]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Analysis/ScalarEvolutionExpander.cpp
Import libxo-0.9.0:
[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
191       // Conservatively, do not use any instruction which has any of wrap/exact
192       // flags installed.
193       // TODO: Instead of simply disable poison instructions we can be clever
194       //       here and match SCEV to this instruction.
195       auto canGeneratePoison = [](Instruction *I) {
196         if (isa<OverflowingBinaryOperator>(I) &&
197             (I->hasNoSignedWrap() || I->hasNoUnsignedWrap()))
198           return true;
199         if (isa<PossiblyExactOperator>(I) && I->isExact())
200           return true;
201         return false;
202       };
203       if (IP->getOpcode() == (unsigned)Opcode && IP->getOperand(0) == LHS &&
204           IP->getOperand(1) == RHS && !canGeneratePoison(&*IP))
205         return &*IP;
206       if (IP == BlockBegin) break;
207     }
208   }
209
210   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
211   DebugLoc Loc = Builder.GetInsertPoint()->getDebugLoc();
212   SCEVInsertPointGuard Guard(Builder, this);
213
214   // Move the insertion point out of as many loops as we can.
215   while (const Loop *L = SE.LI.getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
216     if (!L->isLoopInvariant(LHS) || !L->isLoopInvariant(RHS)) break;
217     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
218     if (!Preheader) break;
219
220     // Ok, move up a level.
221     Builder.SetInsertPoint(Preheader->getTerminator());
222   }
223
224   // If we haven't found this binop, insert it.
225   Instruction *BO = cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opcode, LHS, RHS));
226   BO->setDebugLoc(Loc);
227   rememberInstruction(BO);
228
229   return BO;
230 }
231
232 /// FactorOutConstant - Test if S is divisible by Factor, using signed
233 /// division. If so, update S with Factor divided out and return true.
234 /// S need not be evenly divisible if a reasonable remainder can be
235 /// computed.
236 /// TODO: When ScalarEvolution gets a SCEVSDivExpr, this can be made
237 /// unnecessary; in its place, just signed-divide Ops[i] by the scale and
238 /// check to see if the divide was folded.
239 static bool FactorOutConstant(const SCEV *&S, const SCEV *&Remainder,
240                               const SCEV *Factor, ScalarEvolution &SE,
241                               const DataLayout &DL) {
242   // Everything is divisible by one.
243   if (Factor->isOne())
244     return true;
245
246   // x/x == 1.
247   if (S == Factor) {
248     S = SE.getConstant(S->getType(), 1);
249     return true;
250   }
251
252   // For a Constant, check for a multiple of the given factor.
253   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
254     // 0/x == 0.
255     if (C->isZero())
256       return true;
257     // Check for divisibility.
258     if (const SCEVConstant *FC = dyn_cast<SCEVConstant>(Factor)) {
259       ConstantInt *CI =
260           ConstantInt::get(SE.getContext(), C->getAPInt().sdiv(FC->getAPInt()));
261       // If the quotient is zero and the remainder is non-zero, reject
262       // the value at this scale. It will be considered for subsequent
263       // smaller scales.
264       if (!CI->isZero()) {
265         const SCEV *Div = SE.getConstant(CI);
266         S = Div;
267         Remainder = SE.getAddExpr(
268             Remainder, SE.getConstant(C->getAPInt().srem(FC->getAPInt())));
269         return true;
270       }
271     }
272   }
273
274   // In a Mul, check if there is a constant operand which is a multiple
275   // of the given factor.
276   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
277     // Size is known, check if there is a constant operand which is a multiple
278     // of the given factor. If so, we can factor it.
279     const SCEVConstant *FC = cast<SCEVConstant>(Factor);
280     if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(0)))
281       if (!C->getAPInt().srem(FC->getAPInt())) {
282         SmallVector<const SCEV *, 4> NewMulOps(M->op_begin(), M->op_end());
283         NewMulOps[0] = SE.getConstant(C->getAPInt().sdiv(FC->getAPInt()));
284         S = SE.getMulExpr(NewMulOps);
285         return true;
286       }
287   }
288
289   // In an AddRec, check if both start and step are divisible.
290   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
291     const SCEV *Step = A->getStepRecurrence(SE);
292     const SCEV *StepRem = SE.getConstant(Step->getType(), 0);
293     if (!FactorOutConstant(Step, StepRem, Factor, SE, DL))
294       return false;
295     if (!StepRem->isZero())
296       return false;
297     const SCEV *Start = A->getStart();
298     if (!FactorOutConstant(Start, Remainder, Factor, SE, DL))
299       return false;
300     S = SE.getAddRecExpr(Start, Step, A->getLoop(),
301                          A->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
302     return true;
303   }
304
305   return false;
306 }
307
308 /// SimplifyAddOperands - Sort and simplify a list of add operands. NumAddRecs
309 /// is the number of SCEVAddRecExprs present, which are kept at the end of
310 /// the list.
311 ///
312 static void SimplifyAddOperands(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
313                                 Type *Ty,
314                                 ScalarEvolution &SE) {
315   unsigned NumAddRecs = 0;
316   for (unsigned i = Ops.size(); i > 0 && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[i-1]); --i)
317     ++NumAddRecs;
318   // Group Ops into non-addrecs and addrecs.
319   SmallVector<const SCEV *, 8> NoAddRecs(Ops.begin(), Ops.end() - NumAddRecs);
320   SmallVector<const SCEV *, 8> AddRecs(Ops.end() - NumAddRecs, Ops.end());
321   // Let ScalarEvolution sort and simplify the non-addrecs list.
322   const SCEV *Sum = NoAddRecs.empty() ?
323                     SE.getConstant(Ty, 0) :
324                     SE.getAddExpr(NoAddRecs);
325   // If it returned an add, use the operands. Otherwise it simplified
326   // the sum into a single value, so just use that.
327   Ops.clear();
328   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Sum))
329     Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
330   else if (!Sum->isZero())
331     Ops.push_back(Sum);
332   // Then append the addrecs.
333   Ops.append(AddRecs.begin(), AddRecs.end());
334 }
335
336 /// SplitAddRecs - Flatten a list of add operands, moving addrec start values
337 /// out to the top level. For example, convert {a + b,+,c} to a, b, {0,+,d}.
338 /// This helps expose more opportunities for folding parts of the expressions
339 /// into GEP indices.
340 ///
341 static void SplitAddRecs(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
342                          Type *Ty,
343                          ScalarEvolution &SE) {
344   // Find the addrecs.
345   SmallVector<const SCEV *, 8> AddRecs;
346   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
347     while (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[i])) {
348       const SCEV *Start = A->getStart();
349       if (Start->isZero()) break;
350       const SCEV *Zero = SE.getConstant(Ty, 0);
351       AddRecs.push_back(SE.getAddRecExpr(Zero,
352                                          A->getStepRecurrence(SE),
353                                          A->getLoop(),
354                                          A->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
355       if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Start)) {
356         Ops[i] = Zero;
357         Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
358         e += Add->getNumOperands();
359       } else {
360         Ops[i] = Start;
361       }
362     }
363   if (!AddRecs.empty()) {
364     // Add the addrecs onto the end of the list.
365     Ops.append(AddRecs.begin(), AddRecs.end());
366     // Resort the operand list, moving any constants to the front.
367     SimplifyAddOperands(Ops, Ty, SE);
368   }
369 }
370
371 /// expandAddToGEP - Expand an addition expression with a pointer type into
372 /// a GEP instead of using ptrtoint+arithmetic+inttoptr. This helps
373 /// BasicAliasAnalysis and other passes analyze the result. See the rules
374 /// for getelementptr vs. inttoptr in
375 /// http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointeraliasing
376 /// for details.
377 ///
378 /// Design note: The correctness of using getelementptr here depends on
379 /// ScalarEvolution not recognizing inttoptr and ptrtoint operators, as
380 /// they may introduce pointer arithmetic which may not be safely converted
381 /// into getelementptr.
382 ///
383 /// Design note: It might seem desirable for this function to be more
384 /// loop-aware. If some of the indices are loop-invariant while others
385 /// aren't, it might seem desirable to emit multiple GEPs, keeping the
386 /// loop-invariant portions of the overall computation outside the loop.
387 /// However, there are a few reasons this is not done here. Hoisting simple
388 /// arithmetic is a low-level optimization that often isn't very
389 /// important until late in the optimization process. In fact, passes
390 /// like InstructionCombining will combine GEPs, even if it means
391 /// pushing loop-invariant computation down into loops, so even if the
392 /// GEPs were split here, the work would quickly be undone. The
393 /// LoopStrengthReduction pass, which is usually run quite late (and
394 /// after the last InstructionCombining pass), takes care of hoisting
395 /// loop-invariant portions of expressions, after considering what
396 /// can be folded using target addressing modes.
397 ///
398 Value *SCEVExpander::expandAddToGEP(const SCEV *const *op_begin,
399                                     const SCEV *const *op_end,
400                                     PointerType *PTy,
401                                     Type *Ty,
402                                     Value *V) {
403   Type *OriginalElTy = PTy->getElementType();
404   Type *ElTy = OriginalElTy;
405   SmallVector<Value *, 4> GepIndices;
406   SmallVector<const SCEV *, 8> Ops(op_begin, op_end);
407   bool AnyNonZeroIndices = false;
408
409   // Split AddRecs up into parts as either of the parts may be usable
410   // without the other.
411   SplitAddRecs(Ops, Ty, SE);
412
413   Type *IntPtrTy = DL.getIntPtrType(PTy);
414
415   // Descend down the pointer's type and attempt to convert the other
416   // operands into GEP indices, at each level. The first index in a GEP
417   // indexes into the array implied by the pointer operand; the rest of
418   // the indices index into the element or field type selected by the
419   // preceding index.
420   for (;;) {
421     // If the scale size is not 0, attempt to factor out a scale for
422     // array indexing.
423     SmallVector<const SCEV *, 8> ScaledOps;
424     if (ElTy->isSized()) {
425       const SCEV *ElSize = SE.getSizeOfExpr(IntPtrTy, ElTy);
426       if (!ElSize->isZero()) {
427         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
428         for (const SCEV *Op : Ops) {
429           const SCEV *Remainder = SE.getConstant(Ty, 0);
430           if (FactorOutConstant(Op, Remainder, ElSize, SE, DL)) {
431             // Op now has ElSize factored out.
432             ScaledOps.push_back(Op);
433             if (!Remainder->isZero())
434               NewOps.push_back(Remainder);
435             AnyNonZeroIndices = true;
436           } else {
437             // The operand was not divisible, so add it to the list of operands
438             // we'll scan next iteration.
439             NewOps.push_back(Op);
440           }
441         }
442         // If we made any changes, update Ops.
443         if (!ScaledOps.empty()) {
444           Ops = NewOps;
445           SimplifyAddOperands(Ops, Ty, SE);
446         }
447       }
448     }
449
450     // Record the scaled array index for this level of the type. If
451     // we didn't find any operands that could be factored, tentatively
452     // assume that element zero was selected (since the zero offset
453     // would obviously be folded away).
454     Value *Scaled = ScaledOps.empty() ?
455                     Constant::getNullValue(Ty) :
456                     expandCodeFor(SE.getAddExpr(ScaledOps), Ty);
457     GepIndices.push_back(Scaled);
458
459     // Collect struct field index operands.
460     while (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElTy)) {
461       bool FoundFieldNo = false;
462       // An empty struct has no fields.
463       if (STy->getNumElements() == 0) break;
464       // Field offsets are known. See if a constant offset falls within any of
465       // the struct fields.
466       if (Ops.empty())
467         break;
468       if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0]))
469         if (SE.getTypeSizeInBits(C->getType()) <= 64) {
470           const StructLayout &SL = *DL.getStructLayout(STy);
471           uint64_t FullOffset = C->getValue()->getZExtValue();
472           if (FullOffset < SL.getSizeInBytes()) {
473             unsigned ElIdx = SL.getElementContainingOffset(FullOffset);
474             GepIndices.push_back(
475                 ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()), ElIdx));
476             ElTy = STy->getTypeAtIndex(ElIdx);
477             Ops[0] =
478                 SE.getConstant(Ty, FullOffset - SL.getElementOffset(ElIdx));
479             AnyNonZeroIndices = true;
480             FoundFieldNo = true;
481           }
482         }
483       // If no struct field offsets were found, tentatively assume that
484       // field zero was selected (since the zero offset would obviously
485       // be folded away).
486       if (!FoundFieldNo) {
487         ElTy = STy->getTypeAtIndex(0u);
488         GepIndices.push_back(
489           Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(Ty->getContext())));
490       }
491     }
492
493     if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(ElTy))
494       ElTy = ATy->getElementType();
495     else
496       break;
497   }
498
499   // If none of the operands were convertible to proper GEP indices, cast
500   // the base to i8* and do an ugly getelementptr with that. It's still
501   // better than ptrtoint+arithmetic+inttoptr at least.
502   if (!AnyNonZeroIndices) {
503     // Cast the base to i8*.
504     V = InsertNoopCastOfTo(V,
505        Type::getInt8PtrTy(Ty->getContext(), PTy->getAddressSpace()));
506
507     assert(!isa<Instruction>(V) ||
508            SE.DT.dominates(cast<Instruction>(V), &*Builder.GetInsertPoint()));
509
510     // Expand the operands for a plain byte offset.
511     Value *Idx = expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty);
512
513     // Fold a GEP with constant operands.
514     if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(V))
515       if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(Idx))
516         return ConstantExpr::getGetElementPtr(Type::getInt8Ty(Ty->getContext()),
517                                               CLHS, CRHS);
518
519     // Do a quick scan to see if we have this GEP nearby.  If so, reuse it.
520     unsigned ScanLimit = 6;
521     BasicBlock::iterator BlockBegin = Builder.GetInsertBlock()->begin();
522     // Scanning starts from the last instruction before the insertion point.
523     BasicBlock::iterator IP = Builder.GetInsertPoint();
524     if (IP != BlockBegin) {
525       --IP;
526       for (; ScanLimit; --IP, --ScanLimit) {
527         // Don't count dbg.value against the ScanLimit, to avoid perturbing the
528         // generated code.
529         if (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP))
530           ScanLimit++;
531         if (IP->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
532             IP->getOperand(0) == V && IP->getOperand(1) == Idx)
533           return &*IP;
534         if (IP == BlockBegin) break;
535       }
536     }
537
538     // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
539     SCEVInsertPointGuard Guard(Builder, this);
540
541     // Move the insertion point out of as many loops as we can.
542     while (const Loop *L = SE.LI.getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
543       if (!L->isLoopInvariant(V) || !L->isLoopInvariant(Idx)) break;
544       BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
545       if (!Preheader) break;
546
547       // Ok, move up a level.
548       Builder.SetInsertPoint(Preheader->getTerminator());
549     }
550
551     // Emit a GEP.
552     Value *GEP = Builder.CreateGEP(Builder.getInt8Ty(), V, Idx, "uglygep");
553     rememberInstruction(GEP);
554
555     return GEP;
556   }
557
558   {
559     SCEVInsertPointGuard Guard(Builder, this);
560
561     // Move the insertion point out of as many loops as we can.
562     while (const Loop *L = SE.LI.getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
563       if (!L->isLoopInvariant(V)) break;
564
565       bool AnyIndexNotLoopInvariant = any_of(
566           GepIndices, [L](Value *Op) { return !L->isLoopInvariant(Op); });
567
568       if (AnyIndexNotLoopInvariant)
569         break;
570
571       BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
572       if (!Preheader) break;
573
574       // Ok, move up a level.
575       Builder.SetInsertPoint(Preheader->getTerminator());
576     }
577
578     // Insert a pretty getelementptr. Note that this GEP is not marked inbounds,
579     // because ScalarEvolution may have changed the address arithmetic to
580     // compute a value which is beyond the end of the allocated object.
581     Value *Casted = V;
582     if (V->getType() != PTy)
583       Casted = InsertNoopCastOfTo(Casted, PTy);
584     Value *GEP = Builder.CreateGEP(OriginalElTy, Casted, GepIndices, "scevgep");
585     Ops.push_back(SE.getUnknown(GEP));
586     rememberInstruction(GEP);
587   }
588
589   return expand(SE.getAddExpr(Ops));
590 }
591
592 /// PickMostRelevantLoop - Given two loops pick the one that's most relevant for
593 /// SCEV expansion. If they are nested, this is the most nested. If they are
594 /// neighboring, pick the later.
595 static const Loop *PickMostRelevantLoop(const Loop *A, const Loop *B,
596                                         DominatorTree &DT) {
597   if (!A) return B;
598   if (!B) return A;
599   if (A->contains(B)) return B;
600   if (B->contains(A)) return A;
601   if (DT.dominates(A->getHeader(), B->getHeader())) return B;
602   if (DT.dominates(B->getHeader(), A->getHeader())) return A;
603   return A; // Arbitrarily break the tie.
604 }
605
606 /// getRelevantLoop - Get the most relevant loop associated with the given
607 /// expression, according to PickMostRelevantLoop.
608 const Loop *SCEVExpander::getRelevantLoop(const SCEV *S) {
609   // Test whether we've already computed the most relevant loop for this SCEV.
610   auto Pair = RelevantLoops.insert(std::make_pair(S, nullptr));
611   if (!Pair.second)
612     return Pair.first->second;
613
614   if (isa<SCEVConstant>(S))
615     // A constant has no relevant loops.
616     return nullptr;
617   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
618     if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U->getValue()))
619       return Pair.first->second = SE.LI.getLoopFor(I->getParent());
620     // A non-instruction has no relevant loops.
621     return nullptr;
622   }
623   if (const SCEVNAryExpr *N = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S)) {
624     const Loop *L = nullptr;
625     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
626       L = AR->getLoop();
627     for (const SCEV *Op : N->operands())
628       L = PickMostRelevantLoop(L, getRelevantLoop(Op), SE.DT);
629     return RelevantLoops[N] = L;
630   }
631   if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S)) {
632     const Loop *Result = getRelevantLoop(C->getOperand());
633     return RelevantLoops[C] = Result;
634   }
635   if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
636     const Loop *Result = PickMostRelevantLoop(
637         getRelevantLoop(D->getLHS()), getRelevantLoop(D->getRHS()), SE.DT);
638     return RelevantLoops[D] = Result;
639   }
640   llvm_unreachable("Unexpected SCEV type!");
641 }
642
643 namespace {
644
645 /// LoopCompare - Compare loops by PickMostRelevantLoop.
646 class LoopCompare {
647   DominatorTree &DT;
648 public:
649   explicit LoopCompare(DominatorTree &dt) : DT(dt) {}
650
651   bool operator()(std::pair<const Loop *, const SCEV *> LHS,
652                   std::pair<const Loop *, const SCEV *> RHS) const {
653     // Keep pointer operands sorted at the end.
654     if (LHS.second->getType()->isPointerTy() !=
655         RHS.second->getType()->isPointerTy())
656       return LHS.second->getType()->isPointerTy();
657
658     // Compare loops with PickMostRelevantLoop.
659     if (LHS.first != RHS.first)
660       return PickMostRelevantLoop(LHS.first, RHS.first, DT) != LHS.first;
661
662     // If one operand is a non-constant negative and the other is not,
663     // put the non-constant negative on the right so that a sub can
664     // be used instead of a negate and add.
665     if (LHS.second->isNonConstantNegative()) {
666       if (!RHS.second->isNonConstantNegative())
667         return false;
668     } else if (RHS.second->isNonConstantNegative())
669       return true;
670
671     // Otherwise they are equivalent according to this comparison.
672     return false;
673   }
674 };
675
676 }
677
678 Value *SCEVExpander::visitAddExpr(const SCEVAddExpr *S) {
679   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
680
681   // Collect all the add operands in a loop, along with their associated loops.
682   // Iterate in reverse so that constants are emitted last, all else equal, and
683   // so that pointer operands are inserted first, which the code below relies on
684   // to form more involved GEPs.
685   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 8> OpsAndLoops;
686   for (std::reverse_iterator<SCEVAddExpr::op_iterator> I(S->op_end()),
687        E(S->op_begin()); I != E; ++I)
688     OpsAndLoops.push_back(std::make_pair(getRelevantLoop(*I), *I));
689
690   // Sort by loop. Use a stable sort so that constants follow non-constants and
691   // pointer operands precede non-pointer operands.
692   std::stable_sort(OpsAndLoops.begin(), OpsAndLoops.end(), LoopCompare(SE.DT));
693
694   // Emit instructions to add all the operands. Hoist as much as possible
695   // out of loops, and form meaningful getelementptrs where possible.
696   Value *Sum = nullptr;
697   for (auto I = OpsAndLoops.begin(), E = OpsAndLoops.end(); I != E;) {
698     const Loop *CurLoop = I->first;
699     const SCEV *Op = I->second;
700     if (!Sum) {
701       // This is the first operand. Just expand it.
702       Sum = expand(Op);
703       ++I;
704     } else if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Sum->getType())) {
705       // The running sum expression is a pointer. Try to form a getelementptr
706       // at this level with that as the base.
707       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
708       for (; I != E && I->first == CurLoop; ++I) {
709         // If the operand is SCEVUnknown and not instructions, peek through
710         // it, to enable more of it to be folded into the GEP.
711         const SCEV *X = I->second;
712         if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(X))
713           if (!isa<Instruction>(U->getValue()))
714             X = SE.getSCEV(U->getValue());
715         NewOps.push_back(X);
716       }
717       Sum = expandAddToGEP(NewOps.begin(), NewOps.end(), PTy, Ty, Sum);
718     } else if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Op->getType())) {
719       // The running sum is an integer, and there's a pointer at this level.
720       // Try to form a getelementptr. If the running sum is instructions,
721       // use a SCEVUnknown to avoid re-analyzing them.
722       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
723       NewOps.push_back(isa<Instruction>(Sum) ? SE.getUnknown(Sum) :
724                                                SE.getSCEV(Sum));
725       for (++I; I != E && I->first == CurLoop; ++I)
726         NewOps.push_back(I->second);
727       Sum = expandAddToGEP(NewOps.begin(), NewOps.end(), PTy, Ty, expand(Op));
728     } else if (Op->isNonConstantNegative()) {
729       // Instead of doing a negate and add, just do a subtract.
730       Value *W = expandCodeFor(SE.getNegativeSCEV(Op), Ty);
731       Sum = InsertNoopCastOfTo(Sum, Ty);
732       Sum = InsertBinop(Instruction::Sub, Sum, W);
733       ++I;
734     } else {
735       // A simple add.
736       Value *W = expandCodeFor(Op, Ty);
737       Sum = InsertNoopCastOfTo(Sum, Ty);
738       // Canonicalize a constant to the RHS.
739       if (isa<Constant>(Sum)) std::swap(Sum, W);
740       Sum = InsertBinop(Instruction::Add, Sum, W);
741       ++I;
742     }
743   }
744
745   return Sum;
746 }
747
748 Value *SCEVExpander::visitMulExpr(const SCEVMulExpr *S) {
749   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
750
751   // Collect all the mul operands in a loop, along with their associated loops.
752   // Iterate in reverse so that constants are emitted last, all else equal.
753   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 8> OpsAndLoops;
754   for (std::reverse_iterator<SCEVMulExpr::op_iterator> I(S->op_end()),
755        E(S->op_begin()); I != E; ++I)
756     OpsAndLoops.push_back(std::make_pair(getRelevantLoop(*I), *I));
757
758   // Sort by loop. Use a stable sort so that constants follow non-constants.
759   std::stable_sort(OpsAndLoops.begin(), OpsAndLoops.end(), LoopCompare(SE.DT));
760
761   // Emit instructions to mul all the operands. Hoist as much as possible
762   // out of loops.
763   Value *Prod = nullptr;
764   auto I = OpsAndLoops.begin();
765
766   // Expand the calculation of X pow N in the following manner:
767   // Let N = P1 + P2 + ... + PK, where all P are powers of 2. Then:
768   // X pow N = (X pow P1) * (X pow P2) * ... * (X pow PK).
769   const auto ExpandOpBinPowN = [this, &I, &OpsAndLoops, &Ty]() {
770     auto E = I;
771     // Calculate how many times the same operand from the same loop is included
772     // into this power.
773     uint64_t Exponent = 0;
774     const uint64_t MaxExponent = UINT64_MAX >> 1;
775     // No one sane will ever try to calculate such huge exponents, but if we
776     // need this, we stop on UINT64_MAX / 2 because we need to exit the loop
777     // below when the power of 2 exceeds our Exponent, and we want it to be
778     // 1u << 31 at most to not deal with unsigned overflow.
779     while (E != OpsAndLoops.end() && *I == *E && Exponent != MaxExponent) {
780       ++Exponent;
781       ++E;
782     }
783     assert(Exponent > 0 && "Trying to calculate a zeroth exponent of operand?");
784
785     // Calculate powers with exponents 1, 2, 4, 8 etc. and include those of them
786     // that are needed into the result.
787     Value *P = expandCodeFor(I->second, Ty);
788     Value *Result = nullptr;
789     if (Exponent & 1)
790       Result = P;
791     for (uint64_t BinExp = 2; BinExp <= Exponent; BinExp <<= 1) {
792       P = InsertBinop(Instruction::Mul, P, P);
793       if (Exponent & BinExp)
794         Result = Result ? InsertBinop(Instruction::Mul, Result, P) : P;
795     }
796
797     I = E;
798     assert(Result && "Nothing was expanded?");
799     return Result;
800   };
801
802   while (I != OpsAndLoops.end()) {
803     if (!Prod) {
804       // This is the first operand. Just expand it.
805       Prod = ExpandOpBinPowN();
806     } else if (I->second->isAllOnesValue()) {
807       // Instead of doing a multiply by negative one, just do a negate.
808       Prod = InsertNoopCastOfTo(Prod, Ty);
809       Prod = InsertBinop(Instruction::Sub, Constant::getNullValue(Ty), Prod);
810       ++I;
811     } else {
812       // A simple mul.
813       Value *W = ExpandOpBinPowN();
814       Prod = InsertNoopCastOfTo(Prod, Ty);
815       // Canonicalize a constant to the RHS.
816       if (isa<Constant>(Prod)) std::swap(Prod, W);
817       const APInt *RHS;
818       if (match(W, m_Power2(RHS))) {
819         // Canonicalize Prod*(1<<C) to Prod<<C.
820         assert(!Ty->isVectorTy() && "vector types are not SCEVable");
821         Prod = InsertBinop(Instruction::Shl, Prod,
822                            ConstantInt::get(Ty, RHS->logBase2()));
823       } else {
824         Prod = InsertBinop(Instruction::Mul, Prod, W);
825       }
826     }
827   }
828
829   return Prod;
830 }
831
832 Value *SCEVExpander::visitUDivExpr(const SCEVUDivExpr *S) {
833   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
834
835   Value *LHS = expandCodeFor(S->getLHS(), Ty);
836   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(S->getRHS())) {
837     const APInt &RHS = SC->getAPInt();
838     if (RHS.isPowerOf2())
839       return InsertBinop(Instruction::LShr, LHS,
840                          ConstantInt::get(Ty, RHS.logBase2()));
841   }
842
843   Value *RHS = expandCodeFor(S->getRHS(), Ty);
844   return InsertBinop(Instruction::UDiv, LHS, RHS);
845 }
846
847 /// Move parts of Base into Rest to leave Base with the minimal
848 /// expression that provides a pointer operand suitable for a
849 /// GEP expansion.
850 static void ExposePointerBase(const SCEV *&Base, const SCEV *&Rest,
851                               ScalarEvolution &SE) {
852   while (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Base)) {
853     Base = A->getStart();
854     Rest = SE.getAddExpr(Rest,
855                          SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(A->getType(), 0),
856                                           A->getStepRecurrence(SE),
857                                           A->getLoop(),
858                                           A->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
859   }
860   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Base)) {
861     Base = A->getOperand(A->getNumOperands()-1);
862     SmallVector<const SCEV *, 8> NewAddOps(A->op_begin(), A->op_end());
863     NewAddOps.back() = Rest;
864     Rest = SE.getAddExpr(NewAddOps);
865     ExposePointerBase(Base, Rest, SE);
866   }
867 }
868
869 /// Determine if this is a well-behaved chain of instructions leading back to
870 /// the PHI. If so, it may be reused by expanded expressions.
871 bool SCEVExpander::isNormalAddRecExprPHI(PHINode *PN, Instruction *IncV,
872                                          const Loop *L) {
873   if (IncV->getNumOperands() == 0 || isa<PHINode>(IncV) ||
874       (isa<CastInst>(IncV) && !isa<BitCastInst>(IncV)))
875     return false;
876   // If any of the operands don't dominate the insert position, bail.
877   // Addrec operands are always loop-invariant, so this can only happen
878   // if there are instructions which haven't been hoisted.
879   if (L == IVIncInsertLoop) {
880     for (User::op_iterator OI = IncV->op_begin()+1,
881            OE = IncV->op_end(); OI != OE; ++OI)
882       if (Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(OI))
883         if (!SE.DT.dominates(OInst, IVIncInsertPos))
884           return false;
885   }
886   // Advance to the next instruction.
887   IncV = dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
888   if (!IncV)
889     return false;
890
891   if (IncV->mayHaveSideEffects())
892     return false;
893
894   if (IncV == PN)
895     return true;
896
897   return isNormalAddRecExprPHI(PN, IncV, L);
898 }
899
900 /// getIVIncOperand returns an induction variable increment's induction
901 /// variable operand.
902 ///
903 /// If allowScale is set, any type of GEP is allowed as long as the nonIV
904 /// operands dominate InsertPos.
905 ///
906 /// If allowScale is not set, ensure that a GEP increment conforms to one of the
907 /// simple patterns generated by getAddRecExprPHILiterally and
908 /// expandAddtoGEP. If the pattern isn't recognized, return NULL.
909 Instruction *SCEVExpander::getIVIncOperand(Instruction *IncV,
910                                            Instruction *InsertPos,
911                                            bool allowScale) {
912   if (IncV == InsertPos)
913     return nullptr;
914
915   switch (IncV->getOpcode()) {
916   default:
917     return nullptr;
918   // Check for a simple Add/Sub or GEP of a loop invariant step.
919   case Instruction::Add:
920   case Instruction::Sub: {
921     Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(1));
922     if (!OInst || SE.DT.dominates(OInst, InsertPos))
923       return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
924     return nullptr;
925   }
926   case Instruction::BitCast:
927     return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
928   case Instruction::GetElementPtr:
929     for (auto I = IncV->op_begin() + 1, E = IncV->op_end(); I != E; ++I) {
930       if (isa<Constant>(*I))
931         continue;
932       if (Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(*I)) {
933         if (!SE.DT.dominates(OInst, InsertPos))
934           return nullptr;
935       }
936       if (allowScale) {
937         // allow any kind of GEP as long as it can be hoisted.
938         continue;
939       }
940       // This must be a pointer addition of constants (pretty), which is already
941       // handled, or some number of address-size elements (ugly). Ugly geps
942       // have 2 operands. i1* is used by the expander to represent an
943       // address-size element.
944       if (IncV->getNumOperands() != 2)
945         return nullptr;
946       unsigned AS = cast<PointerType>(IncV->getType())->getAddressSpace();
947       if (IncV->getType() != Type::getInt1PtrTy(SE.getContext(), AS)
948           && IncV->getType() != Type::getInt8PtrTy(SE.getContext(), AS))
949         return nullptr;
950       break;
951     }
952     return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
953   }
954 }
955
956 /// If the insert point of the current builder or any of the builders on the
957 /// stack of saved builders has 'I' as its insert point, update it to point to
958 /// the instruction after 'I'.  This is intended to be used when the instruction
959 /// 'I' is being moved.  If this fixup is not done and 'I' is moved to a
960 /// different block, the inconsistent insert point (with a mismatched
961 /// Instruction and Block) can lead to an instruction being inserted in a block
962 /// other than its parent.
963 void SCEVExpander::fixupInsertPoints(Instruction *I) {
964   BasicBlock::iterator It(*I);
965   BasicBlock::iterator NewInsertPt = std::next(It);
966   if (Builder.GetInsertPoint() == It)
967     Builder.SetInsertPoint(&*NewInsertPt);
968   for (auto *InsertPtGuard : InsertPointGuards)
969     if (InsertPtGuard->GetInsertPoint() == It)
970       InsertPtGuard->SetInsertPoint(NewInsertPt);
971 }
972
973 /// hoistStep - Attempt to hoist a simple IV increment above InsertPos to make
974 /// it available to other uses in this loop. Recursively hoist any operands,
975 /// until we reach a value that dominates InsertPos.
976 bool SCEVExpander::hoistIVInc(Instruction *IncV, Instruction *InsertPos) {
977   if (SE.DT.dominates(IncV, InsertPos))
978       return true;
979
980   // InsertPos must itself dominate IncV so that IncV's new position satisfies
981   // its existing users.
982   if (isa<PHINode>(InsertPos) ||
983       !SE.DT.dominates(InsertPos->getParent(), IncV->getParent()))
984     return false;
985
986   if (!SE.LI.movementPreservesLCSSAForm(IncV, InsertPos))
987     return false;
988
989   // Check that the chain of IV operands leading back to Phi can be hoisted.
990   SmallVector<Instruction*, 4> IVIncs;
991   for(;;) {
992     Instruction *Oper = getIVIncOperand(IncV, InsertPos, /*allowScale*/true);
993     if (!Oper)
994       return false;
995     // IncV is safe to hoist.
996     IVIncs.push_back(IncV);
997     IncV = Oper;
998     if (SE.DT.dominates(IncV, InsertPos))
999       break;
1000   }
1001   for (auto I = IVIncs.rbegin(), E = IVIncs.rend(); I != E; ++I) {
1002     fixupInsertPoints(*I);
1003     (*I)->moveBefore(InsertPos);
1004   }
1005   return true;
1006 }
1007
1008 /// Determine if this cyclic phi is in a form that would have been generated by
1009 /// LSR. We don't care if the phi was actually expanded in this pass, as long
1010 /// as it is in a low-cost form, for example, no implied multiplication. This
1011 /// should match any patterns generated by getAddRecExprPHILiterally and
1012 /// expandAddtoGEP.
1013 bool SCEVExpander::isExpandedAddRecExprPHI(PHINode *PN, Instruction *IncV,
1014                                            const Loop *L) {
1015   for(Instruction *IVOper = IncV;
1016       (IVOper = getIVIncOperand(IVOper, L->getLoopPreheader()->getTerminator(),
1017                                 /*allowScale=*/false));) {
1018     if (IVOper == PN)
1019       return true;
1020   }
1021   return false;
1022 }
1023
1024 /// expandIVInc - Expand an IV increment at Builder's current InsertPos.
1025 /// Typically this is the LatchBlock terminator or IVIncInsertPos, but we may
1026 /// need to materialize IV increments elsewhere to handle difficult situations.
1027 Value *SCEVExpander::expandIVInc(PHINode *PN, Value *StepV, const Loop *L,
1028                                  Type *ExpandTy, Type *IntTy,
1029                                  bool useSubtract) {
1030   Value *IncV;
1031   // If the PHI is a pointer, use a GEP, otherwise use an add or sub.
1032   if (ExpandTy->isPointerTy()) {
1033     PointerType *GEPPtrTy = cast<PointerType>(ExpandTy);
1034     // If the step isn't constant, don't use an implicitly scaled GEP, because
1035     // that would require a multiply inside the loop.
1036     if (!isa<ConstantInt>(StepV))
1037       GEPPtrTy = PointerType::get(Type::getInt1Ty(SE.getContext()),
1038                                   GEPPtrTy->getAddressSpace());
1039     const SCEV *const StepArray[1] = { SE.getSCEV(StepV) };
1040     IncV = expandAddToGEP(StepArray, StepArray+1, GEPPtrTy, IntTy, PN);
1041     if (IncV->getType() != PN->getType()) {
1042       IncV = Builder.CreateBitCast(IncV, PN->getType());
1043       rememberInstruction(IncV);
1044     }
1045   } else {
1046     IncV = useSubtract ?
1047       Builder.CreateSub(PN, StepV, Twine(IVName) + ".iv.next") :
1048       Builder.CreateAdd(PN, StepV, Twine(IVName) + ".iv.next");
1049     rememberInstruction(IncV);
1050   }
1051   return IncV;
1052 }
1053
1054 /// \brief Hoist the addrec instruction chain rooted in the loop phi above the
1055 /// position. This routine assumes that this is possible (has been checked).
1056 void SCEVExpander::hoistBeforePos(DominatorTree *DT, Instruction *InstToHoist,
1057                                   Instruction *Pos, PHINode *LoopPhi) {
1058   do {
1059     if (DT->dominates(InstToHoist, Pos))
1060       break;
1061     // Make sure the increment is where we want it. But don't move it
1062     // down past a potential existing post-inc user.
1063     fixupInsertPoints(InstToHoist);
1064     InstToHoist->moveBefore(Pos);
1065     Pos = InstToHoist;
1066     InstToHoist = cast<Instruction>(InstToHoist->getOperand(0));
1067   } while (InstToHoist != LoopPhi);
1068 }
1069
1070 /// \brief Check whether we can cheaply express the requested SCEV in terms of
1071 /// the available PHI SCEV by truncation and/or inversion of the step.
1072 static bool canBeCheaplyTransformed(ScalarEvolution &SE,
1073                                     const SCEVAddRecExpr *Phi,
1074                                     const SCEVAddRecExpr *Requested,
1075                                     bool &InvertStep) {
1076   Type *PhiTy = SE.getEffectiveSCEVType(Phi->getType());
1077   Type *RequestedTy = SE.getEffectiveSCEVType(Requested->getType());
1078
1079   if (RequestedTy->getIntegerBitWidth() > PhiTy->getIntegerBitWidth())
1080     return false;
1081
1082   // Try truncate it if necessary.
1083   Phi = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getTruncateOrNoop(Phi, RequestedTy));
1084   if (!Phi)
1085     return false;
1086
1087   // Check whether truncation will help.
1088   if (Phi == Requested) {
1089     InvertStep = false;
1090     return true;
1091   }
1092
1093   // Check whether inverting will help: {R,+,-1} == R - {0,+,1}.
1094   if (SE.getAddExpr(Requested->getStart(),
1095                     SE.getNegativeSCEV(Requested)) == Phi) {
1096     InvertStep = true;
1097     return true;
1098   }
1099
1100   return false;
1101 }
1102
1103 static bool IsIncrementNSW(ScalarEvolution &SE, const SCEVAddRecExpr *AR) {
1104   if (!isa<IntegerType>(AR->getType()))
1105     return false;
1106
1107   unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(AR->getType())->getBitWidth();
1108   Type *WideTy = IntegerType::get(AR->getType()->getContext(), BitWidth * 2);
1109   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(SE);
1110   const SCEV *OpAfterExtend = SE.getAddExpr(SE.getSignExtendExpr(Step, WideTy),
1111                                             SE.getSignExtendExpr(AR, WideTy));
1112   const SCEV *ExtendAfterOp =
1113     SE.getSignExtendExpr(SE.getAddExpr(AR, Step), WideTy);
1114   return ExtendAfterOp == OpAfterExtend;
1115 }
1116
1117 static bool IsIncrementNUW(ScalarEvolution &SE, const SCEVAddRecExpr *AR) {
1118   if (!isa<IntegerType>(AR->getType()))
1119     return false;
1120
1121   unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(AR->getType())->getBitWidth();
1122   Type *WideTy = IntegerType::get(AR->getType()->getContext(), BitWidth * 2);
1123   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(SE);
1124   const SCEV *OpAfterExtend = SE.getAddExpr(SE.getZeroExtendExpr(Step, WideTy),
1125                                             SE.getZeroExtendExpr(AR, WideTy));
1126   const SCEV *ExtendAfterOp =
1127     SE.getZeroExtendExpr(SE.getAddExpr(AR, Step), WideTy);
1128   return ExtendAfterOp == OpAfterExtend;
1129 }
1130
1131 /// getAddRecExprPHILiterally - Helper for expandAddRecExprLiterally. Expand
1132 /// the base addrec, which is the addrec without any non-loop-dominating
1133 /// values, and return the PHI.
1134 PHINode *
1135 SCEVExpander::getAddRecExprPHILiterally(const SCEVAddRecExpr *Normalized,
1136                                         const Loop *L,
1137                                         Type *ExpandTy,
1138                                         Type *IntTy,
1139                                         Type *&TruncTy,
1140                                         bool &InvertStep) {
1141   assert((!IVIncInsertLoop||IVIncInsertPos) && "Uninitialized insert position");
1142
1143   // Reuse a previously-inserted PHI, if present.
1144   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1145   if (LatchBlock) {
1146     PHINode *AddRecPhiMatch = nullptr;
1147     Instruction *IncV = nullptr;
1148     TruncTy = nullptr;
1149     InvertStep = false;
1150
1151     // Only try partially matching scevs that need truncation and/or
1152     // step-inversion if we know this loop is outside the current loop.
1153     bool TryNonMatchingSCEV =
1154         IVIncInsertLoop &&
1155         SE.DT.properlyDominates(LatchBlock, IVIncInsertLoop->getHeader());
1156
1157     for (PHINode &PN : L->getHeader()->phis()) {
1158       if (!SE.isSCEVable(PN.getType()))
1159         continue;
1160
1161       const SCEVAddRecExpr *PhiSCEV = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getSCEV(&PN));
1162       if (!PhiSCEV)
1163         continue;
1164
1165       bool IsMatchingSCEV = PhiSCEV == Normalized;
1166       // We only handle truncation and inversion of phi recurrences for the
1167       // expanded expression if the expanded expression's loop dominates the
1168       // loop we insert to. Check now, so we can bail out early.
1169       if (!IsMatchingSCEV && !TryNonMatchingSCEV)
1170           continue;
1171
1172       Instruction *TempIncV =
1173           cast<Instruction>(PN.getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
1174
1175       // Check whether we can reuse this PHI node.
1176       if (LSRMode) {
1177         if (!isExpandedAddRecExprPHI(&PN, TempIncV, L))
1178           continue;
1179         if (L == IVIncInsertLoop && !hoistIVInc(TempIncV, IVIncInsertPos))
1180           continue;
1181       } else {
1182         if (!isNormalAddRecExprPHI(&PN, TempIncV, L))
1183           continue;
1184       }
1185
1186       // Stop if we have found an exact match SCEV.
1187       if (IsMatchingSCEV) {
1188         IncV = TempIncV;
1189         TruncTy = nullptr;
1190         InvertStep = false;
1191         AddRecPhiMatch = &PN;
1192         break;
1193       }
1194
1195       // Try whether the phi can be translated into the requested form
1196       // (truncated and/or offset by a constant).
1197       if ((!TruncTy || InvertStep) &&
1198           canBeCheaplyTransformed(SE, PhiSCEV, Normalized, InvertStep)) {
1199         // Record the phi node. But don't stop we might find an exact match
1200         // later.
1201         AddRecPhiMatch = &PN;
1202         IncV = TempIncV;
1203         TruncTy = SE.getEffectiveSCEVType(Normalized->getType());
1204       }
1205     }
1206
1207     if (AddRecPhiMatch) {
1208       // Potentially, move the increment. We have made sure in
1209       // isExpandedAddRecExprPHI or hoistIVInc that this is possible.
1210       if (L == IVIncInsertLoop)
1211         hoistBeforePos(&SE.DT, IncV, IVIncInsertPos, AddRecPhiMatch);
1212
1213       // Ok, the add recurrence looks usable.
1214       // Remember this PHI, even in post-inc mode.
1215       InsertedValues.insert(AddRecPhiMatch);
1216       // Remember the increment.
1217       rememberInstruction(IncV);
1218       return AddRecPhiMatch;
1219     }
1220   }
1221
1222   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
1223   SCEVInsertPointGuard Guard(Builder, this);
1224
1225   // Another AddRec may need to be recursively expanded below. For example, if
1226   // this AddRec is quadratic, the StepV may itself be an AddRec in this
1227   // loop. Remove this loop from the PostIncLoops set before expanding such
1228   // AddRecs. Otherwise, we cannot find a valid position for the step
1229   // (i.e. StepV can never dominate its loop header).  Ideally, we could do
1230   // SavedIncLoops.swap(PostIncLoops), but we generally have a single element,
1231   // so it's not worth implementing SmallPtrSet::swap.
1232   PostIncLoopSet SavedPostIncLoops = PostIncLoops;
1233   PostIncLoops.clear();
1234
1235   // Expand code for the start value into the loop preheader.
1236   assert(L->getLoopPreheader() &&
1237          "Can't expand add recurrences without a loop preheader!");
1238   Value *StartV = expandCodeFor(Normalized->getStart(), ExpandTy,
1239                                 L->getLoopPreheader()->getTerminator());
1240
1241   // StartV must have been be inserted into L's preheader to dominate the new
1242   // phi.
1243   assert(!isa<Instruction>(StartV) ||
1244          SE.DT.properlyDominates(cast<Instruction>(StartV)->getParent(),
1245                                  L->getHeader()));
1246
1247   // Expand code for the step value. Do this before creating the PHI so that PHI
1248   // reuse code doesn't see an incomplete PHI.
1249   const SCEV *Step = Normalized->getStepRecurrence(SE);
1250   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the increment
1251   // (unless it's a constant, because subtracts of constants are canonicalized
1252   // to adds).
1253   bool useSubtract = !ExpandTy->isPointerTy() && Step->isNonConstantNegative();
1254   if (useSubtract)
1255     Step = SE.getNegativeSCEV(Step);
1256   // Expand the step somewhere that dominates the loop header.
1257   Value *StepV = expandCodeFor(Step, IntTy, &L->getHeader()->front());
1258
1259   // The no-wrap behavior proved by IsIncrement(NUW|NSW) is only applicable if
1260   // we actually do emit an addition.  It does not apply if we emit a
1261   // subtraction.
1262   bool IncrementIsNUW = !useSubtract && IsIncrementNUW(SE, Normalized);
1263   bool IncrementIsNSW = !useSubtract && IsIncrementNSW(SE, Normalized);
1264
1265   // Create the PHI.
1266   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1267   Builder.SetInsertPoint(Header, Header->begin());
1268   pred_iterator HPB = pred_begin(Header), HPE = pred_end(Header);
1269   PHINode *PN = Builder.CreatePHI(ExpandTy, std::distance(HPB, HPE),
1270                                   Twine(IVName) + ".iv");
1271   rememberInstruction(PN);
1272
1273   // Create the step instructions and populate the PHI.
1274   for (pred_iterator HPI = HPB; HPI != HPE; ++HPI) {
1275     BasicBlock *Pred = *HPI;
1276
1277     // Add a start value.
1278     if (!L->contains(Pred)) {
1279       PN->addIncoming(StartV, Pred);
1280       continue;
1281     }
1282
1283     // Create a step value and add it to the PHI.
1284     // If IVIncInsertLoop is non-null and equal to the addrec's loop, insert the
1285     // instructions at IVIncInsertPos.
1286     Instruction *InsertPos = L == IVIncInsertLoop ?
1287       IVIncInsertPos : Pred->getTerminator();
1288     Builder.SetInsertPoint(InsertPos);
1289     Value *IncV = expandIVInc(PN, StepV, L, ExpandTy, IntTy, useSubtract);
1290
1291     if (isa<OverflowingBinaryOperator>(IncV)) {
1292       if (IncrementIsNUW)
1293         cast<BinaryOperator>(IncV)->setHasNoUnsignedWrap();
1294       if (IncrementIsNSW)
1295         cast<BinaryOperator>(IncV)->setHasNoSignedWrap();
1296     }
1297     PN->addIncoming(IncV, Pred);
1298   }
1299
1300   // After expanding subexpressions, restore the PostIncLoops set so the caller
1301   // can ensure that IVIncrement dominates the current uses.
1302   PostIncLoops = SavedPostIncLoops;
1303
1304   // Remember this PHI, even in post-inc mode.
1305   InsertedValues.insert(PN);
1306
1307   return PN;
1308 }
1309
1310 Value *SCEVExpander::expandAddRecExprLiterally(const SCEVAddRecExpr *S) {
1311   Type *STy = S->getType();
1312   Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(STy);
1313   const Loop *L = S->getLoop();
1314
1315   // Determine a normalized form of this expression, which is the expression
1316   // before any post-inc adjustment is made.
1317   const SCEVAddRecExpr *Normalized = S;
1318   if (PostIncLoops.count(L)) {
1319     PostIncLoopSet Loops;
1320     Loops.insert(L);
1321     Normalized = cast<SCEVAddRecExpr>(normalizeForPostIncUse(S, Loops, SE));
1322   }
1323
1324   // Strip off any non-loop-dominating component from the addrec start.
1325   const SCEV *Start = Normalized->getStart();
1326   const SCEV *PostLoopOffset = nullptr;
1327   if (!SE.properlyDominates(Start, L->getHeader())) {
1328     PostLoopOffset = Start;
1329     Start = SE.getConstant(Normalized->getType(), 0);
1330     Normalized = cast<SCEVAddRecExpr>(
1331       SE.getAddRecExpr(Start, Normalized->getStepRecurrence(SE),
1332                        Normalized->getLoop(),
1333                        Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
1334   }
1335
1336   // Strip off any non-loop-dominating component from the addrec step.
1337   const SCEV *Step = Normalized->getStepRecurrence(SE);
1338   const SCEV *PostLoopScale = nullptr;
1339   if (!SE.dominates(Step, L->getHeader())) {
1340     PostLoopScale = Step;
1341     Step = SE.getConstant(Normalized->getType(), 1);
1342     if (!Start->isZero()) {
1343         // The normalization below assumes that Start is constant zero, so if
1344         // it isn't re-associate Start to PostLoopOffset.
1345         assert(!PostLoopOffset && "Start not-null but PostLoopOffset set?");
1346         PostLoopOffset = Start;
1347         Start = SE.getConstant(Normalized->getType(), 0);
1348     }
1349     Normalized =
1350       cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getAddRecExpr(
1351                              Start, Step, Normalized->getLoop(),
1352                              Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
1353   }
1354
1355   // Expand the core addrec. If we need post-loop scaling, force it to
1356   // expand to an integer type to avoid the need for additional casting.
1357   Type *ExpandTy = PostLoopScale ? IntTy : STy;
1358   // We can't use a pointer type for the addrec if the pointer type is
1359   // non-integral.
1360   Type *AddRecPHIExpandTy =
1361       DL.isNonIntegralPointerType(STy) ? Normalized->getType() : ExpandTy;
1362
1363   // In some cases, we decide to reuse an existing phi node but need to truncate
1364   // it and/or invert the step.
1365   Type *TruncTy = nullptr;
1366   bool InvertStep = false;
1367   PHINode *PN = getAddRecExprPHILiterally(Normalized, L, AddRecPHIExpandTy,
1368                                           IntTy, TruncTy, InvertStep);
1369
1370   // Accommodate post-inc mode, if necessary.
1371   Value *Result;
1372   if (!PostIncLoops.count(L))
1373     Result = PN;
1374   else {
1375     // In PostInc mode, use the post-incremented value.
1376     BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1377     assert(LatchBlock && "PostInc mode requires a unique loop latch!");
1378     Result = PN->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
1379
1380     // For an expansion to use the postinc form, the client must call
1381     // expandCodeFor with an InsertPoint that is either outside the PostIncLoop
1382     // or dominated by IVIncInsertPos.
1383     if (isa<Instruction>(Result) &&
1384         !SE.DT.dominates(cast<Instruction>(Result),
1385                          &*Builder.GetInsertPoint())) {
1386       // The induction variable's postinc expansion does not dominate this use.
1387       // IVUsers tries to prevent this case, so it is rare. However, it can
1388       // happen when an IVUser outside the loop is not dominated by the latch
1389       // block. Adjusting IVIncInsertPos before expansion begins cannot handle
1390       // all cases. Consider a phi outide whose operand is replaced during
1391       // expansion with the value of the postinc user. Without fundamentally
1392       // changing the way postinc users are tracked, the only remedy is
1393       // inserting an extra IV increment. StepV might fold into PostLoopOffset,
1394       // but hopefully expandCodeFor handles that.
1395       bool useSubtract =
1396         !ExpandTy->isPointerTy() && Step->isNonConstantNegative();
1397       if (useSubtract)
1398         Step = SE.getNegativeSCEV(Step);
1399       Value *StepV;
1400       {
1401         // Expand the step somewhere that dominates the loop header.
1402         SCEVInsertPointGuard Guard(Builder, this);
1403         StepV = expandCodeFor(Step, IntTy, &L->getHeader()->front());
1404       }
1405       Result = expandIVInc(PN, StepV, L, ExpandTy, IntTy, useSubtract);
1406     }
1407   }
1408
1409   // We have decided to reuse an induction variable of a dominating loop. Apply
1410   // truncation and/or invertion of the step.
1411   if (TruncTy) {
1412     Type *ResTy = Result->getType();
1413     // Normalize the result type.
1414     if (ResTy != SE.getEffectiveSCEVType(ResTy))
1415       Result = InsertNoopCastOfTo(Result, SE.getEffectiveSCEVType(ResTy));
1416     // Truncate the result.
1417     if (TruncTy != Result->getType()) {
1418       Result = Builder.CreateTrunc(Result, TruncTy);
1419       rememberInstruction(Result);
1420     }
1421     // Invert the result.
1422     if (InvertStep) {
1423       Result = Builder.CreateSub(expandCodeFor(Normalized->getStart(), TruncTy),
1424                                  Result);
1425       rememberInstruction(Result);
1426     }
1427   }
1428
1429   // Re-apply any non-loop-dominating scale.
1430   if (PostLoopScale) {
1431     assert(S->isAffine() && "Can't linearly scale non-affine recurrences.");
1432     Result = InsertNoopCastOfTo(Result, IntTy);
1433     Result = Builder.CreateMul(Result,
1434                                expandCodeFor(PostLoopScale, IntTy));
1435     rememberInstruction(Result);
1436   }
1437
1438   // Re-apply any non-loop-dominating offset.
1439   if (PostLoopOffset) {
1440     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(ExpandTy)) {
1441       if (Result->getType()->isIntegerTy()) {
1442         Value *Base = expandCodeFor(PostLoopOffset, ExpandTy);
1443         const SCEV *const OffsetArray[1] = {SE.getUnknown(Result)};
1444         Result = expandAddToGEP(OffsetArray, OffsetArray + 1, PTy, IntTy, Base);
1445       } else {
1446         const SCEV *const OffsetArray[1] = {PostLoopOffset};
1447         Result =
1448             expandAddToGEP(OffsetArray, OffsetArray + 1, PTy, IntTy, Result);
1449       }
1450     } else {
1451       Result = InsertNoopCastOfTo(Result, IntTy);
1452       Result = Builder.CreateAdd(Result,
1453                                  expandCodeFor(PostLoopOffset, IntTy));
1454       rememberInstruction(Result);
1455     }
1456   }
1457
1458   return Result;
1459 }
1460
1461 Value *SCEVExpander::visitAddRecExpr(const SCEVAddRecExpr *S) {
1462   if (!CanonicalMode) return expandAddRecExprLiterally(S);
1463
1464   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1465   const Loop *L = S->getLoop();
1466
1467   // First check for an existing canonical IV in a suitable type.
1468   PHINode *CanonicalIV = nullptr;
1469   if (PHINode *PN = L->getCanonicalInductionVariable())
1470     if (SE.getTypeSizeInBits(PN->getType()) >= SE.getTypeSizeInBits(Ty))
1471       CanonicalIV = PN;
1472
1473   // Rewrite an AddRec in terms of the canonical induction variable, if
1474   // its type is more narrow.
1475   if (CanonicalIV &&
1476       SE.getTypeSizeInBits(CanonicalIV->getType()) >
1477       SE.getTypeSizeInBits(Ty)) {
1478     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(S->getNumOperands());
1479     for (unsigned i = 0, e = S->getNumOperands(); i != e; ++i)
1480       NewOps[i] = SE.getAnyExtendExpr(S->op_begin()[i], CanonicalIV->getType());
1481     Value *V = expand(SE.getAddRecExpr(NewOps, S->getLoop(),
1482                                        S->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
1483     BasicBlock::iterator NewInsertPt =
1484         findInsertPointAfter(cast<Instruction>(V), Builder.GetInsertBlock());
1485     V = expandCodeFor(SE.getTruncateExpr(SE.getUnknown(V), Ty), nullptr,
1486                       &*NewInsertPt);
1487     return V;
1488   }
1489
1490   // {X,+,F} --> X + {0,+,F}
1491   if (!S->getStart()->isZero()) {
1492     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(S->op_begin(), S->op_end());
1493     NewOps[0] = SE.getConstant(Ty, 0);
1494     const SCEV *Rest = SE.getAddRecExpr(NewOps, L,
1495                                         S->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
1496
1497     // Turn things like ptrtoint+arithmetic+inttoptr into GEP. See the
1498     // comments on expandAddToGEP for details.
1499     const SCEV *Base = S->getStart();
1500     const SCEV *RestArray[1] = { Rest };
1501     // Dig into the expression to find the pointer base for a GEP.
1502     ExposePointerBase(Base, RestArray[0], SE);
1503     // If we found a pointer, expand the AddRec with a GEP.
1504     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Base->getType())) {
1505       // Make sure the Base isn't something exotic, such as a multiplied
1506       // or divided pointer value. In those cases, the result type isn't
1507       // actually a pointer type.
1508       if (!isa<SCEVMulExpr>(Base) && !isa<SCEVUDivExpr>(Base)) {
1509         Value *StartV = expand(Base);
1510         assert(StartV->getType() == PTy && "Pointer type mismatch for GEP!");
1511         return expandAddToGEP(RestArray, RestArray+1, PTy, Ty, StartV);
1512       }
1513     }
1514
1515     // Just do a normal add. Pre-expand the operands to suppress folding.
1516     //
1517     // The LHS and RHS values are factored out of the expand call to make the
1518     // output independent of the argument evaluation order.
1519     const SCEV *AddExprLHS = SE.getUnknown(expand(S->getStart()));
1520     const SCEV *AddExprRHS = SE.getUnknown(expand(Rest));
1521     return expand(SE.getAddExpr(AddExprLHS, AddExprRHS));
1522   }
1523
1524   // If we don't yet have a canonical IV, create one.
1525   if (!CanonicalIV) {
1526     // Create and insert the PHI node for the induction variable in the
1527     // specified loop.
1528     BasicBlock *Header = L->getHeader();
1529     pred_iterator HPB = pred_begin(Header), HPE = pred_end(Header);
1530     CanonicalIV = PHINode::Create(Ty, std::distance(HPB, HPE), "indvar",
1531                                   &Header->front());
1532     rememberInstruction(CanonicalIV);
1533
1534     SmallSet<BasicBlock *, 4> PredSeen;
1535     Constant *One = ConstantInt::get(Ty, 1);
1536     for (pred_iterator HPI = HPB; HPI != HPE; ++HPI) {
1537       BasicBlock *HP = *HPI;
1538       if (!PredSeen.insert(HP).second) {
1539         // There must be an incoming value for each predecessor, even the
1540         // duplicates!
1541         CanonicalIV->addIncoming(CanonicalIV->getIncomingValueForBlock(HP), HP);
1542         continue;
1543       }
1544
1545       if (L->contains(HP)) {
1546         // Insert a unit add instruction right before the terminator
1547         // corresponding to the back-edge.
1548         Instruction *Add = BinaryOperator::CreateAdd(CanonicalIV, One,
1549                                                      "indvar.next",
1550                                                      HP->getTerminator());
1551         Add->setDebugLoc(HP->getTerminator()->getDebugLoc());
1552         rememberInstruction(Add);
1553         CanonicalIV->addIncoming(Add, HP);
1554       } else {
1555         CanonicalIV->addIncoming(Constant::getNullValue(Ty), HP);
1556       }
1557     }
1558   }
1559
1560   // {0,+,1} --> Insert a canonical induction variable into the loop!
1561   if (S->isAffine() && S->getOperand(1)->isOne()) {
1562     assert(Ty == SE.getEffectiveSCEVType(CanonicalIV->getType()) &&
1563            "IVs with types different from the canonical IV should "
1564            "already have been handled!");
1565     return CanonicalIV;
1566   }
1567
1568   // {0,+,F} --> {0,+,1} * F
1569
1570   // If this is a simple linear addrec, emit it now as a special case.
1571   if (S->isAffine())    // {0,+,F} --> i*F
1572     return
1573       expand(SE.getTruncateOrNoop(
1574         SE.getMulExpr(SE.getUnknown(CanonicalIV),
1575                       SE.getNoopOrAnyExtend(S->getOperand(1),
1576                                             CanonicalIV->getType())),
1577         Ty));
1578
1579   // If this is a chain of recurrences, turn it into a closed form, using the
1580   // folders, then expandCodeFor the closed form.  This allows the folders to
1581   // simplify the expression without having to build a bunch of special code
1582   // into this folder.
1583   const SCEV *IH = SE.getUnknown(CanonicalIV);   // Get I as a "symbolic" SCEV.
1584
1585   // Promote S up to the canonical IV type, if the cast is foldable.
1586   const SCEV *NewS = S;
1587   const SCEV *Ext = SE.getNoopOrAnyExtend(S, CanonicalIV->getType());
1588   if (isa<SCEVAddRecExpr>(Ext))
1589     NewS = Ext;
1590
1591   const SCEV *V = cast<SCEVAddRecExpr>(NewS)->evaluateAtIteration(IH, SE);
1592   //cerr << "Evaluated: " << *this << "\n     to: " << *V << "\n";
1593
1594   // Truncate the result down to the original type, if needed.
1595   const SCEV *T = SE.getTruncateOrNoop(V, Ty);
1596   return expand(T);
1597 }
1598
1599 Value *SCEVExpander::visitTruncateExpr(const SCEVTruncateExpr *S) {
1600   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1601   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1602                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1603   Value *I = Builder.CreateTrunc(V, Ty);
1604   rememberInstruction(I);
1605   return I;
1606 }
1607
1608 Value *SCEVExpander::visitZeroExtendExpr(const SCEVZeroExtendExpr *S) {
1609   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1610   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1611                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1612   Value *I = Builder.CreateZExt(V, Ty);
1613   rememberInstruction(I);
1614   return I;
1615 }
1616
1617 Value *SCEVExpander::visitSignExtendExpr(const SCEVSignExtendExpr *S) {
1618   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1619   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1620                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1621   Value *I = Builder.CreateSExt(V, Ty);
1622   rememberInstruction(I);
1623   return I;
1624 }
1625
1626 Value *SCEVExpander::visitSMaxExpr(const SCEVSMaxExpr *S) {
1627   Value *LHS = expand(S->getOperand(S->getNumOperands()-1));
1628   Type *Ty = LHS->getType();
1629   for (int i = S->getNumOperands()-2; i >= 0; --i) {
1630     // In the case of mixed integer and pointer types, do the
1631     // rest of the comparisons as integer.
1632     if (S->getOperand(i)->getType() != Ty) {
1633       Ty = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1634       LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, Ty);
1635     }
1636     Value *RHS = expandCodeFor(S->getOperand(i), Ty);
1637     Value *ICmp = Builder.CreateICmpSGT(LHS, RHS);
1638     rememberInstruction(ICmp);
1639     Value *Sel = Builder.CreateSelect(ICmp, LHS, RHS, "smax");
1640     rememberInstruction(Sel);
1641     LHS = Sel;
1642   }
1643   // In the case of mixed integer and pointer types, cast the
1644   // final result back to the pointer type.
1645   if (LHS->getType() != S->getType())
1646     LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, S->getType());
1647   return LHS;
1648 }
1649
1650 Value *SCEVExpander::visitUMaxExpr(const SCEVUMaxExpr *S) {
1651   Value *LHS = expand(S->getOperand(S->getNumOperands()-1));
1652   Type *Ty = LHS->getType();
1653   for (int i = S->getNumOperands()-2; i >= 0; --i) {
1654     // In the case of mixed integer and pointer types, do the
1655     // rest of the comparisons as integer.
1656     if (S->getOperand(i)->getType() != Ty) {
1657       Ty = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1658       LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, Ty);
1659     }
1660     Value *RHS = expandCodeFor(S->getOperand(i), Ty);
1661     Value *ICmp = Builder.CreateICmpUGT(LHS, RHS);
1662     rememberInstruction(ICmp);
1663     Value *Sel = Builder.CreateSelect(ICmp, LHS, RHS, "umax");
1664     rememberInstruction(Sel);
1665     LHS = Sel;
1666   }
1667   // In the case of mixed integer and pointer types, cast the
1668   // final result back to the pointer type.
1669   if (LHS->getType() != S->getType())
1670     LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, S->getType());
1671   return LHS;
1672 }
1673
1674 Value *SCEVExpander::expandCodeFor(const SCEV *SH, Type *Ty,
1675                                    Instruction *IP) {
1676   setInsertPoint(IP);
1677   return expandCodeFor(SH, Ty);
1678 }
1679
1680 Value *SCEVExpander::expandCodeFor(const SCEV *SH, Type *Ty) {
1681   // Expand the code for this SCEV.
1682   Value *V = expand(SH);
1683   if (Ty) {
1684     assert(SE.getTypeSizeInBits(Ty) == SE.getTypeSizeInBits(SH->getType()) &&
1685            "non-trivial casts should be done with the SCEVs directly!");
1686     V = InsertNoopCastOfTo(V, Ty);
1687   }
1688   return V;
1689 }
1690
1691 ScalarEvolution::ValueOffsetPair
1692 SCEVExpander::FindValueInExprValueMap(const SCEV *S,
1693                                       const Instruction *InsertPt) {
1694   SetVector<ScalarEvolution::ValueOffsetPair> *Set = SE.getSCEVValues(S);
1695   // If the expansion is not in CanonicalMode, and the SCEV contains any
1696   // sub scAddRecExpr type SCEV, it is required to expand the SCEV literally.
1697   if (CanonicalMode || !SE.containsAddRecurrence(S)) {
1698     // If S is scConstant, it may be worse to reuse an existing Value.
1699     if (S->getSCEVType() != scConstant && Set) {
1700       // Choose a Value from the set which dominates the insertPt.
1701       // insertPt should be inside the Value's parent loop so as not to break
1702       // the LCSSA form.
1703       for (auto const &VOPair : *Set) {
1704         Value *V = VOPair.first;
1705         ConstantInt *Offset = VOPair.second;
1706         Instruction *EntInst = nullptr;
1707         if (V && isa<Instruction>(V) && (EntInst = cast<Instruction>(V)) &&
1708             S->getType() == V->getType() &&
1709             EntInst->getFunction() == InsertPt->getFunction() &&
1710             SE.DT.dominates(EntInst, InsertPt) &&
1711             (SE.LI.getLoopFor(EntInst->getParent()) == nullptr ||
1712              SE.LI.getLoopFor(EntInst->getParent())->contains(InsertPt)))
1713           return {V, Offset};
1714       }
1715     }
1716   }
1717   return {nullptr, nullptr};
1718 }
1719
1720 // The expansion of SCEV will either reuse a previous Value in ExprValueMap,
1721 // or expand the SCEV literally. Specifically, if the expansion is in LSRMode,
1722 // and the SCEV contains any sub scAddRecExpr type SCEV, it will be expanded
1723 // literally, to prevent LSR's transformed SCEV from being reverted. Otherwise,
1724 // the expansion will try to reuse Value from ExprValueMap, and only when it
1725 // fails, expand the SCEV literally.
1726 Value *SCEVExpander::expand(const SCEV *S) {
1727   // Compute an insertion point for this SCEV object. Hoist the instructions
1728   // as far out in the loop nest as possible.
1729   Instruction *InsertPt = &*Builder.GetInsertPoint();
1730   for (Loop *L = SE.LI.getLoopFor(Builder.GetInsertBlock());;
1731        L = L->getParentLoop())
1732     if (SE.isLoopInvariant(S, L)) {
1733       if (!L) break;
1734       if (BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader())
1735         InsertPt = Preheader->getTerminator();
1736       else {
1737         // LSR sets the insertion point for AddRec start/step values to the
1738         // block start to simplify value reuse, even though it's an invalid
1739         // position. SCEVExpander must correct for this in all cases.
1740         InsertPt = &*L->getHeader()->getFirstInsertionPt();
1741       }
1742     } else {
1743       // We can move insertion point only if there is no div or rem operations
1744       // otherwise we are risky to move it over the check for zero denominator.
1745       auto SafeToHoist = [](const SCEV *S) {
1746         return !SCEVExprContains(S, [](const SCEV *S) {
1747                   if (const auto *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
1748                     if (const auto *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(D->getRHS()))
1749                       // Division by non-zero constants can be hoisted.
1750                       return SC->getValue()->isZero();
1751                     // All other divisions should not be moved as they may be
1752                     // divisions by zero and should be kept within the
1753                     // conditions of the surrounding loops that guard their
1754                     // execution (see PR35406).
1755                     return true;
1756                   }
1757                   return false;
1758                 });
1759       };
1760       // If the SCEV is computable at this level, insert it into the header
1761       // after the PHIs (and after any other instructions that we've inserted
1762       // there) so that it is guaranteed to dominate any user inside the loop.
1763       if (L && SE.hasComputableLoopEvolution(S, L) && !PostIncLoops.count(L) &&
1764           SafeToHoist(S))
1765         InsertPt = &*L->getHeader()->getFirstInsertionPt();
1766       while (InsertPt->getIterator() != Builder.GetInsertPoint() &&
1767              (isInsertedInstruction(InsertPt) ||
1768               isa<DbgInfoIntrinsic>(InsertPt))) {
1769         InsertPt = &*std::next(InsertPt->getIterator());
1770       }
1771       break;
1772     }
1773
1774   // Check to see if we already expanded this here.
1775   auto I = InsertedExpressions.find(std::make_pair(S, InsertPt));
1776   if (I != InsertedExpressions.end())
1777     return I->second;
1778
1779   SCEVInsertPointGuard Guard(Builder, this);
1780   Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1781
1782   // Expand the expression into instructions.
1783   ScalarEvolution::ValueOffsetPair VO = FindValueInExprValueMap(S, InsertPt);
1784   Value *V = VO.first;
1785
1786   if (!V)
1787     V = visit(S);
1788   else if (VO.second) {
1789     if (PointerType *Vty = dyn_cast<PointerType>(V->getType())) {
1790       Type *Ety = Vty->getPointerElementType();
1791       int64_t Offset = VO.second->getSExtValue();
1792       int64_t ESize = SE.getTypeSizeInBits(Ety);
1793       if ((Offset * 8) % ESize == 0) {
1794         ConstantInt *Idx =
1795             ConstantInt::getSigned(VO.second->getType(), -(Offset * 8) / ESize);
1796         V = Builder.CreateGEP(Ety, V, Idx, "scevgep");
1797       } else {
1798         ConstantInt *Idx =
1799             ConstantInt::getSigned(VO.second->getType(), -Offset);
1800         unsigned AS = Vty->getAddressSpace();
1801         V = Builder.CreateBitCast(V, Type::getInt8PtrTy(SE.getContext(), AS));
1802         V = Builder.CreateGEP(Type::getInt8Ty(SE.getContext()), V, Idx,
1803                               "uglygep");
1804         V = Builder.CreateBitCast(V, Vty);
1805       }
1806     } else {
1807       V = Builder.CreateSub(V, VO.second);
1808     }
1809   }
1810   // Remember the expanded value for this SCEV at this location.
1811   //
1812   // This is independent of PostIncLoops. The mapped value simply materializes
1813   // the expression at this insertion point. If the mapped value happened to be
1814   // a postinc expansion, it could be reused by a non-postinc user, but only if
1815   // its insertion point was already at the head of the loop.
1816   InsertedExpressions[std::make_pair(S, InsertPt)] = V;
1817   return V;
1818 }
1819
1820 void SCEVExpander::rememberInstruction(Value *I) {
1821   if (!PostIncLoops.empty())
1822     InsertedPostIncValues.insert(I);
1823   else
1824     InsertedValues.insert(I);
1825 }
1826
1827 /// getOrInsertCanonicalInductionVariable - This method returns the
1828 /// canonical induction variable of the specified type for the specified
1829 /// loop (inserting one if there is none).  A canonical induction variable
1830 /// starts at zero and steps by one on each iteration.
1831 PHINode *
1832 SCEVExpander::getOrInsertCanonicalInductionVariable(const Loop *L,
1833                                                     Type *Ty) {
1834   assert(Ty->isIntegerTy() && "Can only insert integer induction variables!");
1835
1836   // Build a SCEV for {0,+,1}<L>.
1837   // Conservatively use FlagAnyWrap for now.
1838   const SCEV *H = SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(Ty, 0),
1839                                    SE.getConstant(Ty, 1), L, SCEV::FlagAnyWrap);
1840
1841   // Emit code for it.
1842   SCEVInsertPointGuard Guard(Builder, this);
1843   PHINode *V =
1844       cast<PHINode>(expandCodeFor(H, nullptr, &L->getHeader()->front()));
1845
1846   return V;
1847 }
1848
1849 /// replaceCongruentIVs - Check for congruent phis in this loop header and
1850 /// replace them with their most canonical representative. Return the number of
1851 /// phis eliminated.
1852 ///
1853 /// This does not depend on any SCEVExpander state but should be used in
1854 /// the same context that SCEVExpander is used.
1855 unsigned
1856 SCEVExpander::replaceCongruentIVs(Loop *L, const DominatorTree *DT,
1857                                   SmallVectorImpl<WeakTrackingVH> &DeadInsts,
1858                                   const TargetTransformInfo *TTI) {
1859   // Find integer phis in order of increasing width.
1860   SmallVector<PHINode*, 8> Phis;
1861   for (PHINode &PN : L->getHeader()->phis())
1862     Phis.push_back(&PN);
1863
1864   if (TTI)
1865     std::sort(Phis.begin(), Phis.end(), [](Value *LHS, Value *RHS) {
1866       // Put pointers at the back and make sure pointer < pointer = false.
1867       if (!LHS->getType()->isIntegerTy() || !RHS->getType()->isIntegerTy())
1868         return RHS->getType()->isIntegerTy() && !LHS->getType()->isIntegerTy();
1869       return RHS->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1870              LHS->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1871     });
1872
1873   unsigned NumElim = 0;
1874   DenseMap<const SCEV *, PHINode *> ExprToIVMap;
1875   // Process phis from wide to narrow. Map wide phis to their truncation
1876   // so narrow phis can reuse them.
1877   for (PHINode *Phi : Phis) {
1878     auto SimplifyPHINode = [&](PHINode *PN) -> Value * {
1879       if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, {DL, &SE.TLI, &SE.DT, &SE.AC}))
1880         return V;
1881       if (!SE.isSCEVable(PN->getType()))
1882         return nullptr;
1883       auto *Const = dyn_cast<SCEVConstant>(SE.getSCEV(PN));
1884       if (!Const)
1885         return nullptr;
1886       return Const->getValue();
1887     };
1888
1889     // Fold constant phis. They may be congruent to other constant phis and
1890     // would confuse the logic below that expects proper IVs.
1891     if (Value *V = SimplifyPHINode(Phi)) {
1892       if (V->getType() != Phi->getType())
1893         continue;
1894       Phi->replaceAllUsesWith(V);
1895       DeadInsts.emplace_back(Phi);
1896       ++NumElim;
1897       DEBUG_WITH_TYPE(DebugType, dbgs()
1898                       << "INDVARS: Eliminated constant iv: " << *Phi << '\n');
1899       continue;
1900     }
1901
1902     if (!SE.isSCEVable(Phi->getType()))
1903       continue;
1904
1905     PHINode *&OrigPhiRef = ExprToIVMap[SE.getSCEV(Phi)];
1906     if (!OrigPhiRef) {
1907       OrigPhiRef = Phi;
1908       if (Phi->getType()->isIntegerTy() && TTI &&
1909           TTI->isTruncateFree(Phi->getType(), Phis.back()->getType())) {
1910         // This phi can be freely truncated to the narrowest phi type. Map the
1911         // truncated expression to it so it will be reused for narrow types.
1912         const SCEV *TruncExpr =
1913           SE.getTruncateExpr(SE.getSCEV(Phi), Phis.back()->getType());
1914         ExprToIVMap[TruncExpr] = Phi;
1915       }
1916       continue;
1917     }
1918
1919     // Replacing a pointer phi with an integer phi or vice-versa doesn't make
1920     // sense.
1921     if (OrigPhiRef->getType()->isPointerTy() != Phi->getType()->isPointerTy())
1922       continue;
1923
1924     if (BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch()) {
1925       Instruction *OrigInc = dyn_cast<Instruction>(
1926           OrigPhiRef->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
1927       Instruction *IsomorphicInc =
1928           dyn_cast<Instruction>(Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
1929
1930       if (OrigInc && IsomorphicInc) {
1931         // If this phi has the same width but is more canonical, replace the
1932         // original with it. As part of the "more canonical" determination,
1933         // respect a prior decision to use an IV chain.
1934         if (OrigPhiRef->getType() == Phi->getType() &&
1935             !(ChainedPhis.count(Phi) ||
1936               isExpandedAddRecExprPHI(OrigPhiRef, OrigInc, L)) &&
1937             (ChainedPhis.count(Phi) ||
1938              isExpandedAddRecExprPHI(Phi, IsomorphicInc, L))) {
1939           std::swap(OrigPhiRef, Phi);
1940           std::swap(OrigInc, IsomorphicInc);
1941         }
1942         // Replacing the congruent phi is sufficient because acyclic
1943         // redundancy elimination, CSE/GVN, should handle the
1944         // rest. However, once SCEV proves that a phi is congruent,
1945         // it's often the head of an IV user cycle that is isomorphic
1946         // with the original phi. It's worth eagerly cleaning up the
1947         // common case of a single IV increment so that DeleteDeadPHIs
1948         // can remove cycles that had postinc uses.
1949         const SCEV *TruncExpr =
1950             SE.getTruncateOrNoop(SE.getSCEV(OrigInc), IsomorphicInc->getType());
1951         if (OrigInc != IsomorphicInc &&
1952             TruncExpr == SE.getSCEV(IsomorphicInc) &&
1953             SE.LI.replacementPreservesLCSSAForm(IsomorphicInc, OrigInc) &&
1954             hoistIVInc(OrigInc, IsomorphicInc)) {
1955           DEBUG_WITH_TYPE(DebugType,
1956                           dbgs() << "INDVARS: Eliminated congruent iv.inc: "
1957                                  << *IsomorphicInc << '\n');
1958           Value *NewInc = OrigInc;
1959           if (OrigInc->getType() != IsomorphicInc->getType()) {
1960             Instruction *IP = nullptr;
1961             if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(OrigInc))
1962               IP = &*PN->getParent()->getFirstInsertionPt();
1963             else
1964               IP = OrigInc->getNextNode();
1965
1966             IRBuilder<> Builder(IP);
1967             Builder.SetCurrentDebugLocation(IsomorphicInc->getDebugLoc());
1968             NewInc = Builder.CreateTruncOrBitCast(
1969                 OrigInc, IsomorphicInc->getType(), IVName);
1970           }
1971           IsomorphicInc->replaceAllUsesWith(NewInc);
1972           DeadInsts.emplace_back(IsomorphicInc);
1973         }
1974       }
1975     }
1976     DEBUG_WITH_TYPE(DebugType, dbgs() << "INDVARS: Eliminated congruent iv: "
1977                                       << *Phi << '\n');
1978     ++NumElim;
1979     Value *NewIV = OrigPhiRef;
1980     if (OrigPhiRef->getType() != Phi->getType()) {
1981       IRBuilder<> Builder(&*L->getHeader()->getFirstInsertionPt());
1982       Builder.SetCurrentDebugLocation(Phi->getDebugLoc());
1983       NewIV = Builder.CreateTruncOrBitCast(OrigPhiRef, Phi->getType(), IVName);
1984     }
1985     Phi->replaceAllUsesWith(NewIV);
1986     DeadInsts.emplace_back(Phi);
1987   }
1988   return NumElim;
1989 }
1990
1991 Value *SCEVExpander::getExactExistingExpansion(const SCEV *S,
1992                                                const Instruction *At, Loop *L) {
1993   Optional<ScalarEvolution::ValueOffsetPair> VO =
1994       getRelatedExistingExpansion(S, At, L);
1995   if (VO && VO.getValue().second == nullptr)
1996     return VO.getValue().first;
1997   return nullptr;
1998 }
1999
2000 Optional<ScalarEvolution::ValueOffsetPair>
2001 SCEVExpander::getRelatedExistingExpansion(const SCEV *S, const Instruction *At,
2002                                           Loop *L) {
2003   using namespace llvm::PatternMatch;
2004
2005   SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitingBlocks;
2006   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
2007
2008   // Look for suitable value in simple conditions at the loop exits.
2009   for (BasicBlock *BB : ExitingBlocks) {
2010     ICmpInst::Predicate Pred;
2011     Instruction *LHS, *RHS;
2012     BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
2013
2014     if (!match(BB->getTerminator(),
2015                m_Br(m_ICmp(Pred, m_Instruction(LHS), m_Instruction(RHS)),
2016                     TrueBB, FalseBB)))
2017       continue;
2018
2019     if (SE.getSCEV(LHS) == S && SE.DT.dominates(LHS, At))
2020       return ScalarEvolution::ValueOffsetPair(LHS, nullptr);
2021
2022     if (SE.getSCEV(RHS) == S && SE.DT.dominates(RHS, At))
2023       return ScalarEvolution::ValueOffsetPair(RHS, nullptr);
2024   }
2025
2026   // Use expand's logic which is used for reusing a previous Value in
2027   // ExprValueMap.
2028   ScalarEvolution::ValueOffsetPair VO = FindValueInExprValueMap(S, At);
2029   if (VO.first)
2030     return VO;
2031
2032   // There is potential to make this significantly smarter, but this simple
2033   // heuristic already gets some interesting cases.
2034
2035   // Can not find suitable value.
2036   return None;
2037 }
2038
2039 bool SCEVExpander::isHighCostExpansionHelper(
2040     const SCEV *S, Loop *L, const Instruction *At,
2041     SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Processed) {
2042
2043   // If we can find an existing value for this scev available at the point "At"
2044   // then consider the expression cheap.
2045   if (At && getRelatedExistingExpansion(S, At, L))
2046     return false;
2047
2048   // Zero/One operand expressions
2049   switch (S->getSCEVType()) {
2050   case scUnknown:
2051   case scConstant:
2052     return false;
2053   case scTruncate:
2054     return isHighCostExpansionHelper(cast<SCEVTruncateExpr>(S)->getOperand(),
2055                                      L, At, Processed);
2056   case scZeroExtend:
2057     return isHighCostExpansionHelper(cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)->getOperand(),
2058                                      L, At, Processed);
2059   case scSignExtend:
2060     return isHighCostExpansionHelper(cast<SCEVSignExtendExpr>(S)->getOperand(),
2061                                      L, At, Processed);
2062   }
2063
2064   if (!Processed.insert(S).second)
2065     return false;
2066
2067   if (auto *UDivExpr = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
2068     // If the divisor is a power of two and the SCEV type fits in a native
2069     // integer, consider the division cheap irrespective of whether it occurs in
2070     // the user code since it can be lowered into a right shift.
2071     if (auto *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UDivExpr->getRHS()))
2072       if (SC->getAPInt().isPowerOf2()) {
2073         const DataLayout &DL =
2074             L->getHeader()->getParent()->getParent()->getDataLayout();
2075         unsigned Width = cast<IntegerType>(UDivExpr->getType())->getBitWidth();
2076         return DL.isIllegalInteger(Width);
2077       }
2078
2079     // UDivExpr is very likely a UDiv that ScalarEvolution's HowFarToZero or
2080     // HowManyLessThans produced to compute a precise expression, rather than a
2081     // UDiv from the user's code. If we can't find a UDiv in the code with some
2082     // simple searching, assume the former consider UDivExpr expensive to
2083     // compute.
2084     BasicBlock *ExitingBB = L->getExitingBlock();
2085     if (!ExitingBB)
2086       return true;
2087
2088     // At the beginning of this function we already tried to find existing value
2089     // for plain 'S'. Now try to lookup 'S + 1' since it is common pattern
2090     // involving division. This is just a simple search heuristic.
2091     if (!At)
2092       At = &ExitingBB->back();
2093     if (!getRelatedExistingExpansion(
2094             SE.getAddExpr(S, SE.getConstant(S->getType(), 1)), At, L))
2095       return true;
2096   }
2097
2098   // HowManyLessThans uses a Max expression whenever the loop is not guarded by
2099   // the exit condition.
2100   if (isa<SCEVSMaxExpr>(S) || isa<SCEVUMaxExpr>(S))
2101     return true;
2102
2103   // Recurse past nary expressions, which commonly occur in the
2104   // BackedgeTakenCount. They may already exist in program code, and if not,
2105   // they are not too expensive rematerialize.
2106   if (const SCEVNAryExpr *NAry = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S)) {
2107     for (auto *Op : NAry->operands())
2108       if (isHighCostExpansionHelper(Op, L, At, Processed))
2109         return true;
2110   }
2111
2112   // If we haven't recognized an expensive SCEV pattern, assume it's an
2113   // expression produced by program code.
2114   return false;
2115 }
2116
2117 Value *SCEVExpander::expandCodeForPredicate(const SCEVPredicate *Pred,
2118                                             Instruction *IP) {
2119   assert(IP);
2120   switch (Pred->getKind()) {
2121   case SCEVPredicate::P_Union:
2122     return expandUnionPredicate(cast<SCEVUnionPredicate>(Pred), IP);
2123   case SCEVPredicate::P_Equal:
2124     return expandEqualPredicate(cast<SCEVEqualPredicate>(Pred), IP);
2125   case SCEVPredicate::P_Wrap: {
2126     auto *AddRecPred = cast<SCEVWrapPredicate>(Pred);
2127     return expandWrapPredicate(AddRecPred, IP);
2128   }
2129   }
2130   llvm_unreachable("Unknown SCEV predicate type");
2131 }
2132
2133 Value *SCEVExpander::expandEqualPredicate(const SCEVEqualPredicate *Pred,
2134                                           Instruction *IP) {
2135   Value *Expr0 = expandCodeFor(Pred->getLHS(), Pred->getLHS()->getType(), IP);
2136   Value *Expr1 = expandCodeFor(Pred->getRHS(), Pred->getRHS()->getType(), IP);
2137
2138   Builder.SetInsertPoint(IP);
2139   auto *I = Builder.CreateICmpNE(Expr0, Expr1, "ident.check");
2140   return I;
2141 }
2142
2143 Value *SCEVExpander::generateOverflowCheck(const SCEVAddRecExpr *AR,
2144                                            Instruction *Loc, bool Signed) {
2145   assert(AR->isAffine() && "Cannot generate RT check for "
2146                            "non-affine expression");
2147
2148   SCEVUnionPredicate Pred;
2149   const SCEV *ExitCount =
2150       SE.getPredicatedBackedgeTakenCount(AR->getLoop(), Pred);
2151
2152   assert(ExitCount != SE.getCouldNotCompute() && "Invalid loop count");
2153
2154   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(SE);
2155   const SCEV *Start = AR->getStart();
2156
2157   unsigned SrcBits = SE.getTypeSizeInBits(ExitCount->getType());
2158   unsigned DstBits = SE.getTypeSizeInBits(AR->getType());
2159
2160   // The expression {Start,+,Step} has nusw/nssw if
2161   //   Step < 0, Start - |Step| * Backedge <= Start
2162   //   Step >= 0, Start + |Step| * Backedge > Start
2163   // and |Step| * Backedge doesn't unsigned overflow.
2164
2165   IntegerType *CountTy = IntegerType::get(Loc->getContext(), SrcBits);
2166   Builder.SetInsertPoint(Loc);
2167   Value *TripCountVal = expandCodeFor(ExitCount, CountTy, Loc);
2168
2169   IntegerType *Ty =
2170       IntegerType::get(Loc->getContext(), SE.getTypeSizeInBits(AR->getType()));
2171
2172   Value *StepValue = expandCodeFor(Step, Ty, Loc);
2173   Value *NegStepValue = expandCodeFor(SE.getNegativeSCEV(Step), Ty, Loc);
2174   Value *StartValue = expandCodeFor(Start, Ty, Loc);
2175
2176   ConstantInt *Zero =
2177       ConstantInt::get(Loc->getContext(), APInt::getNullValue(DstBits));
2178
2179   Builder.SetInsertPoint(Loc);
2180   // Compute |Step|
2181   Value *StepCompare = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_SLT, StepValue, Zero);
2182   Value *AbsStep = Builder.CreateSelect(StepCompare, NegStepValue, StepValue);
2183
2184   // Get the backedge taken count and truncate or extended to the AR type.
2185   Value *TruncTripCount = Builder.CreateZExtOrTrunc(TripCountVal, Ty);
2186   auto *MulF = Intrinsic::getDeclaration(Loc->getModule(),
2187                                          Intrinsic::umul_with_overflow, Ty);
2188
2189   // Compute |Step| * Backedge
2190   CallInst *Mul = Builder.CreateCall(MulF, {AbsStep, TruncTripCount}, "mul");
2191   Value *MulV = Builder.CreateExtractValue(Mul, 0, "mul.result");
2192   Value *OfMul = Builder.CreateExtractValue(Mul, 1, "mul.overflow");
2193
2194   // Compute:
2195   //   Start + |Step| * Backedge < Start
2196   //   Start - |Step| * Backedge > Start
2197   Value *Add = Builder.CreateAdd(StartValue, MulV);
2198   Value *Sub = Builder.CreateSub(StartValue, MulV);
2199
2200   Value *EndCompareGT = Builder.CreateICmp(
2201       Signed ? ICmpInst::ICMP_SGT : ICmpInst::ICMP_UGT, Sub, StartValue);
2202
2203   Value *EndCompareLT = Builder.CreateICmp(
2204       Signed ? ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_ULT, Add, StartValue);
2205
2206   // Select the answer based on the sign of Step.
2207   Value *EndCheck =
2208       Builder.CreateSelect(StepCompare, EndCompareGT, EndCompareLT);
2209
2210   // If the backedge taken count type is larger than the AR type,
2211   // check that we don't drop any bits by truncating it. If we are
2212   // droping bits, then we have overflow (unless the step is zero).
2213   if (SE.getTypeSizeInBits(CountTy) > SE.getTypeSizeInBits(Ty)) {
2214     auto MaxVal = APInt::getMaxValue(DstBits).zext(SrcBits);
2215     auto *BackedgeCheck =
2216         Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_UGT, TripCountVal,
2217                            ConstantInt::get(Loc->getContext(), MaxVal));
2218     BackedgeCheck = Builder.CreateAnd(
2219         BackedgeCheck, Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_NE, StepValue, Zero));
2220
2221     EndCheck = Builder.CreateOr(EndCheck, BackedgeCheck);
2222   }
2223
2224   EndCheck = Builder.CreateOr(EndCheck, OfMul);
2225   return EndCheck;
2226 }
2227
2228 Value *SCEVExpander::expandWrapPredicate(const SCEVWrapPredicate *Pred,
2229                                          Instruction *IP) {
2230   const auto *A = cast<SCEVAddRecExpr>(Pred->getExpr());
2231   Value *NSSWCheck = nullptr, *NUSWCheck = nullptr;
2232
2233   // Add a check for NUSW
2234   if (Pred->getFlags() & SCEVWrapPredicate::IncrementNUSW)
2235     NUSWCheck = generateOverflowCheck(A, IP, false);
2236
2237   // Add a check for NSSW
2238   if (Pred->getFlags() & SCEVWrapPredicate::IncrementNSSW)
2239     NSSWCheck = generateOverflowCheck(A, IP, true);
2240
2241   if (NUSWCheck && NSSWCheck)
2242     return Builder.CreateOr(NUSWCheck, NSSWCheck);
2243
2244   if (NUSWCheck)
2245     return NUSWCheck;
2246
2247   if (NSSWCheck)
2248     return NSSWCheck;
2249
2250   return ConstantInt::getFalse(IP->getContext());
2251 }
2252
2253 Value *SCEVExpander::expandUnionPredicate(const SCEVUnionPredicate *Union,
2254                                           Instruction *IP) {
2255   auto *BoolType = IntegerType::get(IP->getContext(), 1);
2256   Value *Check = ConstantInt::getNullValue(BoolType);
2257
2258   // Loop over all checks in this set.
2259   for (auto Pred : Union->getPredicates()) {
2260     auto *NextCheck = expandCodeForPredicate(Pred, IP);
2261     Builder.SetInsertPoint(IP);
2262     Check = Builder.CreateOr(Check, NextCheck);
2263   }
2264
2265   return Check;
2266 }
2267
2268 namespace {
2269 // Search for a SCEV subexpression that is not safe to expand.  Any expression
2270 // that may expand to a !isSafeToSpeculativelyExecute value is unsafe, namely
2271 // UDiv expressions. We don't know if the UDiv is derived from an IR divide
2272 // instruction, but the important thing is that we prove the denominator is
2273 // nonzero before expansion.
2274 //
2275 // IVUsers already checks that IV-derived expressions are safe. So this check is
2276 // only needed when the expression includes some subexpression that is not IV
2277 // derived.
2278 //
2279 // Currently, we only allow division by a nonzero constant here. If this is
2280 // inadequate, we could easily allow division by SCEVUnknown by using
2281 // ValueTracking to check isKnownNonZero().
2282 //
2283 // We cannot generally expand recurrences unless the step dominates the loop
2284 // header. The expander handles the special case of affine recurrences by
2285 // scaling the recurrence outside the loop, but this technique isn't generally
2286 // applicable. Expanding a nested recurrence outside a loop requires computing
2287 // binomial coefficients. This could be done, but the recurrence has to be in a
2288 // perfectly reduced form, which can't be guaranteed.
2289 struct SCEVFindUnsafe {
2290   ScalarEvolution &SE;
2291   bool IsUnsafe;
2292
2293   SCEVFindUnsafe(ScalarEvolution &se): SE(se), IsUnsafe(false) {}
2294
2295   bool follow(const SCEV *S) {
2296     if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
2297       const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(D->getRHS());
2298       if (!SC || SC->getValue()->isZero()) {
2299         IsUnsafe = true;
2300         return false;
2301       }
2302     }
2303     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2304       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(SE);
2305       if (!AR->isAffine() && !SE.dominates(Step, AR->getLoop()->getHeader())) {
2306         IsUnsafe = true;
2307         return false;
2308       }
2309     }
2310     return true;
2311   }
2312   bool isDone() const { return IsUnsafe; }
2313 };
2314 }
2315
2316 namespace llvm {
2317 bool isSafeToExpand(const SCEV *S, ScalarEvolution &SE) {
2318   SCEVFindUnsafe Search(SE);
2319   visitAll(S, Search);
2320   return !Search.IsUnsafe;
2321 }
2322
2323 bool isSafeToExpandAt(const SCEV *S, const Instruction *InsertionPoint,
2324                       ScalarEvolution &SE) {
2325   return isSafeToExpand(S, SE) && SE.dominates(S, InsertionPoint->getParent());
2326 }
2327 }