]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Analysis/ScalarEvolutionExpander.cpp
Merge llvm, clang, compiler-rt, libc++, libunwind, lld, lldb and openmp
[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 Value *SCEVExpander::expandAddToGEP(const SCEV *Op, PointerType *PTy, Type *Ty,
593                                     Value *V) {
594   const SCEV *const Ops[1] = {Op};
595   return expandAddToGEP(Ops, Ops + 1, PTy, Ty, V);
596 }
597
598 /// PickMostRelevantLoop - Given two loops pick the one that's most relevant for
599 /// SCEV expansion. If they are nested, this is the most nested. If they are
600 /// neighboring, pick the later.
601 static const Loop *PickMostRelevantLoop(const Loop *A, const Loop *B,
602                                         DominatorTree &DT) {
603   if (!A) return B;
604   if (!B) return A;
605   if (A->contains(B)) return B;
606   if (B->contains(A)) return A;
607   if (DT.dominates(A->getHeader(), B->getHeader())) return B;
608   if (DT.dominates(B->getHeader(), A->getHeader())) return A;
609   return A; // Arbitrarily break the tie.
610 }
611
612 /// getRelevantLoop - Get the most relevant loop associated with the given
613 /// expression, according to PickMostRelevantLoop.
614 const Loop *SCEVExpander::getRelevantLoop(const SCEV *S) {
615   // Test whether we've already computed the most relevant loop for this SCEV.
616   auto Pair = RelevantLoops.insert(std::make_pair(S, nullptr));
617   if (!Pair.second)
618     return Pair.first->second;
619
620   if (isa<SCEVConstant>(S))
621     // A constant has no relevant loops.
622     return nullptr;
623   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
624     if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U->getValue()))
625       return Pair.first->second = SE.LI.getLoopFor(I->getParent());
626     // A non-instruction has no relevant loops.
627     return nullptr;
628   }
629   if (const SCEVNAryExpr *N = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S)) {
630     const Loop *L = nullptr;
631     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
632       L = AR->getLoop();
633     for (const SCEV *Op : N->operands())
634       L = PickMostRelevantLoop(L, getRelevantLoop(Op), SE.DT);
635     return RelevantLoops[N] = L;
636   }
637   if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S)) {
638     const Loop *Result = getRelevantLoop(C->getOperand());
639     return RelevantLoops[C] = Result;
640   }
641   if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
642     const Loop *Result = PickMostRelevantLoop(
643         getRelevantLoop(D->getLHS()), getRelevantLoop(D->getRHS()), SE.DT);
644     return RelevantLoops[D] = Result;
645   }
646   llvm_unreachable("Unexpected SCEV type!");
647 }
648
649 namespace {
650
651 /// LoopCompare - Compare loops by PickMostRelevantLoop.
652 class LoopCompare {
653   DominatorTree &DT;
654 public:
655   explicit LoopCompare(DominatorTree &dt) : DT(dt) {}
656
657   bool operator()(std::pair<const Loop *, const SCEV *> LHS,
658                   std::pair<const Loop *, const SCEV *> RHS) const {
659     // Keep pointer operands sorted at the end.
660     if (LHS.second->getType()->isPointerTy() !=
661         RHS.second->getType()->isPointerTy())
662       return LHS.second->getType()->isPointerTy();
663
664     // Compare loops with PickMostRelevantLoop.
665     if (LHS.first != RHS.first)
666       return PickMostRelevantLoop(LHS.first, RHS.first, DT) != LHS.first;
667
668     // If one operand is a non-constant negative and the other is not,
669     // put the non-constant negative on the right so that a sub can
670     // be used instead of a negate and add.
671     if (LHS.second->isNonConstantNegative()) {
672       if (!RHS.second->isNonConstantNegative())
673         return false;
674     } else if (RHS.second->isNonConstantNegative())
675       return true;
676
677     // Otherwise they are equivalent according to this comparison.
678     return false;
679   }
680 };
681
682 }
683
684 Value *SCEVExpander::visitAddExpr(const SCEVAddExpr *S) {
685   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
686
687   // Collect all the add operands in a loop, along with their associated loops.
688   // Iterate in reverse so that constants are emitted last, all else equal, and
689   // so that pointer operands are inserted first, which the code below relies on
690   // to form more involved GEPs.
691   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 8> OpsAndLoops;
692   for (std::reverse_iterator<SCEVAddExpr::op_iterator> I(S->op_end()),
693        E(S->op_begin()); I != E; ++I)
694     OpsAndLoops.push_back(std::make_pair(getRelevantLoop(*I), *I));
695
696   // Sort by loop. Use a stable sort so that constants follow non-constants and
697   // pointer operands precede non-pointer operands.
698   std::stable_sort(OpsAndLoops.begin(), OpsAndLoops.end(), LoopCompare(SE.DT));
699
700   // Emit instructions to add all the operands. Hoist as much as possible
701   // out of loops, and form meaningful getelementptrs where possible.
702   Value *Sum = nullptr;
703   for (auto I = OpsAndLoops.begin(), E = OpsAndLoops.end(); I != E;) {
704     const Loop *CurLoop = I->first;
705     const SCEV *Op = I->second;
706     if (!Sum) {
707       // This is the first operand. Just expand it.
708       Sum = expand(Op);
709       ++I;
710     } else if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Sum->getType())) {
711       // The running sum expression is a pointer. Try to form a getelementptr
712       // at this level with that as the base.
713       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
714       for (; I != E && I->first == CurLoop; ++I) {
715         // If the operand is SCEVUnknown and not instructions, peek through
716         // it, to enable more of it to be folded into the GEP.
717         const SCEV *X = I->second;
718         if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(X))
719           if (!isa<Instruction>(U->getValue()))
720             X = SE.getSCEV(U->getValue());
721         NewOps.push_back(X);
722       }
723       Sum = expandAddToGEP(NewOps.begin(), NewOps.end(), PTy, Ty, Sum);
724     } else if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Op->getType())) {
725       // The running sum is an integer, and there's a pointer at this level.
726       // Try to form a getelementptr. If the running sum is instructions,
727       // use a SCEVUnknown to avoid re-analyzing them.
728       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
729       NewOps.push_back(isa<Instruction>(Sum) ? SE.getUnknown(Sum) :
730                                                SE.getSCEV(Sum));
731       for (++I; I != E && I->first == CurLoop; ++I)
732         NewOps.push_back(I->second);
733       Sum = expandAddToGEP(NewOps.begin(), NewOps.end(), PTy, Ty, expand(Op));
734     } else if (Op->isNonConstantNegative()) {
735       // Instead of doing a negate and add, just do a subtract.
736       Value *W = expandCodeFor(SE.getNegativeSCEV(Op), Ty);
737       Sum = InsertNoopCastOfTo(Sum, Ty);
738       Sum = InsertBinop(Instruction::Sub, Sum, W);
739       ++I;
740     } else {
741       // A simple add.
742       Value *W = expandCodeFor(Op, Ty);
743       Sum = InsertNoopCastOfTo(Sum, Ty);
744       // Canonicalize a constant to the RHS.
745       if (isa<Constant>(Sum)) std::swap(Sum, W);
746       Sum = InsertBinop(Instruction::Add, Sum, W);
747       ++I;
748     }
749   }
750
751   return Sum;
752 }
753
754 Value *SCEVExpander::visitMulExpr(const SCEVMulExpr *S) {
755   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
756
757   // Collect all the mul operands in a loop, along with their associated loops.
758   // Iterate in reverse so that constants are emitted last, all else equal.
759   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 8> OpsAndLoops;
760   for (std::reverse_iterator<SCEVMulExpr::op_iterator> I(S->op_end()),
761        E(S->op_begin()); I != E; ++I)
762     OpsAndLoops.push_back(std::make_pair(getRelevantLoop(*I), *I));
763
764   // Sort by loop. Use a stable sort so that constants follow non-constants.
765   std::stable_sort(OpsAndLoops.begin(), OpsAndLoops.end(), LoopCompare(SE.DT));
766
767   // Emit instructions to mul all the operands. Hoist as much as possible
768   // out of loops.
769   Value *Prod = nullptr;
770   auto I = OpsAndLoops.begin();
771
772   // Expand the calculation of X pow N in the following manner:
773   // Let N = P1 + P2 + ... + PK, where all P are powers of 2. Then:
774   // X pow N = (X pow P1) * (X pow P2) * ... * (X pow PK).
775   const auto ExpandOpBinPowN = [this, &I, &OpsAndLoops, &Ty]() {
776     auto E = I;
777     // Calculate how many times the same operand from the same loop is included
778     // into this power.
779     uint64_t Exponent = 0;
780     const uint64_t MaxExponent = UINT64_MAX >> 1;
781     // No one sane will ever try to calculate such huge exponents, but if we
782     // need this, we stop on UINT64_MAX / 2 because we need to exit the loop
783     // below when the power of 2 exceeds our Exponent, and we want it to be
784     // 1u << 31 at most to not deal with unsigned overflow.
785     while (E != OpsAndLoops.end() && *I == *E && Exponent != MaxExponent) {
786       ++Exponent;
787       ++E;
788     }
789     assert(Exponent > 0 && "Trying to calculate a zeroth exponent of operand?");
790
791     // Calculate powers with exponents 1, 2, 4, 8 etc. and include those of them
792     // that are needed into the result.
793     Value *P = expandCodeFor(I->second, Ty);
794     Value *Result = nullptr;
795     if (Exponent & 1)
796       Result = P;
797     for (uint64_t BinExp = 2; BinExp <= Exponent; BinExp <<= 1) {
798       P = InsertBinop(Instruction::Mul, P, P);
799       if (Exponent & BinExp)
800         Result = Result ? InsertBinop(Instruction::Mul, Result, P) : P;
801     }
802
803     I = E;
804     assert(Result && "Nothing was expanded?");
805     return Result;
806   };
807
808   while (I != OpsAndLoops.end()) {
809     if (!Prod) {
810       // This is the first operand. Just expand it.
811       Prod = ExpandOpBinPowN();
812     } else if (I->second->isAllOnesValue()) {
813       // Instead of doing a multiply by negative one, just do a negate.
814       Prod = InsertNoopCastOfTo(Prod, Ty);
815       Prod = InsertBinop(Instruction::Sub, Constant::getNullValue(Ty), Prod);
816       ++I;
817     } else {
818       // A simple mul.
819       Value *W = ExpandOpBinPowN();
820       Prod = InsertNoopCastOfTo(Prod, Ty);
821       // Canonicalize a constant to the RHS.
822       if (isa<Constant>(Prod)) std::swap(Prod, W);
823       const APInt *RHS;
824       if (match(W, m_Power2(RHS))) {
825         // Canonicalize Prod*(1<<C) to Prod<<C.
826         assert(!Ty->isVectorTy() && "vector types are not SCEVable");
827         Prod = InsertBinop(Instruction::Shl, Prod,
828                            ConstantInt::get(Ty, RHS->logBase2()));
829       } else {
830         Prod = InsertBinop(Instruction::Mul, Prod, W);
831       }
832     }
833   }
834
835   return Prod;
836 }
837
838 Value *SCEVExpander::visitUDivExpr(const SCEVUDivExpr *S) {
839   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
840
841   Value *LHS = expandCodeFor(S->getLHS(), Ty);
842   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(S->getRHS())) {
843     const APInt &RHS = SC->getAPInt();
844     if (RHS.isPowerOf2())
845       return InsertBinop(Instruction::LShr, LHS,
846                          ConstantInt::get(Ty, RHS.logBase2()));
847   }
848
849   Value *RHS = expandCodeFor(S->getRHS(), Ty);
850   return InsertBinop(Instruction::UDiv, LHS, RHS);
851 }
852
853 /// Move parts of Base into Rest to leave Base with the minimal
854 /// expression that provides a pointer operand suitable for a
855 /// GEP expansion.
856 static void ExposePointerBase(const SCEV *&Base, const SCEV *&Rest,
857                               ScalarEvolution &SE) {
858   while (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Base)) {
859     Base = A->getStart();
860     Rest = SE.getAddExpr(Rest,
861                          SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(A->getType(), 0),
862                                           A->getStepRecurrence(SE),
863                                           A->getLoop(),
864                                           A->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
865   }
866   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Base)) {
867     Base = A->getOperand(A->getNumOperands()-1);
868     SmallVector<const SCEV *, 8> NewAddOps(A->op_begin(), A->op_end());
869     NewAddOps.back() = Rest;
870     Rest = SE.getAddExpr(NewAddOps);
871     ExposePointerBase(Base, Rest, SE);
872   }
873 }
874
875 /// Determine if this is a well-behaved chain of instructions leading back to
876 /// the PHI. If so, it may be reused by expanded expressions.
877 bool SCEVExpander::isNormalAddRecExprPHI(PHINode *PN, Instruction *IncV,
878                                          const Loop *L) {
879   if (IncV->getNumOperands() == 0 || isa<PHINode>(IncV) ||
880       (isa<CastInst>(IncV) && !isa<BitCastInst>(IncV)))
881     return false;
882   // If any of the operands don't dominate the insert position, bail.
883   // Addrec operands are always loop-invariant, so this can only happen
884   // if there are instructions which haven't been hoisted.
885   if (L == IVIncInsertLoop) {
886     for (User::op_iterator OI = IncV->op_begin()+1,
887            OE = IncV->op_end(); OI != OE; ++OI)
888       if (Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(OI))
889         if (!SE.DT.dominates(OInst, IVIncInsertPos))
890           return false;
891   }
892   // Advance to the next instruction.
893   IncV = dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
894   if (!IncV)
895     return false;
896
897   if (IncV->mayHaveSideEffects())
898     return false;
899
900   if (IncV == PN)
901     return true;
902
903   return isNormalAddRecExprPHI(PN, IncV, L);
904 }
905
906 /// getIVIncOperand returns an induction variable increment's induction
907 /// variable operand.
908 ///
909 /// If allowScale is set, any type of GEP is allowed as long as the nonIV
910 /// operands dominate InsertPos.
911 ///
912 /// If allowScale is not set, ensure that a GEP increment conforms to one of the
913 /// simple patterns generated by getAddRecExprPHILiterally and
914 /// expandAddtoGEP. If the pattern isn't recognized, return NULL.
915 Instruction *SCEVExpander::getIVIncOperand(Instruction *IncV,
916                                            Instruction *InsertPos,
917                                            bool allowScale) {
918   if (IncV == InsertPos)
919     return nullptr;
920
921   switch (IncV->getOpcode()) {
922   default:
923     return nullptr;
924   // Check for a simple Add/Sub or GEP of a loop invariant step.
925   case Instruction::Add:
926   case Instruction::Sub: {
927     Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(1));
928     if (!OInst || SE.DT.dominates(OInst, InsertPos))
929       return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
930     return nullptr;
931   }
932   case Instruction::BitCast:
933     return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
934   case Instruction::GetElementPtr:
935     for (auto I = IncV->op_begin() + 1, E = IncV->op_end(); I != E; ++I) {
936       if (isa<Constant>(*I))
937         continue;
938       if (Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(*I)) {
939         if (!SE.DT.dominates(OInst, InsertPos))
940           return nullptr;
941       }
942       if (allowScale) {
943         // allow any kind of GEP as long as it can be hoisted.
944         continue;
945       }
946       // This must be a pointer addition of constants (pretty), which is already
947       // handled, or some number of address-size elements (ugly). Ugly geps
948       // have 2 operands. i1* is used by the expander to represent an
949       // address-size element.
950       if (IncV->getNumOperands() != 2)
951         return nullptr;
952       unsigned AS = cast<PointerType>(IncV->getType())->getAddressSpace();
953       if (IncV->getType() != Type::getInt1PtrTy(SE.getContext(), AS)
954           && IncV->getType() != Type::getInt8PtrTy(SE.getContext(), AS))
955         return nullptr;
956       break;
957     }
958     return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
959   }
960 }
961
962 /// If the insert point of the current builder or any of the builders on the
963 /// stack of saved builders has 'I' as its insert point, update it to point to
964 /// the instruction after 'I'.  This is intended to be used when the instruction
965 /// 'I' is being moved.  If this fixup is not done and 'I' is moved to a
966 /// different block, the inconsistent insert point (with a mismatched
967 /// Instruction and Block) can lead to an instruction being inserted in a block
968 /// other than its parent.
969 void SCEVExpander::fixupInsertPoints(Instruction *I) {
970   BasicBlock::iterator It(*I);
971   BasicBlock::iterator NewInsertPt = std::next(It);
972   if (Builder.GetInsertPoint() == It)
973     Builder.SetInsertPoint(&*NewInsertPt);
974   for (auto *InsertPtGuard : InsertPointGuards)
975     if (InsertPtGuard->GetInsertPoint() == It)
976       InsertPtGuard->SetInsertPoint(NewInsertPt);
977 }
978
979 /// hoistStep - Attempt to hoist a simple IV increment above InsertPos to make
980 /// it available to other uses in this loop. Recursively hoist any operands,
981 /// until we reach a value that dominates InsertPos.
982 bool SCEVExpander::hoistIVInc(Instruction *IncV, Instruction *InsertPos) {
983   if (SE.DT.dominates(IncV, InsertPos))
984       return true;
985
986   // InsertPos must itself dominate IncV so that IncV's new position satisfies
987   // its existing users.
988   if (isa<PHINode>(InsertPos) ||
989       !SE.DT.dominates(InsertPos->getParent(), IncV->getParent()))
990     return false;
991
992   if (!SE.LI.movementPreservesLCSSAForm(IncV, InsertPos))
993     return false;
994
995   // Check that the chain of IV operands leading back to Phi can be hoisted.
996   SmallVector<Instruction*, 4> IVIncs;
997   for(;;) {
998     Instruction *Oper = getIVIncOperand(IncV, InsertPos, /*allowScale*/true);
999     if (!Oper)
1000       return false;
1001     // IncV is safe to hoist.
1002     IVIncs.push_back(IncV);
1003     IncV = Oper;
1004     if (SE.DT.dominates(IncV, InsertPos))
1005       break;
1006   }
1007   for (auto I = IVIncs.rbegin(), E = IVIncs.rend(); I != E; ++I) {
1008     fixupInsertPoints(*I);
1009     (*I)->moveBefore(InsertPos);
1010   }
1011   return true;
1012 }
1013
1014 /// Determine if this cyclic phi is in a form that would have been generated by
1015 /// LSR. We don't care if the phi was actually expanded in this pass, as long
1016 /// as it is in a low-cost form, for example, no implied multiplication. This
1017 /// should match any patterns generated by getAddRecExprPHILiterally and
1018 /// expandAddtoGEP.
1019 bool SCEVExpander::isExpandedAddRecExprPHI(PHINode *PN, Instruction *IncV,
1020                                            const Loop *L) {
1021   for(Instruction *IVOper = IncV;
1022       (IVOper = getIVIncOperand(IVOper, L->getLoopPreheader()->getTerminator(),
1023                                 /*allowScale=*/false));) {
1024     if (IVOper == PN)
1025       return true;
1026   }
1027   return false;
1028 }
1029
1030 /// expandIVInc - Expand an IV increment at Builder's current InsertPos.
1031 /// Typically this is the LatchBlock terminator or IVIncInsertPos, but we may
1032 /// need to materialize IV increments elsewhere to handle difficult situations.
1033 Value *SCEVExpander::expandIVInc(PHINode *PN, Value *StepV, const Loop *L,
1034                                  Type *ExpandTy, Type *IntTy,
1035                                  bool useSubtract) {
1036   Value *IncV;
1037   // If the PHI is a pointer, use a GEP, otherwise use an add or sub.
1038   if (ExpandTy->isPointerTy()) {
1039     PointerType *GEPPtrTy = cast<PointerType>(ExpandTy);
1040     // If the step isn't constant, don't use an implicitly scaled GEP, because
1041     // that would require a multiply inside the loop.
1042     if (!isa<ConstantInt>(StepV))
1043       GEPPtrTy = PointerType::get(Type::getInt1Ty(SE.getContext()),
1044                                   GEPPtrTy->getAddressSpace());
1045     IncV = expandAddToGEP(SE.getSCEV(StepV), GEPPtrTy, IntTy, PN);
1046     if (IncV->getType() != PN->getType()) {
1047       IncV = Builder.CreateBitCast(IncV, PN->getType());
1048       rememberInstruction(IncV);
1049     }
1050   } else {
1051     IncV = useSubtract ?
1052       Builder.CreateSub(PN, StepV, Twine(IVName) + ".iv.next") :
1053       Builder.CreateAdd(PN, StepV, Twine(IVName) + ".iv.next");
1054     rememberInstruction(IncV);
1055   }
1056   return IncV;
1057 }
1058
1059 /// Hoist the addrec instruction chain rooted in the loop phi above the
1060 /// position. This routine assumes that this is possible (has been checked).
1061 void SCEVExpander::hoistBeforePos(DominatorTree *DT, Instruction *InstToHoist,
1062                                   Instruction *Pos, PHINode *LoopPhi) {
1063   do {
1064     if (DT->dominates(InstToHoist, Pos))
1065       break;
1066     // Make sure the increment is where we want it. But don't move it
1067     // down past a potential existing post-inc user.
1068     fixupInsertPoints(InstToHoist);
1069     InstToHoist->moveBefore(Pos);
1070     Pos = InstToHoist;
1071     InstToHoist = cast<Instruction>(InstToHoist->getOperand(0));
1072   } while (InstToHoist != LoopPhi);
1073 }
1074
1075 /// Check whether we can cheaply express the requested SCEV in terms of
1076 /// the available PHI SCEV by truncation and/or inversion of the step.
1077 static bool canBeCheaplyTransformed(ScalarEvolution &SE,
1078                                     const SCEVAddRecExpr *Phi,
1079                                     const SCEVAddRecExpr *Requested,
1080                                     bool &InvertStep) {
1081   Type *PhiTy = SE.getEffectiveSCEVType(Phi->getType());
1082   Type *RequestedTy = SE.getEffectiveSCEVType(Requested->getType());
1083
1084   if (RequestedTy->getIntegerBitWidth() > PhiTy->getIntegerBitWidth())
1085     return false;
1086
1087   // Try truncate it if necessary.
1088   Phi = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getTruncateOrNoop(Phi, RequestedTy));
1089   if (!Phi)
1090     return false;
1091
1092   // Check whether truncation will help.
1093   if (Phi == Requested) {
1094     InvertStep = false;
1095     return true;
1096   }
1097
1098   // Check whether inverting will help: {R,+,-1} == R - {0,+,1}.
1099   if (SE.getAddExpr(Requested->getStart(),
1100                     SE.getNegativeSCEV(Requested)) == Phi) {
1101     InvertStep = true;
1102     return true;
1103   }
1104
1105   return false;
1106 }
1107
1108 static bool IsIncrementNSW(ScalarEvolution &SE, const SCEVAddRecExpr *AR) {
1109   if (!isa<IntegerType>(AR->getType()))
1110     return false;
1111
1112   unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(AR->getType())->getBitWidth();
1113   Type *WideTy = IntegerType::get(AR->getType()->getContext(), BitWidth * 2);
1114   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(SE);
1115   const SCEV *OpAfterExtend = SE.getAddExpr(SE.getSignExtendExpr(Step, WideTy),
1116                                             SE.getSignExtendExpr(AR, WideTy));
1117   const SCEV *ExtendAfterOp =
1118     SE.getSignExtendExpr(SE.getAddExpr(AR, Step), WideTy);
1119   return ExtendAfterOp == OpAfterExtend;
1120 }
1121
1122 static bool IsIncrementNUW(ScalarEvolution &SE, const SCEVAddRecExpr *AR) {
1123   if (!isa<IntegerType>(AR->getType()))
1124     return false;
1125
1126   unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(AR->getType())->getBitWidth();
1127   Type *WideTy = IntegerType::get(AR->getType()->getContext(), BitWidth * 2);
1128   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(SE);
1129   const SCEV *OpAfterExtend = SE.getAddExpr(SE.getZeroExtendExpr(Step, WideTy),
1130                                             SE.getZeroExtendExpr(AR, WideTy));
1131   const SCEV *ExtendAfterOp =
1132     SE.getZeroExtendExpr(SE.getAddExpr(AR, Step), WideTy);
1133   return ExtendAfterOp == OpAfterExtend;
1134 }
1135
1136 /// getAddRecExprPHILiterally - Helper for expandAddRecExprLiterally. Expand
1137 /// the base addrec, which is the addrec without any non-loop-dominating
1138 /// values, and return the PHI.
1139 PHINode *
1140 SCEVExpander::getAddRecExprPHILiterally(const SCEVAddRecExpr *Normalized,
1141                                         const Loop *L,
1142                                         Type *ExpandTy,
1143                                         Type *IntTy,
1144                                         Type *&TruncTy,
1145                                         bool &InvertStep) {
1146   assert((!IVIncInsertLoop||IVIncInsertPos) && "Uninitialized insert position");
1147
1148   // Reuse a previously-inserted PHI, if present.
1149   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1150   if (LatchBlock) {
1151     PHINode *AddRecPhiMatch = nullptr;
1152     Instruction *IncV = nullptr;
1153     TruncTy = nullptr;
1154     InvertStep = false;
1155
1156     // Only try partially matching scevs that need truncation and/or
1157     // step-inversion if we know this loop is outside the current loop.
1158     bool TryNonMatchingSCEV =
1159         IVIncInsertLoop &&
1160         SE.DT.properlyDominates(LatchBlock, IVIncInsertLoop->getHeader());
1161
1162     for (PHINode &PN : L->getHeader()->phis()) {
1163       if (!SE.isSCEVable(PN.getType()))
1164         continue;
1165
1166       const SCEVAddRecExpr *PhiSCEV = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getSCEV(&PN));
1167       if (!PhiSCEV)
1168         continue;
1169
1170       bool IsMatchingSCEV = PhiSCEV == Normalized;
1171       // We only handle truncation and inversion of phi recurrences for the
1172       // expanded expression if the expanded expression's loop dominates the
1173       // loop we insert to. Check now, so we can bail out early.
1174       if (!IsMatchingSCEV && !TryNonMatchingSCEV)
1175           continue;
1176
1177       // TODO: this possibly can be reworked to avoid this cast at all.
1178       Instruction *TempIncV =
1179           dyn_cast<Instruction>(PN.getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
1180       if (!TempIncV)
1181         continue;
1182
1183       // Check whether we can reuse this PHI node.
1184       if (LSRMode) {
1185         if (!isExpandedAddRecExprPHI(&PN, TempIncV, L))
1186           continue;
1187         if (L == IVIncInsertLoop && !hoistIVInc(TempIncV, IVIncInsertPos))
1188           continue;
1189       } else {
1190         if (!isNormalAddRecExprPHI(&PN, TempIncV, L))
1191           continue;
1192       }
1193
1194       // Stop if we have found an exact match SCEV.
1195       if (IsMatchingSCEV) {
1196         IncV = TempIncV;
1197         TruncTy = nullptr;
1198         InvertStep = false;
1199         AddRecPhiMatch = &PN;
1200         break;
1201       }
1202
1203       // Try whether the phi can be translated into the requested form
1204       // (truncated and/or offset by a constant).
1205       if ((!TruncTy || InvertStep) &&
1206           canBeCheaplyTransformed(SE, PhiSCEV, Normalized, InvertStep)) {
1207         // Record the phi node. But don't stop we might find an exact match
1208         // later.
1209         AddRecPhiMatch = &PN;
1210         IncV = TempIncV;
1211         TruncTy = SE.getEffectiveSCEVType(Normalized->getType());
1212       }
1213     }
1214
1215     if (AddRecPhiMatch) {
1216       // Potentially, move the increment. We have made sure in
1217       // isExpandedAddRecExprPHI or hoistIVInc that this is possible.
1218       if (L == IVIncInsertLoop)
1219         hoistBeforePos(&SE.DT, IncV, IVIncInsertPos, AddRecPhiMatch);
1220
1221       // Ok, the add recurrence looks usable.
1222       // Remember this PHI, even in post-inc mode.
1223       InsertedValues.insert(AddRecPhiMatch);
1224       // Remember the increment.
1225       rememberInstruction(IncV);
1226       return AddRecPhiMatch;
1227     }
1228   }
1229
1230   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
1231   SCEVInsertPointGuard Guard(Builder, this);
1232
1233   // Another AddRec may need to be recursively expanded below. For example, if
1234   // this AddRec is quadratic, the StepV may itself be an AddRec in this
1235   // loop. Remove this loop from the PostIncLoops set before expanding such
1236   // AddRecs. Otherwise, we cannot find a valid position for the step
1237   // (i.e. StepV can never dominate its loop header).  Ideally, we could do
1238   // SavedIncLoops.swap(PostIncLoops), but we generally have a single element,
1239   // so it's not worth implementing SmallPtrSet::swap.
1240   PostIncLoopSet SavedPostIncLoops = PostIncLoops;
1241   PostIncLoops.clear();
1242
1243   // Expand code for the start value into the loop preheader.
1244   assert(L->getLoopPreheader() &&
1245          "Can't expand add recurrences without a loop preheader!");
1246   Value *StartV = expandCodeFor(Normalized->getStart(), ExpandTy,
1247                                 L->getLoopPreheader()->getTerminator());
1248
1249   // StartV must have been be inserted into L's preheader to dominate the new
1250   // phi.
1251   assert(!isa<Instruction>(StartV) ||
1252          SE.DT.properlyDominates(cast<Instruction>(StartV)->getParent(),
1253                                  L->getHeader()));
1254
1255   // Expand code for the step value. Do this before creating the PHI so that PHI
1256   // reuse code doesn't see an incomplete PHI.
1257   const SCEV *Step = Normalized->getStepRecurrence(SE);
1258   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the increment
1259   // (unless it's a constant, because subtracts of constants are canonicalized
1260   // to adds).
1261   bool useSubtract = !ExpandTy->isPointerTy() && Step->isNonConstantNegative();
1262   if (useSubtract)
1263     Step = SE.getNegativeSCEV(Step);
1264   // Expand the step somewhere that dominates the loop header.
1265   Value *StepV = expandCodeFor(Step, IntTy, &L->getHeader()->front());
1266
1267   // The no-wrap behavior proved by IsIncrement(NUW|NSW) is only applicable if
1268   // we actually do emit an addition.  It does not apply if we emit a
1269   // subtraction.
1270   bool IncrementIsNUW = !useSubtract && IsIncrementNUW(SE, Normalized);
1271   bool IncrementIsNSW = !useSubtract && IsIncrementNSW(SE, Normalized);
1272
1273   // Create the PHI.
1274   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1275   Builder.SetInsertPoint(Header, Header->begin());
1276   pred_iterator HPB = pred_begin(Header), HPE = pred_end(Header);
1277   PHINode *PN = Builder.CreatePHI(ExpandTy, std::distance(HPB, HPE),
1278                                   Twine(IVName) + ".iv");
1279   rememberInstruction(PN);
1280
1281   // Create the step instructions and populate the PHI.
1282   for (pred_iterator HPI = HPB; HPI != HPE; ++HPI) {
1283     BasicBlock *Pred = *HPI;
1284
1285     // Add a start value.
1286     if (!L->contains(Pred)) {
1287       PN->addIncoming(StartV, Pred);
1288       continue;
1289     }
1290
1291     // Create a step value and add it to the PHI.
1292     // If IVIncInsertLoop is non-null and equal to the addrec's loop, insert the
1293     // instructions at IVIncInsertPos.
1294     Instruction *InsertPos = L == IVIncInsertLoop ?
1295       IVIncInsertPos : Pred->getTerminator();
1296     Builder.SetInsertPoint(InsertPos);
1297     Value *IncV = expandIVInc(PN, StepV, L, ExpandTy, IntTy, useSubtract);
1298
1299     if (isa<OverflowingBinaryOperator>(IncV)) {
1300       if (IncrementIsNUW)
1301         cast<BinaryOperator>(IncV)->setHasNoUnsignedWrap();
1302       if (IncrementIsNSW)
1303         cast<BinaryOperator>(IncV)->setHasNoSignedWrap();
1304     }
1305     PN->addIncoming(IncV, Pred);
1306   }
1307
1308   // After expanding subexpressions, restore the PostIncLoops set so the caller
1309   // can ensure that IVIncrement dominates the current uses.
1310   PostIncLoops = SavedPostIncLoops;
1311
1312   // Remember this PHI, even in post-inc mode.
1313   InsertedValues.insert(PN);
1314
1315   return PN;
1316 }
1317
1318 Value *SCEVExpander::expandAddRecExprLiterally(const SCEVAddRecExpr *S) {
1319   Type *STy = S->getType();
1320   Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(STy);
1321   const Loop *L = S->getLoop();
1322
1323   // Determine a normalized form of this expression, which is the expression
1324   // before any post-inc adjustment is made.
1325   const SCEVAddRecExpr *Normalized = S;
1326   if (PostIncLoops.count(L)) {
1327     PostIncLoopSet Loops;
1328     Loops.insert(L);
1329     Normalized = cast<SCEVAddRecExpr>(normalizeForPostIncUse(S, Loops, SE));
1330   }
1331
1332   // Strip off any non-loop-dominating component from the addrec start.
1333   const SCEV *Start = Normalized->getStart();
1334   const SCEV *PostLoopOffset = nullptr;
1335   if (!SE.properlyDominates(Start, L->getHeader())) {
1336     PostLoopOffset = Start;
1337     Start = SE.getConstant(Normalized->getType(), 0);
1338     Normalized = cast<SCEVAddRecExpr>(
1339       SE.getAddRecExpr(Start, Normalized->getStepRecurrence(SE),
1340                        Normalized->getLoop(),
1341                        Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
1342   }
1343
1344   // Strip off any non-loop-dominating component from the addrec step.
1345   const SCEV *Step = Normalized->getStepRecurrence(SE);
1346   const SCEV *PostLoopScale = nullptr;
1347   if (!SE.dominates(Step, L->getHeader())) {
1348     PostLoopScale = Step;
1349     Step = SE.getConstant(Normalized->getType(), 1);
1350     if (!Start->isZero()) {
1351         // The normalization below assumes that Start is constant zero, so if
1352         // it isn't re-associate Start to PostLoopOffset.
1353         assert(!PostLoopOffset && "Start not-null but PostLoopOffset set?");
1354         PostLoopOffset = Start;
1355         Start = SE.getConstant(Normalized->getType(), 0);
1356     }
1357     Normalized =
1358       cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getAddRecExpr(
1359                              Start, Step, Normalized->getLoop(),
1360                              Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
1361   }
1362
1363   // Expand the core addrec. If we need post-loop scaling, force it to
1364   // expand to an integer type to avoid the need for additional casting.
1365   Type *ExpandTy = PostLoopScale ? IntTy : STy;
1366   // We can't use a pointer type for the addrec if the pointer type is
1367   // non-integral.
1368   Type *AddRecPHIExpandTy =
1369       DL.isNonIntegralPointerType(STy) ? Normalized->getType() : ExpandTy;
1370
1371   // In some cases, we decide to reuse an existing phi node but need to truncate
1372   // it and/or invert the step.
1373   Type *TruncTy = nullptr;
1374   bool InvertStep = false;
1375   PHINode *PN = getAddRecExprPHILiterally(Normalized, L, AddRecPHIExpandTy,
1376                                           IntTy, TruncTy, InvertStep);
1377
1378   // Accommodate post-inc mode, if necessary.
1379   Value *Result;
1380   if (!PostIncLoops.count(L))
1381     Result = PN;
1382   else {
1383     // In PostInc mode, use the post-incremented value.
1384     BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1385     assert(LatchBlock && "PostInc mode requires a unique loop latch!");
1386     Result = PN->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
1387
1388     // For an expansion to use the postinc form, the client must call
1389     // expandCodeFor with an InsertPoint that is either outside the PostIncLoop
1390     // or dominated by IVIncInsertPos.
1391     if (isa<Instruction>(Result) &&
1392         !SE.DT.dominates(cast<Instruction>(Result),
1393                          &*Builder.GetInsertPoint())) {
1394       // The induction variable's postinc expansion does not dominate this use.
1395       // IVUsers tries to prevent this case, so it is rare. However, it can
1396       // happen when an IVUser outside the loop is not dominated by the latch
1397       // block. Adjusting IVIncInsertPos before expansion begins cannot handle
1398       // all cases. Consider a phi outside whose operand is replaced during
1399       // expansion with the value of the postinc user. Without fundamentally
1400       // changing the way postinc users are tracked, the only remedy is
1401       // inserting an extra IV increment. StepV might fold into PostLoopOffset,
1402       // but hopefully expandCodeFor handles that.
1403       bool useSubtract =
1404         !ExpandTy->isPointerTy() && Step->isNonConstantNegative();
1405       if (useSubtract)
1406         Step = SE.getNegativeSCEV(Step);
1407       Value *StepV;
1408       {
1409         // Expand the step somewhere that dominates the loop header.
1410         SCEVInsertPointGuard Guard(Builder, this);
1411         StepV = expandCodeFor(Step, IntTy, &L->getHeader()->front());
1412       }
1413       Result = expandIVInc(PN, StepV, L, ExpandTy, IntTy, useSubtract);
1414     }
1415   }
1416
1417   // We have decided to reuse an induction variable of a dominating loop. Apply
1418   // truncation and/or inversion of the step.
1419   if (TruncTy) {
1420     Type *ResTy = Result->getType();
1421     // Normalize the result type.
1422     if (ResTy != SE.getEffectiveSCEVType(ResTy))
1423       Result = InsertNoopCastOfTo(Result, SE.getEffectiveSCEVType(ResTy));
1424     // Truncate the result.
1425     if (TruncTy != Result->getType()) {
1426       Result = Builder.CreateTrunc(Result, TruncTy);
1427       rememberInstruction(Result);
1428     }
1429     // Invert the result.
1430     if (InvertStep) {
1431       Result = Builder.CreateSub(expandCodeFor(Normalized->getStart(), TruncTy),
1432                                  Result);
1433       rememberInstruction(Result);
1434     }
1435   }
1436
1437   // Re-apply any non-loop-dominating scale.
1438   if (PostLoopScale) {
1439     assert(S->isAffine() && "Can't linearly scale non-affine recurrences.");
1440     Result = InsertNoopCastOfTo(Result, IntTy);
1441     Result = Builder.CreateMul(Result,
1442                                expandCodeFor(PostLoopScale, IntTy));
1443     rememberInstruction(Result);
1444   }
1445
1446   // Re-apply any non-loop-dominating offset.
1447   if (PostLoopOffset) {
1448     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(ExpandTy)) {
1449       if (Result->getType()->isIntegerTy()) {
1450         Value *Base = expandCodeFor(PostLoopOffset, ExpandTy);
1451         Result = expandAddToGEP(SE.getUnknown(Result), PTy, IntTy, Base);
1452       } else {
1453         Result = expandAddToGEP(PostLoopOffset, PTy, IntTy, Result);
1454       }
1455     } else {
1456       Result = InsertNoopCastOfTo(Result, IntTy);
1457       Result = Builder.CreateAdd(Result,
1458                                  expandCodeFor(PostLoopOffset, IntTy));
1459       rememberInstruction(Result);
1460     }
1461   }
1462
1463   return Result;
1464 }
1465
1466 Value *SCEVExpander::visitAddRecExpr(const SCEVAddRecExpr *S) {
1467   if (!CanonicalMode) return expandAddRecExprLiterally(S);
1468
1469   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1470   const Loop *L = S->getLoop();
1471
1472   // First check for an existing canonical IV in a suitable type.
1473   PHINode *CanonicalIV = nullptr;
1474   if (PHINode *PN = L->getCanonicalInductionVariable())
1475     if (SE.getTypeSizeInBits(PN->getType()) >= SE.getTypeSizeInBits(Ty))
1476       CanonicalIV = PN;
1477
1478   // Rewrite an AddRec in terms of the canonical induction variable, if
1479   // its type is more narrow.
1480   if (CanonicalIV &&
1481       SE.getTypeSizeInBits(CanonicalIV->getType()) >
1482       SE.getTypeSizeInBits(Ty)) {
1483     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(S->getNumOperands());
1484     for (unsigned i = 0, e = S->getNumOperands(); i != e; ++i)
1485       NewOps[i] = SE.getAnyExtendExpr(S->op_begin()[i], CanonicalIV->getType());
1486     Value *V = expand(SE.getAddRecExpr(NewOps, S->getLoop(),
1487                                        S->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
1488     BasicBlock::iterator NewInsertPt =
1489         findInsertPointAfter(cast<Instruction>(V), Builder.GetInsertBlock());
1490     V = expandCodeFor(SE.getTruncateExpr(SE.getUnknown(V), Ty), nullptr,
1491                       &*NewInsertPt);
1492     return V;
1493   }
1494
1495   // {X,+,F} --> X + {0,+,F}
1496   if (!S->getStart()->isZero()) {
1497     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(S->op_begin(), S->op_end());
1498     NewOps[0] = SE.getConstant(Ty, 0);
1499     const SCEV *Rest = SE.getAddRecExpr(NewOps, L,
1500                                         S->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
1501
1502     // Turn things like ptrtoint+arithmetic+inttoptr into GEP. See the
1503     // comments on expandAddToGEP for details.
1504     const SCEV *Base = S->getStart();
1505     // Dig into the expression to find the pointer base for a GEP.
1506     const SCEV *ExposedRest = Rest;
1507     ExposePointerBase(Base, ExposedRest, SE);
1508     // If we found a pointer, expand the AddRec with a GEP.
1509     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Base->getType())) {
1510       // Make sure the Base isn't something exotic, such as a multiplied
1511       // or divided pointer value. In those cases, the result type isn't
1512       // actually a pointer type.
1513       if (!isa<SCEVMulExpr>(Base) && !isa<SCEVUDivExpr>(Base)) {
1514         Value *StartV = expand(Base);
1515         assert(StartV->getType() == PTy && "Pointer type mismatch for GEP!");
1516         return expandAddToGEP(ExposedRest, PTy, Ty, StartV);
1517       }
1518     }
1519
1520     // Just do a normal add. Pre-expand the operands to suppress folding.
1521     //
1522     // The LHS and RHS values are factored out of the expand call to make the
1523     // output independent of the argument evaluation order.
1524     const SCEV *AddExprLHS = SE.getUnknown(expand(S->getStart()));
1525     const SCEV *AddExprRHS = SE.getUnknown(expand(Rest));
1526     return expand(SE.getAddExpr(AddExprLHS, AddExprRHS));
1527   }
1528
1529   // If we don't yet have a canonical IV, create one.
1530   if (!CanonicalIV) {
1531     // Create and insert the PHI node for the induction variable in the
1532     // specified loop.
1533     BasicBlock *Header = L->getHeader();
1534     pred_iterator HPB = pred_begin(Header), HPE = pred_end(Header);
1535     CanonicalIV = PHINode::Create(Ty, std::distance(HPB, HPE), "indvar",
1536                                   &Header->front());
1537     rememberInstruction(CanonicalIV);
1538
1539     SmallSet<BasicBlock *, 4> PredSeen;
1540     Constant *One = ConstantInt::get(Ty, 1);
1541     for (pred_iterator HPI = HPB; HPI != HPE; ++HPI) {
1542       BasicBlock *HP = *HPI;
1543       if (!PredSeen.insert(HP).second) {
1544         // There must be an incoming value for each predecessor, even the
1545         // duplicates!
1546         CanonicalIV->addIncoming(CanonicalIV->getIncomingValueForBlock(HP), HP);
1547         continue;
1548       }
1549
1550       if (L->contains(HP)) {
1551         // Insert a unit add instruction right before the terminator
1552         // corresponding to the back-edge.
1553         Instruction *Add = BinaryOperator::CreateAdd(CanonicalIV, One,
1554                                                      "indvar.next",
1555                                                      HP->getTerminator());
1556         Add->setDebugLoc(HP->getTerminator()->getDebugLoc());
1557         rememberInstruction(Add);
1558         CanonicalIV->addIncoming(Add, HP);
1559       } else {
1560         CanonicalIV->addIncoming(Constant::getNullValue(Ty), HP);
1561       }
1562     }
1563   }
1564
1565   // {0,+,1} --> Insert a canonical induction variable into the loop!
1566   if (S->isAffine() && S->getOperand(1)->isOne()) {
1567     assert(Ty == SE.getEffectiveSCEVType(CanonicalIV->getType()) &&
1568            "IVs with types different from the canonical IV should "
1569            "already have been handled!");
1570     return CanonicalIV;
1571   }
1572
1573   // {0,+,F} --> {0,+,1} * F
1574
1575   // If this is a simple linear addrec, emit it now as a special case.
1576   if (S->isAffine())    // {0,+,F} --> i*F
1577     return
1578       expand(SE.getTruncateOrNoop(
1579         SE.getMulExpr(SE.getUnknown(CanonicalIV),
1580                       SE.getNoopOrAnyExtend(S->getOperand(1),
1581                                             CanonicalIV->getType())),
1582         Ty));
1583
1584   // If this is a chain of recurrences, turn it into a closed form, using the
1585   // folders, then expandCodeFor the closed form.  This allows the folders to
1586   // simplify the expression without having to build a bunch of special code
1587   // into this folder.
1588   const SCEV *IH = SE.getUnknown(CanonicalIV);   // Get I as a "symbolic" SCEV.
1589
1590   // Promote S up to the canonical IV type, if the cast is foldable.
1591   const SCEV *NewS = S;
1592   const SCEV *Ext = SE.getNoopOrAnyExtend(S, CanonicalIV->getType());
1593   if (isa<SCEVAddRecExpr>(Ext))
1594     NewS = Ext;
1595
1596   const SCEV *V = cast<SCEVAddRecExpr>(NewS)->evaluateAtIteration(IH, SE);
1597   //cerr << "Evaluated: " << *this << "\n     to: " << *V << "\n";
1598
1599   // Truncate the result down to the original type, if needed.
1600   const SCEV *T = SE.getTruncateOrNoop(V, Ty);
1601   return expand(T);
1602 }
1603
1604 Value *SCEVExpander::visitTruncateExpr(const SCEVTruncateExpr *S) {
1605   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1606   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1607                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1608   Value *I = Builder.CreateTrunc(V, Ty);
1609   rememberInstruction(I);
1610   return I;
1611 }
1612
1613 Value *SCEVExpander::visitZeroExtendExpr(const SCEVZeroExtendExpr *S) {
1614   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1615   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1616                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1617   Value *I = Builder.CreateZExt(V, Ty);
1618   rememberInstruction(I);
1619   return I;
1620 }
1621
1622 Value *SCEVExpander::visitSignExtendExpr(const SCEVSignExtendExpr *S) {
1623   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1624   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1625                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1626   Value *I = Builder.CreateSExt(V, Ty);
1627   rememberInstruction(I);
1628   return I;
1629 }
1630
1631 Value *SCEVExpander::visitSMaxExpr(const SCEVSMaxExpr *S) {
1632   Value *LHS = expand(S->getOperand(S->getNumOperands()-1));
1633   Type *Ty = LHS->getType();
1634   for (int i = S->getNumOperands()-2; i >= 0; --i) {
1635     // In the case of mixed integer and pointer types, do the
1636     // rest of the comparisons as integer.
1637     if (S->getOperand(i)->getType() != Ty) {
1638       Ty = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1639       LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, Ty);
1640     }
1641     Value *RHS = expandCodeFor(S->getOperand(i), Ty);
1642     Value *ICmp = Builder.CreateICmpSGT(LHS, RHS);
1643     rememberInstruction(ICmp);
1644     Value *Sel = Builder.CreateSelect(ICmp, LHS, RHS, "smax");
1645     rememberInstruction(Sel);
1646     LHS = Sel;
1647   }
1648   // In the case of mixed integer and pointer types, cast the
1649   // final result back to the pointer type.
1650   if (LHS->getType() != S->getType())
1651     LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, S->getType());
1652   return LHS;
1653 }
1654
1655 Value *SCEVExpander::visitUMaxExpr(const SCEVUMaxExpr *S) {
1656   Value *LHS = expand(S->getOperand(S->getNumOperands()-1));
1657   Type *Ty = LHS->getType();
1658   for (int i = S->getNumOperands()-2; i >= 0; --i) {
1659     // In the case of mixed integer and pointer types, do the
1660     // rest of the comparisons as integer.
1661     if (S->getOperand(i)->getType() != Ty) {
1662       Ty = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1663       LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, Ty);
1664     }
1665     Value *RHS = expandCodeFor(S->getOperand(i), Ty);
1666     Value *ICmp = Builder.CreateICmpUGT(LHS, RHS);
1667     rememberInstruction(ICmp);
1668     Value *Sel = Builder.CreateSelect(ICmp, LHS, RHS, "umax");
1669     rememberInstruction(Sel);
1670     LHS = Sel;
1671   }
1672   // In the case of mixed integer and pointer types, cast the
1673   // final result back to the pointer type.
1674   if (LHS->getType() != S->getType())
1675     LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, S->getType());
1676   return LHS;
1677 }
1678
1679 Value *SCEVExpander::expandCodeFor(const SCEV *SH, Type *Ty,
1680                                    Instruction *IP) {
1681   setInsertPoint(IP);
1682   return expandCodeFor(SH, Ty);
1683 }
1684
1685 Value *SCEVExpander::expandCodeFor(const SCEV *SH, Type *Ty) {
1686   // Expand the code for this SCEV.
1687   Value *V = expand(SH);
1688   if (Ty) {
1689     assert(SE.getTypeSizeInBits(Ty) == SE.getTypeSizeInBits(SH->getType()) &&
1690            "non-trivial casts should be done with the SCEVs directly!");
1691     V = InsertNoopCastOfTo(V, Ty);
1692   }
1693   return V;
1694 }
1695
1696 ScalarEvolution::ValueOffsetPair
1697 SCEVExpander::FindValueInExprValueMap(const SCEV *S,
1698                                       const Instruction *InsertPt) {
1699   SetVector<ScalarEvolution::ValueOffsetPair> *Set = SE.getSCEVValues(S);
1700   // If the expansion is not in CanonicalMode, and the SCEV contains any
1701   // sub scAddRecExpr type SCEV, it is required to expand the SCEV literally.
1702   if (CanonicalMode || !SE.containsAddRecurrence(S)) {
1703     // If S is scConstant, it may be worse to reuse an existing Value.
1704     if (S->getSCEVType() != scConstant && Set) {
1705       // Choose a Value from the set which dominates the insertPt.
1706       // insertPt should be inside the Value's parent loop so as not to break
1707       // the LCSSA form.
1708       for (auto const &VOPair : *Set) {
1709         Value *V = VOPair.first;
1710         ConstantInt *Offset = VOPair.second;
1711         Instruction *EntInst = nullptr;
1712         if (V && isa<Instruction>(V) && (EntInst = cast<Instruction>(V)) &&
1713             S->getType() == V->getType() &&
1714             EntInst->getFunction() == InsertPt->getFunction() &&
1715             SE.DT.dominates(EntInst, InsertPt) &&
1716             (SE.LI.getLoopFor(EntInst->getParent()) == nullptr ||
1717              SE.LI.getLoopFor(EntInst->getParent())->contains(InsertPt)))
1718           return {V, Offset};
1719       }
1720     }
1721   }
1722   return {nullptr, nullptr};
1723 }
1724
1725 // The expansion of SCEV will either reuse a previous Value in ExprValueMap,
1726 // or expand the SCEV literally. Specifically, if the expansion is in LSRMode,
1727 // and the SCEV contains any sub scAddRecExpr type SCEV, it will be expanded
1728 // literally, to prevent LSR's transformed SCEV from being reverted. Otherwise,
1729 // the expansion will try to reuse Value from ExprValueMap, and only when it
1730 // fails, expand the SCEV literally.
1731 Value *SCEVExpander::expand(const SCEV *S) {
1732   // Compute an insertion point for this SCEV object. Hoist the instructions
1733   // as far out in the loop nest as possible.
1734   Instruction *InsertPt = &*Builder.GetInsertPoint();
1735   for (Loop *L = SE.LI.getLoopFor(Builder.GetInsertBlock());;
1736        L = L->getParentLoop())
1737     if (SE.isLoopInvariant(S, L)) {
1738       if (!L) break;
1739       if (BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader())
1740         InsertPt = Preheader->getTerminator();
1741       else {
1742         // LSR sets the insertion point for AddRec start/step values to the
1743         // block start to simplify value reuse, even though it's an invalid
1744         // position. SCEVExpander must correct for this in all cases.
1745         InsertPt = &*L->getHeader()->getFirstInsertionPt();
1746       }
1747     } else {
1748       // We can move insertion point only if there is no div or rem operations
1749       // otherwise we are risky to move it over the check for zero denominator.
1750       auto SafeToHoist = [](const SCEV *S) {
1751         return !SCEVExprContains(S, [](const SCEV *S) {
1752                   if (const auto *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
1753                     if (const auto *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(D->getRHS()))
1754                       // Division by non-zero constants can be hoisted.
1755                       return SC->getValue()->isZero();
1756                     // All other divisions should not be moved as they may be
1757                     // divisions by zero and should be kept within the
1758                     // conditions of the surrounding loops that guard their
1759                     // execution (see PR35406).
1760                     return true;
1761                   }
1762                   return false;
1763                 });
1764       };
1765       // If the SCEV is computable at this level, insert it into the header
1766       // after the PHIs (and after any other instructions that we've inserted
1767       // there) so that it is guaranteed to dominate any user inside the loop.
1768       if (L && SE.hasComputableLoopEvolution(S, L) && !PostIncLoops.count(L) &&
1769           SafeToHoist(S))
1770         InsertPt = &*L->getHeader()->getFirstInsertionPt();
1771       while (InsertPt->getIterator() != Builder.GetInsertPoint() &&
1772              (isInsertedInstruction(InsertPt) ||
1773               isa<DbgInfoIntrinsic>(InsertPt))) {
1774         InsertPt = &*std::next(InsertPt->getIterator());
1775       }
1776       break;
1777     }
1778
1779   // Check to see if we already expanded this here.
1780   auto I = InsertedExpressions.find(std::make_pair(S, InsertPt));
1781   if (I != InsertedExpressions.end())
1782     return I->second;
1783
1784   SCEVInsertPointGuard Guard(Builder, this);
1785   Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1786
1787   // Expand the expression into instructions.
1788   ScalarEvolution::ValueOffsetPair VO = FindValueInExprValueMap(S, InsertPt);
1789   Value *V = VO.first;
1790
1791   if (!V)
1792     V = visit(S);
1793   else if (VO.second) {
1794     if (PointerType *Vty = dyn_cast<PointerType>(V->getType())) {
1795       Type *Ety = Vty->getPointerElementType();
1796       int64_t Offset = VO.second->getSExtValue();
1797       int64_t ESize = SE.getTypeSizeInBits(Ety);
1798       if ((Offset * 8) % ESize == 0) {
1799         ConstantInt *Idx =
1800             ConstantInt::getSigned(VO.second->getType(), -(Offset * 8) / ESize);
1801         V = Builder.CreateGEP(Ety, V, Idx, "scevgep");
1802       } else {
1803         ConstantInt *Idx =
1804             ConstantInt::getSigned(VO.second->getType(), -Offset);
1805         unsigned AS = Vty->getAddressSpace();
1806         V = Builder.CreateBitCast(V, Type::getInt8PtrTy(SE.getContext(), AS));
1807         V = Builder.CreateGEP(Type::getInt8Ty(SE.getContext()), V, Idx,
1808                               "uglygep");
1809         V = Builder.CreateBitCast(V, Vty);
1810       }
1811     } else {
1812       V = Builder.CreateSub(V, VO.second);
1813     }
1814   }
1815   // Remember the expanded value for this SCEV at this location.
1816   //
1817   // This is independent of PostIncLoops. The mapped value simply materializes
1818   // the expression at this insertion point. If the mapped value happened to be
1819   // a postinc expansion, it could be reused by a non-postinc user, but only if
1820   // its insertion point was already at the head of the loop.
1821   InsertedExpressions[std::make_pair(S, InsertPt)] = V;
1822   return V;
1823 }
1824
1825 void SCEVExpander::rememberInstruction(Value *I) {
1826   if (!PostIncLoops.empty())
1827     InsertedPostIncValues.insert(I);
1828   else
1829     InsertedValues.insert(I);
1830 }
1831
1832 /// getOrInsertCanonicalInductionVariable - This method returns the
1833 /// canonical induction variable of the specified type for the specified
1834 /// loop (inserting one if there is none).  A canonical induction variable
1835 /// starts at zero and steps by one on each iteration.
1836 PHINode *
1837 SCEVExpander::getOrInsertCanonicalInductionVariable(const Loop *L,
1838                                                     Type *Ty) {
1839   assert(Ty->isIntegerTy() && "Can only insert integer induction variables!");
1840
1841   // Build a SCEV for {0,+,1}<L>.
1842   // Conservatively use FlagAnyWrap for now.
1843   const SCEV *H = SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(Ty, 0),
1844                                    SE.getConstant(Ty, 1), L, SCEV::FlagAnyWrap);
1845
1846   // Emit code for it.
1847   SCEVInsertPointGuard Guard(Builder, this);
1848   PHINode *V =
1849       cast<PHINode>(expandCodeFor(H, nullptr, &L->getHeader()->front()));
1850
1851   return V;
1852 }
1853
1854 /// replaceCongruentIVs - Check for congruent phis in this loop header and
1855 /// replace them with their most canonical representative. Return the number of
1856 /// phis eliminated.
1857 ///
1858 /// This does not depend on any SCEVExpander state but should be used in
1859 /// the same context that SCEVExpander is used.
1860 unsigned
1861 SCEVExpander::replaceCongruentIVs(Loop *L, const DominatorTree *DT,
1862                                   SmallVectorImpl<WeakTrackingVH> &DeadInsts,
1863                                   const TargetTransformInfo *TTI) {
1864   // Find integer phis in order of increasing width.
1865   SmallVector<PHINode*, 8> Phis;
1866   for (PHINode &PN : L->getHeader()->phis())
1867     Phis.push_back(&PN);
1868
1869   if (TTI)
1870     llvm::sort(Phis, [](Value *LHS, Value *RHS) {
1871       // Put pointers at the back and make sure pointer < pointer = false.
1872       if (!LHS->getType()->isIntegerTy() || !RHS->getType()->isIntegerTy())
1873         return RHS->getType()->isIntegerTy() && !LHS->getType()->isIntegerTy();
1874       return RHS->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1875              LHS->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1876     });
1877
1878   unsigned NumElim = 0;
1879   DenseMap<const SCEV *, PHINode *> ExprToIVMap;
1880   // Process phis from wide to narrow. Map wide phis to their truncation
1881   // so narrow phis can reuse them.
1882   for (PHINode *Phi : Phis) {
1883     auto SimplifyPHINode = [&](PHINode *PN) -> Value * {
1884       if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, {DL, &SE.TLI, &SE.DT, &SE.AC}))
1885         return V;
1886       if (!SE.isSCEVable(PN->getType()))
1887         return nullptr;
1888       auto *Const = dyn_cast<SCEVConstant>(SE.getSCEV(PN));
1889       if (!Const)
1890         return nullptr;
1891       return Const->getValue();
1892     };
1893
1894     // Fold constant phis. They may be congruent to other constant phis and
1895     // would confuse the logic below that expects proper IVs.
1896     if (Value *V = SimplifyPHINode(Phi)) {
1897       if (V->getType() != Phi->getType())
1898         continue;
1899       Phi->replaceAllUsesWith(V);
1900       DeadInsts.emplace_back(Phi);
1901       ++NumElim;
1902       DEBUG_WITH_TYPE(DebugType, dbgs()
1903                       << "INDVARS: Eliminated constant iv: " << *Phi << '\n');
1904       continue;
1905     }
1906
1907     if (!SE.isSCEVable(Phi->getType()))
1908       continue;
1909
1910     PHINode *&OrigPhiRef = ExprToIVMap[SE.getSCEV(Phi)];
1911     if (!OrigPhiRef) {
1912       OrigPhiRef = Phi;
1913       if (Phi->getType()->isIntegerTy() && TTI &&
1914           TTI->isTruncateFree(Phi->getType(), Phis.back()->getType())) {
1915         // This phi can be freely truncated to the narrowest phi type. Map the
1916         // truncated expression to it so it will be reused for narrow types.
1917         const SCEV *TruncExpr =
1918           SE.getTruncateExpr(SE.getSCEV(Phi), Phis.back()->getType());
1919         ExprToIVMap[TruncExpr] = Phi;
1920       }
1921       continue;
1922     }
1923
1924     // Replacing a pointer phi with an integer phi or vice-versa doesn't make
1925     // sense.
1926     if (OrigPhiRef->getType()->isPointerTy() != Phi->getType()->isPointerTy())
1927       continue;
1928
1929     if (BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch()) {
1930       Instruction *OrigInc = dyn_cast<Instruction>(
1931           OrigPhiRef->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
1932       Instruction *IsomorphicInc =
1933           dyn_cast<Instruction>(Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
1934
1935       if (OrigInc && IsomorphicInc) {
1936         // If this phi has the same width but is more canonical, replace the
1937         // original with it. As part of the "more canonical" determination,
1938         // respect a prior decision to use an IV chain.
1939         if (OrigPhiRef->getType() == Phi->getType() &&
1940             !(ChainedPhis.count(Phi) ||
1941               isExpandedAddRecExprPHI(OrigPhiRef, OrigInc, L)) &&
1942             (ChainedPhis.count(Phi) ||
1943              isExpandedAddRecExprPHI(Phi, IsomorphicInc, L))) {
1944           std::swap(OrigPhiRef, Phi);
1945           std::swap(OrigInc, IsomorphicInc);
1946         }
1947         // Replacing the congruent phi is sufficient because acyclic
1948         // redundancy elimination, CSE/GVN, should handle the
1949         // rest. However, once SCEV proves that a phi is congruent,
1950         // it's often the head of an IV user cycle that is isomorphic
1951         // with the original phi. It's worth eagerly cleaning up the
1952         // common case of a single IV increment so that DeleteDeadPHIs
1953         // can remove cycles that had postinc uses.
1954         const SCEV *TruncExpr =
1955             SE.getTruncateOrNoop(SE.getSCEV(OrigInc), IsomorphicInc->getType());
1956         if (OrigInc != IsomorphicInc &&
1957             TruncExpr == SE.getSCEV(IsomorphicInc) &&
1958             SE.LI.replacementPreservesLCSSAForm(IsomorphicInc, OrigInc) &&
1959             hoistIVInc(OrigInc, IsomorphicInc)) {
1960           DEBUG_WITH_TYPE(DebugType,
1961                           dbgs() << "INDVARS: Eliminated congruent iv.inc: "
1962                                  << *IsomorphicInc << '\n');
1963           Value *NewInc = OrigInc;
1964           if (OrigInc->getType() != IsomorphicInc->getType()) {
1965             Instruction *IP = nullptr;
1966             if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(OrigInc))
1967               IP = &*PN->getParent()->getFirstInsertionPt();
1968             else
1969               IP = OrigInc->getNextNode();
1970
1971             IRBuilder<> Builder(IP);
1972             Builder.SetCurrentDebugLocation(IsomorphicInc->getDebugLoc());
1973             NewInc = Builder.CreateTruncOrBitCast(
1974                 OrigInc, IsomorphicInc->getType(), IVName);
1975           }
1976           IsomorphicInc->replaceAllUsesWith(NewInc);
1977           DeadInsts.emplace_back(IsomorphicInc);
1978         }
1979       }
1980     }
1981     DEBUG_WITH_TYPE(DebugType, dbgs() << "INDVARS: Eliminated congruent iv: "
1982                                       << *Phi << '\n');
1983     ++NumElim;
1984     Value *NewIV = OrigPhiRef;
1985     if (OrigPhiRef->getType() != Phi->getType()) {
1986       IRBuilder<> Builder(&*L->getHeader()->getFirstInsertionPt());
1987       Builder.SetCurrentDebugLocation(Phi->getDebugLoc());
1988       NewIV = Builder.CreateTruncOrBitCast(OrigPhiRef, Phi->getType(), IVName);
1989     }
1990     Phi->replaceAllUsesWith(NewIV);
1991     DeadInsts.emplace_back(Phi);
1992   }
1993   return NumElim;
1994 }
1995
1996 Value *SCEVExpander::getExactExistingExpansion(const SCEV *S,
1997                                                const Instruction *At, Loop *L) {
1998   Optional<ScalarEvolution::ValueOffsetPair> VO =
1999       getRelatedExistingExpansion(S, At, L);
2000   if (VO && VO.getValue().second == nullptr)
2001     return VO.getValue().first;
2002   return nullptr;
2003 }
2004
2005 Optional<ScalarEvolution::ValueOffsetPair>
2006 SCEVExpander::getRelatedExistingExpansion(const SCEV *S, const Instruction *At,
2007                                           Loop *L) {
2008   using namespace llvm::PatternMatch;
2009
2010   SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitingBlocks;
2011   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
2012
2013   // Look for suitable value in simple conditions at the loop exits.
2014   for (BasicBlock *BB : ExitingBlocks) {
2015     ICmpInst::Predicate Pred;
2016     Instruction *LHS, *RHS;
2017     BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
2018
2019     if (!match(BB->getTerminator(),
2020                m_Br(m_ICmp(Pred, m_Instruction(LHS), m_Instruction(RHS)),
2021                     TrueBB, FalseBB)))
2022       continue;
2023
2024     if (SE.getSCEV(LHS) == S && SE.DT.dominates(LHS, At))
2025       return ScalarEvolution::ValueOffsetPair(LHS, nullptr);
2026
2027     if (SE.getSCEV(RHS) == S && SE.DT.dominates(RHS, At))
2028       return ScalarEvolution::ValueOffsetPair(RHS, nullptr);
2029   }
2030
2031   // Use expand's logic which is used for reusing a previous Value in
2032   // ExprValueMap.
2033   ScalarEvolution::ValueOffsetPair VO = FindValueInExprValueMap(S, At);
2034   if (VO.first)
2035     return VO;
2036
2037   // There is potential to make this significantly smarter, but this simple
2038   // heuristic already gets some interesting cases.
2039
2040   // Can not find suitable value.
2041   return None;
2042 }
2043
2044 bool SCEVExpander::isHighCostExpansionHelper(
2045     const SCEV *S, Loop *L, const Instruction *At,
2046     SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Processed) {
2047
2048   // If we can find an existing value for this scev available at the point "At"
2049   // then consider the expression cheap.
2050   if (At && getRelatedExistingExpansion(S, At, L))
2051     return false;
2052
2053   // Zero/One operand expressions
2054   switch (S->getSCEVType()) {
2055   case scUnknown:
2056   case scConstant:
2057     return false;
2058   case scTruncate:
2059     return isHighCostExpansionHelper(cast<SCEVTruncateExpr>(S)->getOperand(),
2060                                      L, At, Processed);
2061   case scZeroExtend:
2062     return isHighCostExpansionHelper(cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)->getOperand(),
2063                                      L, At, Processed);
2064   case scSignExtend:
2065     return isHighCostExpansionHelper(cast<SCEVSignExtendExpr>(S)->getOperand(),
2066                                      L, At, Processed);
2067   }
2068
2069   if (!Processed.insert(S).second)
2070     return false;
2071
2072   if (auto *UDivExpr = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
2073     // If the divisor is a power of two and the SCEV type fits in a native
2074     // integer, consider the division cheap irrespective of whether it occurs in
2075     // the user code since it can be lowered into a right shift.
2076     if (auto *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UDivExpr->getRHS()))
2077       if (SC->getAPInt().isPowerOf2()) {
2078         const DataLayout &DL =
2079             L->getHeader()->getParent()->getParent()->getDataLayout();
2080         unsigned Width = cast<IntegerType>(UDivExpr->getType())->getBitWidth();
2081         return DL.isIllegalInteger(Width);
2082       }
2083
2084     // UDivExpr is very likely a UDiv that ScalarEvolution's HowFarToZero or
2085     // HowManyLessThans produced to compute a precise expression, rather than a
2086     // UDiv from the user's code. If we can't find a UDiv in the code with some
2087     // simple searching, assume the former consider UDivExpr expensive to
2088     // compute.
2089     BasicBlock *ExitingBB = L->getExitingBlock();
2090     if (!ExitingBB)
2091       return true;
2092
2093     // At the beginning of this function we already tried to find existing value
2094     // for plain 'S'. Now try to lookup 'S + 1' since it is common pattern
2095     // involving division. This is just a simple search heuristic.
2096     if (!At)
2097       At = &ExitingBB->back();
2098     if (!getRelatedExistingExpansion(
2099             SE.getAddExpr(S, SE.getConstant(S->getType(), 1)), At, L))
2100       return true;
2101   }
2102
2103   // HowManyLessThans uses a Max expression whenever the loop is not guarded by
2104   // the exit condition.
2105   if (isa<SCEVSMaxExpr>(S) || isa<SCEVUMaxExpr>(S))
2106     return true;
2107
2108   // Recurse past nary expressions, which commonly occur in the
2109   // BackedgeTakenCount. They may already exist in program code, and if not,
2110   // they are not too expensive rematerialize.
2111   if (const SCEVNAryExpr *NAry = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S)) {
2112     for (auto *Op : NAry->operands())
2113       if (isHighCostExpansionHelper(Op, L, At, Processed))
2114         return true;
2115   }
2116
2117   // If we haven't recognized an expensive SCEV pattern, assume it's an
2118   // expression produced by program code.
2119   return false;
2120 }
2121
2122 Value *SCEVExpander::expandCodeForPredicate(const SCEVPredicate *Pred,
2123                                             Instruction *IP) {
2124   assert(IP);
2125   switch (Pred->getKind()) {
2126   case SCEVPredicate::P_Union:
2127     return expandUnionPredicate(cast<SCEVUnionPredicate>(Pred), IP);
2128   case SCEVPredicate::P_Equal:
2129     return expandEqualPredicate(cast<SCEVEqualPredicate>(Pred), IP);
2130   case SCEVPredicate::P_Wrap: {
2131     auto *AddRecPred = cast<SCEVWrapPredicate>(Pred);
2132     return expandWrapPredicate(AddRecPred, IP);
2133   }
2134   }
2135   llvm_unreachable("Unknown SCEV predicate type");
2136 }
2137
2138 Value *SCEVExpander::expandEqualPredicate(const SCEVEqualPredicate *Pred,
2139                                           Instruction *IP) {
2140   Value *Expr0 = expandCodeFor(Pred->getLHS(), Pred->getLHS()->getType(), IP);
2141   Value *Expr1 = expandCodeFor(Pred->getRHS(), Pred->getRHS()->getType(), IP);
2142
2143   Builder.SetInsertPoint(IP);
2144   auto *I = Builder.CreateICmpNE(Expr0, Expr1, "ident.check");
2145   return I;
2146 }
2147
2148 Value *SCEVExpander::generateOverflowCheck(const SCEVAddRecExpr *AR,
2149                                            Instruction *Loc, bool Signed) {
2150   assert(AR->isAffine() && "Cannot generate RT check for "
2151                            "non-affine expression");
2152
2153   SCEVUnionPredicate Pred;
2154   const SCEV *ExitCount =
2155       SE.getPredicatedBackedgeTakenCount(AR->getLoop(), Pred);
2156
2157   assert(ExitCount != SE.getCouldNotCompute() && "Invalid loop count");
2158
2159   const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(SE);
2160   const SCEV *Start = AR->getStart();
2161
2162   Type *ARTy = AR->getType();
2163   unsigned SrcBits = SE.getTypeSizeInBits(ExitCount->getType());
2164   unsigned DstBits = SE.getTypeSizeInBits(ARTy);
2165
2166   // The expression {Start,+,Step} has nusw/nssw if
2167   //   Step < 0, Start - |Step| * Backedge <= Start
2168   //   Step >= 0, Start + |Step| * Backedge > Start
2169   // and |Step| * Backedge doesn't unsigned overflow.
2170
2171   IntegerType *CountTy = IntegerType::get(Loc->getContext(), SrcBits);
2172   Builder.SetInsertPoint(Loc);
2173   Value *TripCountVal = expandCodeFor(ExitCount, CountTy, Loc);
2174
2175   IntegerType *Ty =
2176       IntegerType::get(Loc->getContext(), SE.getTypeSizeInBits(ARTy));
2177   Type *ARExpandTy = DL.isNonIntegralPointerType(ARTy) ? ARTy : Ty;
2178
2179   Value *StepValue = expandCodeFor(Step, Ty, Loc);
2180   Value *NegStepValue = expandCodeFor(SE.getNegativeSCEV(Step), Ty, Loc);
2181   Value *StartValue = expandCodeFor(Start, ARExpandTy, Loc);
2182
2183   ConstantInt *Zero =
2184       ConstantInt::get(Loc->getContext(), APInt::getNullValue(DstBits));
2185
2186   Builder.SetInsertPoint(Loc);
2187   // Compute |Step|
2188   Value *StepCompare = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_SLT, StepValue, Zero);
2189   Value *AbsStep = Builder.CreateSelect(StepCompare, NegStepValue, StepValue);
2190
2191   // Get the backedge taken count and truncate or extended to the AR type.
2192   Value *TruncTripCount = Builder.CreateZExtOrTrunc(TripCountVal, Ty);
2193   auto *MulF = Intrinsic::getDeclaration(Loc->getModule(),
2194                                          Intrinsic::umul_with_overflow, Ty);
2195
2196   // Compute |Step| * Backedge
2197   CallInst *Mul = Builder.CreateCall(MulF, {AbsStep, TruncTripCount}, "mul");
2198   Value *MulV = Builder.CreateExtractValue(Mul, 0, "mul.result");
2199   Value *OfMul = Builder.CreateExtractValue(Mul, 1, "mul.overflow");
2200
2201   // Compute:
2202   //   Start + |Step| * Backedge < Start
2203   //   Start - |Step| * Backedge > Start
2204   Value *Add = nullptr, *Sub = nullptr;
2205   if (PointerType *ARPtrTy = dyn_cast<PointerType>(ARExpandTy)) {
2206     const SCEV *MulS = SE.getSCEV(MulV);
2207     const SCEV *NegMulS = SE.getNegativeSCEV(MulS);
2208     Add = Builder.CreateBitCast(expandAddToGEP(MulS, ARPtrTy, Ty, StartValue),
2209                                 ARPtrTy);
2210     Sub = Builder.CreateBitCast(
2211         expandAddToGEP(NegMulS, ARPtrTy, Ty, StartValue), ARPtrTy);
2212   } else {
2213     Add = Builder.CreateAdd(StartValue, MulV);
2214     Sub = Builder.CreateSub(StartValue, MulV);
2215   }
2216
2217   Value *EndCompareGT = Builder.CreateICmp(
2218       Signed ? ICmpInst::ICMP_SGT : ICmpInst::ICMP_UGT, Sub, StartValue);
2219
2220   Value *EndCompareLT = Builder.CreateICmp(
2221       Signed ? ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_ULT, Add, StartValue);
2222
2223   // Select the answer based on the sign of Step.
2224   Value *EndCheck =
2225       Builder.CreateSelect(StepCompare, EndCompareGT, EndCompareLT);
2226
2227   // If the backedge taken count type is larger than the AR type,
2228   // check that we don't drop any bits by truncating it. If we are
2229   // dropping bits, then we have overflow (unless the step is zero).
2230   if (SE.getTypeSizeInBits(CountTy) > SE.getTypeSizeInBits(Ty)) {
2231     auto MaxVal = APInt::getMaxValue(DstBits).zext(SrcBits);
2232     auto *BackedgeCheck =
2233         Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_UGT, TripCountVal,
2234                            ConstantInt::get(Loc->getContext(), MaxVal));
2235     BackedgeCheck = Builder.CreateAnd(
2236         BackedgeCheck, Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_NE, StepValue, Zero));
2237
2238     EndCheck = Builder.CreateOr(EndCheck, BackedgeCheck);
2239   }
2240
2241   EndCheck = Builder.CreateOr(EndCheck, OfMul);
2242   return EndCheck;
2243 }
2244
2245 Value *SCEVExpander::expandWrapPredicate(const SCEVWrapPredicate *Pred,
2246                                          Instruction *IP) {
2247   const auto *A = cast<SCEVAddRecExpr>(Pred->getExpr());
2248   Value *NSSWCheck = nullptr, *NUSWCheck = nullptr;
2249
2250   // Add a check for NUSW
2251   if (Pred->getFlags() & SCEVWrapPredicate::IncrementNUSW)
2252     NUSWCheck = generateOverflowCheck(A, IP, false);
2253
2254   // Add a check for NSSW
2255   if (Pred->getFlags() & SCEVWrapPredicate::IncrementNSSW)
2256     NSSWCheck = generateOverflowCheck(A, IP, true);
2257
2258   if (NUSWCheck && NSSWCheck)
2259     return Builder.CreateOr(NUSWCheck, NSSWCheck);
2260
2261   if (NUSWCheck)
2262     return NUSWCheck;
2263
2264   if (NSSWCheck)
2265     return NSSWCheck;
2266
2267   return ConstantInt::getFalse(IP->getContext());
2268 }
2269
2270 Value *SCEVExpander::expandUnionPredicate(const SCEVUnionPredicate *Union,
2271                                           Instruction *IP) {
2272   auto *BoolType = IntegerType::get(IP->getContext(), 1);
2273   Value *Check = ConstantInt::getNullValue(BoolType);
2274
2275   // Loop over all checks in this set.
2276   for (auto Pred : Union->getPredicates()) {
2277     auto *NextCheck = expandCodeForPredicate(Pred, IP);
2278     Builder.SetInsertPoint(IP);
2279     Check = Builder.CreateOr(Check, NextCheck);
2280   }
2281
2282   return Check;
2283 }
2284
2285 namespace {
2286 // Search for a SCEV subexpression that is not safe to expand.  Any expression
2287 // that may expand to a !isSafeToSpeculativelyExecute value is unsafe, namely
2288 // UDiv expressions. We don't know if the UDiv is derived from an IR divide
2289 // instruction, but the important thing is that we prove the denominator is
2290 // nonzero before expansion.
2291 //
2292 // IVUsers already checks that IV-derived expressions are safe. So this check is
2293 // only needed when the expression includes some subexpression that is not IV
2294 // derived.
2295 //
2296 // Currently, we only allow division by a nonzero constant here. If this is
2297 // inadequate, we could easily allow division by SCEVUnknown by using
2298 // ValueTracking to check isKnownNonZero().
2299 //
2300 // We cannot generally expand recurrences unless the step dominates the loop
2301 // header. The expander handles the special case of affine recurrences by
2302 // scaling the recurrence outside the loop, but this technique isn't generally
2303 // applicable. Expanding a nested recurrence outside a loop requires computing
2304 // binomial coefficients. This could be done, but the recurrence has to be in a
2305 // perfectly reduced form, which can't be guaranteed.
2306 struct SCEVFindUnsafe {
2307   ScalarEvolution &SE;
2308   bool IsUnsafe;
2309
2310   SCEVFindUnsafe(ScalarEvolution &se): SE(se), IsUnsafe(false) {}
2311
2312   bool follow(const SCEV *S) {
2313     if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
2314       const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(D->getRHS());
2315       if (!SC || SC->getValue()->isZero()) {
2316         IsUnsafe = true;
2317         return false;
2318       }
2319     }
2320     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
2321       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(SE);
2322       if (!AR->isAffine() && !SE.dominates(Step, AR->getLoop()->getHeader())) {
2323         IsUnsafe = true;
2324         return false;
2325       }
2326     }
2327     return true;
2328   }
2329   bool isDone() const { return IsUnsafe; }
2330 };
2331 }
2332
2333 namespace llvm {
2334 bool isSafeToExpand(const SCEV *S, ScalarEvolution &SE) {
2335   SCEVFindUnsafe Search(SE);
2336   visitAll(S, Search);
2337   return !Search.IsUnsafe;
2338 }
2339
2340 bool isSafeToExpandAt(const SCEV *S, const Instruction *InsertionPoint,
2341                       ScalarEvolution &SE) {
2342   return isSafeToExpand(S, SE) && SE.dominates(S, InsertionPoint->getParent());
2343 }
2344 }