contrib/llvm/lib/Analysis/ScalarEvolutionExpander.cpp

   1 //===- ScalarEvolutionExpander.cpp - Scalar Evolution Analysis --*- C++ -*-===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // 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/SmallSet.h"
  18 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  19 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
  20 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
  21 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
  22 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
  23 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
  24 #include "llvm/Support/Debug.h"
  25
  26 using namespace llvm;
  27
  28 /// ReuseOrCreateCast - Arrange for there to be a cast of V to Ty at IP,
  29 /// reusing an existing cast if a suitable one exists, moving an existing
  30 /// cast if a suitable one exists but isn't in the right place, or
  31 /// creating a new one.
  32 Value *SCEVExpander::ReuseOrCreateCast(Value *V, Type *Ty,
  33                                        Instruction::CastOps Op,
  34                                        BasicBlock::iterator IP) {
  35   // This function must be called with the builder having a valid insertion
  36   // point. It doesn't need to be the actual IP where the uses of the returned
  37   // cast will be added, but it must dominate such IP.
  38   // We use this precondition to produce a cast that will dominate all its
  39   // uses. In particular, this is crucial for the case where the builder's
  40   // insertion point *is* the point where we were asked to put the cast.
  41   // Since we don't know the builder's insertion point is actually
  42   // where the uses will be added (only that it dominates it), we are
  43   // not allowed to move it.
  44   BasicBlock::iterator BIP = Builder.GetInsertPoint();
  45
  46   Instruction *Ret = NULL;
  47
  48   // Check to see if there is already a cast!
  49   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end();
  50        UI != E; ++UI) {
  51     User *U = *UI;
  52     if (U->getType() == Ty)
  53       if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(U))
  54         if (CI->getOpcode() == Op) {
  55           // If the cast isn't where we want it, create a new cast at IP.
  56           // Likewise, do not reuse a cast at BIP because it must dominate
  57           // instructions that might be inserted before BIP.
  58           if (BasicBlock::iterator(CI) != IP || BIP == IP) {
  59             // Create a new cast, and leave the old cast in place in case
  60             // it is being used as an insert point. Clear its operand
  61             // so that it doesn't hold anything live.
  62             Ret = CastInst::Create(Op, V, Ty, "", IP);
  63             Ret->takeName(CI);
  64             CI->replaceAllUsesWith(Ret);
  65             CI->setOperand(0, UndefValue::get(V->getType()));
  66             break;
  67           }
  68           Ret = CI;
  69           break;
  70         }
  71   }
  72
  73   // Create a new cast.
  74   if (!Ret)
  75     Ret = CastInst::Create(Op, V, Ty, V->getName(), IP);
  76
  77   // We assert at the end of the function since IP might point to an
  78   // instruction with different dominance properties than a cast
  79   // (an invoke for example) and not dominate BIP (but the cast does).
  80   assert(SE.DT->dominates(Ret, BIP));
  81
  82   rememberInstruction(Ret);
  83   return Ret;
  84 }
  85
  86 /// InsertNoopCastOfTo - Insert a cast of V to the specified type,
  87 /// which must be possible with a noop cast, doing what we can to share
  88 /// the casts.
  89 Value *SCEVExpander::InsertNoopCastOfTo(Value *V, Type *Ty) {
  90   Instruction::CastOps Op = CastInst::getCastOpcode(V, false, Ty, false);
  91   assert((Op == Instruction::BitCast ||
  92           Op == Instruction::PtrToInt ||
  93           Op == Instruction::IntToPtr) &&
  94          "InsertNoopCastOfTo cannot perform non-noop casts!");
  95   assert(SE.getTypeSizeInBits(V->getType()) == SE.getTypeSizeInBits(Ty) &&
  96          "InsertNoopCastOfTo cannot change sizes!");
  97
  98   // Short-circuit unnecessary bitcasts.
  99   if (Op == Instruction::BitCast) {
 100     if (V->getType() == Ty)
 101       return V;
 102     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V)) {
 103       if (CI->getOperand(0)->getType() == Ty)
 104         return CI->getOperand(0);
 105     }
 106   }
 107   // Short-circuit unnecessary inttoptr<->ptrtoint casts.
 108   if ((Op == Instruction::PtrToInt || Op == Instruction::IntToPtr) &&
 109       SE.getTypeSizeInBits(Ty) == SE.getTypeSizeInBits(V->getType())) {
 110     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V))
 111       if ((CI->getOpcode() == Instruction::PtrToInt ||
 112            CI->getOpcode() == Instruction::IntToPtr) &&
 113           SE.getTypeSizeInBits(CI->getType()) ==
 114           SE.getTypeSizeInBits(CI->getOperand(0)->getType()))
 115         return CI->getOperand(0);
 116     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
 117       if ((CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt ||
 118            CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr) &&
 119           SE.getTypeSizeInBits(CE->getType()) ==
 120           SE.getTypeSizeInBits(CE->getOperand(0)->getType()))
 121         return CE->getOperand(0);
 122   }
 123
 124   // Fold a cast of a constant.
 125   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
 126     return ConstantExpr::getCast(Op, C, Ty);
 127
 128   // Cast the argument at the beginning of the entry block, after
 129   // any bitcasts of other arguments.
 130   if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
 131     BasicBlock::iterator IP = A->getParent()->getEntryBlock().begin();
 132     while ((isa<BitCastInst>(IP) &&
 133             isa<Argument>(cast<BitCastInst>(IP)->getOperand(0)) &&
 134             cast<BitCastInst>(IP)->getOperand(0) != A) ||
 135            isa<DbgInfoIntrinsic>(IP) ||
 136            isa<LandingPadInst>(IP))
 137       ++IP;
 138     return ReuseOrCreateCast(A, Ty, Op, IP);
 139   }
 140
 141   // Cast the instruction immediately after the instruction.
 142   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
 143   BasicBlock::iterator IP = I; ++IP;
 144   if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(I))
 145     IP = II->getNormalDest()->begin();
 146   while (isa<PHINode>(IP) || isa<LandingPadInst>(IP))
 147     ++IP;
 148   return ReuseOrCreateCast(I, Ty, Op, IP);
 149 }
 150
 151 /// InsertBinop - Insert the specified binary operator, doing a small amount
 152 /// of work to avoid inserting an obviously redundant operation.
 153 Value *SCEVExpander::InsertBinop(Instruction::BinaryOps Opcode,
 154                                  Value *LHS, Value *RHS) {
 155   // Fold a binop with constant operands.
 156   if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(LHS))
 157     if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(RHS))
 158       return ConstantExpr::get(Opcode, CLHS, CRHS);
 159
 160   // Do a quick scan to see if we have this binop nearby.  If so, reuse it.
 161   unsigned ScanLimit = 6;
 162   BasicBlock::iterator BlockBegin = Builder.GetInsertBlock()->begin();
 163   // Scanning starts from the last instruction before the insertion point.
 164   BasicBlock::iterator IP = Builder.GetInsertPoint();
 165   if (IP != BlockBegin) {
 166     --IP;
 167     for (; ScanLimit; --IP, --ScanLimit) {
 168       // Don't count dbg.value against the ScanLimit, to avoid perturbing the
 169       // generated code.
 170       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP))
 171         ScanLimit++;
 172       if (IP->getOpcode() == (unsigned)Opcode && IP->getOperand(0) == LHS &&
 173           IP->getOperand(1) == RHS)
 174         return IP;
 175       if (IP == BlockBegin) break;
 176     }
 177   }
 178
 179   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
 180   DebugLoc Loc = Builder.GetInsertPoint()->getDebugLoc();
 181   BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
 182
 183   // Move the insertion point out of as many loops as we can.
 184   while (const Loop *L = SE.LI->getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
 185     if (!L->isLoopInvariant(LHS) || !L->isLoopInvariant(RHS)) break;
 186     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
 187     if (!Preheader) break;
 188
 189     // Ok, move up a level.
 190     Builder.SetInsertPoint(Preheader, Preheader->getTerminator());
 191   }
 192
 193   // If we haven't found this binop, insert it.
 194   Instruction *BO = cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opcode, LHS, RHS));
 195   BO->setDebugLoc(Loc);
 196   rememberInstruction(BO);
 197
 198   return BO;
 199 }
 200
 201 /// FactorOutConstant - Test if S is divisible by Factor, using signed
 202 /// division. If so, update S with Factor divided out and return true.
 203 /// S need not be evenly divisible if a reasonable remainder can be
 204 /// computed.
 205 /// TODO: When ScalarEvolution gets a SCEVSDivExpr, this can be made
 206 /// unnecessary; in its place, just signed-divide Ops[i] by the scale and
 207 /// check to see if the divide was folded.
 208 static bool FactorOutConstant(const SCEV *&S,
 209                               const SCEV *&Remainder,
 210                               const SCEV *Factor,
 211                               ScalarEvolution &SE,
 212                               const DataLayout *TD) {
 213   // Everything is divisible by one.
 214   if (Factor->isOne())
 215     return true;
 216
 217   // x/x == 1.
 218   if (S == Factor) {
 219     S = SE.getConstant(S->getType(), 1);
 220     return true;
 221   }
 222
 223   // For a Constant, check for a multiple of the given factor.
 224   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
 225     // 0/x == 0.
 226     if (C->isZero())
 227       return true;
 228     // Check for divisibility.
 229     if (const SCEVConstant *FC = dyn_cast<SCEVConstant>(Factor)) {
 230       ConstantInt *CI =
 231         ConstantInt::get(SE.getContext(),
 232                          C->getValue()->getValue().sdiv(
 233                                                    FC->getValue()->getValue()));
 234       // If the quotient is zero and the remainder is non-zero, reject
 235       // the value at this scale. It will be considered for subsequent
 236       // smaller scales.
 237       if (!CI->isZero()) {
 238         const SCEV *Div = SE.getConstant(CI);
 239         S = Div;
 240         Remainder =
 241           SE.getAddExpr(Remainder,
 242                         SE.getConstant(C->getValue()->getValue().srem(
 243                                                   FC->getValue()->getValue())));
 244         return true;
 245       }
 246     }
 247   }
 248
 249   // In a Mul, check if there is a constant operand which is a multiple
 250   // of the given factor.
 251   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
 252     if (TD) {
 253       // With DataLayout, the size is known. Check if there is a constant
 254       // operand which is a multiple of the given factor. If so, we can
 255       // factor it.
 256       const SCEVConstant *FC = cast<SCEVConstant>(Factor);
 257       if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(0)))
 258         if (!C->getValue()->getValue().srem(FC->getValue()->getValue())) {
 259           SmallVector<const SCEV *, 4> NewMulOps(M->op_begin(), M->op_end());
 260           NewMulOps[0] =
 261             SE.getConstant(C->getValue()->getValue().sdiv(
 262                                                    FC->getValue()->getValue()));
 263           S = SE.getMulExpr(NewMulOps);
 264           return true;
 265         }
 266     } else {
 267       // Without DataLayout, check if Factor can be factored out of any of the
 268       // Mul's operands. If so, we can just remove it.
 269       for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 270         const SCEV *SOp = M->getOperand(i);
 271         const SCEV *Remainder = SE.getConstant(SOp->getType(), 0);
 272         if (FactorOutConstant(SOp, Remainder, Factor, SE, TD) &&
 273             Remainder->isZero()) {
 274           SmallVector<const SCEV *, 4> NewMulOps(M->op_begin(), M->op_end());
 275           NewMulOps[i] = SOp;
 276           S = SE.getMulExpr(NewMulOps);
 277           return true;
 278         }
 279       }
 280     }
 281   }
 282
 283   // In an AddRec, check if both start and step are divisible.
 284   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
 285     const SCEV *Step = A->getStepRecurrence(SE);
 286     const SCEV *StepRem = SE.getConstant(Step->getType(), 0);
 287     if (!FactorOutConstant(Step, StepRem, Factor, SE, TD))
 288       return false;
 289     if (!StepRem->isZero())
 290       return false;
 291     const SCEV *Start = A->getStart();
 292     if (!FactorOutConstant(Start, Remainder, Factor, SE, TD))
 293       return false;
 294     S = SE.getAddRecExpr(Start, Step, A->getLoop(),
 295                          A->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
 296     return true;
 297   }
 298
 299   return false;
 300 }
 301
 302 /// SimplifyAddOperands - Sort and simplify a list of add operands. NumAddRecs
 303 /// is the number of SCEVAddRecExprs present, which are kept at the end of
 304 /// the list.
 305 ///
 306 static void SimplifyAddOperands(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
 307                                 Type *Ty,
 308                                 ScalarEvolution &SE) {
 309   unsigned NumAddRecs = 0;
 310   for (unsigned i = Ops.size(); i > 0 && isa<SCEVAddRecExpr>(Ops[i-1]); --i)
 311     ++NumAddRecs;
 312   // Group Ops into non-addrecs and addrecs.
 313   SmallVector<const SCEV *, 8> NoAddRecs(Ops.begin(), Ops.end() - NumAddRecs);
 314   SmallVector<const SCEV *, 8> AddRecs(Ops.end() - NumAddRecs, Ops.end());
 315   // Let ScalarEvolution sort and simplify the non-addrecs list.
 316   const SCEV *Sum = NoAddRecs.empty() ?
 317                     SE.getConstant(Ty, 0) :
 318                     SE.getAddExpr(NoAddRecs);
 319   // If it returned an add, use the operands. Otherwise it simplified
 320   // the sum into a single value, so just use that.
 321   Ops.clear();
 322   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Sum))
 323     Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
 324   else if (!Sum->isZero())
 325     Ops.push_back(Sum);
 326   // Then append the addrecs.
 327   Ops.append(AddRecs.begin(), AddRecs.end());
 328 }
 329
 330 /// SplitAddRecs - Flatten a list of add operands, moving addrec start values
 331 /// out to the top level. For example, convert {a + b,+,c} to a, b, {0,+,d}.
 332 /// This helps expose more opportunities for folding parts of the expressions
 333 /// into GEP indices.
 334 ///
 335 static void SplitAddRecs(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
 336                          Type *Ty,
 337                          ScalarEvolution &SE) {
 338   // Find the addrecs.
 339   SmallVector<const SCEV *, 8> AddRecs;
 340   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
 341     while (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Ops[i])) {
 342       const SCEV *Start = A->getStart();
 343       if (Start->isZero()) break;
 344       const SCEV *Zero = SE.getConstant(Ty, 0);
 345       AddRecs.push_back(SE.getAddRecExpr(Zero,
 346                                          A->getStepRecurrence(SE),
 347                                          A->getLoop(),
 348                                          A->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
 349       if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Start)) {
 350         Ops[i] = Zero;
 351         Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
 352         e += Add->getNumOperands();
 353       } else {
 354         Ops[i] = Start;
 355       }
 356     }
 357   if (!AddRecs.empty()) {
 358     // Add the addrecs onto the end of the list.
 359     Ops.append(AddRecs.begin(), AddRecs.end());
 360     // Resort the operand list, moving any constants to the front.
 361     SimplifyAddOperands(Ops, Ty, SE);
 362   }
 363 }
 364
 365 /// expandAddToGEP - Expand an addition expression with a pointer type into
 366 /// a GEP instead of using ptrtoint+arithmetic+inttoptr. This helps
 367 /// BasicAliasAnalysis and other passes analyze the result. See the rules
 368 /// for getelementptr vs. inttoptr in
 369 /// http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointeraliasing
 370 /// for details.
 371 ///
 372 /// Design note: The correctness of using getelementptr here depends on
 373 /// ScalarEvolution not recognizing inttoptr and ptrtoint operators, as
 374 /// they may introduce pointer arithmetic which may not be safely converted
 375 /// into getelementptr.
 376 ///
 377 /// Design note: It might seem desirable for this function to be more
 378 /// loop-aware. If some of the indices are loop-invariant while others
 379 /// aren't, it might seem desirable to emit multiple GEPs, keeping the
 380 /// loop-invariant portions of the overall computation outside the loop.
 381 /// However, there are a few reasons this is not done here. Hoisting simple
 382 /// arithmetic is a low-level optimization that often isn't very
 383 /// important until late in the optimization process. In fact, passes
 384 /// like InstructionCombining will combine GEPs, even if it means
 385 /// pushing loop-invariant computation down into loops, so even if the
 386 /// GEPs were split here, the work would quickly be undone. The
 387 /// LoopStrengthReduction pass, which is usually run quite late (and
 388 /// after the last InstructionCombining pass), takes care of hoisting
 389 /// loop-invariant portions of expressions, after considering what
 390 /// can be folded using target addressing modes.
 391 ///
 392 Value *SCEVExpander::expandAddToGEP(const SCEV *const *op_begin,
 393                                     const SCEV *const *op_end,
 394                                     PointerType *PTy,
 395                                     Type *Ty,
 396                                     Value *V) {
 397   Type *ElTy = PTy->getElementType();
 398   SmallVector<Value *, 4> GepIndices;
 399   SmallVector<const SCEV *, 8> Ops(op_begin, op_end);
 400   bool AnyNonZeroIndices = false;
 401
 402   // Split AddRecs up into parts as either of the parts may be usable
 403   // without the other.
 404   SplitAddRecs(Ops, Ty, SE);
 405
 406   Type *IntPtrTy = SE.TD
 407                  ? SE.TD->getIntPtrType(PTy)
 408                  : Type::getInt64Ty(PTy->getContext());
 409
 410   // Descend down the pointer's type and attempt to convert the other
 411   // operands into GEP indices, at each level. The first index in a GEP
 412   // indexes into the array implied by the pointer operand; the rest of
 413   // the indices index into the element or field type selected by the
 414   // preceding index.
 415   for (;;) {
 416     // If the scale size is not 0, attempt to factor out a scale for
 417     // array indexing.
 418     SmallVector<const SCEV *, 8> ScaledOps;
 419     if (ElTy->isSized()) {
 420       const SCEV *ElSize = SE.getSizeOfExpr(IntPtrTy, ElTy);
 421       if (!ElSize->isZero()) {
 422         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
 423         for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
 424           const SCEV *Op = Ops[i];
 425           const SCEV *Remainder = SE.getConstant(Ty, 0);
 426           if (FactorOutConstant(Op, Remainder, ElSize, SE, SE.TD)) {
 427             // Op now has ElSize factored out.
 428             ScaledOps.push_back(Op);
 429             if (!Remainder->isZero())
 430               NewOps.push_back(Remainder);
 431             AnyNonZeroIndices = true;
 432           } else {
 433             // The operand was not divisible, so add it to the list of operands
 434             // we'll scan next iteration.
 435             NewOps.push_back(Ops[i]);
 436           }
 437         }
 438         // If we made any changes, update Ops.
 439         if (!ScaledOps.empty()) {
 440           Ops = NewOps;
 441           SimplifyAddOperands(Ops, Ty, SE);
 442         }
 443       }
 444     }
 445
 446     // Record the scaled array index for this level of the type. If
 447     // we didn't find any operands that could be factored, tentatively
 448     // assume that element zero was selected (since the zero offset
 449     // would obviously be folded away).
 450     Value *Scaled = ScaledOps.empty() ?
 451                     Constant::getNullValue(Ty) :
 452                     expandCodeFor(SE.getAddExpr(ScaledOps), Ty);
 453     GepIndices.push_back(Scaled);
 454
 455     // Collect struct field index operands.
 456     while (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElTy)) {
 457       bool FoundFieldNo = false;
 458       // An empty struct has no fields.
 459       if (STy->getNumElements() == 0) break;
 460       if (SE.TD) {
 461         // With DataLayout, field offsets are known. See if a constant offset
 462         // falls within any of the struct fields.
 463         if (Ops.empty()) break;
 464         if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0]))
 465           if (SE.getTypeSizeInBits(C->getType()) <= 64) {
 466             const StructLayout &SL = *SE.TD->getStructLayout(STy);
 467             uint64_t FullOffset = C->getValue()->getZExtValue();
 468             if (FullOffset < SL.getSizeInBytes()) {
 469               unsigned ElIdx = SL.getElementContainingOffset(FullOffset);
 470               GepIndices.push_back(
 471                   ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()), ElIdx));
 472               ElTy = STy->getTypeAtIndex(ElIdx);
 473               Ops[0] =
 474                 SE.getConstant(Ty, FullOffset - SL.getElementOffset(ElIdx));
 475               AnyNonZeroIndices = true;
 476               FoundFieldNo = true;
 477             }
 478           }
 479       } else {
 480         // Without DataLayout, just check for an offsetof expression of the
 481         // appropriate struct type.
 482         for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
 483           if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(Ops[i])) {
 484             Type *CTy;
 485             Constant *FieldNo;
 486             if (U->isOffsetOf(CTy, FieldNo) && CTy == STy) {
 487               GepIndices.push_back(FieldNo);
 488               ElTy =
 489                 STy->getTypeAtIndex(cast<ConstantInt>(FieldNo)->getZExtValue());
 490               Ops[i] = SE.getConstant(Ty, 0);
 491               AnyNonZeroIndices = true;
 492               FoundFieldNo = true;
 493               break;
 494             }
 495           }
 496       }
 497       // If no struct field offsets were found, tentatively assume that
 498       // field zero was selected (since the zero offset would obviously
 499       // be folded away).
 500       if (!FoundFieldNo) {
 501         ElTy = STy->getTypeAtIndex(0u);
 502         GepIndices.push_back(
 503           Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(Ty->getContext())));
 504       }
 505     }
 506
 507     if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(ElTy))
 508       ElTy = ATy->getElementType();
 509     else
 510       break;
 511   }
 512
 513   // If none of the operands were convertible to proper GEP indices, cast
 514   // the base to i8* and do an ugly getelementptr with that. It's still
 515   // better than ptrtoint+arithmetic+inttoptr at least.
 516   if (!AnyNonZeroIndices) {
 517     // Cast the base to i8*.
 518     V = InsertNoopCastOfTo(V,
 519        Type::getInt8PtrTy(Ty->getContext(), PTy->getAddressSpace()));
 520
 521     assert(!isa<Instruction>(V) ||
 522            SE.DT->dominates(cast<Instruction>(V), Builder.GetInsertPoint()));
 523
 524     // Expand the operands for a plain byte offset.
 525     Value *Idx = expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty);
 526
 527     // Fold a GEP with constant operands.
 528     if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(V))
 529       if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(Idx))
 530         return ConstantExpr::getGetElementPtr(CLHS, CRHS);
 531
 532     // Do a quick scan to see if we have this GEP nearby.  If so, reuse it.
 533     unsigned ScanLimit = 6;
 534     BasicBlock::iterator BlockBegin = Builder.GetInsertBlock()->begin();
 535     // Scanning starts from the last instruction before the insertion point.
 536     BasicBlock::iterator IP = Builder.GetInsertPoint();
 537     if (IP != BlockBegin) {
 538       --IP;
 539       for (; ScanLimit; --IP, --ScanLimit) {
 540         // Don't count dbg.value against the ScanLimit, to avoid perturbing the
 541         // generated code.
 542         if (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP))
 543           ScanLimit++;
 544         if (IP->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
 545             IP->getOperand(0) == V && IP->getOperand(1) == Idx)
 546           return IP;
 547         if (IP == BlockBegin) break;
 548       }
 549     }
 550
 551     // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
 552     BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
 553
 554     // Move the insertion point out of as many loops as we can.
 555     while (const Loop *L = SE.LI->getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
 556       if (!L->isLoopInvariant(V) || !L->isLoopInvariant(Idx)) break;
 557       BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
 558       if (!Preheader) break;
 559
 560       // Ok, move up a level.
 561       Builder.SetInsertPoint(Preheader, Preheader->getTerminator());
 562     }
 563
 564     // Emit a GEP.
 565     Value *GEP = Builder.CreateGEP(V, Idx, "uglygep");
 566     rememberInstruction(GEP);
 567
 568     return GEP;
 569   }
 570
 571   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
 572   BuilderType::InsertPoint SaveInsertPt = Builder.saveIP();
 573
 574   // Move the insertion point out of as many loops as we can.
 575   while (const Loop *L = SE.LI->getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
 576     if (!L->isLoopInvariant(V)) break;
 577
 578     bool AnyIndexNotLoopInvariant = false;
 579     for (SmallVectorImpl<Value *>::const_iterator I = GepIndices.begin(),
 580          E = GepIndices.end(); I != E; ++I)
 581       if (!L->isLoopInvariant(*I)) {
 582         AnyIndexNotLoopInvariant = true;
 583         break;
 584       }
 585     if (AnyIndexNotLoopInvariant)
 586       break;
 587
 588     BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
 589     if (!Preheader) break;
 590
 591     // Ok, move up a level.
 592     Builder.SetInsertPoint(Preheader, Preheader->getTerminator());
 593   }
 594
 595   // Insert a pretty getelementptr. Note that this GEP is not marked inbounds,
 596   // because ScalarEvolution may have changed the address arithmetic to
 597   // compute a value which is beyond the end of the allocated object.
 598   Value *Casted = V;
 599   if (V->getType() != PTy)
 600     Casted = InsertNoopCastOfTo(Casted, PTy);
 601   Value *GEP = Builder.CreateGEP(Casted,
 602                                  GepIndices,
 603                                  "scevgep");
 604   Ops.push_back(SE.getUnknown(GEP));
 605   rememberInstruction(GEP);
 606
 607   // Restore the original insert point.
 608   Builder.restoreIP(SaveInsertPt);
 609
 610   return expand(SE.getAddExpr(Ops));
 611 }
 612
 613 /// PickMostRelevantLoop - Given two loops pick the one that's most relevant for
 614 /// SCEV expansion. If they are nested, this is the most nested. If they are
 615 /// neighboring, pick the later.
 616 static const Loop *PickMostRelevantLoop(const Loop *A, const Loop *B,
 617                                         DominatorTree &DT) {
 618   if (!A) return B;
 619   if (!B) return A;
 620   if (A->contains(B)) return B;
 621   if (B->contains(A)) return A;
 622   if (DT.dominates(A->getHeader(), B->getHeader())) return B;
 623   if (DT.dominates(B->getHeader(), A->getHeader())) return A;
 624   return A; // Arbitrarily break the tie.
 625 }
 626
 627 /// getRelevantLoop - Get the most relevant loop associated with the given
 628 /// expression, according to PickMostRelevantLoop.
 629 const Loop *SCEVExpander::getRelevantLoop(const SCEV *S) {
 630   // Test whether we've already computed the most relevant loop for this SCEV.
 631   std::pair<DenseMap<const SCEV *, const Loop *>::iterator, bool> Pair =
 632     RelevantLoops.insert(std::make_pair(S, static_cast<const Loop *>(0)));
 633   if (!Pair.second)
 634     return Pair.first->second;
 635
 636   if (isa<SCEVConstant>(S))
 637     // A constant has no relevant loops.
 638     return 0;
 639   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
 640     if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U->getValue()))
 641       return Pair.first->second = SE.LI->getLoopFor(I->getParent());
 642     // A non-instruction has no relevant loops.
 643     return 0;
 644   }
 645   if (const SCEVNAryExpr *N = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S)) {
 646     const Loop *L = 0;
 647     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
 648       L = AR->getLoop();
 649     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = N->op_begin(), E = N->op_end();
 650          I != E; ++I)
 651       L = PickMostRelevantLoop(L, getRelevantLoop(*I), *SE.DT);
 652     return RelevantLoops[N] = L;
 653   }
 654   if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S)) {
 655     const Loop *Result = getRelevantLoop(C->getOperand());
 656     return RelevantLoops[C] = Result;
 657   }
 658   if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
 659     const Loop *Result =
 660       PickMostRelevantLoop(getRelevantLoop(D->getLHS()),
 661                            getRelevantLoop(D->getRHS()),
 662                            *SE.DT);
 663     return RelevantLoops[D] = Result;
 664   }
 665   llvm_unreachable("Unexpected SCEV type!");
 666 }
 667
 668 namespace {
 669
 670 /// LoopCompare - Compare loops by PickMostRelevantLoop.
 671 class LoopCompare {
 672   DominatorTree &DT;
 673 public:
 674   explicit LoopCompare(DominatorTree &dt) : DT(dt) {}
 675
 676   bool operator()(std::pair<const Loop *, const SCEV *> LHS,
 677                   std::pair<const Loop *, const SCEV *> RHS) const {
 678     // Keep pointer operands sorted at the end.
 679     if (LHS.second->getType()->isPointerTy() !=
 680         RHS.second->getType()->isPointerTy())
 681       return LHS.second->getType()->isPointerTy();
 682
 683     // Compare loops with PickMostRelevantLoop.
 684     if (LHS.first != RHS.first)
 685       return PickMostRelevantLoop(LHS.first, RHS.first, DT) != LHS.first;
 686
 687     // If one operand is a non-constant negative and the other is not,
 688     // put the non-constant negative on the right so that a sub can
 689     // be used instead of a negate and add.
 690     if (LHS.second->isNonConstantNegative()) {
 691       if (!RHS.second->isNonConstantNegative())
 692         return false;
 693     } else if (RHS.second->isNonConstantNegative())
 694       return true;
 695
 696     // Otherwise they are equivalent according to this comparison.
 697     return false;
 698   }
 699 };
 700
 701 }
 702
 703 Value *SCEVExpander::visitAddExpr(const SCEVAddExpr *S) {
 704   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
 705
 706   // Collect all the add operands in a loop, along with their associated loops.
 707   // Iterate in reverse so that constants are emitted last, all else equal, and
 708   // so that pointer operands are inserted first, which the code below relies on
 709   // to form more involved GEPs.
 710   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 8> OpsAndLoops;
 711   for (std::reverse_iterator<SCEVAddExpr::op_iterator> I(S->op_end()),
 712        E(S->op_begin()); I != E; ++I)
 713     OpsAndLoops.push_back(std::make_pair(getRelevantLoop(*I), *I));
 714
 715   // Sort by loop. Use a stable sort so that constants follow non-constants and
 716   // pointer operands precede non-pointer operands.
 717   std::stable_sort(OpsAndLoops.begin(), OpsAndLoops.end(), LoopCompare(*SE.DT));
 718
 719   // Emit instructions to add all the operands. Hoist as much as possible
 720   // out of loops, and form meaningful getelementptrs where possible.
 721   Value *Sum = 0;
 722   for (SmallVectorImpl<std::pair<const Loop *, const SCEV *> >::iterator
 723        I = OpsAndLoops.begin(), E = OpsAndLoops.end(); I != E; ) {
 724     const Loop *CurLoop = I->first;
 725     const SCEV *Op = I->second;
 726     if (!Sum) {
 727       // This is the first operand. Just expand it.
 728       Sum = expand(Op);
 729       ++I;
 730     } else if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Sum->getType())) {
 731       // The running sum expression is a pointer. Try to form a getelementptr
 732       // at this level with that as the base.
 733       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
 734       for (; I != E && I->first == CurLoop; ++I) {
 735         // If the operand is SCEVUnknown and not instructions, peek through
 736         // it, to enable more of it to be folded into the GEP.
 737         const SCEV *X = I->second;
 738         if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(X))
 739           if (!isa<Instruction>(U->getValue()))
 740             X = SE.getSCEV(U->getValue());
 741         NewOps.push_back(X);
 742       }
 743       Sum = expandAddToGEP(NewOps.begin(), NewOps.end(), PTy, Ty, Sum);
 744     } else if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Op->getType())) {
 745       // The running sum is an integer, and there's a pointer at this level.
 746       // Try to form a getelementptr. If the running sum is instructions,
 747       // use a SCEVUnknown to avoid re-analyzing them.
 748       SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps;
 749       NewOps.push_back(isa<Instruction>(Sum) ? SE.getUnknown(Sum) :
 750                                                SE.getSCEV(Sum));
 751       for (++I; I != E && I->first == CurLoop; ++I)
 752         NewOps.push_back(I->second);
 753       Sum = expandAddToGEP(NewOps.begin(), NewOps.end(), PTy, Ty, expand(Op));
 754     } else if (Op->isNonConstantNegative()) {
 755       // Instead of doing a negate and add, just do a subtract.
 756       Value *W = expandCodeFor(SE.getNegativeSCEV(Op), Ty);
 757       Sum = InsertNoopCastOfTo(Sum, Ty);
 758       Sum = InsertBinop(Instruction::Sub, Sum, W);
 759       ++I;
 760     } else {
 761       // A simple add.
 762       Value *W = expandCodeFor(Op, Ty);
 763       Sum = InsertNoopCastOfTo(Sum, Ty);
 764       // Canonicalize a constant to the RHS.
 765       if (isa<Constant>(Sum)) std::swap(Sum, W);
 766       Sum = InsertBinop(Instruction::Add, Sum, W);
 767       ++I;
 768     }
 769   }
 770
 771   return Sum;
 772 }
 773
 774 Value *SCEVExpander::visitMulExpr(const SCEVMulExpr *S) {
 775   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
 776
 777   // Collect all the mul operands in a loop, along with their associated loops.
 778   // Iterate in reverse so that constants are emitted last, all else equal.
 779   SmallVector<std::pair<const Loop *, const SCEV *>, 8> OpsAndLoops;
 780   for (std::reverse_iterator<SCEVMulExpr::op_iterator> I(S->op_end()),
 781        E(S->op_begin()); I != E; ++I)
 782     OpsAndLoops.push_back(std::make_pair(getRelevantLoop(*I), *I));
 783
 784   // Sort by loop. Use a stable sort so that constants follow non-constants.
 785   std::stable_sort(OpsAndLoops.begin(), OpsAndLoops.end(), LoopCompare(*SE.DT));
 786
 787   // Emit instructions to mul all the operands. Hoist as much as possible
 788   // out of loops.
 789   Value *Prod = 0;
 790   for (SmallVectorImpl<std::pair<const Loop *, const SCEV *> >::iterator
 791        I = OpsAndLoops.begin(), E = OpsAndLoops.end(); I != E; ) {
 792     const SCEV *Op = I->second;
 793     if (!Prod) {
 794       // This is the first operand. Just expand it.
 795       Prod = expand(Op);
 796       ++I;
 797     } else if (Op->isAllOnesValue()) {
 798       // Instead of doing a multiply by negative one, just do a negate.
 799       Prod = InsertNoopCastOfTo(Prod, Ty);
 800       Prod = InsertBinop(Instruction::Sub, Constant::getNullValue(Ty), Prod);
 801       ++I;
 802     } else {
 803       // A simple mul.
 804       Value *W = expandCodeFor(Op, Ty);
 805       Prod = InsertNoopCastOfTo(Prod, Ty);
 806       // Canonicalize a constant to the RHS.
 807       if (isa<Constant>(Prod)) std::swap(Prod, W);
 808       Prod = InsertBinop(Instruction::Mul, Prod, W);
 809       ++I;
 810     }
 811   }
 812
 813   return Prod;
 814 }
 815
 816 Value *SCEVExpander::visitUDivExpr(const SCEVUDivExpr *S) {
 817   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
 818
 819   Value *LHS = expandCodeFor(S->getLHS(), Ty);
 820   if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(S->getRHS())) {
 821     const APInt &RHS = SC->getValue()->getValue();
 822     if (RHS.isPowerOf2())
 823       return InsertBinop(Instruction::LShr, LHS,
 824                          ConstantInt::get(Ty, RHS.logBase2()));
 825   }
 826
 827   Value *RHS = expandCodeFor(S->getRHS(), Ty);
 828   return InsertBinop(Instruction::UDiv, LHS, RHS);
 829 }
 830
 831 /// Move parts of Base into Rest to leave Base with the minimal
 832 /// expression that provides a pointer operand suitable for a
 833 /// GEP expansion.
 834 static void ExposePointerBase(const SCEV *&Base, const SCEV *&Rest,
 835                               ScalarEvolution &SE) {
 836   while (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Base)) {
 837     Base = A->getStart();
 838     Rest = SE.getAddExpr(Rest,
 839                          SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(A->getType(), 0),
 840                                           A->getStepRecurrence(SE),
 841                                           A->getLoop(),
 842                                           A->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
 843   }
 844   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Base)) {
 845     Base = A->getOperand(A->getNumOperands()-1);
 846     SmallVector<const SCEV *, 8> NewAddOps(A->op_begin(), A->op_end());
 847     NewAddOps.back() = Rest;
 848     Rest = SE.getAddExpr(NewAddOps);
 849     ExposePointerBase(Base, Rest, SE);
 850   }
 851 }
 852
 853 /// Determine if this is a well-behaved chain of instructions leading back to
 854 /// the PHI. If so, it may be reused by expanded expressions.
 855 bool SCEVExpander::isNormalAddRecExprPHI(PHINode *PN, Instruction *IncV,
 856                                          const Loop *L) {
 857   if (IncV->getNumOperands() == 0 || isa<PHINode>(IncV) ||
 858       (isa<CastInst>(IncV) && !isa<BitCastInst>(IncV)))
 859     return false;
 860   // If any of the operands don't dominate the insert position, bail.
 861   // Addrec operands are always loop-invariant, so this can only happen
 862   // if there are instructions which haven't been hoisted.
 863   if (L == IVIncInsertLoop) {
 864     for (User::op_iterator OI = IncV->op_begin()+1,
 865            OE = IncV->op_end(); OI != OE; ++OI)
 866       if (Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(OI))
 867         if (!SE.DT->dominates(OInst, IVIncInsertPos))
 868           return false;
 869   }
 870   // Advance to the next instruction.
 871   IncV = dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
 872   if (!IncV)
 873     return false;
 874
 875   if (IncV->mayHaveSideEffects())
 876     return false;
 877
 878   if (IncV != PN)
 879     return true;
 880
 881   return isNormalAddRecExprPHI(PN, IncV, L);
 882 }
 883
 884 /// getIVIncOperand returns an induction variable increment's induction
 885 /// variable operand.
 886 ///
 887 /// If allowScale is set, any type of GEP is allowed as long as the nonIV
 888 /// operands dominate InsertPos.
 889 ///
 890 /// If allowScale is not set, ensure that a GEP increment conforms to one of the
 891 /// simple patterns generated by getAddRecExprPHILiterally and
 892 /// expandAddtoGEP. If the pattern isn't recognized, return NULL.
 893 Instruction *SCEVExpander::getIVIncOperand(Instruction *IncV,
 894                                            Instruction *InsertPos,
 895                                            bool allowScale) {
 896   if (IncV == InsertPos)
 897     return NULL;
 898
 899   switch (IncV->getOpcode()) {
 900   default:
 901     return NULL;
 902   // Check for a simple Add/Sub or GEP of a loop invariant step.
 903   case Instruction::Add:
 904   case Instruction::Sub: {
 905     Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(1));
 906     if (!OInst || SE.DT->dominates(OInst, InsertPos))
 907       return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
 908     return NULL;
 909   }
 910   case Instruction::BitCast:
 911     return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
 912   case Instruction::GetElementPtr:
 913     for (Instruction::op_iterator I = IncV->op_begin()+1, E = IncV->op_end();
 914          I != E; ++I) {
 915       if (isa<Constant>(*I))
 916         continue;
 917       if (Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(*I)) {
 918         if (!SE.DT->dominates(OInst, InsertPos))
 919           return NULL;
 920       }
 921       if (allowScale) {
 922         // allow any kind of GEP as long as it can be hoisted.
 923         continue;
 924       }
 925       // This must be a pointer addition of constants (pretty), which is already
 926       // handled, or some number of address-size elements (ugly). Ugly geps
 927       // have 2 operands. i1* is used by the expander to represent an
 928       // address-size element.
 929       if (IncV->getNumOperands() != 2)
 930         return NULL;
 931       unsigned AS = cast<PointerType>(IncV->getType())->getAddressSpace();
 932       if (IncV->getType() != Type::getInt1PtrTy(SE.getContext(), AS)
 933           && IncV->getType() != Type::getInt8PtrTy(SE.getContext(), AS))
 934         return NULL;
 935       break;
 936     }
 937     return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
 938   }
 939 }
 940
 941 /// hoistStep - Attempt to hoist a simple IV increment above InsertPos to make
 942 /// it available to other uses in this loop. Recursively hoist any operands,
 943 /// until we reach a value that dominates InsertPos.
 944 bool SCEVExpander::hoistIVInc(Instruction *IncV, Instruction *InsertPos) {
 945   if (SE.DT->dominates(IncV, InsertPos))
 946       return true;
 947
 948   // InsertPos must itself dominate IncV so that IncV's new position satisfies
 949   // its existing users.
 950   if (isa<PHINode>(InsertPos)
 951       || !SE.DT->dominates(InsertPos->getParent(), IncV->getParent()))
 952     return false;
 953
 954   // Check that the chain of IV operands leading back to Phi can be hoisted.
 955   SmallVector<Instruction*, 4> IVIncs;
 956   for(;;) {
 957     Instruction *Oper = getIVIncOperand(IncV, InsertPos, /*allowScale*/true);
 958     if (!Oper)
 959       return false;
 960     // IncV is safe to hoist.
 961     IVIncs.push_back(IncV);
 962     IncV = Oper;
 963     if (SE.DT->dominates(IncV, InsertPos))
 964       break;
 965   }
 966   for (SmallVectorImpl<Instruction*>::reverse_iterator I = IVIncs.rbegin(),
 967          E = IVIncs.rend(); I != E; ++I) {
 968     (*I)->moveBefore(InsertPos);
 969   }
 970   return true;
 971 }
 972
 973 /// Determine if this cyclic phi is in a form that would have been generated by
 974 /// LSR. We don't care if the phi was actually expanded in this pass, as long
 975 /// as it is in a low-cost form, for example, no implied multiplication. This
 976 /// should match any patterns generated by getAddRecExprPHILiterally and
 977 /// expandAddtoGEP.
 978 bool SCEVExpander::isExpandedAddRecExprPHI(PHINode *PN, Instruction *IncV,
 979                                            const Loop *L) {
 980   for(Instruction *IVOper = IncV;
 981       (IVOper = getIVIncOperand(IVOper, L->getLoopPreheader()->getTerminator(),
 982                                 /*allowScale=*/false));) {
 983     if (IVOper == PN)
 984       return true;
 985   }
 986   return false;
 987 }
 988
 989 /// expandIVInc - Expand an IV increment at Builder's current InsertPos.
 990 /// Typically this is the LatchBlock terminator or IVIncInsertPos, but we may
 991 /// need to materialize IV increments elsewhere to handle difficult situations.
 992 Value *SCEVExpander::expandIVInc(PHINode *PN, Value *StepV, const Loop *L,
 993                                  Type *ExpandTy, Type *IntTy,
 994                                  bool useSubtract) {
 995   Value *IncV;
 996   // If the PHI is a pointer, use a GEP, otherwise use an add or sub.
 997   if (ExpandTy->isPointerTy()) {
 998     PointerType *GEPPtrTy = cast<PointerType>(ExpandTy);
 999     // If the step isn't constant, don't use an implicitly scaled GEP, because
1000     // that would require a multiply inside the loop.
1001     if (!isa<ConstantInt>(StepV))
1002       GEPPtrTy = PointerType::get(Type::getInt1Ty(SE.getContext()),
1003                                   GEPPtrTy->getAddressSpace());
1004     const SCEV *const StepArray[1] = { SE.getSCEV(StepV) };
1005     IncV = expandAddToGEP(StepArray, StepArray+1, GEPPtrTy, IntTy, PN);
1006     if (IncV->getType() != PN->getType()) {
1007       IncV = Builder.CreateBitCast(IncV, PN->getType());
1008       rememberInstruction(IncV);
1009     }
1010   } else {
1011     IncV = useSubtract ?
1012       Builder.CreateSub(PN, StepV, Twine(IVName) + ".iv.next") :
1013       Builder.CreateAdd(PN, StepV, Twine(IVName) + ".iv.next");
1014     rememberInstruction(IncV);
1015   }
1016   return IncV;
1017 }
1018
1019 /// getAddRecExprPHILiterally - Helper for expandAddRecExprLiterally. Expand
1020 /// the base addrec, which is the addrec without any non-loop-dominating
1021 /// values, and return the PHI.
1022 PHINode *
1023 SCEVExpander::getAddRecExprPHILiterally(const SCEVAddRecExpr *Normalized,
1024                                         const Loop *L,
1025                                         Type *ExpandTy,
1026                                         Type *IntTy) {
1027   assert((!IVIncInsertLoop||IVIncInsertPos) && "Uninitialized insert position");
1028
1029   // Reuse a previously-inserted PHI, if present.
1030   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1031   if (LatchBlock) {
1032     for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
1033          PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1034       if (!SE.isSCEVable(PN->getType()) ||
1035           (SE.getEffectiveSCEVType(PN->getType()) !=
1036            SE.getEffectiveSCEVType(Normalized->getType())) ||
1037           SE.getSCEV(PN) != Normalized)
1038         continue;
1039
1040       Instruction *IncV =
1041         cast<Instruction>(PN->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
1042
1043       if (LSRMode) {
1044         if (!isExpandedAddRecExprPHI(PN, IncV, L))
1045           continue;
1046         if (L == IVIncInsertLoop && !hoistIVInc(IncV, IVIncInsertPos))
1047           continue;
1048       }
1049       else {
1050         if (!isNormalAddRecExprPHI(PN, IncV, L))
1051           continue;
1052         if (L == IVIncInsertLoop)
1053           do {
1054             if (SE.DT->dominates(IncV, IVIncInsertPos))
1055               break;
1056             // Make sure the increment is where we want it. But don't move it
1057             // down past a potential existing post-inc user.
1058             IncV->moveBefore(IVIncInsertPos);
1059             IVIncInsertPos = IncV;
1060             IncV = cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
1061           } while (IncV != PN);
1062       }
1063       // Ok, the add recurrence looks usable.
1064       // Remember this PHI, even in post-inc mode.
1065       InsertedValues.insert(PN);
1066       // Remember the increment.
1067       rememberInstruction(IncV);
1068       return PN;
1069     }
1070   }
1071
1072   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
1073   BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
1074
1075   // Another AddRec may need to be recursively expanded below. For example, if
1076   // this AddRec is quadratic, the StepV may itself be an AddRec in this
1077   // loop. Remove this loop from the PostIncLoops set before expanding such
1078   // AddRecs. Otherwise, we cannot find a valid position for the step
1079   // (i.e. StepV can never dominate its loop header).  Ideally, we could do
1080   // SavedIncLoops.swap(PostIncLoops), but we generally have a single element,
1081   // so it's not worth implementing SmallPtrSet::swap.
1082   PostIncLoopSet SavedPostIncLoops = PostIncLoops;
1083   PostIncLoops.clear();
1084
1085   // Expand code for the start value.
1086   Value *StartV = expandCodeFor(Normalized->getStart(), ExpandTy,
1087                                 L->getHeader()->begin());
1088
1089   // StartV must be hoisted into L's preheader to dominate the new phi.
1090   assert(!isa<Instruction>(StartV) ||
1091          SE.DT->properlyDominates(cast<Instruction>(StartV)->getParent(),
1092                                   L->getHeader()));
1093
1094   // Expand code for the step value. Do this before creating the PHI so that PHI
1095   // reuse code doesn't see an incomplete PHI.
1096   const SCEV *Step = Normalized->getStepRecurrence(SE);
1097   // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the increment
1098   // (unless it's a constant, because subtracts of constants are canonicalized
1099   // to adds).
1100   bool useSubtract = !ExpandTy->isPointerTy() && Step->isNonConstantNegative();
1101   if (useSubtract)
1102     Step = SE.getNegativeSCEV(Step);
1103   // Expand the step somewhere that dominates the loop header.
1104   Value *StepV = expandCodeFor(Step, IntTy, L->getHeader()->begin());
1105
1106   // Create the PHI.
1107   BasicBlock *Header = L->getHeader();
1108   Builder.SetInsertPoint(Header, Header->begin());
1109   pred_iterator HPB = pred_begin(Header), HPE = pred_end(Header);
1110   PHINode *PN = Builder.CreatePHI(ExpandTy, std::distance(HPB, HPE),
1111                                   Twine(IVName) + ".iv");
1112   rememberInstruction(PN);
1113
1114   // Create the step instructions and populate the PHI.
1115   for (pred_iterator HPI = HPB; HPI != HPE; ++HPI) {
1116     BasicBlock *Pred = *HPI;
1117
1118     // Add a start value.
1119     if (!L->contains(Pred)) {
1120       PN->addIncoming(StartV, Pred);
1121       continue;
1122     }
1123
1124     // Create a step value and add it to the PHI.
1125     // If IVIncInsertLoop is non-null and equal to the addrec's loop, insert the
1126     // instructions at IVIncInsertPos.
1127     Instruction *InsertPos = L == IVIncInsertLoop ?
1128       IVIncInsertPos : Pred->getTerminator();
1129     Builder.SetInsertPoint(InsertPos);
1130     Value *IncV = expandIVInc(PN, StepV, L, ExpandTy, IntTy, useSubtract);
1131     if (isa<OverflowingBinaryOperator>(IncV)) {
1132       if (Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW))
1133         cast<BinaryOperator>(IncV)->setHasNoUnsignedWrap();
1134       if (Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW))
1135         cast<BinaryOperator>(IncV)->setHasNoSignedWrap();
1136     }
1137     PN->addIncoming(IncV, Pred);
1138   }
1139
1140   // After expanding subexpressions, restore the PostIncLoops set so the caller
1141   // can ensure that IVIncrement dominates the current uses.
1142   PostIncLoops = SavedPostIncLoops;
1143
1144   // Remember this PHI, even in post-inc mode.
1145   InsertedValues.insert(PN);
1146
1147   return PN;
1148 }
1149
1150 Value *SCEVExpander::expandAddRecExprLiterally(const SCEVAddRecExpr *S) {
1151   Type *STy = S->getType();
1152   Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(STy);
1153   const Loop *L = S->getLoop();
1154
1155   // Determine a normalized form of this expression, which is the expression
1156   // before any post-inc adjustment is made.
1157   const SCEVAddRecExpr *Normalized = S;
1158   if (PostIncLoops.count(L)) {
1159     PostIncLoopSet Loops;
1160     Loops.insert(L);
1161     Normalized =
1162       cast<SCEVAddRecExpr>(TransformForPostIncUse(Normalize, S, 0, 0,
1163                                                   Loops, SE, *SE.DT));
1164   }
1165
1166   // Strip off any non-loop-dominating component from the addrec start.
1167   const SCEV *Start = Normalized->getStart();
1168   const SCEV *PostLoopOffset = 0;
1169   if (!SE.properlyDominates(Start, L->getHeader())) {
1170     PostLoopOffset = Start;
1171     Start = SE.getConstant(Normalized->getType(), 0);
1172     Normalized = cast<SCEVAddRecExpr>(
1173       SE.getAddRecExpr(Start, Normalized->getStepRecurrence(SE),
1174                        Normalized->getLoop(),
1175                        Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
1176   }
1177
1178   // Strip off any non-loop-dominating component from the addrec step.
1179   const SCEV *Step = Normalized->getStepRecurrence(SE);
1180   const SCEV *PostLoopScale = 0;
1181   if (!SE.dominates(Step, L->getHeader())) {
1182     PostLoopScale = Step;
1183     Step = SE.getConstant(Normalized->getType(), 1);
1184     Normalized =
1185       cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getAddRecExpr(
1186                              Start, Step, Normalized->getLoop(),
1187                              Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
1188   }
1189
1190   // Expand the core addrec. If we need post-loop scaling, force it to
1191   // expand to an integer type to avoid the need for additional casting.
1192   Type *ExpandTy = PostLoopScale ? IntTy : STy;
1193   PHINode *PN = getAddRecExprPHILiterally(Normalized, L, ExpandTy, IntTy);
1194
1195   // Accommodate post-inc mode, if necessary.
1196   Value *Result;
1197   if (!PostIncLoops.count(L))
1198     Result = PN;
1199   else {
1200     // In PostInc mode, use the post-incremented value.
1201     BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
1202     assert(LatchBlock && "PostInc mode requires a unique loop latch!");
1203     Result = PN->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
1204
1205     // For an expansion to use the postinc form, the client must call
1206     // expandCodeFor with an InsertPoint that is either outside the PostIncLoop
1207     // or dominated by IVIncInsertPos.
1208     if (isa<Instruction>(Result)
1209         && !SE.DT->dominates(cast<Instruction>(Result),
1210                              Builder.GetInsertPoint())) {
1211       // The induction variable's postinc expansion does not dominate this use.
1212       // IVUsers tries to prevent this case, so it is rare. However, it can
1213       // happen when an IVUser outside the loop is not dominated by the latch
1214       // block. Adjusting IVIncInsertPos before expansion begins cannot handle
1215       // all cases. Consider a phi outide whose operand is replaced during
1216       // expansion with the value of the postinc user. Without fundamentally
1217       // changing the way postinc users are tracked, the only remedy is
1218       // inserting an extra IV increment. StepV might fold into PostLoopOffset,
1219       // but hopefully expandCodeFor handles that.
1220       bool useSubtract =
1221         !ExpandTy->isPointerTy() && Step->isNonConstantNegative();
1222       if (useSubtract)
1223         Step = SE.getNegativeSCEV(Step);
1224       Value *StepV;
1225       {
1226         // Expand the step somewhere that dominates the loop header.
1227         BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
1228         StepV = expandCodeFor(Step, IntTy, L->getHeader()->begin());
1229       }
1230       Result = expandIVInc(PN, StepV, L, ExpandTy, IntTy, useSubtract);
1231     }
1232   }
1233
1234   // Re-apply any non-loop-dominating scale.
1235   if (PostLoopScale) {
1236     assert(S->isAffine() && "Can't linearly scale non-affine recurrences.");
1237     Result = InsertNoopCastOfTo(Result, IntTy);
1238     Result = Builder.CreateMul(Result,
1239                                expandCodeFor(PostLoopScale, IntTy));
1240     rememberInstruction(Result);
1241   }
1242
1243   // Re-apply any non-loop-dominating offset.
1244   if (PostLoopOffset) {
1245     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(ExpandTy)) {
1246       const SCEV *const OffsetArray[1] = { PostLoopOffset };
1247       Result = expandAddToGEP(OffsetArray, OffsetArray+1, PTy, IntTy, Result);
1248     } else {
1249       Result = InsertNoopCastOfTo(Result, IntTy);
1250       Result = Builder.CreateAdd(Result,
1251                                  expandCodeFor(PostLoopOffset, IntTy));
1252       rememberInstruction(Result);
1253     }
1254   }
1255
1256   return Result;
1257 }
1258
1259 Value *SCEVExpander::visitAddRecExpr(const SCEVAddRecExpr *S) {
1260   if (!CanonicalMode) return expandAddRecExprLiterally(S);
1261
1262   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1263   const Loop *L = S->getLoop();
1264
1265   // First check for an existing canonical IV in a suitable type.
1266   PHINode *CanonicalIV = 0;
1267   if (PHINode *PN = L->getCanonicalInductionVariable())
1268     if (SE.getTypeSizeInBits(PN->getType()) >= SE.getTypeSizeInBits(Ty))
1269       CanonicalIV = PN;
1270
1271   // Rewrite an AddRec in terms of the canonical induction variable, if
1272   // its type is more narrow.
1273   if (CanonicalIV &&
1274       SE.getTypeSizeInBits(CanonicalIV->getType()) >
1275       SE.getTypeSizeInBits(Ty)) {
1276     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(S->getNumOperands());
1277     for (unsigned i = 0, e = S->getNumOperands(); i != e; ++i)
1278       NewOps[i] = SE.getAnyExtendExpr(S->op_begin()[i], CanonicalIV->getType());
1279     Value *V = expand(SE.getAddRecExpr(NewOps, S->getLoop(),
1280                                        S->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
1281     BasicBlock::iterator NewInsertPt =
1282       llvm::next(BasicBlock::iterator(cast<Instruction>(V)));
1283     BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
1284     while (isa<PHINode>(NewInsertPt) || isa<DbgInfoIntrinsic>(NewInsertPt) ||
1285            isa<LandingPadInst>(NewInsertPt))
1286       ++NewInsertPt;
1287     V = expandCodeFor(SE.getTruncateExpr(SE.getUnknown(V), Ty), 0,
1288                       NewInsertPt);
1289     return V;
1290   }
1291
1292   // {X,+,F} --> X + {0,+,F}
1293   if (!S->getStart()->isZero()) {
1294     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(S->op_begin(), S->op_end());
1295     NewOps[0] = SE.getConstant(Ty, 0);
1296     const SCEV *Rest = SE.getAddRecExpr(NewOps, L,
1297                                         S->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
1298
1299     // Turn things like ptrtoint+arithmetic+inttoptr into GEP. See the
1300     // comments on expandAddToGEP for details.
1301     const SCEV *Base = S->getStart();
1302     const SCEV *RestArray[1] = { Rest };
1303     // Dig into the expression to find the pointer base for a GEP.
1304     ExposePointerBase(Base, RestArray[0], SE);
1305     // If we found a pointer, expand the AddRec with a GEP.
1306     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(Base->getType())) {
1307       // Make sure the Base isn't something exotic, such as a multiplied
1308       // or divided pointer value. In those cases, the result type isn't
1309       // actually a pointer type.
1310       if (!isa<SCEVMulExpr>(Base) && !isa<SCEVUDivExpr>(Base)) {
1311         Value *StartV = expand(Base);
1312         assert(StartV->getType() == PTy && "Pointer type mismatch for GEP!");
1313         return expandAddToGEP(RestArray, RestArray+1, PTy, Ty, StartV);
1314       }
1315     }
1316
1317     // Just do a normal add. Pre-expand the operands to suppress folding.
1318     return expand(SE.getAddExpr(SE.getUnknown(expand(S->getStart())),
1319                                 SE.getUnknown(expand(Rest))));
1320   }
1321
1322   // If we don't yet have a canonical IV, create one.
1323   if (!CanonicalIV) {
1324     // Create and insert the PHI node for the induction variable in the
1325     // specified loop.
1326     BasicBlock *Header = L->getHeader();
1327     pred_iterator HPB = pred_begin(Header), HPE = pred_end(Header);
1328     CanonicalIV = PHINode::Create(Ty, std::distance(HPB, HPE), "indvar",
1329                                   Header->begin());
1330     rememberInstruction(CanonicalIV);
1331
1332     SmallSet<BasicBlock *, 4> PredSeen;
1333     Constant *One = ConstantInt::get(Ty, 1);
1334     for (pred_iterator HPI = HPB; HPI != HPE; ++HPI) {
1335       BasicBlock *HP = *HPI;
1336       if (!PredSeen.insert(HP))
1337         continue;
1338
1339       if (L->contains(HP)) {
1340         // Insert a unit add instruction right before the terminator
1341         // corresponding to the back-edge.
1342         Instruction *Add = BinaryOperator::CreateAdd(CanonicalIV, One,
1343                                                      "indvar.next",
1344                                                      HP->getTerminator());
1345         Add->setDebugLoc(HP->getTerminator()->getDebugLoc());
1346         rememberInstruction(Add);
1347         CanonicalIV->addIncoming(Add, HP);
1348       } else {
1349         CanonicalIV->addIncoming(Constant::getNullValue(Ty), HP);
1350       }
1351     }
1352   }
1353
1354   // {0,+,1} --> Insert a canonical induction variable into the loop!
1355   if (S->isAffine() && S->getOperand(1)->isOne()) {
1356     assert(Ty == SE.getEffectiveSCEVType(CanonicalIV->getType()) &&
1357            "IVs with types different from the canonical IV should "
1358            "already have been handled!");
1359     return CanonicalIV;
1360   }
1361
1362   // {0,+,F} --> {0,+,1} * F
1363
1364   // If this is a simple linear addrec, emit it now as a special case.
1365   if (S->isAffine())    // {0,+,F} --> i*F
1366     return
1367       expand(SE.getTruncateOrNoop(
1368         SE.getMulExpr(SE.getUnknown(CanonicalIV),
1369                       SE.getNoopOrAnyExtend(S->getOperand(1),
1370                                             CanonicalIV->getType())),
1371         Ty));
1372
1373   // If this is a chain of recurrences, turn it into a closed form, using the
1374   // folders, then expandCodeFor the closed form.  This allows the folders to
1375   // simplify the expression without having to build a bunch of special code
1376   // into this folder.
1377   const SCEV *IH = SE.getUnknown(CanonicalIV);   // Get I as a "symbolic" SCEV.
1378
1379   // Promote S up to the canonical IV type, if the cast is foldable.
1380   const SCEV *NewS = S;
1381   const SCEV *Ext = SE.getNoopOrAnyExtend(S, CanonicalIV->getType());
1382   if (isa<SCEVAddRecExpr>(Ext))
1383     NewS = Ext;
1384
1385   const SCEV *V = cast<SCEVAddRecExpr>(NewS)->evaluateAtIteration(IH, SE);
1386   //cerr << "Evaluated: " << *this << "\n     to: " << *V << "\n";
1387
1388   // Truncate the result down to the original type, if needed.
1389   const SCEV *T = SE.getTruncateOrNoop(V, Ty);
1390   return expand(T);
1391 }
1392
1393 Value *SCEVExpander::visitTruncateExpr(const SCEVTruncateExpr *S) {
1394   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1395   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1396                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1397   Value *I = Builder.CreateTrunc(V, Ty);
1398   rememberInstruction(I);
1399   return I;
1400 }
1401
1402 Value *SCEVExpander::visitZeroExtendExpr(const SCEVZeroExtendExpr *S) {
1403   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1404   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1405                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1406   Value *I = Builder.CreateZExt(V, Ty);
1407   rememberInstruction(I);
1408   return I;
1409 }
1410
1411 Value *SCEVExpander::visitSignExtendExpr(const SCEVSignExtendExpr *S) {
1412   Type *Ty = SE.getEffectiveSCEVType(S->getType());
1413   Value *V = expandCodeFor(S->getOperand(),
1414                            SE.getEffectiveSCEVType(S->getOperand()->getType()));
1415   Value *I = Builder.CreateSExt(V, Ty);
1416   rememberInstruction(I);
1417   return I;
1418 }
1419
1420 Value *SCEVExpander::visitSMaxExpr(const SCEVSMaxExpr *S) {
1421   Value *LHS = expand(S->getOperand(S->getNumOperands()-1));
1422   Type *Ty = LHS->getType();
1423   for (int i = S->getNumOperands()-2; i >= 0; --i) {
1424     // In the case of mixed integer and pointer types, do the
1425     // rest of the comparisons as integer.
1426     if (S->getOperand(i)->getType() != Ty) {
1427       Ty = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1428       LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, Ty);
1429     }
1430     Value *RHS = expandCodeFor(S->getOperand(i), Ty);
1431     Value *ICmp = Builder.CreateICmpSGT(LHS, RHS);
1432     rememberInstruction(ICmp);
1433     Value *Sel = Builder.CreateSelect(ICmp, LHS, RHS, "smax");
1434     rememberInstruction(Sel);
1435     LHS = Sel;
1436   }
1437   // In the case of mixed integer and pointer types, cast the
1438   // final result back to the pointer type.
1439   if (LHS->getType() != S->getType())
1440     LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, S->getType());
1441   return LHS;
1442 }
1443
1444 Value *SCEVExpander::visitUMaxExpr(const SCEVUMaxExpr *S) {
1445   Value *LHS = expand(S->getOperand(S->getNumOperands()-1));
1446   Type *Ty = LHS->getType();
1447   for (int i = S->getNumOperands()-2; i >= 0; --i) {
1448     // In the case of mixed integer and pointer types, do the
1449     // rest of the comparisons as integer.
1450     if (S->getOperand(i)->getType() != Ty) {
1451       Ty = SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
1452       LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, Ty);
1453     }
1454     Value *RHS = expandCodeFor(S->getOperand(i), Ty);
1455     Value *ICmp = Builder.CreateICmpUGT(LHS, RHS);
1456     rememberInstruction(ICmp);
1457     Value *Sel = Builder.CreateSelect(ICmp, LHS, RHS, "umax");
1458     rememberInstruction(Sel);
1459     LHS = Sel;
1460   }
1461   // In the case of mixed integer and pointer types, cast the
1462   // final result back to the pointer type.
1463   if (LHS->getType() != S->getType())
1464     LHS = InsertNoopCastOfTo(LHS, S->getType());
1465   return LHS;
1466 }
1467
1468 Value *SCEVExpander::expandCodeFor(const SCEV *SH, Type *Ty,
1469                                    Instruction *IP) {
1470   Builder.SetInsertPoint(IP->getParent(), IP);
1471   return expandCodeFor(SH, Ty);
1472 }
1473
1474 Value *SCEVExpander::expandCodeFor(const SCEV *SH, Type *Ty) {
1475   // Expand the code for this SCEV.
1476   Value *V = expand(SH);
1477   if (Ty) {
1478     assert(SE.getTypeSizeInBits(Ty) == SE.getTypeSizeInBits(SH->getType()) &&
1479            "non-trivial casts should be done with the SCEVs directly!");
1480     V = InsertNoopCastOfTo(V, Ty);
1481   }
1482   return V;
1483 }
1484
1485 Value *SCEVExpander::expand(const SCEV *S) {
1486   // Compute an insertion point for this SCEV object. Hoist the instructions
1487   // as far out in the loop nest as possible.
1488   Instruction *InsertPt = Builder.GetInsertPoint();
1489   for (Loop *L = SE.LI->getLoopFor(Builder.GetInsertBlock()); ;
1490        L = L->getParentLoop())
1491     if (SE.isLoopInvariant(S, L)) {
1492       if (!L) break;
1493       if (BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader())
1494         InsertPt = Preheader->getTerminator();
1495       else {
1496         // LSR sets the insertion point for AddRec start/step values to the
1497         // block start to simplify value reuse, even though it's an invalid
1498         // position. SCEVExpander must correct for this in all cases.
1499         InsertPt = L->getHeader()->getFirstInsertionPt();
1500       }
1501     } else {
1502       // If the SCEV is computable at this level, insert it into the header
1503       // after the PHIs (and after any other instructions that we've inserted
1504       // there) so that it is guaranteed to dominate any user inside the loop.
1505       if (L && SE.hasComputableLoopEvolution(S, L) && !PostIncLoops.count(L))
1506         InsertPt = L->getHeader()->getFirstInsertionPt();
1507       while (InsertPt != Builder.GetInsertPoint()
1508              && (isInsertedInstruction(InsertPt)
1509                  || isa<DbgInfoIntrinsic>(InsertPt))) {
1510         InsertPt = llvm::next(BasicBlock::iterator(InsertPt));
1511       }
1512       break;
1513     }
1514
1515   // Check to see if we already expanded this here.
1516   std::map<std::pair<const SCEV *, Instruction *>, TrackingVH<Value> >::iterator
1517     I = InsertedExpressions.find(std::make_pair(S, InsertPt));
1518   if (I != InsertedExpressions.end())
1519     return I->second;
1520
1521   BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
1522   Builder.SetInsertPoint(InsertPt->getParent(), InsertPt);
1523
1524   // Expand the expression into instructions.
1525   Value *V = visit(S);
1526
1527   // Remember the expanded value for this SCEV at this location.
1528   //
1529   // This is independent of PostIncLoops. The mapped value simply materializes
1530   // the expression at this insertion point. If the mapped value happened to be
1531   // a postinc expansion, it could be reused by a non postinc user, but only if
1532   // its insertion point was already at the head of the loop.
1533   InsertedExpressions[std::make_pair(S, InsertPt)] = V;
1534   return V;
1535 }
1536
1537 void SCEVExpander::rememberInstruction(Value *I) {
1538   if (!PostIncLoops.empty())
1539     InsertedPostIncValues.insert(I);
1540   else
1541     InsertedValues.insert(I);
1542 }
1543
1544 /// getOrInsertCanonicalInductionVariable - This method returns the
1545 /// canonical induction variable of the specified type for the specified
1546 /// loop (inserting one if there is none).  A canonical induction variable
1547 /// starts at zero and steps by one on each iteration.
1548 PHINode *
1549 SCEVExpander::getOrInsertCanonicalInductionVariable(const Loop *L,
1550                                                     Type *Ty) {
1551   assert(Ty->isIntegerTy() && "Can only insert integer induction variables!");
1552
1553   // Build a SCEV for {0,+,1}<L>.
1554   // Conservatively use FlagAnyWrap for now.
1555   const SCEV *H = SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(Ty, 0),
1556                                    SE.getConstant(Ty, 1), L, SCEV::FlagAnyWrap);
1557
1558   // Emit code for it.
1559   BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
1560   PHINode *V = cast<PHINode>(expandCodeFor(H, 0, L->getHeader()->begin()));
1561
1562   return V;
1563 }
1564
1565 /// Sort values by integer width for replaceCongruentIVs.
1566 static bool width_descending(Value *lhs, Value *rhs) {
1567   // Put pointers at the back and make sure pointer < pointer = false.
1568   if (!lhs->getType()->isIntegerTy() || !rhs->getType()->isIntegerTy())
1569     return rhs->getType()->isIntegerTy() && !lhs->getType()->isIntegerTy();
1570   return rhs->getType()->getPrimitiveSizeInBits()
1571     < lhs->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1572 }
1573
1574 /// replaceCongruentIVs - Check for congruent phis in this loop header and
1575 /// replace them with their most canonical representative. Return the number of
1576 /// phis eliminated.
1577 ///
1578 /// This does not depend on any SCEVExpander state but should be used in
1579 /// the same context that SCEVExpander is used.
1580 unsigned SCEVExpander::replaceCongruentIVs(Loop *L, const DominatorTree *DT,
1581                                            SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
1582                                            const TargetTransformInfo *TTI) {
1583   // Find integer phis in order of increasing width.
1584   SmallVector<PHINode*, 8> Phis;
1585   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
1586        PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1587     Phis.push_back(Phi);
1588   }
1589   if (TTI)
1590     std::sort(Phis.begin(), Phis.end(), width_descending);
1591
1592   unsigned NumElim = 0;
1593   DenseMap<const SCEV *, PHINode *> ExprToIVMap;
1594   // Process phis from wide to narrow. Mapping wide phis to the their truncation
1595   // so narrow phis can reuse them.
1596   for (SmallVectorImpl<PHINode*>::const_iterator PIter = Phis.begin(),
1597          PEnd = Phis.end(); PIter != PEnd; ++PIter) {
1598     PHINode *Phi = *PIter;
1599
1600     // Fold constant phis. They may be congruent to other constant phis and
1601     // would confuse the logic below that expects proper IVs.
1602     if (Value *V = Phi->hasConstantValue()) {
1603       Phi->replaceAllUsesWith(V);
1604       DeadInsts.push_back(Phi);
1605       ++NumElim;
1606       DEBUG_WITH_TYPE(DebugType, dbgs()
1607                       << "INDVARS: Eliminated constant iv: " << *Phi << '\n');
1608       continue;
1609     }
1610
1611     if (!SE.isSCEVable(Phi->getType()))
1612       continue;
1613
1614     PHINode *&OrigPhiRef = ExprToIVMap[SE.getSCEV(Phi)];
1615     if (!OrigPhiRef) {
1616       OrigPhiRef = Phi;
1617       if (Phi->getType()->isIntegerTy() && TTI
1618           && TTI->isTruncateFree(Phi->getType(), Phis.back()->getType())) {
1619         // This phi can be freely truncated to the narrowest phi type. Map the
1620         // truncated expression to it so it will be reused for narrow types.
1621         const SCEV *TruncExpr =
1622           SE.getTruncateExpr(SE.getSCEV(Phi), Phis.back()->getType());
1623         ExprToIVMap[TruncExpr] = Phi;
1624       }
1625       continue;
1626     }
1627
1628     // Replacing a pointer phi with an integer phi or vice-versa doesn't make
1629     // sense.
1630     if (OrigPhiRef->getType()->isPointerTy() != Phi->getType()->isPointerTy())
1631       continue;
1632
1633     if (BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch()) {
1634       Instruction *OrigInc =
1635         cast<Instruction>(OrigPhiRef->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
1636       Instruction *IsomorphicInc =
1637         cast<Instruction>(Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
1638
1639       // If this phi has the same width but is more canonical, replace the
1640       // original with it. As part of the "more canonical" determination,
1641       // respect a prior decision to use an IV chain.
1642       if (OrigPhiRef->getType() == Phi->getType()
1643           && !(ChainedPhis.count(Phi)
1644                || isExpandedAddRecExprPHI(OrigPhiRef, OrigInc, L))
1645           && (ChainedPhis.count(Phi)
1646               || isExpandedAddRecExprPHI(Phi, IsomorphicInc, L))) {
1647         std::swap(OrigPhiRef, Phi);
1648         std::swap(OrigInc, IsomorphicInc);
1649       }
1650       // Replacing the congruent phi is sufficient because acyclic redundancy
1651       // elimination, CSE/GVN, should handle the rest. However, once SCEV proves
1652       // that a phi is congruent, it's often the head of an IV user cycle that
1653       // is isomorphic with the original phi. It's worth eagerly cleaning up the
1654       // common case of a single IV increment so that DeleteDeadPHIs can remove
1655       // cycles that had postinc uses.
1656       const SCEV *TruncExpr = SE.getTruncateOrNoop(SE.getSCEV(OrigInc),
1657                                                    IsomorphicInc->getType());
1658       if (OrigInc != IsomorphicInc
1659           && TruncExpr == SE.getSCEV(IsomorphicInc)
1660           && ((isa<PHINode>(OrigInc) && isa<PHINode>(IsomorphicInc))
1661               || hoistIVInc(OrigInc, IsomorphicInc))) {
1662         DEBUG_WITH_TYPE(DebugType, dbgs()
1663                         << "INDVARS: Eliminated congruent iv.inc: "
1664                         << *IsomorphicInc << '\n');
1665         Value *NewInc = OrigInc;
1666         if (OrigInc->getType() != IsomorphicInc->getType()) {
1667           Instruction *IP = isa<PHINode>(OrigInc)
1668             ? (Instruction*)L->getHeader()->getFirstInsertionPt()
1669             : OrigInc->getNextNode();
1670           IRBuilder<> Builder(IP);
1671           Builder.SetCurrentDebugLocation(IsomorphicInc->getDebugLoc());
1672           NewInc = Builder.
1673             CreateTruncOrBitCast(OrigInc, IsomorphicInc->getType(), IVName);
1674         }
1675         IsomorphicInc->replaceAllUsesWith(NewInc);
1676         DeadInsts.push_back(IsomorphicInc);
1677       }
1678     }
1679     DEBUG_WITH_TYPE(DebugType, dbgs()
1680                     << "INDVARS: Eliminated congruent iv: " << *Phi << '\n');
1681     ++NumElim;
1682     Value *NewIV = OrigPhiRef;
1683     if (OrigPhiRef->getType() != Phi->getType()) {
1684       IRBuilder<> Builder(L->getHeader()->getFirstInsertionPt());
1685       Builder.SetCurrentDebugLocation(Phi->getDebugLoc());
1686       NewIV = Builder.CreateTruncOrBitCast(OrigPhiRef, Phi->getType(), IVName);
1687     }
1688     Phi->replaceAllUsesWith(NewIV);
1689     DeadInsts.push_back(Phi);
1690   }
1691   return NumElim;
1692 }
1693
1694 namespace {
1695 // Search for a SCEV subexpression that is not safe to expand.  Any expression
1696 // that may expand to a !isSafeToSpeculativelyExecute value is unsafe, namely
1697 // UDiv expressions. We don't know if the UDiv is derived from an IR divide
1698 // instruction, but the important thing is that we prove the denominator is
1699 // nonzero before expansion.
1700 //
1701 // IVUsers already checks that IV-derived expressions are safe. So this check is
1702 // only needed when the expression includes some subexpression that is not IV
1703 // derived.
1704 //
1705 // Currently, we only allow division by a nonzero constant here. If this is
1706 // inadequate, we could easily allow division by SCEVUnknown by using
1707 // ValueTracking to check isKnownNonZero().
1708 //
1709 // We cannot generally expand recurrences unless the step dominates the loop
1710 // header. The expander handles the special case of affine recurrences by
1711 // scaling the recurrence outside the loop, but this technique isn't generally
1712 // applicable. Expanding a nested recurrence outside a loop requires computing
1713 // binomial coefficients. This could be done, but the recurrence has to be in a
1714 // perfectly reduced form, which can't be guaranteed.
1715 struct SCEVFindUnsafe {
1716   ScalarEvolution &SE;
1717   bool IsUnsafe;
1718
1719   SCEVFindUnsafe(ScalarEvolution &se): SE(se), IsUnsafe(false) {}
1720
1721   bool follow(const SCEV *S) {
1722     if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
1723       const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(D->getRHS());
1724       if (!SC || SC->getValue()->isZero()) {
1725         IsUnsafe = true;
1726         return false;
1727       }
1728     }
1729     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
1730       const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(SE);
1731       if (!AR->isAffine() && !SE.dominates(Step, AR->getLoop()->getHeader())) {
1732         IsUnsafe = true;
1733         return false;
1734       }
1735     }
1736     return true;
1737   }
1738   bool isDone() const { return IsUnsafe; }
1739 };
1740 }
1741
1742 namespace llvm {
1743 bool isSafeToExpand(const SCEV *S, ScalarEvolution &SE) {
1744   SCEVFindUnsafe Search(SE);
1745   visitAll(S, Search);
1746   return !Search.IsUnsafe;
1747 }
1748 }