421     Result = Builder.CreateMul(Result,
1422                                expandCodeFor(PostLoopScale, IntTy));
1423     rememberInstruction(Result);
1424   }
1425
1426   // Re-apply any non-loop-dominating offset.
1427   if (PostLoopOffset) {
1428     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(ExpandTy)) {
1429       if (Result->getType()->isIntegerTy()) {
1430         Value *Base = expandCodeFor(PostLoopOffset, ExpandTy);
1431         const SCEV *const OffsetArray[1] = {SE.getUnknown(Result)};
1432         Result = expandAddToGEP(OffsetArray, OffsetArray + 1, PTy, IntTy, Base);
1433       } else {
1434         const SCEV *const OffsetArray[1] = {PostLoopOffset};
1435         Result =
1436             expandAddToGEP(OffsetArray, OffsetArray + 1, PTy, IntTy, Result);
1437       }
1438     } else {
1439       Result = InsertNoopCastOfTo(Result, IntTy);
1440       Result = Builder.CreateAdd(Result,
1441                                  expandCodeFor(PostLoopOffset, IntTy));
1442       rememberInstruction(Result);
1443     }
1444   }
1445
1446   return Result;
1447 }
1448
1449 Value *SCEVExpander::visitAddRecExpr(const SCEVAddRecExpr *S) {
1450   if (!CanonicalMode) return expandAddRecExprLiterally(S);
1451
1452   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1453   const Loop *L = S->getLoop();
1454
1455   // First check for an existing canonical IV in a suitable type.
1456   PHINode *CanonicalIV = nullptr;
1457   if (PHINode *PN = L->getCanonicalInductionVariable())
1458     if (SE.getTypeSizeInBits(PN->getType()) >= SE.getTypeSizeInBits(Ty))
1459       CanonicalIV = PN;
1460
1461   // Rewrite an AddRec in terms of the canonical induction variable, if
1462   // its type is more narrow.
1463   if (CanonicalIV &&
1464       SE.getTypeSizeInBits(CanonicalIV->getType()) >
1465       SE.getTypeSizeInBits(Ty)) {
1466     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(S->getNumOperands());
1467     for (unsigned i = 0, e = S->getNumOperands(); i != e; ++i)
1468       NewOps[i] = SE.getAnyExtendExpr(S->op_begin()[i], CanonicalIV->getType());
1469     Value *V = expand(SE.getAddRecExpr(NewOps, S->getLoop(),
1470                                        S->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
1471     BasicBlock::iterator NewInsertPt =
1472         findInsertPointAfter(cast<Instruction>(V), Builder.GetInsertBlock());
1473     V = expandCodeFor(SE.getTruncateExpr(SE.getUnknown(V), Ty), nullptr,
1474                       &*NewInsertPt);
1475     return V;
1476   }
1477
1478   // {X,+,F} --> X + {0,+,F}
1479   if (!S->getStart()->isZero()) {
1480     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(S->op_begin(), S->op_end());
1481     NewOps[0] = SE.getConstant(Ty, 0);
1482     const SCEV *Rest = SE.getAddRecExpr(NewOps, L,
1483                                         S->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
1484
1485     // Turn things like ptrtoint+arithmetic+inttoptr into GEP. See the
1486     // comments on expandAddToGEP for details.
1487     const SCEV *Base = S->getStart();
1488     const SCEV *RestArray[1] = { Rest };
1489     // Dig into the expression to find the pointer base for a GEP.
1490     ExposePointerBase(Base, RestArray[0], SE);
1491     // If we found a pointer, expand the AddRec with a GEP.
1492     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Base->getType())) {
1493       // Make sure the Base isn't something exotic, such as a multiplied
1494       // or divided pointer value. In those cases, the result type isn't
1495       // actually a pointer type.
1496       if (!isa<SCEVMulExpr>(Base) && !isa<SCEVUDivExpr>(Base)) {
1497         Value *StartV = expand(Base);
1498         assert(StartV->getType() == PTy && "Pointer type mismatch for GEP!");
1499         return expandAddToGEP(RestArray, RestArray+1, PTy, Ty, StartV);
1500       }
1501     }
1502
1503     // Just do a normal add. Pre-expand the operands to suppress folding.
1504     //
1505     // The LHS and RHS values are factored out of the expand call to make the
1506     // output independent of the argument evaluation order.
1507     const SCEV *AddExprLHS = SE.getUnknown(expand(S->getStart()));
1508     const SCEV *AddExprRHS = SE.getUnknown(expand(Rest));
1509     return expand(SE.getAddExpr(AddExprLHS, AddExprRHS));
1510   }
1511
1512   // If we don't yet have a canonical IV, create one.
1513   if (!CanonicalIV) {
1514     // Create and insert the PHI node for the induction variable in the
1515     // specified loop.
1516     BasicBlock *Header = L->getHeader();
1517     pred_iterator HPB = pred_begin(Header), HPE = pred_end(Header);
1518     CanonicalIV = PHINode::Create(Ty, std::distance(HPB, HPE), "indvar",
1519                                   &Header->front());
1520     rememberInstruction(CanonicalIV);
1521
1522     SmallSet<BasicBlock *, 4> PredSeen;
1523     Constant *One = ConstantInt::get(Ty, 1);
1524     for (pred_iterator HPI = HPB; HPI != HPE; ++HPI) {
1525       BasicBlock *HP = *HPI;
1526       if (!PredSeen.insert(HP).second) {
1527         // There must be an incoming value for each predecessor, even the
1528         // duplicates!
1529         CanonicalIV->addIncoming(CanonicalIV->getIncomingValueForBlock(HP), HP);
1530         continue;
1531       }
1532
1533       if (L->contains(HP)) {
1534         // Insert a unit add instruction right before the terminator
1535         // corresponding to the back-edge.
1536         Instruction *Add = BinaryOperator::CreateAdd(CanonicalIV, One,
1537                                                      "indvar.next",
1538                                                      HP->getTerminator());
1539         Add->setDebugLoc(HP->getTerminator()->getDebugLoc());
1540         rememberInstruction(Add);
1541         CanonicalIV->addIncoming(Add, HP);
1542       } else {
1543         CanonicalIV->addIncoming(Constant::getNullValue(Ty), HP);
1544       }
1545     }
1546   }
1547
1548   // {0,+,1} --> Insert a canonical induction variable into the loop!
1549   if (S->isAffine() && S->getOperand(1)->isOne()) {
1550     assert(Ty == SE.getEffectiveSCEVType(CanonicalIV->getType()) &&
1551            "IVs with types different from the canonical IV should "
1552            "already have been handled!");
1553     return CanonicalIV;
1554   }
1555
1556   // {0,+,F} --> {0,+,1} * F
1557
1558   // If this is a simple linear addrec, emit it now as a special case.
1559   if (S->isAffine())    // {0,+,F} --> i*F
1560     return
1561       expand(SE.getTruncateOrNoop(
1562         SE.getMulExpr(SE.getUnknown(CanonicalIV),
1563                       SE.getNoopOrAnyExtend(S->getOperand(1),
1564                                             CanonicalIV->getType())),
1565         Ty));
1566
1567   // If this is a chain of recurrences, turn it into a closed form, using the
1568   // folders, then expandCodeFor the closed form.  This allows the folders to
1569   // simplify the expression without having to build a bunch of special code
1570   // into this folder.
1571   const SCEV *IH = SE.getUnknown(CanonicalIV);   // Get I as a "symbolic" SCEV.
1572
1573   // Promote S up to the canonical IV type, if the cast is foldable.
1574   const SCEV *NewS = S;
1575   const SCEV *Ext = SE.getNoopOrAnyExtend(S, CanonicalIV->getType());
1576   if (isa<SCEVAddRecExpr>(Ext))
1577     NewS = Ext;
1578
1579   const SCEV *V = cast<SCEVAddRecExpr>(NewS)->evaluateAtIteration(IH, SE);
1580   //cerr << "Evaluated: " << *this << "\n     to: " << *V << "\n";
1581
1582   // Truncate the result down to the original type, if needed.
1583   const SCEV *T = SE.getTruncateOrNoop(V, Ty);
1584   return expand(T);
1585 }
1586
1587 Value *SCEVExpander::visitTruncateExpr(const SCEVTruncateExpr *S) {
1588   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1589   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1590                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1591   Value *I = Builder.CreateTrunc(V, Ty);
1592   rememberInstruction(I);
1593   return I;
1594 }
1595
1596 Value *SCEVExpander::visitZeroExtendExpr(const SCEVZeroExtendExpr *S) {
1597   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1598   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1599                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1600   Value *I = Builder.CreateZExt(V, Ty);
1601   rememberInstruction(I);
1602   return I;
1603 }
1604
1605 Value *SCEVExpander::visitSignExtendExpr(const SCEVSignExtendExpr *S) {
1606   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1607   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1608                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1609   Value *I = Builder.CreateSExt(V, Ty);
1610   rememberInstruction(I);
1611   return I;
1612 }
1613
1614 Value *SCEVExpander::visitSMaxExpr(const SCEVSMaxExpr *S) {
1615   Value *LHS = expand(S->getOperand(S->getNumOperands()-1));
1616   Type *Ty = LHS->getType();
1617   for (int i = S->getNumOperands()-2; i >= 0; --i) {
1618     // In the case of mixed integer and pointer types, do the
1619     // rest of the comparisons as integer.
1620     if (S->getOperand(i)->getType() != Ty) {
1621       Ty = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1622       LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, Ty);
1623     }
1624     Value *RHS = expandCodeFor(S->getOperand(i), Ty);
1625     Value *ICmp = Builder.CreateICmpSGT(LHS, RHS);
1626     rememberInstruction(ICmp);
1627     Value *Sel = Builder.CreateSelect(ICmp, LHS, RHS, "smax");
1628     rememberInstruction(Sel);
1629     LHS = Sel;
1630   }
1631   // In the case of mixed integer and pointer types, cast the
1632   // final result back to the pointer type.
1633   if (LHS->getType() != S->getType())
1634     LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, S->getType());
1635   return LHS;
1636 }
1637
1638 Value *SCEVExpander::visitUMaxExpr(const SCEVUMaxExpr *S) {
1639   Value *LHS = expand(S->getOperand(S->getNumOperands()-1));
1640   Type *Ty = LHS->getType();
1641   for (int i = S->getNumOperands()-2; i >= 0; --i) {
1642     // In the case of mixed integer and pointer types, do the
1643     // rest of the comparisons as integer.
1644     if (S->getOperand(i)->getType() != Ty) {
1645       Ty = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1646       LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, Ty);
1647     }
1648     Value *RHS = expandCodeFor(S->getOperand(i), Ty);
1649     Value *ICmp = Builder.CreateICmpUGT(LHS, RHS);
1650     rememberInstruction(ICmp);
1651     Value *Sel = Builder.CreateSelect(ICmp, LHS, RHS, "umax");
1652     rememberInstruction(Sel);
1653     LHS = Sel;
1654   }
1655   // In the case of mixed integer and pointer types, cast the
1656   // final result back to the pointer type.
1657   if (LHS->getType() != S->getType())
1658     LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, S->getType());
1659   return LHS;
1660 }
1661
1662 Value *SCEVExpander::expandCodeFor(const SCEV *SH, Type *Ty,
1663                                    Instruction *IP) {
1664   setInsertPoint(IP);
1665   return expandCodeFor(SH, Ty);
1666 }
1667
1668 Value *SCEVExpander::expandCodeFor(const SCEV *SH, Type *Ty) {
1669   // Expand the code for this SCEV.
1670   Value *V = expand(SH);
1671   if (Ty) {
1672     assert(SE.getTypeSizeInBits(Ty) == SE.getTypeSizeInBits(SH->getType()) &&
1673            "non-trivial casts should be done with the SCEVs directly!");
1674     V = InsertNoopCastOfTo(V, Ty);
1675   }
1676   return V;
1677 }
1678
1679 ScalarEvolution::ValueOffsetPair
1680 SCEVExpander::FindValueInExprValueMap(const SCEV *S,
1681                                       const Instruction *InsertPt) {
1682   SetVector<ScalarEvolution::ValueOffsetPair> *Set = SE.getSCEVValues(S);
1683   // If the expansion is not in CanonicalMode, and the SCEV contains any
1684   // sub scAddRecExpr type SCEV, it is required to expand the SCEV literally.
1685   if (CanonicalMode || !SE.containsAddRecurrence(S)) {
1686     // If S is scConstant, it may be worse to reuse an existing Value.
1687     if (S->getSCEVType() != scConstant && Set) {
1688       // Choose a Value from the set which dominates the insertPt.
1689       // insertPt should be inside the Value's parent loop so as not to break
1690       // the LCSSA form.
1691       for (auto const &VOPair : *Set) {
1692         Value *V = VOPair.first;
1693         ConstantInt *Offset = VOPair.second;
1694         Instruction *EntInst = nullptr;
1695         if (V && isa<Instruction>(V) && (EntInst = cast<Instruction>(V)) &&
1696             S->getType() == V->getType() &&
1697             EntInst->getFunction() == InsertPt->getFunction() &&
1698             SE.DT.dominates(EntInst, InsertPt) &&
1699             (SE.LI.getLoopFor(EntInst->getParent()) == nullptr ||
1700              SE.LI.getLoopFor(EntInst->getParent())->contains(InsertPt)))
1701           return {V, Offset};
1702       }
1703     }
1704   }
1705   return {nullptr, nullptr};
1706 }
1707
1708 // The expansion of SCEV will either reuse a previous Value in ExprValueMap,
1709 // or expand the SCEV literally. Specifically, if the expansion is in LSRMode,
1710 // and the SCEV contains any sub scAddRecExpr type SCEV, it will be expanded
1711 // literally, to prevent LSR's transformed SCEV from being reverted. Otherwise,
1712 // the expansion will try to reuse Value from ExprValueMap, and only when it
1713 // fails, expand the SCEV literally.
1714 Value *SCEVExpander::expand(const SCEV *S) {
1715   // Compute an insertion point for this SCEV object. Hoist the instructions
1716   // as far out in the loop nest as possible.
1717   Instruction *InsertPt = &*Builder.GetInsertPoint();
1718   for (Loop *L = SE.LI.getLoopFor(Builder.GetInsertBlock());;
1719        L = L->getParentLoop())
1720     if (SE.isLoopInvariant(S, L)) {
1721       if (!L) break;
1722       if (BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader())
1723         InsertPt = Preheader->getTerminator();
1724       else {
1725         // LSR sets the insertion point for AddRec start/step values to the
1726         // block start to simplify value reuse, even though it's an invalid
1727         // position. SCEVExpander must correct for this in all cases.
1728         InsertPt = &*L->getHeader()->getFirstInsertionPt();
1729       }
1730     } else {
1731       // If the SCEV is computable at this level, insert it into the header
1732       // after the PHIs (and after any other instructions that we've inserted
1733       // there) so that it is guaranteed to dominate any user inside the loop.
1734       if (L && SE.hasComputableLoopEvolution(S, L) && !PostIncLoops.count(L))
1735         InsertPt = &*L->getHeader()->getFirstInsertionPt();
1736       while (InsertPt->getIterator() != Builder.GetInsertPoint() &&
1737              (isInsertedInstruction(InsertPt) ||
1738               isa<DbgInfoIntrinsic>(InsertPt))) {
1739         InsertPt = &*std::next(InsertPt->getIterator());
1740       }
1741       break;
1742     }
1743
1744   // Check to see if we already expanded this here.
1745   auto I = InsertedExpressions.find(std::make_pair(S, InsertPt));
1746   if (I != InsertedExpressions.end())
1747     return I->second;
1748
1749   SCEVInsertPointGuard Guard(Builder, this);
1750   Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1751
1752   // Expand the expression into instructions.
1753   ScalarEvolution::ValueOffsetPair VO = FindValueInExprValueMap(S, InsertPt);
1754   Value *V = VO.first;
1755
1756   if (!V)
1757     V = visit(S);
1758   else if (VO.second) {
1759     if (PointerType *Vty = dyn_cast<PointerType>(V->getType())) {
1760       Type *Ety = Vty->getPointerElementType();
1761       int64_t Offset = VO.second->getSExtValue();
1762       int64_t ESize = SE.getTypeSizeInBits(Ety);
1763       if ((Offset * 8) % ESize == 0) {
1764         ConstantInt *Idx =
1765             ConstantInt::getSigned(VO.second->getType(), -(Offset * 8) / ESize);
1766         V = Builder.CreateGEP(Ety, V, Idx, "scevgep");
1767       } else {
1768         ConstantInt *Idx =
1769             ConstantInt::getSigned(VO.second->getType(), -Offset);
1770         unsigned AS = Vty->getAddressSpace();
1771         V = Builder.CreateBitCast(V, Type::getInt8PtrTy(SE.getContext(), AS));
1772         V = Builder.CreateGEP(Type::getInt8Ty(SE.getContext()), V, Idx,
1773                               "uglygep");
1774         V = Builder.CreateBitCast(V, Vty);
1775       }
1776     } else {
1777       V = Builder.CreateSub(V, VO.second);
1778     }
1779   }
1780   // Remember the expanded value for this SCEV at this location.
1781   //
1782   // This is independent of PostIncLoops. The mapped value simply materializes
1783   // the expression at this insertion point. If the mapped value happened to be
1784   // a postinc expansion, it could be reused by a non-postinc user, but only if
1785   // its insertion point was already at the head of the loop.
1786   InsertedExpressions[std::make_pair(S, InsertPt)] = V;
1787   return V;
1788 }
1789
1790 void SCEVExpander::rememberInstruction(Value *I) {
1791   if (!PostIncLoops.empty())
1792     InsertedPostIncValues.insert(I);
1793   else
1794     InsertedValues.insert(I);
1795 }
1796
1797 /// getOrInsertCanonicalInductionVariable - This method returns the
1798 /// canonical induction variable of the specified type for the specified
1799 /// loop (inserting one if there is none).  A canonical induction variable
1800 /// starts at zero and steps by one on each iteration.
1801 PHINode *
1802 SCEVExpander::getOrInsertCanonicalInductionVariable(const Loop *L,
1803                                                     Type *Ty) {
1804   assert(Ty->isIntegerTy() && "Can only insert integer induction variables!");
1805
1806   // Build a SCEV for {0,+,1}<L>.
1807   // Conservatively use FlagAnyWrap for now.
1808   const SCEV *H = SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(Ty, 0),
1809                                    SE.getConstant(Ty, 1), L, SCEV::FlagAnyWrap);
1810
1811   // Emit code for it.
1812   SCEVInsertPointGuard Guard(Builder, this);
1813   PHINode *V =
1814       cast<PHINode>(expandCodeFor(H, nullptr, &L->getHeader()->front()));
1815
1816   return V;
1817 }
1818
1819 /// replaceCongruentIVs - Check for congruent phis in this loop header and
1820 /// replace them with their most canonical representative. Return the number of
1821 /// phis eliminated.
1822 ///
1823 /// This does not depend on any SCEVExpander state but should be used in
1824 /// the same context that SCEVExpander is used.
1825 unsigned
1826 SCEVExpander::replaceCongruentIVs(Loop *L, const DominatorTree *DT,
1827                                   SmallVectorImpl<WeakTrackingVH> &DeadInsts,
1828                                   const TargetTransformInfo *TTI) {
1829   // Find integer phis in order of increasing width.
1830   SmallVector<PHINode*, 8> Phis;
1831   for (auto &I : *L->getHeader()) {
1832     if (auto *PN = dyn_cast<PHINode>(&I))
1833       Phis.push_back(PN);
1834     else
1835       break;
1836   }
1837
1838   if (TTI)
1839     std::sort(Phis.begin(), Phis.end(), [](Value *LHS, Value *RHS) {
1840       // Put pointers at the back and make sure pointer < pointer = false.
1841       if (!LHS->getType()->isIntegerTy() || !RHS->getType()->isIntegerTy())
1842         return RHS->getType()->isIntegerTy() && !LHS->getType()->isIntegerTy();
1843       return RHS->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1844              LHS->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1845     });
1846
1847   unsigned NumElim = 0;
1848   DenseMap<const SCEV *, PHINode *> ExprToIVMap;
1849   // Process phis from wide to narrow. Map wide phis to their truncation
1850   // so narrow phis can reuse them.
1851   for (PHINode *Phi : Phis) {
1852     auto SimplifyPHINode = [&](PHINode *PN) -> Value * {
1853       if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, {DL, &SE.TLI, &SE.DT, &SE.AC}))
1854         return V;
1855       if (!SE.isSCEVable(PN->getType()))
1856         return nullptr;
1857       auto *Const = dyn_cast<SCEVConstant>(SE.getSCEV(PN));
1858       if (!Const)
1859         return nullptr;
1860       return Const->getValue();
1861     };
1862
1863     // Fold constant phis. They may be congruent to other constant phis and
1864     // would confuse the logic below that expects proper IVs.
1865     if (Value *V = SimplifyPHINode(Phi)) {
1866       if (V->getType() != Phi->getType())
1867         continue;
1868       Phi->replaceAllUsesWith(V);
1869       DeadInsts.emplace_back(Phi);
1870       ++NumElim;
1871       DEBUG_WITH_TYPE(DebugType, dbgs()
1872                       << "INDVARS: Eliminated constant iv: " << *Phi << '\n');
1873       continue;
1874     }
1875
1876     if (!SE.isSCEVable(Phi->getType()))
1877       continue;
1878
1879     PHINode *&OrigPhiRef = ExprToIVMap[SE.getSCEV(Phi)];
1880     if (!OrigPhiRef) {
1881       OrigPhiRef = Phi;
1882       if (Phi->getType()->isIntegerTy() && TTI &&
1883           TTI->isTruncateFree(Phi->getType(), Phis.back()->getType())) {
1884         // This phi can be freely truncated to the narrowest phi type. Map the
1885         // truncated expression to it so it will be reused for narrow types.
1886         const SCEV *TruncExpr =
1887           SE.getTruncateExpr(SE.getSCEV(Phi), Phis.back()->getType());
1888         ExprToIVMap[TruncExpr] = Phi;
1889       }
1890       continue;
1891     }
1892
1893     // Replacing a pointer phi with an integer phi or vice-versa doesn't make
1894     // sense.
1895     if (OrigPhiRef->getType()->isPointerTy() != Phi->getType()->isPointerTy())
1896       continue;
1897
1898     if (BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch()) {
1899       Instruction *OrigInc = dyn_cast<Instruction>(
1900           OrigPhiRef->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
1901       Instruction *IsomorphicInc =
1902           dyn_cast<Instruction>(Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
1903
1904       if (OrigInc && IsomorphicInc) {
1905         // If this phi has the same width but is more canonical, replace the
1906         // original with it. As part of the "more canonical" determination,
1907         // respect a prior decision to use an IV chain.
1908         if (OrigPhiRef->getType() == Phi->getType() &&
1909             !(ChainedPhis.count(Phi) ||
1910               isExpandedAddRecExprPHI(OrigPhiRef, OrigInc, L)) &&
1911             (ChainedPhis.count(Phi) ||
1912              isExpandedAddRecExprPHI(Phi, IsomorphicInc, L))) {
1913           std::swap(OrigPhiRef, Phi);
1914           std::swap(OrigInc, IsomorphicInc);
1915         }
1916         // Replacing the congruent phi is sufficient because acyclic
1917         // redundancy elimination, CSE/GVN, should handle the
1918         // rest. However, once SCEV proves that a phi is congruent,
1919         // it's often the head of an IV user cycle that is isomorphic
1920         // with the original phi. It's worth eagerly cleaning up the
1921         // common case of a single IV increment so that DeleteDeadPHIs
1922         // can remove cycles that had postinc uses.
1923         const SCEV *TruncExpr =
1924             SE.getTruncateOrNoop(SE.getSCEV(OrigInc), IsomorphicInc->getType());
1925         if (OrigInc != IsomorphicInc &&
1926             TruncExpr == SE.getSCEV(IsomorphicInc) &&
1927             SE.LI.replacementPreservesLCSSAForm(IsomorphicInc, OrigInc) &&
1928             hoistIVInc(OrigInc, IsomorphicInc)) {
1929           DEBUG_WITH_TYPE(DebugType,
1930                           dbgs() << "INDVARS: Eliminated congruent iv.inc: "
1931                                  << *IsomorphicInc << '\n');
1932           Value *NewInc = OrigInc;
1933           if (OrigInc->getType() != IsomorphicInc->getType()) {
1934             Instruction *IP = nullptr;
1935             if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(OrigInc))
1936               IP = &*PN->getParent()->getFirstInsertionPt();
1937             else
1938               IP = OrigInc->getNextNode();
1939
1940             IRBuilder<> Builder(IP);
1941             Builder.SetCurrentDebugLocation(IsomorphicInc->getDebugLoc());
1942             NewInc = Builder.CreateTruncOrBitCast(
1943                 OrigInc, IsomorphicInc->getType(), IVName);
1944           }
1945           IsomorphicInc->replaceAllUsesWith(NewInc);
1946           DeadInsts.emplace_back(IsomorphicInc);
1947         }
1948       }
1949     }
1950     DEBUG_WITH_TYPE(DebugType, dbgs() << "INDVARS: Eliminated congruent iv: "
1951                                       << *Phi << '\n');
1952     ++NumElim;
1953     Value *NewIV = OrigPhiRef;
1954     if (OrigPhiRef->getType() != Phi->getType()) {
1955       IRBuilder<> Builder(&*L->getHeader()->getFirstInsertionPt());
1956       Builder.SetCurrentDebugLocation(Phi->getDebugLoc());
1957       NewIV = Builder.CreateTruncOrBitCast(OrigPhiRef, Phi->getType(), IVName);
1958     }
1959     Phi->replaceAllUsesWith(NewIV);
1960     DeadInsts.emplace_back(Phi);
1961   }
1962   return NumElim;
1963 }
1964
1965 Value *SCEVExpander::getExactExistingExpansion(const SCEV *S,
1966                                                const Instruction *At, Loop *L) {
1967   Optional<ScalarEvolution::ValueOffsetPair> VO =
1968       getRelatedExistingExpansion(S, At, L);
1969   if (VO && VO.getValue().second == nullptr)
1970     return VO.getValue().first;
1971   return nullptr;
1972 }
1973
1974 Optional<ScalarEvolution::ValueOffsetPair>
1975 SCEVExpander::getRelatedExistingExpansion(const SCEV *S, const Instruction *At,
1976                                           Loop *L) {
1977   using namespace llvm::PatternMatch;
1978
1979   SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitingBlocks;
1980   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
1981
1982   // Look for suitable value in simple conditions at the loop exits.
1983   for (BasicBlock *BB : ExitingBlocks) {
1984     ICmpInst::Predicate Pred;
1985     Instruction *LHS, *RHS;
1986     BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
1987
1988     if (!match(BB->getTerminator(),
1989                m_Br(m_ICmp(Pred, m_Instruction(LHS), m_Instruction(RHS)),
1990                     TrueBB, FalseBB)))
1991       continue;
1992
1993     if (SE.getSCEV(LHS) == S && SE.DT.dominates(LHS, At))
1994       return ScalarEvolution::ValueOffsetPair(LHS, nullptr);
1995
1996     if (SE.getSCEV(RHS) == S && SE.DT.dominates(RHS, At))
1997       return ScalarEvolution::ValueOffsetPair(RHS, nullptr);
1998   }
1999
2000   // Use expand's logic which is used for reusing a previous Value in
2001   // ExprValueMap.
2002   ScalarEvolution::ValueOffsetPair VO = FindValueInExprValueMap(S, At);
2003   if (VO.first)
2004     return VO;
2005
2006   // There is potential to make this significantly smarter, but this simple
2007   // heuristic already gets some interesting cases.
2008
2009   // Can not find suitable value.
2010   return None;
2011 }
2012
2013 bool SCEVExpander::isHighCostExpansionHelper(
2014     const SCEV *S, Loop *L, const Instruction *At,
2015     SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Processed) {
2016
2017   // If we can find an existing value for this scev available at the point "At"
2018   // then consider the expression cheap.
2019   if (At && getRelatedExistingExpansion(S, At, L))
2020     return false;
2021
2022   // Zero/One operand expressions
2023   switch (S->getSCEVType()) {
2024   case scUnknown:
2025   case scConstant:
2026     return false;
2027   case scTruncate:
2028     return isHighCostExpansionHelper(cast<SCEVTruncateExpr>(S)->getOperand(),
2029                                      L, At, Processed);
2030   case scZeroExtend:
2031     return isHighCostExpansionHelper(cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)->getOperand(),
2032                                      L, At, Processed);
2033   case scSignExtend:
2034     return isHighCostExpansionHelper(cast<SCEVSignExtendExpr>(S)->getOperand(),
2035                                      L, At, Processed);
2036   }
2037
2038   if (!Processed.insert(S).second)
2039     return false;
2040
2041   if (auto *UDivExpr = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
2042     // If the divisor is a power of two and the SCEV type fits in a native
2043     // integer, consider the division cheap irrespective of whether it occurs in
2044     // the user code since it can be lowered into a right shift.
2045     if (auto *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UDivExpr->getRHS()))
2046       if (SC->getAPInt().isPowerOf2()) {
2047         const DataLayout &DL =
2048             L->getHeader()->getParent()->getParent()->getDataLayout();
2049         unsigned Width = cast<IntegerType>(UDivExpr->getType())->getBitWidth();
2050         return DL.isIllegalInteger(Width);
2051       }
2052
2053     // UDivExpr is very likely a UDiv that ScalarEvolution's HowFarToZero or
2054     // HowManyLessThans produced to compute a precise expression, rather than a
2055     // UDiv from the user's code. If we can't find a UDiv in the code with some
2056     // simple searching, assume the former consider UDivExpr expensive to
2057     // compute.
2058     BasicBlock *ExitingBB = L->getExitingBlock();
2059     if (!ExitingBB)
2060       return true;
2061
2062     // At the beginning of this function we already tried to find existing value
2063     // for plain 'S'. Now try to lookup 'S + 1' since it is common pattern
2064     // involving division. This is just a simple search heuristic.
2065     if (!At)
2066       At = &ExitingBB->back();
2067     if (!getRelatedExistingExpansion(
2068             SE.getAddExpr(S, SE.getConstant(S->getType(), 1)), At, L))
2069       return true;
2070   }
2071
2072   // HowManyLessThans uses a Max expression whenever the loop is not guarded by
2073   // the exit condition.
2074   if (isa<SCEVSMaxExpr>(S) || isa<SCEVUMaxExpr>(S))
2075     return true;
2076
2077   // Recurse past nary expressions, which commonly occur in the
2078   // BackedgeTakenCount. They may already exist in program code, and if not,
2079   // they are not too expensive rematerialize.
2080   if (const SCEVNAryExpr *NAry = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S)) {
2081     for (auto *Op : NAry->operands())
2082       if (isHighCostExpansionHelper(Op, L, At, Processed))
2083         return true;
2084   }
2085
2086   // If we haven't recognized an expensive SCEV pattern, assume it's an
2087   // expression produced by program code.
2088   return false;
2089 }
2090
2091 Value *SCEVExpander::expandCodeForPredicate(const SCEVPredicate *Pred,
2092                                             Instruction *IP) {
2093   assert(IP);
2094   switch (Pred->getKind()) {
2095   case SCEVPredicate::P_Union:
2096     return expandUnionPredicate(cast<SCEVUnionPredicate>(Pred), IP);
2097   case SCEVPredicate::P_Equal:
2098     return expandEqualPredicate(cast<SCEVEqualPredicate>(Pred), IP);
2099   case SCEVPredicate::P_Wrap: {
2100     auto *AddRecPred = cast<SCEVWrapPredicate>(Pred);
2101     return expandWrapPredicate(AddRecPred, IP);
2102   }
2103   }
2104   llvm_unreachable("Unknown SCEV predicate type");
2105 }
2106
2107 Value *SCEVExpander::expandEqualPredicate(const SCEVEqualPredicate *Pred,
2108                                           Instruction *IP) {
2109   Value *Expr0 = expandCodeFor(Pred->getLHS(), Pred->getLHS()->getType(), IP);
2110   Value *Expr1 = expandCodeFor(Pred->getRHS(), Pred->getRHS()->getType(), IP);
2111
2112   Builder.SetInsertPoint(IP);
2113   auto *I = Builder.CreateICmpNE(Expr0, Expr1, "ident.check");
2114   return I;
2115 }
2116
2117 Value *SCEVExpander::generateOverflowCheck(const SCEVAddRecExpr *AR,
2118                                            Instruction *Loc, bool Signed) {
2119   assert(AR->isAffine() && "Cannot generate RT check for "
2120                            "non-affine expression");
2121
2122   SCEVUnionPredicate Pred;
2123   const SCEV *ExitCount =
2124       SE.getPredicatedBackedgeTakenCount(AR->getLoop(), Pred);
2125
2126   assert(ExitCount != SE.getCouldNotCompute() && "Invalid loop count");
2127
2128   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(SE);
2129   const SCEV *Start = AR->getStart();
2130
2131   unsigned SrcBits = SE.getTypeSizeInBits(ExitCount->getType());
2132   unsigned DstBits = SE.getTypeSizeInBits(AR->getType());
2133
2134   // The expression {Start,+,Step} has nusw/nssw if
2135   //   Step < 0, Start - |Step| * Backedge <= Start
2136   //   Step >= 0, Start + |Step| * Backedge > Start
2137   // and |Step| * Backedge doesn't unsigned overflow.
2138
2139   IntegerType *CountTy = IntegerType::get(Loc->getContext(), SrcBits);
2140   Builder.SetInsertPoint(Loc);
2141   Value *TripCountVal = expandCodeFor(ExitCount, CountTy, Loc);
2142
2143   IntegerType *Ty =
2144       IntegerType::get(Loc->getContext(), SE.getTypeSizeInBits(AR->getType()));
2145
2146   Value *StepValue = expandCodeFor(Step, Ty, Loc);
2147   Value *NegStepValue = expandCodeFor(SE.getNegativeSCEV(Step), Ty, Loc);
2148   Value *StartValue = expandCodeFor(Start, Ty, Loc);
2149
2150   ConstantInt *Zero =
2151       ConstantInt::get(Loc->getContext(), APInt::getNullValue(DstBits));
2152
2153   Builder.SetInsertPoint(Loc);
2154   // Compute |Step|
2155   Value *StepCompare = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_SLT, StepValue, Zero);
2156   Value *AbsStep = Builder.CreateSelect(StepCompare, NegStepValue, StepValue);
2157
2158   // Get the backedge taken count and truncate or extended to the AR type.
2159   Value *TruncTripCount = Builder.CreateZExtOrTrunc(TripCountVal, Ty);
2160   auto *MulF = Intrinsic::getDeclaration(Loc->getModule(),
2161                                          Intrinsic::umul_with_overflow, Ty);
2162
2163   // Compute |Step| * Backedge
2164   CallInst *Mul = Builder.CreateCall(MulF, {AbsStep, TruncTripCount}, "mul");
2165   Value *MulV = Builder.CreateExtractValue(Mul, 0, "mul.result");
2166   Value *OfMul = Builder.CreateExtractValue(Mul, 1, "mul.overflow");
2167
2168   // Compute:
2169   //   Start + |Step| * Backedge < Start
2170   //   Start - |Step| * Backedge > Start
2171   Value *Add = Builder.CreateAdd(StartValue, MulV);
2172   Value *Sub = Builder.CreateSub(StartValue, MulV);
2173
2174   Value *EndCompareGT = Builder.CreateICmp(
2175       Signed ? ICmpInst::ICMP_SGT : ICmpInst::ICMP_UGT, Sub, StartValue);
2176
2177   Value *EndCompareLT = Builder.CreateICmp(
2178       Signed ? ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_ULT, Add, StartValue);
2179
2180   // Select the answer based on the sign of Step.
2181   Value *EndCheck =
2182       Builder.CreateSelect(StepCompare, EndCompareGT, EndCompareLT);
2183
2184   // If the backedge taken count type is larger than the AR type,
2185   // check that we don't drop any bits by truncating it. If we are
2186   // droping bits, then we have overflow (unless the step is zero).
2187   if (SE.getTypeSizeInBits(CountTy) > SE.getTypeSizeInBits(Ty)) {
2188     auto MaxVal = APInt::getMaxValue(DstBits).zext(SrcBits);
2189     auto *BackedgeCheck =
2190         Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_UGT, TripCountVal,
2191                            ConstantInt::get(Loc->getContext(), MaxVal));
2192     BackedgeCheck = Builder.CreateAnd(
2193         BackedgeCheck, Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_NE, StepValue, Zero));
2194
2195     EndCheck = Builder.CreateOr(EndCheck, BackedgeCheck);
2196   }
2197
2198   EndCheck = Builder.CreateOr(EndCheck, OfMul);
2199   return EndCheck;
2200 }
2201
2202 Value *SCEVExpander::expandWrapPredicate(const SCEVWrapPredicate *Pred,
2203                                          Instruction *IP) {
2204   const auto *A = cast<SCEVAddRecExpr>(Pred->getExpr());
2205   Value *NSSWCheck = nullptr, *NUSWCheck = nullptr;
2206
2207   // Add a check for NUSW
2208   if (Pred->getFlags() & SCEVWrapPredicate::IncrementNUSW)
2209     NUSWCheck = generateOverflowCheck(A, IP, false);
2210
2211   // Add a check for NSSW
2212   if (Pred->getFlags() & SCEVWrapPredicate::IncrementNSSW)
2213     NSSWCheck = generateOverflowCheck(A, IP, true);
2214
2215   if (NUSWCheck && NSSWCheck)
2216     return Builder.CreateOr(NUSWCheck, NSSWCheck);
2217
2218   if (NUSWCheck)
2219     return NUSWCheck;
2220
2221   if (NSSWCheck)
2222     return NSSWCheck;
2223
2224   return ConstantInt::getFalse(IP->getContext());
2225 }
2226
2227 Value *SCEVExpander::expandUnionPredicate(const SCEVUnionPredicate *Union,
2228                                           Instruction *IP) {
2229   auto *BoolType = IntegerType::get(IP->getContext(), 1);
2230   Value *Check = ConstantInt::getNullValue(BoolType);
2231
2232   // Loop over all checks in this set.
2233   for (auto Pred : Union->getPredicates()) {
2234     auto *NextCheck = expandCodeForPredicate(Pred, IP);
2235     Builder.SetInsertPoint(IP);
2236     Check = Builder.CreateOr(Check, NextCheck);
2237   }
2238
2239   return Check;
2240 }
2241
2242 namespace {
2243 // Search for a SCEV subexpression that is not safe to expand.  Any expression
2244 // that may expand to a !isSafeToSpeculativelyExecute value is unsafe, namely
2245 // UDiv expressions. We don't know if the UDiv is derived from an IR divide
2246 // instruction, but the important thing is that we prove the denominator is
2247 // nonzero before expansion.
2248 //
2249 // IVUsers already checks that IV-derived expressions are safe. So this check is
2250 // only needed when the expression includes some subexpression that is not IV
2251 // derived.
2252 //
2253 // Currently, we only allow division by a nonzero constant here. If this is
2254 // inadequate, we could easily allow division by SCEVUnknown by using
2255 // ValueTracking to check isKnownNonZero().
2256 //
2257 // We cannot generally expand recurrences unless the step dominates the loop
2258 // header. The expander handles the special case of affine recurrences by
2259 // scaling the recurrence outside the loop, but this technique isn't generally
2260 // applicable. Expanding a nested recurrence outside a loop requires computing
2261 // binomial coefficients. This could be done, but the recurrence has to be in a
2262 // perfectly reduced form, which can't be guaranteed.
2263 struct SCEVFindUnsafe {
2264   ScalarEvolution &SE;
2265   bool IsUnsafe;
2266
2267   SCEVFindUnsafe(ScalarEvolution &se): SE(se), IsUnsafe(false) {}
2268
2269   bool follow(const SCEV *S) {
2270     if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
2271       const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(D->getRHS());
2272       if (!SC || SC->getValue()->isZero()) {
2273         IsUnsafe = true;
2274         return false;
2275       }
2276     }
2277     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2278       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(SE);
2279       if (!AR->isAffine() && !SE.dominates(Step, AR->getLoop()->getHeader())) {
2280         IsUnsafe = true;
2281         return false;
2282       }
2283     }
2284     return true;
2285   }
2286   bool isDone() const { return IsUnsafe; }
2287 };
2288 }
2289
2290 namespace llvm {
2291 bool isSafeToExpand(const SCEV *S, ScalarEvolution &SE) {
2292   SCEVFindUnsafe Search(SE);
2293   visitAll(S, Search);
2294   return !Search.IsUnsafe;
2295 }
2296 }