Backport from GCC mainline.
[platform/upstream/linaro-gcc.git] / gcc / tree-scalar-evolution.c
1 /* Scalar evolution detector.
2    Copyright (C) 2003-2016 Free Software Foundation, Inc.
3    Contributed by Sebastian Pop <s.pop@laposte.net>
4
5 This file is part of GCC.
6
7 GCC is free software; you can redistribute it and/or modify it under
8 the terms of the GNU General Public License as published by the Free
9 Software Foundation; either version 3, or (at your option) any later
10 version.
11
12 GCC is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
13 WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
14 FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
15 for more details.
16
17 You should have received a copy of the GNU General Public License
18 along with GCC; see the file COPYING3.  If not see
19 <http://www.gnu.org/licenses/>.  */
20
21 /*
22    Description:
23
24    This pass analyzes the evolution of scalar variables in loop
25    structures.  The algorithm is based on the SSA representation,
26    and on the loop hierarchy tree.  This algorithm is not based on
27    the notion of versions of a variable, as it was the case for the
28    previous implementations of the scalar evolution algorithm, but
29    it assumes that each defined name is unique.
30
31    The notation used in this file is called "chains of recurrences",
32    and has been proposed by Eugene Zima, Robert Van Engelen, and
33    others for describing induction variables in programs.  For example
34    "b -> {0, +, 2}_1" means that the scalar variable "b" is equal to 0
35    when entering in the loop_1 and has a step 2 in this loop, in other
36    words "for (b = 0; b < N; b+=2);".  Note that the coefficients of
37    this chain of recurrence (or chrec [shrek]) can contain the name of
38    other variables, in which case they are called parametric chrecs.
39    For example, "b -> {a, +, 2}_1" means that the initial value of "b"
40    is the value of "a".  In most of the cases these parametric chrecs
41    are fully instantiated before their use because symbolic names can
42    hide some difficult cases such as self-references described later
43    (see the Fibonacci example).
44
45    A short sketch of the algorithm is:
46
47    Given a scalar variable to be analyzed, follow the SSA edge to
48    its definition:
49
50    - When the definition is a GIMPLE_ASSIGN: if the right hand side
51    (RHS) of the definition cannot be statically analyzed, the answer
52    of the analyzer is: "don't know".
53    Otherwise, for all the variables that are not yet analyzed in the
54    RHS, try to determine their evolution, and finally try to
55    evaluate the operation of the RHS that gives the evolution
56    function of the analyzed variable.
57
58    - When the definition is a condition-phi-node: determine the
59    evolution function for all the branches of the phi node, and
60    finally merge these evolutions (see chrec_merge).
61
62    - When the definition is a loop-phi-node: determine its initial
63    condition, that is the SSA edge defined in an outer loop, and
64    keep it symbolic.  Then determine the SSA edges that are defined
65    in the body of the loop.  Follow the inner edges until ending on
66    another loop-phi-node of the same analyzed loop.  If the reached
67    loop-phi-node is not the starting loop-phi-node, then we keep
68    this definition under a symbolic form.  If the reached
69    loop-phi-node is the same as the starting one, then we compute a
70    symbolic stride on the return path.  The result is then the
71    symbolic chrec {initial_condition, +, symbolic_stride}_loop.
72
73    Examples:
74
75    Example 1: Illustration of the basic algorithm.
76
77    | a = 3
78    | loop_1
79    |   b = phi (a, c)
80    |   c = b + 1
81    |   if (c > 10) exit_loop
82    | endloop
83
84    Suppose that we want to know the number of iterations of the
85    loop_1.  The exit_loop is controlled by a COND_EXPR (c > 10).  We
86    ask the scalar evolution analyzer two questions: what's the
87    scalar evolution (scev) of "c", and what's the scev of "10".  For
88    "10" the answer is "10" since it is a scalar constant.  For the
89    scalar variable "c", it follows the SSA edge to its definition,
90    "c = b + 1", and then asks again what's the scev of "b".
91    Following the SSA edge, we end on a loop-phi-node "b = phi (a,
92    c)", where the initial condition is "a", and the inner loop edge
93    is "c".  The initial condition is kept under a symbolic form (it
94    may be the case that the copy constant propagation has done its
95    work and we end with the constant "3" as one of the edges of the
96    loop-phi-node).  The update edge is followed to the end of the
97    loop, and until reaching again the starting loop-phi-node: b -> c
98    -> b.  At this point we have drawn a path from "b" to "b" from
99    which we compute the stride in the loop: in this example it is
100    "+1".  The resulting scev for "b" is "b -> {a, +, 1}_1".  Now
101    that the scev for "b" is known, it is possible to compute the
102    scev for "c", that is "c -> {a + 1, +, 1}_1".  In order to
103    determine the number of iterations in the loop_1, we have to
104    instantiate_parameters (loop_1, {a + 1, +, 1}_1), that gives after some
105    more analysis the scev {4, +, 1}_1, or in other words, this is
106    the function "f (x) = x + 4", where x is the iteration count of
107    the loop_1.  Now we have to solve the inequality "x + 4 > 10",
108    and take the smallest iteration number for which the loop is
109    exited: x = 7.  This loop runs from x = 0 to x = 7, and in total
110    there are 8 iterations.  In terms of loop normalization, we have
111    created a variable that is implicitly defined, "x" or just "_1",
112    and all the other analyzed scalars of the loop are defined in
113    function of this variable:
114
115    a -> 3
116    b -> {3, +, 1}_1
117    c -> {4, +, 1}_1
118
119    or in terms of a C program:
120
121    | a = 3
122    | for (x = 0; x <= 7; x++)
123    |   {
124    |     b = x + 3
125    |     c = x + 4
126    |   }
127
128    Example 2a: Illustration of the algorithm on nested loops.
129
130    | loop_1
131    |   a = phi (1, b)
132    |   c = a + 2
133    |   loop_2  10 times
134    |     b = phi (c, d)
135    |     d = b + 3
136    |   endloop
137    | endloop
138
139    For analyzing the scalar evolution of "a", the algorithm follows
140    the SSA edge into the loop's body: "a -> b".  "b" is an inner
141    loop-phi-node, and its analysis as in Example 1, gives:
142
143    b -> {c, +, 3}_2
144    d -> {c + 3, +, 3}_2
145
146    Following the SSA edge for the initial condition, we end on "c = a
147    + 2", and then on the starting loop-phi-node "a".  From this point,
148    the loop stride is computed: back on "c = a + 2" we get a "+2" in
149    the loop_1, then on the loop-phi-node "b" we compute the overall
150    effect of the inner loop that is "b = c + 30", and we get a "+30"
151    in the loop_1.  That means that the overall stride in loop_1 is
152    equal to "+32", and the result is:
153
154    a -> {1, +, 32}_1
155    c -> {3, +, 32}_1
156
157    Example 2b: Multivariate chains of recurrences.
158
159    | loop_1
160    |   k = phi (0, k + 1)
161    |   loop_2  4 times
162    |     j = phi (0, j + 1)
163    |     loop_3 4 times
164    |       i = phi (0, i + 1)
165    |       A[j + k] = ...
166    |     endloop
167    |   endloop
168    | endloop
169
170    Analyzing the access function of array A with
171    instantiate_parameters (loop_1, "j + k"), we obtain the
172    instantiation and the analysis of the scalar variables "j" and "k"
173    in loop_1.  This leads to the scalar evolution {4, +, 1}_1: the end
174    value of loop_2 for "j" is 4, and the evolution of "k" in loop_1 is
175    {0, +, 1}_1.  To obtain the evolution function in loop_3 and
176    instantiate the scalar variables up to loop_1, one has to use:
177    instantiate_scev (block_before_loop (loop_1), loop_3, "j + k").
178    The result of this call is {{0, +, 1}_1, +, 1}_2.
179
180    Example 3: Higher degree polynomials.
181
182    | loop_1
183    |   a = phi (2, b)
184    |   c = phi (5, d)
185    |   b = a + 1
186    |   d = c + a
187    | endloop
188
189    a -> {2, +, 1}_1
190    b -> {3, +, 1}_1
191    c -> {5, +, a}_1
192    d -> {5 + a, +, a}_1
193
194    instantiate_parameters (loop_1, {5, +, a}_1) -> {5, +, 2, +, 1}_1
195    instantiate_parameters (loop_1, {5 + a, +, a}_1) -> {7, +, 3, +, 1}_1
196
197    Example 4: Lucas, Fibonacci, or mixers in general.
198
199    | loop_1
200    |   a = phi (1, b)
201    |   c = phi (3, d)
202    |   b = c
203    |   d = c + a
204    | endloop
205
206    a -> (1, c)_1
207    c -> {3, +, a}_1
208
209    The syntax "(1, c)_1" stands for a PEELED_CHREC that has the
210    following semantics: during the first iteration of the loop_1, the
211    variable contains the value 1, and then it contains the value "c".
212    Note that this syntax is close to the syntax of the loop-phi-node:
213    "a -> (1, c)_1" vs. "a = phi (1, c)".
214
215    The symbolic chrec representation contains all the semantics of the
216    original code.  What is more difficult is to use this information.
217
218    Example 5: Flip-flops, or exchangers.
219
220    | loop_1
221    |   a = phi (1, b)
222    |   c = phi (3, d)
223    |   b = c
224    |   d = a
225    | endloop
226
227    a -> (1, c)_1
228    c -> (3, a)_1
229
230    Based on these symbolic chrecs, it is possible to refine this
231    information into the more precise PERIODIC_CHRECs:
232
233    a -> |1, 3|_1
234    c -> |3, 1|_1
235
236    This transformation is not yet implemented.
237
238    Further readings:
239
240    You can find a more detailed description of the algorithm in:
241    http://icps.u-strasbg.fr/~pop/DEA_03_Pop.pdf
242    http://icps.u-strasbg.fr/~pop/DEA_03_Pop.ps.gz.  But note that
243    this is a preliminary report and some of the details of the
244    algorithm have changed.  I'm working on a research report that
245    updates the description of the algorithms to reflect the design
246    choices used in this implementation.
247
248    A set of slides show a high level overview of the algorithm and run
249    an example through the scalar evolution analyzer:
250    http://cri.ensmp.fr/~pop/gcc/mar04/slides.pdf
251
252    The slides that I have presented at the GCC Summit'04 are available
253    at: http://cri.ensmp.fr/~pop/gcc/20040604/gccsummit-lno-spop.pdf
254 */
255
256 #include "config.h"
257 #include "system.h"
258 #include "coretypes.h"
259 #include "backend.h"
260 #include "rtl.h"
261 #include "tree.h"
262 #include "gimple.h"
263 #include "ssa.h"
264 #include "gimple-pretty-print.h"
265 #include "fold-const.h"
266 #include "gimplify.h"
267 #include "gimple-iterator.h"
268 #include "gimplify-me.h"
269 #include "tree-cfg.h"
270 #include "tree-ssa-loop-ivopts.h"
271 #include "tree-ssa-loop-manip.h"
272 #include "tree-ssa-loop-niter.h"
273 #include "tree-ssa-loop.h"
274 #include "tree-ssa.h"
275 #include "cfgloop.h"
276 #include "tree-chrec.h"
277 #include "tree-affine.h"
278 #include "tree-scalar-evolution.h"
279 #include "dumpfile.h"
280 #include "params.h"
281 #include "tree-ssa-propagate.h"
282 #include "gimple-fold.h"
283
284 static tree analyze_scalar_evolution_1 (struct loop *, tree, tree);
285 static tree analyze_scalar_evolution_for_address_of (struct loop *loop,
286                                                      tree var);
287
288 /* The cached information about an SSA name with version NAME_VERSION,
289    claiming that below basic block with index INSTANTIATED_BELOW, the
290    value of the SSA name can be expressed as CHREC.  */
291
292 struct GTY((for_user)) scev_info_str {
293   unsigned int name_version;
294   int instantiated_below;
295   tree chrec;
296 };
297
298 /* Counters for the scev database.  */
299 static unsigned nb_set_scev = 0;
300 static unsigned nb_get_scev = 0;
301
302 /* The following trees are unique elements.  Thus the comparison of
303    another element to these elements should be done on the pointer to
304    these trees, and not on their value.  */
305
306 /* The SSA_NAMEs that are not yet analyzed are qualified with NULL_TREE.  */
307 tree chrec_not_analyzed_yet;
308
309 /* Reserved to the cases where the analyzer has detected an
310    undecidable property at compile time.  */
311 tree chrec_dont_know;
312
313 /* When the analyzer has detected that a property will never
314    happen, then it qualifies it with chrec_known.  */
315 tree chrec_known;
316
317 struct scev_info_hasher : ggc_ptr_hash<scev_info_str>
318 {
319   static hashval_t hash (scev_info_str *i);
320   static bool equal (const scev_info_str *a, const scev_info_str *b);
321 };
322
323 static GTY (()) hash_table<scev_info_hasher> *scalar_evolution_info;
324
325 \f
326 /* Constructs a new SCEV_INFO_STR structure for VAR and INSTANTIATED_BELOW.  */
327
328 static inline struct scev_info_str *
329 new_scev_info_str (basic_block instantiated_below, tree var)
330 {
331   struct scev_info_str *res;
332
333   res = ggc_alloc<scev_info_str> ();
334   res->name_version = SSA_NAME_VERSION (var);
335   res->chrec = chrec_not_analyzed_yet;
336   res->instantiated_below = instantiated_below->index;
337
338   return res;
339 }
340
341 /* Computes a hash function for database element ELT.  */
342
343 hashval_t
344 scev_info_hasher::hash (scev_info_str *elt)
345 {
346   return elt->name_version ^ elt->instantiated_below;
347 }
348
349 /* Compares database elements E1 and E2.  */
350
351 bool
352 scev_info_hasher::equal (const scev_info_str *elt1, const scev_info_str *elt2)
353 {
354   return (elt1->name_version == elt2->name_version
355           && elt1->instantiated_below == elt2->instantiated_below);
356 }
357
358 /* Get the scalar evolution of VAR for INSTANTIATED_BELOW basic block.
359    A first query on VAR returns chrec_not_analyzed_yet.  */
360
361 static tree *
362 find_var_scev_info (basic_block instantiated_below, tree var)
363 {
364   struct scev_info_str *res;
365   struct scev_info_str tmp;
366
367   tmp.name_version = SSA_NAME_VERSION (var);
368   tmp.instantiated_below = instantiated_below->index;
369   scev_info_str **slot = scalar_evolution_info->find_slot (&tmp, INSERT);
370
371   if (!*slot)
372     *slot = new_scev_info_str (instantiated_below, var);
373   res = *slot;
374
375   return &res->chrec;
376 }
377
378 /* Return true when CHREC contains symbolic names defined in
379    LOOP_NB.  */
380
381 bool
382 chrec_contains_symbols_defined_in_loop (const_tree chrec, unsigned loop_nb)
383 {
384   int i, n;
385
386   if (chrec == NULL_TREE)
387     return false;
388
389   if (is_gimple_min_invariant (chrec))
390     return false;
391
392   if (TREE_CODE (chrec) == SSA_NAME)
393     {
394       gimple *def;
395       loop_p def_loop, loop;
396
397       if (SSA_NAME_IS_DEFAULT_DEF (chrec))
398         return false;
399
400       def = SSA_NAME_DEF_STMT (chrec);
401       def_loop = loop_containing_stmt (def);
402       loop = get_loop (cfun, loop_nb);
403
404       if (def_loop == NULL)
405         return false;
406
407       if (loop == def_loop || flow_loop_nested_p (loop, def_loop))
408         return true;
409
410       return false;
411     }
412
413   n = TREE_OPERAND_LENGTH (chrec);
414   for (i = 0; i < n; i++)
415     if (chrec_contains_symbols_defined_in_loop (TREE_OPERAND (chrec, i),
416                                                 loop_nb))
417       return true;
418   return false;
419 }
420
421 /* Return true when PHI is a loop-phi-node.  */
422
423 static bool
424 loop_phi_node_p (gimple *phi)
425 {
426   /* The implementation of this function is based on the following
427      property: "all the loop-phi-nodes of a loop are contained in the
428      loop's header basic block".  */
429
430   return loop_containing_stmt (phi)->header == gimple_bb (phi);
431 }
432
433 /* Compute the scalar evolution for EVOLUTION_FN after crossing LOOP.
434    In general, in the case of multivariate evolutions we want to get
435    the evolution in different loops.  LOOP specifies the level for
436    which to get the evolution.
437
438    Example:
439
440    | for (j = 0; j < 100; j++)
441    |   {
442    |     for (k = 0; k < 100; k++)
443    |       {
444    |         i = k + j;   - Here the value of i is a function of j, k.
445    |       }
446    |      ... = i         - Here the value of i is a function of j.
447    |   }
448    | ... = i              - Here the value of i is a scalar.
449
450    Example:
451
452    | i_0 = ...
453    | loop_1 10 times
454    |   i_1 = phi (i_0, i_2)
455    |   i_2 = i_1 + 2
456    | endloop
457
458    This loop has the same effect as:
459    LOOP_1 has the same effect as:
460
461    | i_1 = i_0 + 20
462
463    The overall effect of the loop, "i_0 + 20" in the previous example,
464    is obtained by passing in the parameters: LOOP = 1,
465    EVOLUTION_FN = {i_0, +, 2}_1.
466 */
467
468 tree
469 compute_overall_effect_of_inner_loop (struct loop *loop, tree evolution_fn)
470 {
471   bool val = false;
472
473   if (evolution_fn == chrec_dont_know)
474     return chrec_dont_know;
475
476   else if (TREE_CODE (evolution_fn) == POLYNOMIAL_CHREC)
477     {
478       struct loop *inner_loop = get_chrec_loop (evolution_fn);
479
480       if (inner_loop == loop
481           || flow_loop_nested_p (loop, inner_loop))
482         {
483           tree nb_iter = number_of_latch_executions (inner_loop);
484
485           if (nb_iter == chrec_dont_know)
486             return chrec_dont_know;
487           else
488             {
489               tree res;
490
491               /* evolution_fn is the evolution function in LOOP.  Get
492                  its value in the nb_iter-th iteration.  */
493               res = chrec_apply (inner_loop->num, evolution_fn, nb_iter);
494
495               if (chrec_contains_symbols_defined_in_loop (res, loop->num))
496                 res = instantiate_parameters (loop, res);
497
498               /* Continue the computation until ending on a parent of LOOP.  */
499               return compute_overall_effect_of_inner_loop (loop, res);
500             }
501         }
502       else
503         return evolution_fn;
504      }
505
506   /* If the evolution function is an invariant, there is nothing to do.  */
507   else if (no_evolution_in_loop_p (evolution_fn, loop->num, &val) && val)
508     return evolution_fn;
509
510   else
511     return chrec_dont_know;
512 }
513
514 /* Associate CHREC to SCALAR.  */
515
516 static void
517 set_scalar_evolution (basic_block instantiated_below, tree scalar, tree chrec)
518 {
519   tree *scalar_info;
520
521   if (TREE_CODE (scalar) != SSA_NAME)
522     return;
523
524   scalar_info = find_var_scev_info (instantiated_below, scalar);
525
526   if (dump_file)
527     {
528       if (dump_flags & TDF_SCEV)
529         {
530           fprintf (dump_file, "(set_scalar_evolution \n");
531           fprintf (dump_file, "  instantiated_below = %d \n",
532                    instantiated_below->index);
533           fprintf (dump_file, "  (scalar = ");
534           print_generic_expr (dump_file, scalar, 0);
535           fprintf (dump_file, ")\n  (scalar_evolution = ");
536           print_generic_expr (dump_file, chrec, 0);
537           fprintf (dump_file, "))\n");
538         }
539       if (dump_flags & TDF_STATS)
540         nb_set_scev++;
541     }
542
543   *scalar_info = chrec;
544 }
545
546 /* Retrieve the chrec associated to SCALAR instantiated below
547    INSTANTIATED_BELOW block.  */
548
549 static tree
550 get_scalar_evolution (basic_block instantiated_below, tree scalar)
551 {
552   tree res;
553
554   if (dump_file)
555     {
556       if (dump_flags & TDF_SCEV)
557         {
558           fprintf (dump_file, "(get_scalar_evolution \n");
559           fprintf (dump_file, "  (scalar = ");
560           print_generic_expr (dump_file, scalar, 0);
561           fprintf (dump_file, ")\n");
562         }
563       if (dump_flags & TDF_STATS)
564         nb_get_scev++;
565     }
566
567   switch (TREE_CODE (scalar))
568     {
569     case SSA_NAME:
570       res = *find_var_scev_info (instantiated_below, scalar);
571       break;
572
573     case REAL_CST:
574     case FIXED_CST:
575     case INTEGER_CST:
576       res = scalar;
577       break;
578
579     default:
580       res = chrec_not_analyzed_yet;
581       break;
582     }
583
584   if (dump_file && (dump_flags & TDF_SCEV))
585     {
586       fprintf (dump_file, "  (scalar_evolution = ");
587       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
588       fprintf (dump_file, "))\n");
589     }
590
591   return res;
592 }
593
594 /* Helper function for add_to_evolution.  Returns the evolution
595    function for an assignment of the form "a = b + c", where "a" and
596    "b" are on the strongly connected component.  CHREC_BEFORE is the
597    information that we already have collected up to this point.
598    TO_ADD is the evolution of "c".
599
600    When CHREC_BEFORE has an evolution part in LOOP_NB, add to this
601    evolution the expression TO_ADD, otherwise construct an evolution
602    part for this loop.  */
603
604 static tree
605 add_to_evolution_1 (unsigned loop_nb, tree chrec_before, tree to_add,
606                     gimple *at_stmt)
607 {
608   tree type, left, right;
609   struct loop *loop = get_loop (cfun, loop_nb), *chloop;
610
611   switch (TREE_CODE (chrec_before))
612     {
613     case POLYNOMIAL_CHREC:
614       chloop = get_chrec_loop (chrec_before);
615       if (chloop == loop
616           || flow_loop_nested_p (chloop, loop))
617         {
618           unsigned var;
619
620           type = chrec_type (chrec_before);
621
622           /* When there is no evolution part in this loop, build it.  */
623           if (chloop != loop)
624             {
625               var = loop_nb;
626               left = chrec_before;
627               right = SCALAR_FLOAT_TYPE_P (type)
628                 ? build_real (type, dconst0)
629                 : build_int_cst (type, 0);
630             }
631           else
632             {
633               var = CHREC_VARIABLE (chrec_before);
634               left = CHREC_LEFT (chrec_before);
635               right = CHREC_RIGHT (chrec_before);
636             }
637
638           to_add = chrec_convert (type, to_add, at_stmt);
639           right = chrec_convert_rhs (type, right, at_stmt);
640           right = chrec_fold_plus (chrec_type (right), right, to_add);
641           return build_polynomial_chrec (var, left, right);
642         }
643       else
644         {
645           gcc_assert (flow_loop_nested_p (loop, chloop));
646
647           /* Search the evolution in LOOP_NB.  */
648           left = add_to_evolution_1 (loop_nb, CHREC_LEFT (chrec_before),
649                                      to_add, at_stmt);
650           right = CHREC_RIGHT (chrec_before);
651           right = chrec_convert_rhs (chrec_type (left), right, at_stmt);
652           return build_polynomial_chrec (CHREC_VARIABLE (chrec_before),
653                                          left, right);
654         }
655
656     default:
657       /* These nodes do not depend on a loop.  */
658       if (chrec_before == chrec_dont_know)
659         return chrec_dont_know;
660
661       left = chrec_before;
662       right = chrec_convert_rhs (chrec_type (left), to_add, at_stmt);
663       return build_polynomial_chrec (loop_nb, left, right);
664     }
665 }
666
667 /* Add TO_ADD to the evolution part of CHREC_BEFORE in the dimension
668    of LOOP_NB.
669
670    Description (provided for completeness, for those who read code in
671    a plane, and for my poor 62 bytes brain that would have forgotten
672    all this in the next two or three months):
673
674    The algorithm of translation of programs from the SSA representation
675    into the chrecs syntax is based on a pattern matching.  After having
676    reconstructed the overall tree expression for a loop, there are only
677    two cases that can arise:
678
679    1. a = loop-phi (init, a + expr)
680    2. a = loop-phi (init, expr)
681
682    where EXPR is either a scalar constant with respect to the analyzed
683    loop (this is a degree 0 polynomial), or an expression containing
684    other loop-phi definitions (these are higher degree polynomials).
685
686    Examples:
687
688    1.
689    | init = ...
690    | loop_1
691    |   a = phi (init, a + 5)
692    | endloop
693
694    2.
695    | inita = ...
696    | initb = ...
697    | loop_1
698    |   a = phi (inita, 2 * b + 3)
699    |   b = phi (initb, b + 1)
700    | endloop
701
702    For the first case, the semantics of the SSA representation is:
703
704    | a (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} expr (j)
705
706    that is, there is a loop index "x" that determines the scalar value
707    of the variable during the loop execution.  During the first
708    iteration, the value is that of the initial condition INIT, while
709    during the subsequent iterations, it is the sum of the initial
710    condition with the sum of all the values of EXPR from the initial
711    iteration to the before last considered iteration.
712
713    For the second case, the semantics of the SSA program is:
714
715    | a (x) = init, if x = 0;
716    |         expr (x - 1), otherwise.
717
718    The second case corresponds to the PEELED_CHREC, whose syntax is
719    close to the syntax of a loop-phi-node:
720
721    | phi (init, expr)  vs.  (init, expr)_x
722
723    The proof of the translation algorithm for the first case is a
724    proof by structural induction based on the degree of EXPR.
725
726    Degree 0:
727    When EXPR is a constant with respect to the analyzed loop, or in
728    other words when EXPR is a polynomial of degree 0, the evolution of
729    the variable A in the loop is an affine function with an initial
730    condition INIT, and a step EXPR.  In order to show this, we start
731    from the semantics of the SSA representation:
732
733    f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} expr (j)
734
735    and since "expr (j)" is a constant with respect to "j",
736
737    f (x) = init + x * expr
738
739    Finally, based on the semantics of the pure sum chrecs, by
740    identification we get the corresponding chrecs syntax:
741
742    f (x) = init * \binom{x}{0} + expr * \binom{x}{1}
743    f (x) -> {init, +, expr}_x
744
745    Higher degree:
746    Suppose that EXPR is a polynomial of degree N with respect to the
747    analyzed loop_x for which we have already determined that it is
748    written under the chrecs syntax:
749
750    | expr (x)  ->  {b_0, +, b_1, +, ..., +, b_{n-1}} (x)
751
752    We start from the semantics of the SSA program:
753
754    | f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} expr (j)
755    |
756    | f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1}
757    |                (b_0 * \binom{j}{0} + ... + b_{n-1} * \binom{j}{n-1})
758    |
759    | f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1}
760    |                \sum_{k = 0}^{n - 1} (b_k * \binom{j}{k})
761    |
762    | f (x) = init + \sum_{k = 0}^{n - 1}
763    |                (b_k * \sum_{j = 0}^{x - 1} \binom{j}{k})
764    |
765    | f (x) = init + \sum_{k = 0}^{n - 1}
766    |                (b_k * \binom{x}{k + 1})
767    |
768    | f (x) = init + b_0 * \binom{x}{1} + ...
769    |              + b_{n-1} * \binom{x}{n}
770    |
771    | f (x) = init * \binom{x}{0} + b_0 * \binom{x}{1} + ...
772    |                             + b_{n-1} * \binom{x}{n}
773    |
774
775    And finally from the definition of the chrecs syntax, we identify:
776    | f (x)  ->  {init, +, b_0, +, ..., +, b_{n-1}}_x
777
778    This shows the mechanism that stands behind the add_to_evolution
779    function.  An important point is that the use of symbolic
780    parameters avoids the need of an analysis schedule.
781
782    Example:
783
784    | inita = ...
785    | initb = ...
786    | loop_1
787    |   a = phi (inita, a + 2 + b)
788    |   b = phi (initb, b + 1)
789    | endloop
790
791    When analyzing "a", the algorithm keeps "b" symbolically:
792
793    | a  ->  {inita, +, 2 + b}_1
794
795    Then, after instantiation, the analyzer ends on the evolution:
796
797    | a  ->  {inita, +, 2 + initb, +, 1}_1
798
799 */
800
801 static tree
802 add_to_evolution (unsigned loop_nb, tree chrec_before, enum tree_code code,
803                   tree to_add, gimple *at_stmt)
804 {
805   tree type = chrec_type (to_add);
806   tree res = NULL_TREE;
807
808   if (to_add == NULL_TREE)
809     return chrec_before;
810
811   /* TO_ADD is either a scalar, or a parameter.  TO_ADD is not
812      instantiated at this point.  */
813   if (TREE_CODE (to_add) == POLYNOMIAL_CHREC)
814     /* This should not happen.  */
815     return chrec_dont_know;
816
817   if (dump_file && (dump_flags & TDF_SCEV))
818     {
819       fprintf (dump_file, "(add_to_evolution \n");
820       fprintf (dump_file, "  (loop_nb = %d)\n", loop_nb);
821       fprintf (dump_file, "  (chrec_before = ");
822       print_generic_expr (dump_file, chrec_before, 0);
823       fprintf (dump_file, ")\n  (to_add = ");
824       print_generic_expr (dump_file, to_add, 0);
825       fprintf (dump_file, ")\n");
826     }
827
828   if (code == MINUS_EXPR)
829     to_add = chrec_fold_multiply (type, to_add, SCALAR_FLOAT_TYPE_P (type)
830                                   ? build_real (type, dconstm1)
831                                   : build_int_cst_type (type, -1));
832
833   res = add_to_evolution_1 (loop_nb, chrec_before, to_add, at_stmt);
834
835   if (dump_file && (dump_flags & TDF_SCEV))
836     {
837       fprintf (dump_file, "  (res = ");
838       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
839       fprintf (dump_file, "))\n");
840     }
841
842   return res;
843 }
844
845 \f
846
847 /* This section selects the loops that will be good candidates for the
848    scalar evolution analysis.  For the moment, greedily select all the
849    loop nests we could analyze.  */
850
851 /* For a loop with a single exit edge, return the COND_EXPR that
852    guards the exit edge.  If the expression is too difficult to
853    analyze, then give up.  */
854
855 gcond *
856 get_loop_exit_condition (const struct loop *loop)
857 {
858   gcond *res = NULL;
859   edge exit_edge = single_exit (loop);
860
861   if (dump_file && (dump_flags & TDF_SCEV))
862     fprintf (dump_file, "(get_loop_exit_condition \n  ");
863
864   if (exit_edge)
865     {
866       gimple *stmt;
867
868       stmt = last_stmt (exit_edge->src);
869       if (gcond *cond_stmt = dyn_cast <gcond *> (stmt))
870         res = cond_stmt;
871     }
872
873   if (dump_file && (dump_flags & TDF_SCEV))
874     {
875       print_gimple_stmt (dump_file, res, 0, 0);
876       fprintf (dump_file, ")\n");
877     }
878
879   return res;
880 }
881
882 \f
883 /* Depth first search algorithm.  */
884
885 enum t_bool {
886   t_false,
887   t_true,
888   t_dont_know
889 };
890
891
892 static t_bool follow_ssa_edge (struct loop *loop, gimple *, gphi *,
893                                tree *, int);
894
895 /* Follow the ssa edge into the binary expression RHS0 CODE RHS1.
896    Return true if the strongly connected component has been found.  */
897
898 static t_bool
899 follow_ssa_edge_binary (struct loop *loop, gimple *at_stmt,
900                         tree type, tree rhs0, enum tree_code code, tree rhs1,
901                         gphi *halting_phi, tree *evolution_of_loop,
902                         int limit)
903 {
904   t_bool res = t_false;
905   tree evol;
906
907   switch (code)
908     {
909     case POINTER_PLUS_EXPR:
910     case PLUS_EXPR:
911       if (TREE_CODE (rhs0) == SSA_NAME)
912         {
913           if (TREE_CODE (rhs1) == SSA_NAME)
914             {
915               /* Match an assignment under the form:
916                  "a = b + c".  */
917
918               /* We want only assignments of form "name + name" contribute to
919                  LIMIT, as the other cases do not necessarily contribute to
920                  the complexity of the expression.  */
921               limit++;
922
923               evol = *evolution_of_loop;
924               evol = add_to_evolution
925                   (loop->num,
926                    chrec_convert (type, evol, at_stmt),
927                    code, rhs1, at_stmt);
928               res = follow_ssa_edge
929                 (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs0), halting_phi, &evol, limit);
930               if (res == t_true)
931                 *evolution_of_loop = evol;
932               else if (res == t_false)
933                 {
934                   *evolution_of_loop = add_to_evolution
935                       (loop->num,
936                        chrec_convert (type, *evolution_of_loop, at_stmt),
937                        code, rhs0, at_stmt);
938                   res = follow_ssa_edge
939                     (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs1), halting_phi,
940                      evolution_of_loop, limit);
941                   if (res == t_true)
942                     ;
943                   else if (res == t_dont_know)
944                     *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
945                 }
946
947               else if (res == t_dont_know)
948                 *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
949             }
950
951           else
952             {
953               /* Match an assignment under the form:
954                  "a = b + ...".  */
955               *evolution_of_loop = add_to_evolution
956                   (loop->num, chrec_convert (type, *evolution_of_loop,
957                                              at_stmt),
958                    code, rhs1, at_stmt);
959               res = follow_ssa_edge
960                 (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs0), halting_phi,
961                  evolution_of_loop, limit);
962               if (res == t_true)
963                 ;       
964               else if (res == t_dont_know)
965                 *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
966             }
967         }
968
969       else if (TREE_CODE (rhs1) == SSA_NAME)
970         {
971           /* Match an assignment under the form:
972              "a = ... + c".  */
973           *evolution_of_loop = add_to_evolution
974               (loop->num, chrec_convert (type, *evolution_of_loop,
975                                          at_stmt),
976                code, rhs0, at_stmt);
977           res = follow_ssa_edge
978             (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs1), halting_phi,
979              evolution_of_loop, limit);
980           if (res == t_true)
981             ;
982           else if (res == t_dont_know)
983             *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
984         }
985
986       else
987         /* Otherwise, match an assignment under the form:
988            "a = ... + ...".  */
989         /* And there is nothing to do.  */
990         res = t_false;
991       break;
992
993     case MINUS_EXPR:
994       /* This case is under the form "opnd0 = rhs0 - rhs1".  */
995       if (TREE_CODE (rhs0) == SSA_NAME)
996         {
997           /* Match an assignment under the form:
998              "a = b - ...".  */
999
1000           /* We want only assignments of form "name - name" contribute to
1001              LIMIT, as the other cases do not necessarily contribute to
1002              the complexity of the expression.  */
1003           if (TREE_CODE (rhs1) == SSA_NAME)
1004             limit++;
1005
1006           *evolution_of_loop = add_to_evolution
1007               (loop->num, chrec_convert (type, *evolution_of_loop, at_stmt),
1008                MINUS_EXPR, rhs1, at_stmt);
1009           res = follow_ssa_edge (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs0), halting_phi,
1010                                  evolution_of_loop, limit);
1011           if (res == t_true)
1012             ;
1013           else if (res == t_dont_know)
1014             *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1015         }
1016       else
1017         /* Otherwise, match an assignment under the form:
1018            "a = ... - ...".  */
1019         /* And there is nothing to do.  */
1020         res = t_false;
1021       break;
1022
1023     default:
1024       res = t_false;
1025     }
1026
1027   return res;
1028 }
1029
1030 /* Follow the ssa edge into the expression EXPR.
1031    Return true if the strongly connected component has been found.  */
1032
1033 static t_bool
1034 follow_ssa_edge_expr (struct loop *loop, gimple *at_stmt, tree expr,
1035                       gphi *halting_phi, tree *evolution_of_loop,
1036                       int limit)
1037 {
1038   enum tree_code code = TREE_CODE (expr);
1039   tree type = TREE_TYPE (expr), rhs0, rhs1;
1040   t_bool res;
1041
1042   /* The EXPR is one of the following cases:
1043      - an SSA_NAME,
1044      - an INTEGER_CST,
1045      - a PLUS_EXPR,
1046      - a POINTER_PLUS_EXPR,
1047      - a MINUS_EXPR,
1048      - an ASSERT_EXPR,
1049      - other cases are not yet handled.  */
1050
1051   switch (code)
1052     {
1053     CASE_CONVERT:
1054       /* This assignment is under the form "a_1 = (cast) rhs.  */
1055       res = follow_ssa_edge_expr (loop, at_stmt, TREE_OPERAND (expr, 0),
1056                                   halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1057       *evolution_of_loop = chrec_convert (type, *evolution_of_loop, at_stmt);
1058       break;
1059
1060     case INTEGER_CST:
1061       /* This assignment is under the form "a_1 = 7".  */
1062       res = t_false;
1063       break;
1064
1065     case SSA_NAME:
1066       /* This assignment is under the form: "a_1 = b_2".  */
1067       res = follow_ssa_edge
1068         (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (expr), halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1069       break;
1070
1071     case POINTER_PLUS_EXPR:
1072     case PLUS_EXPR:
1073     case MINUS_EXPR:
1074       /* This case is under the form "rhs0 +- rhs1".  */
1075       rhs0 = TREE_OPERAND (expr, 0);
1076       rhs1 = TREE_OPERAND (expr, 1);
1077       type = TREE_TYPE (rhs0);
1078       STRIP_USELESS_TYPE_CONVERSION (rhs0);
1079       STRIP_USELESS_TYPE_CONVERSION (rhs1);
1080       res = follow_ssa_edge_binary (loop, at_stmt, type, rhs0, code, rhs1,
1081                                     halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1082       break;
1083
1084     case ADDR_EXPR:
1085       /* Handle &MEM[ptr + CST] which is equivalent to POINTER_PLUS_EXPR.  */
1086       if (TREE_CODE (TREE_OPERAND (expr, 0)) == MEM_REF)
1087         {
1088           expr = TREE_OPERAND (expr, 0);
1089           rhs0 = TREE_OPERAND (expr, 0);
1090           rhs1 = TREE_OPERAND (expr, 1);
1091           type = TREE_TYPE (rhs0);
1092           STRIP_USELESS_TYPE_CONVERSION (rhs0);
1093           STRIP_USELESS_TYPE_CONVERSION (rhs1);
1094           res = follow_ssa_edge_binary (loop, at_stmt, type,
1095                                         rhs0, POINTER_PLUS_EXPR, rhs1,
1096                                         halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1097         }
1098       else
1099         res = t_false;
1100       break;
1101
1102     case ASSERT_EXPR:
1103       /* This assignment is of the form: "a_1 = ASSERT_EXPR <a_2, ...>"
1104          It must be handled as a copy assignment of the form a_1 = a_2.  */
1105       rhs0 = ASSERT_EXPR_VAR (expr);
1106       if (TREE_CODE (rhs0) == SSA_NAME)
1107         res = follow_ssa_edge (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs0),
1108                                halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1109       else
1110         res = t_false;
1111       break;
1112
1113     default:
1114       res = t_false;
1115       break;
1116     }
1117
1118   return res;
1119 }
1120
1121 /* Follow the ssa edge into the right hand side of an assignment STMT.
1122    Return true if the strongly connected component has been found.  */
1123
1124 static t_bool
1125 follow_ssa_edge_in_rhs (struct loop *loop, gimple *stmt,
1126                         gphi *halting_phi, tree *evolution_of_loop,
1127                         int limit)
1128 {
1129   enum tree_code code = gimple_assign_rhs_code (stmt);
1130   tree type = gimple_expr_type (stmt), rhs1, rhs2;
1131   t_bool res;
1132
1133   switch (code)
1134     {
1135     CASE_CONVERT:
1136       /* This assignment is under the form "a_1 = (cast) rhs.  */
1137       res = follow_ssa_edge_expr (loop, stmt, gimple_assign_rhs1 (stmt),
1138                                   halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1139       *evolution_of_loop = chrec_convert (type, *evolution_of_loop, stmt);
1140       break;
1141
1142     case POINTER_PLUS_EXPR:
1143     case PLUS_EXPR:
1144     case MINUS_EXPR:
1145       rhs1 = gimple_assign_rhs1 (stmt);
1146       rhs2 = gimple_assign_rhs2 (stmt);
1147       type = TREE_TYPE (rhs1);
1148       res = follow_ssa_edge_binary (loop, stmt, type, rhs1, code, rhs2,
1149                                     halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1150       break;
1151
1152     default:
1153       if (get_gimple_rhs_class (code) == GIMPLE_SINGLE_RHS)
1154         res = follow_ssa_edge_expr (loop, stmt, gimple_assign_rhs1 (stmt),
1155                                     halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1156       else
1157         res = t_false;
1158       break;
1159     }
1160
1161   return res;
1162 }
1163
1164 /* Checks whether the I-th argument of a PHI comes from a backedge.  */
1165
1166 static bool
1167 backedge_phi_arg_p (gphi *phi, int i)
1168 {
1169   const_edge e = gimple_phi_arg_edge (phi, i);
1170
1171   /* We would in fact like to test EDGE_DFS_BACK here, but we do not care
1172      about updating it anywhere, and this should work as well most of the
1173      time.  */
1174   if (e->flags & EDGE_IRREDUCIBLE_LOOP)
1175     return true;
1176
1177   return false;
1178 }
1179
1180 /* Helper function for one branch of the condition-phi-node.  Return
1181    true if the strongly connected component has been found following
1182    this path.  */
1183
1184 static inline t_bool
1185 follow_ssa_edge_in_condition_phi_branch (int i,
1186                                          struct loop *loop,
1187                                          gphi *condition_phi,
1188                                          gphi *halting_phi,
1189                                          tree *evolution_of_branch,
1190                                          tree init_cond, int limit)
1191 {
1192   tree branch = PHI_ARG_DEF (condition_phi, i);
1193   *evolution_of_branch = chrec_dont_know;
1194
1195   /* Do not follow back edges (they must belong to an irreducible loop, which
1196      we really do not want to worry about).  */
1197   if (backedge_phi_arg_p (condition_phi, i))
1198     return t_false;
1199
1200   if (TREE_CODE (branch) == SSA_NAME)
1201     {
1202       *evolution_of_branch = init_cond;
1203       return follow_ssa_edge (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (branch), halting_phi,
1204                               evolution_of_branch, limit);
1205     }
1206
1207   /* This case occurs when one of the condition branches sets
1208      the variable to a constant: i.e. a phi-node like
1209      "a_2 = PHI <a_7(5), 2(6)>;".
1210
1211      FIXME:  This case have to be refined correctly:
1212      in some cases it is possible to say something better than
1213      chrec_dont_know, for example using a wrap-around notation.  */
1214   return t_false;
1215 }
1216
1217 /* This function merges the branches of a condition-phi-node in a
1218    loop.  */
1219
1220 static t_bool
1221 follow_ssa_edge_in_condition_phi (struct loop *loop,
1222                                   gphi *condition_phi,
1223                                   gphi *halting_phi,
1224                                   tree *evolution_of_loop, int limit)
1225 {
1226   int i, n;
1227   tree init = *evolution_of_loop;
1228   tree evolution_of_branch;
1229   t_bool res = follow_ssa_edge_in_condition_phi_branch (0, loop, condition_phi,
1230                                                         halting_phi,
1231                                                         &evolution_of_branch,
1232                                                         init, limit);
1233   if (res == t_false || res == t_dont_know)
1234     return res;
1235
1236   *evolution_of_loop = evolution_of_branch;
1237
1238   n = gimple_phi_num_args (condition_phi);
1239   for (i = 1; i < n; i++)
1240     {
1241       /* Quickly give up when the evolution of one of the branches is
1242          not known.  */
1243       if (*evolution_of_loop == chrec_dont_know)
1244         return t_true;
1245
1246       /* Increase the limit by the PHI argument number to avoid exponential
1247          time and memory complexity.  */
1248       res = follow_ssa_edge_in_condition_phi_branch (i, loop, condition_phi,
1249                                                      halting_phi,
1250                                                      &evolution_of_branch,
1251                                                      init, limit + i);
1252       if (res == t_false || res == t_dont_know)
1253         return res;
1254
1255       *evolution_of_loop = chrec_merge (*evolution_of_loop,
1256                                         evolution_of_branch);
1257     }
1258
1259   return t_true;
1260 }
1261
1262 /* Follow an SSA edge in an inner loop.  It computes the overall
1263    effect of the loop, and following the symbolic initial conditions,
1264    it follows the edges in the parent loop.  The inner loop is
1265    considered as a single statement.  */
1266
1267 static t_bool
1268 follow_ssa_edge_inner_loop_phi (struct loop *outer_loop,
1269                                 gphi *loop_phi_node,
1270                                 gphi *halting_phi,
1271                                 tree *evolution_of_loop, int limit)
1272 {
1273   struct loop *loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1274   tree ev = analyze_scalar_evolution (loop, PHI_RESULT (loop_phi_node));
1275
1276   /* Sometimes, the inner loop is too difficult to analyze, and the
1277      result of the analysis is a symbolic parameter.  */
1278   if (ev == PHI_RESULT (loop_phi_node))
1279     {
1280       t_bool res = t_false;
1281       int i, n = gimple_phi_num_args (loop_phi_node);
1282
1283       for (i = 0; i < n; i++)
1284         {
1285           tree arg = PHI_ARG_DEF (loop_phi_node, i);
1286           basic_block bb;
1287
1288           /* Follow the edges that exit the inner loop.  */
1289           bb = gimple_phi_arg_edge (loop_phi_node, i)->src;
1290           if (!flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1291             res = follow_ssa_edge_expr (outer_loop, loop_phi_node,
1292                                         arg, halting_phi,
1293                                         evolution_of_loop, limit);
1294           if (res == t_true)
1295             break;
1296         }
1297
1298       /* If the path crosses this loop-phi, give up.  */
1299       if (res == t_true)
1300         *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1301
1302       return res;
1303     }
1304
1305   /* Otherwise, compute the overall effect of the inner loop.  */
1306   ev = compute_overall_effect_of_inner_loop (loop, ev);
1307   return follow_ssa_edge_expr (outer_loop, loop_phi_node, ev, halting_phi,
1308                                evolution_of_loop, limit);
1309 }
1310
1311 /* Follow an SSA edge from a loop-phi-node to itself, constructing a
1312    path that is analyzed on the return walk.  */
1313
1314 static t_bool
1315 follow_ssa_edge (struct loop *loop, gimple *def, gphi *halting_phi,
1316                  tree *evolution_of_loop, int limit)
1317 {
1318   struct loop *def_loop;
1319
1320   if (gimple_nop_p (def))
1321     return t_false;
1322
1323   /* Give up if the path is longer than the MAX that we allow.  */
1324   if (limit > PARAM_VALUE (PARAM_SCEV_MAX_EXPR_COMPLEXITY))
1325     return t_dont_know;
1326
1327   def_loop = loop_containing_stmt (def);
1328
1329   switch (gimple_code (def))
1330     {
1331     case GIMPLE_PHI:
1332       if (!loop_phi_node_p (def))
1333         /* DEF is a condition-phi-node.  Follow the branches, and
1334            record their evolutions.  Finally, merge the collected
1335            information and set the approximation to the main
1336            variable.  */
1337         return follow_ssa_edge_in_condition_phi
1338           (loop, as_a <gphi *> (def), halting_phi, evolution_of_loop,
1339            limit);
1340
1341       /* When the analyzed phi is the halting_phi, the
1342          depth-first search is over: we have found a path from
1343          the halting_phi to itself in the loop.  */
1344       if (def == halting_phi)
1345         return t_true;
1346
1347       /* Otherwise, the evolution of the HALTING_PHI depends
1348          on the evolution of another loop-phi-node, i.e. the
1349          evolution function is a higher degree polynomial.  */
1350       if (def_loop == loop)
1351         return t_false;
1352
1353       /* Inner loop.  */
1354       if (flow_loop_nested_p (loop, def_loop))
1355         return follow_ssa_edge_inner_loop_phi
1356           (loop, as_a <gphi *> (def), halting_phi, evolution_of_loop,
1357            limit + 1);
1358
1359       /* Outer loop.  */
1360       return t_false;
1361
1362     case GIMPLE_ASSIGN:
1363       return follow_ssa_edge_in_rhs (loop, def, halting_phi,
1364                                      evolution_of_loop, limit);
1365
1366     default:
1367       /* At this level of abstraction, the program is just a set
1368          of GIMPLE_ASSIGNs and PHI_NODEs.  In principle there is no
1369          other node to be handled.  */
1370       return t_false;
1371     }
1372 }
1373
1374 \f
1375 /* Simplify PEELED_CHREC represented by (init_cond, arg) in LOOP.
1376    Handle below case and return the corresponding POLYNOMIAL_CHREC:
1377
1378    # i_17 = PHI <i_13(5), 0(3)>
1379    # _20 = PHI <_5(5), start_4(D)(3)>
1380    ...
1381    i_13 = i_17 + 1;
1382    _5 = start_4(D) + i_13;
1383
1384    Though variable _20 appears as a PEELED_CHREC in the form of
1385    (start_4, _5)_LOOP, it's a POLYNOMIAL_CHREC like {start_4, 1}_LOOP.
1386
1387    See PR41488.  */
1388
1389 static tree
1390 simplify_peeled_chrec (struct loop *loop, tree arg, tree init_cond)
1391 {
1392   aff_tree aff1, aff2;
1393   tree ev, left, right, type, step_val;
1394   hash_map<tree, name_expansion *> *peeled_chrec_map = NULL;
1395
1396   ev = instantiate_parameters (loop, analyze_scalar_evolution (loop, arg));
1397   if (ev == NULL_TREE || TREE_CODE (ev) != POLYNOMIAL_CHREC)
1398     return chrec_dont_know;
1399
1400   left = CHREC_LEFT (ev);
1401   right = CHREC_RIGHT (ev);
1402   type = TREE_TYPE (left);
1403   step_val = chrec_fold_plus (type, init_cond, right);
1404
1405   /* Transform (init, {left, right}_LOOP)_LOOP to {init, right}_LOOP
1406      if "left" equals to "init + right".  */
1407   if (operand_equal_p (left, step_val, 0))
1408     {
1409       if (dump_file && (dump_flags & TDF_SCEV))
1410         fprintf (dump_file, "Simplify PEELED_CHREC into POLYNOMIAL_CHREC.\n");
1411
1412       return build_polynomial_chrec (loop->num, init_cond, right);
1413     }
1414
1415   /* Try harder to check if they are equal.  */
1416   tree_to_aff_combination_expand (left, type, &aff1, &peeled_chrec_map);
1417   tree_to_aff_combination_expand (step_val, type, &aff2, &peeled_chrec_map);
1418   free_affine_expand_cache (&peeled_chrec_map);
1419   aff_combination_scale (&aff2, -1);
1420   aff_combination_add (&aff1, &aff2);
1421
1422   /* Transform (init, {left, right}_LOOP)_LOOP to {init, right}_LOOP
1423      if "left" equals to "init + right".  */
1424   if (aff_combination_zero_p (&aff1))
1425     {
1426       if (dump_file && (dump_flags & TDF_SCEV))
1427         fprintf (dump_file, "Simplify PEELED_CHREC into POLYNOMIAL_CHREC.\n");
1428
1429       return build_polynomial_chrec (loop->num, init_cond, right);
1430     }
1431   return chrec_dont_know;
1432 }
1433
1434 /* Given a LOOP_PHI_NODE, this function determines the evolution
1435    function from LOOP_PHI_NODE to LOOP_PHI_NODE in the loop.  */
1436
1437 static tree
1438 analyze_evolution_in_loop (gphi *loop_phi_node,
1439                            tree init_cond)
1440 {
1441   int i, n = gimple_phi_num_args (loop_phi_node);
1442   tree evolution_function = chrec_not_analyzed_yet;
1443   struct loop *loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1444   basic_block bb;
1445   static bool simplify_peeled_chrec_p = true;
1446
1447   if (dump_file && (dump_flags & TDF_SCEV))
1448     {
1449       fprintf (dump_file, "(analyze_evolution_in_loop \n");
1450       fprintf (dump_file, "  (loop_phi_node = ");
1451       print_gimple_stmt (dump_file, loop_phi_node, 0, 0);
1452       fprintf (dump_file, ")\n");
1453     }
1454
1455   for (i = 0; i < n; i++)
1456     {
1457       tree arg = PHI_ARG_DEF (loop_phi_node, i);
1458       gimple *ssa_chain;
1459       tree ev_fn;
1460       t_bool res;
1461
1462       /* Select the edges that enter the loop body.  */
1463       bb = gimple_phi_arg_edge (loop_phi_node, i)->src;
1464       if (!flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1465         continue;
1466
1467       if (TREE_CODE (arg) == SSA_NAME)
1468         {
1469           bool val = false;
1470
1471           ssa_chain = SSA_NAME_DEF_STMT (arg);
1472
1473           /* Pass in the initial condition to the follow edge function.  */
1474           ev_fn = init_cond;
1475           res = follow_ssa_edge (loop, ssa_chain, loop_phi_node, &ev_fn, 0);
1476
1477           /* If ev_fn has no evolution in the inner loop, and the
1478              init_cond is not equal to ev_fn, then we have an
1479              ambiguity between two possible values, as we cannot know
1480              the number of iterations at this point.  */
1481           if (TREE_CODE (ev_fn) != POLYNOMIAL_CHREC
1482               && no_evolution_in_loop_p (ev_fn, loop->num, &val) && val
1483               && !operand_equal_p (init_cond, ev_fn, 0))
1484             ev_fn = chrec_dont_know;
1485         }
1486       else
1487         res = t_false;
1488
1489       /* When it is impossible to go back on the same
1490          loop_phi_node by following the ssa edges, the
1491          evolution is represented by a peeled chrec, i.e. the
1492          first iteration, EV_FN has the value INIT_COND, then
1493          all the other iterations it has the value of ARG.
1494          For the moment, PEELED_CHREC nodes are not built.  */
1495       if (res != t_true)
1496         {
1497           ev_fn = chrec_dont_know;
1498           /* Try to recognize POLYNOMIAL_CHREC which appears in
1499              the form of PEELED_CHREC, but guard the process with
1500              a bool variable to keep the analyzer from infinite
1501              recurrence for real PEELED_RECs.  */
1502           if (simplify_peeled_chrec_p && TREE_CODE (arg) == SSA_NAME)
1503             {
1504               simplify_peeled_chrec_p = false;
1505               ev_fn = simplify_peeled_chrec (loop, arg, init_cond);
1506               simplify_peeled_chrec_p = true;
1507             }
1508         }
1509
1510       /* When there are multiple back edges of the loop (which in fact never
1511          happens currently, but nevertheless), merge their evolutions.  */
1512       evolution_function = chrec_merge (evolution_function, ev_fn);
1513
1514       if (evolution_function == chrec_dont_know)
1515         break;
1516     }
1517
1518   if (dump_file && (dump_flags & TDF_SCEV))
1519     {
1520       fprintf (dump_file, "  (evolution_function = ");
1521       print_generic_expr (dump_file, evolution_function, 0);
1522       fprintf (dump_file, "))\n");
1523     }
1524
1525   return evolution_function;
1526 }
1527
1528 /* Looks to see if VAR is a copy of a constant (via straightforward assignments
1529    or degenerate phi's).  If so, returns the constant; else, returns VAR.  */
1530
1531 static tree
1532 follow_copies_to_constant (tree var)
1533 {
1534   tree res = var;
1535   while (TREE_CODE (res) == SSA_NAME)
1536     {
1537       gimple *def = SSA_NAME_DEF_STMT (res);
1538       if (gphi *phi = dyn_cast <gphi *> (def))
1539         {
1540           if (tree rhs = degenerate_phi_result (phi))
1541             res = rhs;
1542           else
1543             break;
1544         }
1545       else if (gimple_assign_single_p (def))
1546         /* Will exit loop if not an SSA_NAME.  */
1547         res = gimple_assign_rhs1 (def);
1548       else
1549         break;
1550     }
1551   if (CONSTANT_CLASS_P (res))
1552     return res;
1553   return var;
1554 }
1555
1556 /* Given a loop-phi-node, return the initial conditions of the
1557    variable on entry of the loop.  When the CCP has propagated
1558    constants into the loop-phi-node, the initial condition is
1559    instantiated, otherwise the initial condition is kept symbolic.
1560    This analyzer does not analyze the evolution outside the current
1561    loop, and leaves this task to the on-demand tree reconstructor.  */
1562
1563 static tree
1564 analyze_initial_condition (gphi *loop_phi_node)
1565 {
1566   int i, n;
1567   tree init_cond = chrec_not_analyzed_yet;
1568   struct loop *loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1569
1570   if (dump_file && (dump_flags & TDF_SCEV))
1571     {
1572       fprintf (dump_file, "(analyze_initial_condition \n");
1573       fprintf (dump_file, "  (loop_phi_node = \n");
1574       print_gimple_stmt (dump_file, loop_phi_node, 0, 0);
1575       fprintf (dump_file, ")\n");
1576     }
1577
1578   n = gimple_phi_num_args (loop_phi_node);
1579   for (i = 0; i < n; i++)
1580     {
1581       tree branch = PHI_ARG_DEF (loop_phi_node, i);
1582       basic_block bb = gimple_phi_arg_edge (loop_phi_node, i)->src;
1583
1584       /* When the branch is oriented to the loop's body, it does
1585          not contribute to the initial condition.  */
1586       if (flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1587         continue;
1588
1589       if (init_cond == chrec_not_analyzed_yet)
1590         {
1591           init_cond = branch;
1592           continue;
1593         }
1594
1595       if (TREE_CODE (branch) == SSA_NAME)
1596         {
1597           init_cond = chrec_dont_know;
1598           break;
1599         }
1600
1601       init_cond = chrec_merge (init_cond, branch);
1602     }
1603
1604   /* Ooops -- a loop without an entry???  */
1605   if (init_cond == chrec_not_analyzed_yet)
1606     init_cond = chrec_dont_know;
1607
1608   /* We may not have fully constant propagated IL.  Handle degenerate PHIs here
1609      to not miss important early loop unrollings.  */
1610   init_cond = follow_copies_to_constant (init_cond);
1611
1612   if (dump_file && (dump_flags & TDF_SCEV))
1613     {
1614       fprintf (dump_file, "  (init_cond = ");
1615       print_generic_expr (dump_file, init_cond, 0);
1616       fprintf (dump_file, "))\n");
1617     }
1618
1619   return init_cond;
1620 }
1621
1622 /* Analyze the scalar evolution for LOOP_PHI_NODE.  */
1623
1624 static tree
1625 interpret_loop_phi (struct loop *loop, gphi *loop_phi_node)
1626 {
1627   tree res;
1628   struct loop *phi_loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1629   tree init_cond;
1630
1631   if (phi_loop != loop)
1632     {
1633       struct loop *subloop;
1634       tree evolution_fn = analyze_scalar_evolution
1635         (phi_loop, PHI_RESULT (loop_phi_node));
1636
1637       /* Dive one level deeper.  */
1638       subloop = superloop_at_depth (phi_loop, loop_depth (loop) + 1);
1639
1640       /* Interpret the subloop.  */
1641       res = compute_overall_effect_of_inner_loop (subloop, evolution_fn);
1642       return res;
1643     }
1644
1645   /* Otherwise really interpret the loop phi.  */
1646   init_cond = analyze_initial_condition (loop_phi_node);
1647   res = analyze_evolution_in_loop (loop_phi_node, init_cond);
1648
1649   /* Verify we maintained the correct initial condition throughout
1650      possible conversions in the SSA chain.  */
1651   if (res != chrec_dont_know)
1652     {
1653       tree new_init = res;
1654       if (CONVERT_EXPR_P (res)
1655           && TREE_CODE (TREE_OPERAND (res, 0)) == POLYNOMIAL_CHREC)
1656         new_init = fold_convert (TREE_TYPE (res),
1657                                  CHREC_LEFT (TREE_OPERAND (res, 0)));
1658       else if (TREE_CODE (res) == POLYNOMIAL_CHREC)
1659         new_init = CHREC_LEFT (res);
1660       STRIP_USELESS_TYPE_CONVERSION (new_init);
1661       if (TREE_CODE (new_init) == POLYNOMIAL_CHREC
1662           || !operand_equal_p (init_cond, new_init, 0))
1663         return chrec_dont_know;
1664     }
1665
1666   return res;
1667 }
1668
1669 /* This function merges the branches of a condition-phi-node,
1670    contained in the outermost loop, and whose arguments are already
1671    analyzed.  */
1672
1673 static tree
1674 interpret_condition_phi (struct loop *loop, gphi *condition_phi)
1675 {
1676   int i, n = gimple_phi_num_args (condition_phi);
1677   tree res = chrec_not_analyzed_yet;
1678
1679   for (i = 0; i < n; i++)
1680     {
1681       tree branch_chrec;
1682
1683       if (backedge_phi_arg_p (condition_phi, i))
1684         {
1685           res = chrec_dont_know;
1686           break;
1687         }
1688
1689       branch_chrec = analyze_scalar_evolution
1690         (loop, PHI_ARG_DEF (condition_phi, i));
1691
1692       res = chrec_merge (res, branch_chrec);
1693       if (res == chrec_dont_know)
1694         break;
1695     }
1696
1697   return res;
1698 }
1699
1700 /* Interpret the operation RHS1 OP RHS2.  If we didn't
1701    analyze this node before, follow the definitions until ending
1702    either on an analyzed GIMPLE_ASSIGN, or on a loop-phi-node.  On the
1703    return path, this function propagates evolutions (ala constant copy
1704    propagation).  OPND1 is not a GIMPLE expression because we could
1705    analyze the effect of an inner loop: see interpret_loop_phi.  */
1706
1707 static tree
1708 interpret_rhs_expr (struct loop *loop, gimple *at_stmt,
1709                     tree type, tree rhs1, enum tree_code code, tree rhs2)
1710 {
1711   tree res, chrec1, chrec2, ctype;
1712   gimple *def;
1713
1714   if (get_gimple_rhs_class (code) == GIMPLE_SINGLE_RHS)
1715     {
1716       if (is_gimple_min_invariant (rhs1))
1717         return chrec_convert (type, rhs1, at_stmt);
1718
1719       if (code == SSA_NAME)
1720         return chrec_convert (type, analyze_scalar_evolution (loop, rhs1),
1721                               at_stmt);
1722
1723       if (code == ASSERT_EXPR)
1724         {
1725           rhs1 = ASSERT_EXPR_VAR (rhs1);
1726           return chrec_convert (type, analyze_scalar_evolution (loop, rhs1),
1727                                 at_stmt);
1728         }
1729     }
1730
1731   switch (code)
1732     {
1733     case ADDR_EXPR:
1734       if (TREE_CODE (TREE_OPERAND (rhs1, 0)) == MEM_REF
1735           || handled_component_p (TREE_OPERAND (rhs1, 0)))
1736         {
1737           machine_mode mode;
1738           HOST_WIDE_INT bitsize, bitpos;
1739           int unsignedp, reversep;
1740           int volatilep = 0;
1741           tree base, offset;
1742           tree chrec3;
1743           tree unitpos;
1744
1745           base = get_inner_reference (TREE_OPERAND (rhs1, 0),
1746                                       &bitsize, &bitpos, &offset, &mode,
1747                                       &unsignedp, &reversep, &volatilep,
1748                                       false);
1749
1750           if (TREE_CODE (base) == MEM_REF)
1751             {
1752               rhs2 = TREE_OPERAND (base, 1);
1753               rhs1 = TREE_OPERAND (base, 0);
1754
1755               chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1756               chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1757               chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1758               chrec2 = chrec_convert (TREE_TYPE (rhs2), chrec2, at_stmt);
1759               chrec1 = instantiate_parameters (loop, chrec1);
1760               chrec2 = instantiate_parameters (loop, chrec2);
1761               res = chrec_fold_plus (type, chrec1, chrec2);
1762             }
1763           else
1764             {
1765               chrec1 = analyze_scalar_evolution_for_address_of (loop, base);
1766               chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1767               res = chrec1;
1768             }
1769
1770           if (offset != NULL_TREE)
1771             {
1772               chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, offset);
1773               chrec2 = chrec_convert (TREE_TYPE (offset), chrec2, at_stmt);
1774               chrec2 = instantiate_parameters (loop, chrec2);
1775               res = chrec_fold_plus (type, res, chrec2);
1776             }
1777
1778           if (bitpos != 0)
1779             {
1780               gcc_assert ((bitpos % BITS_PER_UNIT) == 0);
1781
1782               unitpos = size_int (bitpos / BITS_PER_UNIT);
1783               chrec3 = analyze_scalar_evolution (loop, unitpos);
1784               chrec3 = chrec_convert (TREE_TYPE (unitpos), chrec3, at_stmt);
1785               chrec3 = instantiate_parameters (loop, chrec3);
1786               res = chrec_fold_plus (type, res, chrec3);
1787             }
1788         }
1789       else
1790         res = chrec_dont_know;
1791       break;
1792
1793     case POINTER_PLUS_EXPR:
1794       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1795       chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1796       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1797       chrec2 = chrec_convert (TREE_TYPE (rhs2), chrec2, at_stmt);
1798       chrec1 = instantiate_parameters (loop, chrec1);
1799       chrec2 = instantiate_parameters (loop, chrec2);
1800       res = chrec_fold_plus (type, chrec1, chrec2);
1801       break;
1802
1803     case PLUS_EXPR:
1804       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1805       chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1806       ctype = type;
1807       /* When the stmt is conditionally executed re-write the CHREC
1808          into a form that has well-defined behavior on overflow.  */
1809       if (at_stmt
1810           && INTEGRAL_TYPE_P (type)
1811           && ! TYPE_OVERFLOW_WRAPS (type)
1812           && ! dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, loop->latch,
1813                                gimple_bb (at_stmt)))
1814         ctype = unsigned_type_for (type);
1815       chrec1 = chrec_convert (ctype, chrec1, at_stmt);
1816       chrec2 = chrec_convert (ctype, chrec2, at_stmt);
1817       chrec1 = instantiate_parameters (loop, chrec1);
1818       chrec2 = instantiate_parameters (loop, chrec2);
1819       res = chrec_fold_plus (ctype, chrec1, chrec2);
1820       if (type != ctype)
1821         res = chrec_convert (type, res, at_stmt);
1822       break;
1823
1824     case MINUS_EXPR:
1825       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1826       chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1827       ctype = type;
1828       /* When the stmt is conditionally executed re-write the CHREC
1829          into a form that has well-defined behavior on overflow.  */
1830       if (at_stmt
1831           && INTEGRAL_TYPE_P (type)
1832           && ! TYPE_OVERFLOW_WRAPS (type)
1833           && ! dominated_by_p (CDI_DOMINATORS,
1834                                loop->latch, gimple_bb (at_stmt)))
1835         ctype = unsigned_type_for (type);
1836       chrec1 = chrec_convert (ctype, chrec1, at_stmt);
1837       chrec2 = chrec_convert (ctype, chrec2, at_stmt);
1838       chrec1 = instantiate_parameters (loop, chrec1);
1839       chrec2 = instantiate_parameters (loop, chrec2);
1840       res = chrec_fold_minus (ctype, chrec1, chrec2);
1841       if (type != ctype)
1842         res = chrec_convert (type, res, at_stmt);
1843       break;
1844
1845     case NEGATE_EXPR:
1846       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1847       ctype = type;
1848       /* When the stmt is conditionally executed re-write the CHREC
1849          into a form that has well-defined behavior on overflow.  */
1850       if (at_stmt
1851           && INTEGRAL_TYPE_P (type)
1852           && ! TYPE_OVERFLOW_WRAPS (type)
1853           && ! dominated_by_p (CDI_DOMINATORS,
1854                                loop->latch, gimple_bb (at_stmt)))
1855         ctype = unsigned_type_for (type);
1856       chrec1 = chrec_convert (ctype, chrec1, at_stmt);
1857       /* TYPE may be integer, real or complex, so use fold_convert.  */
1858       chrec1 = instantiate_parameters (loop, chrec1);
1859       res = chrec_fold_multiply (ctype, chrec1,
1860                                  fold_convert (ctype, integer_minus_one_node));
1861       if (type != ctype)
1862         res = chrec_convert (type, res, at_stmt);
1863       break;
1864
1865     case BIT_NOT_EXPR:
1866       /* Handle ~X as -1 - X.  */
1867       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1868       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1869       chrec1 = instantiate_parameters (loop, chrec1);
1870       res = chrec_fold_minus (type,
1871                               fold_convert (type, integer_minus_one_node),
1872                               chrec1);
1873       break;
1874
1875     case MULT_EXPR:
1876       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1877       chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1878       ctype = type;
1879       /* When the stmt is conditionally executed re-write the CHREC
1880          into a form that has well-defined behavior on overflow.  */
1881       if (at_stmt
1882           && INTEGRAL_TYPE_P (type)
1883           && ! TYPE_OVERFLOW_WRAPS (type)
1884           && ! dominated_by_p (CDI_DOMINATORS,
1885                                loop->latch, gimple_bb (at_stmt)))
1886         ctype = unsigned_type_for (type);
1887       chrec1 = chrec_convert (ctype, chrec1, at_stmt);
1888       chrec2 = chrec_convert (ctype, chrec2, at_stmt);
1889       chrec1 = instantiate_parameters (loop, chrec1);
1890       chrec2 = instantiate_parameters (loop, chrec2);
1891       res = chrec_fold_multiply (ctype, chrec1, chrec2);
1892       if (type != ctype)
1893         res = chrec_convert (type, res, at_stmt);
1894       break;
1895
1896     case LSHIFT_EXPR:
1897       {
1898         /* Handle A<<B as A * (1<<B).  */
1899         tree uns = unsigned_type_for (type);
1900         chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1901         chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1902         chrec1 = chrec_convert (uns, chrec1, at_stmt);
1903         chrec1 = instantiate_parameters (loop, chrec1);
1904         chrec2 = instantiate_parameters (loop, chrec2);
1905
1906         tree one = build_int_cst (uns, 1);
1907         chrec2 = fold_build2 (LSHIFT_EXPR, uns, one, chrec2);
1908         res = chrec_fold_multiply (uns, chrec1, chrec2);
1909         res = chrec_convert (type, res, at_stmt);
1910       }
1911       break;
1912
1913     CASE_CONVERT:
1914       /* In case we have a truncation of a widened operation that in
1915          the truncated type has undefined overflow behavior analyze
1916          the operation done in an unsigned type of the same precision
1917          as the final truncation.  We cannot derive a scalar evolution
1918          for the widened operation but for the truncated result.  */
1919       if (TREE_CODE (type) == INTEGER_TYPE
1920           && TREE_CODE (TREE_TYPE (rhs1)) == INTEGER_TYPE
1921           && TYPE_PRECISION (type) < TYPE_PRECISION (TREE_TYPE (rhs1))
1922           && TYPE_OVERFLOW_UNDEFINED (type)
1923           && TREE_CODE (rhs1) == SSA_NAME
1924           && (def = SSA_NAME_DEF_STMT (rhs1))
1925           && is_gimple_assign (def)
1926           && TREE_CODE_CLASS (gimple_assign_rhs_code (def)) == tcc_binary
1927           && TREE_CODE (gimple_assign_rhs2 (def)) == INTEGER_CST)
1928         {
1929           tree utype = unsigned_type_for (type);
1930           chrec1 = interpret_rhs_expr (loop, at_stmt, utype,
1931                                        gimple_assign_rhs1 (def),
1932                                        gimple_assign_rhs_code (def),
1933                                        gimple_assign_rhs2 (def));
1934         }
1935       else
1936         chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1937       res = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1938       break;
1939
1940     case BIT_AND_EXPR:
1941       /* Given int variable A, handle A&0xffff as (int)(unsigned short)A.
1942          If A is SCEV and its value is in the range of representable set
1943          of type unsigned short, the result expression is a (no-overflow)
1944          SCEV.  */
1945       res = chrec_dont_know;
1946       if (tree_fits_uhwi_p (rhs2))
1947         {
1948           int precision;
1949           unsigned HOST_WIDE_INT val = tree_to_uhwi (rhs2);
1950
1951           val ++;
1952           /* Skip if value of rhs2 wraps in unsigned HOST_WIDE_INT or
1953              it's not the maximum value of a smaller type than rhs1.  */
1954           if (val != 0
1955               && (precision = exact_log2 (val)) > 0
1956               && (unsigned) precision < TYPE_PRECISION (TREE_TYPE (rhs1)))
1957             {
1958               tree utype = build_nonstandard_integer_type (precision, 1);
1959
1960               if (TYPE_PRECISION (utype) < TYPE_PRECISION (TREE_TYPE (rhs1)))
1961                 {
1962                   chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1963                   chrec1 = chrec_convert (utype, chrec1, at_stmt);
1964                   res = chrec_convert (TREE_TYPE (rhs1), chrec1, at_stmt);
1965                 }
1966             }
1967         }
1968       break;
1969
1970     default:
1971       res = chrec_dont_know;
1972       break;
1973     }
1974
1975   return res;
1976 }
1977
1978 /* Interpret the expression EXPR.  */
1979
1980 static tree
1981 interpret_expr (struct loop *loop, gimple *at_stmt, tree expr)
1982 {
1983   enum tree_code code;
1984   tree type = TREE_TYPE (expr), op0, op1;
1985
1986   if (automatically_generated_chrec_p (expr))
1987     return expr;
1988
1989   if (TREE_CODE (expr) == POLYNOMIAL_CHREC
1990       || get_gimple_rhs_class (TREE_CODE (expr)) == GIMPLE_TERNARY_RHS)
1991     return chrec_dont_know;
1992
1993   extract_ops_from_tree (expr, &code, &op0, &op1);
1994
1995   return interpret_rhs_expr (loop, at_stmt, type,
1996                              op0, code, op1);
1997 }
1998
1999 /* Interpret the rhs of the assignment STMT.  */
2000
2001 static tree
2002 interpret_gimple_assign (struct loop *loop, gimple *stmt)
2003 {
2004   tree type = TREE_TYPE (gimple_assign_lhs (stmt));
2005   enum tree_code code = gimple_assign_rhs_code (stmt);
2006
2007   return interpret_rhs_expr (loop, stmt, type,
2008                              gimple_assign_rhs1 (stmt), code,
2009                              gimple_assign_rhs2 (stmt));
2010 }
2011
2012 \f
2013
2014 /* This section contains all the entry points:
2015    - number_of_iterations_in_loop,
2016    - analyze_scalar_evolution,
2017    - instantiate_parameters.
2018 */
2019
2020 /* Compute and return the evolution function in WRTO_LOOP, the nearest
2021    common ancestor of DEF_LOOP and USE_LOOP.  */
2022
2023 static tree
2024 compute_scalar_evolution_in_loop (struct loop *wrto_loop,
2025                                   struct loop *def_loop,
2026                                   tree ev)
2027 {
2028   bool val;
2029   tree res;
2030
2031   if (def_loop == wrto_loop)
2032     return ev;
2033
2034   def_loop = superloop_at_depth (def_loop, loop_depth (wrto_loop) + 1);
2035   res = compute_overall_effect_of_inner_loop (def_loop, ev);
2036
2037   if (no_evolution_in_loop_p (res, wrto_loop->num, &val) && val)
2038     return res;
2039
2040   return analyze_scalar_evolution_1 (wrto_loop, res, chrec_not_analyzed_yet);
2041 }
2042
2043 /* Helper recursive function.  */
2044
2045 static tree
2046 analyze_scalar_evolution_1 (struct loop *loop, tree var, tree res)
2047 {
2048   tree type = TREE_TYPE (var);
2049   gimple *def;
2050   basic_block bb;
2051   struct loop *def_loop;
2052
2053   if (loop == NULL || TREE_CODE (type) == VECTOR_TYPE)
2054     return chrec_dont_know;
2055
2056   if (TREE_CODE (var) != SSA_NAME)
2057     return interpret_expr (loop, NULL, var);
2058
2059   def = SSA_NAME_DEF_STMT (var);
2060   bb = gimple_bb (def);
2061   def_loop = bb ? bb->loop_father : NULL;
2062
2063   if (bb == NULL
2064       || !flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
2065     {
2066       /* Keep symbolic form, but look through obvious copies for constants.  */
2067       res = follow_copies_to_constant (var);
2068       goto set_and_end;
2069     }
2070
2071   if (res != chrec_not_analyzed_yet)
2072     {
2073       if (loop != bb->loop_father)
2074         res = compute_scalar_evolution_in_loop
2075             (find_common_loop (loop, bb->loop_father), bb->loop_father, res);
2076
2077       goto set_and_end;
2078     }
2079
2080   if (loop != def_loop)
2081     {
2082       res = analyze_scalar_evolution_1 (def_loop, var, chrec_not_analyzed_yet);
2083       res = compute_scalar_evolution_in_loop (loop, def_loop, res);
2084
2085       goto set_and_end;
2086     }
2087
2088   switch (gimple_code (def))
2089     {
2090     case GIMPLE_ASSIGN:
2091       res = interpret_gimple_assign (loop, def);
2092       break;
2093
2094     case GIMPLE_PHI:
2095       if (loop_phi_node_p (def))
2096         res = interpret_loop_phi (loop, as_a <gphi *> (def));
2097       else
2098         res = interpret_condition_phi (loop, as_a <gphi *> (def));
2099       break;
2100
2101     default:
2102       res = chrec_dont_know;
2103       break;
2104     }
2105
2106  set_and_end:
2107
2108   /* Keep the symbolic form.  */
2109   if (res == chrec_dont_know)
2110     res = var;
2111
2112   if (loop == def_loop)
2113     set_scalar_evolution (block_before_loop (loop), var, res);
2114
2115   return res;
2116 }
2117
2118 /* Analyzes and returns the scalar evolution of the ssa_name VAR in
2119    LOOP.  LOOP is the loop in which the variable is used.
2120
2121    Example of use: having a pointer VAR to a SSA_NAME node, STMT a
2122    pointer to the statement that uses this variable, in order to
2123    determine the evolution function of the variable, use the following
2124    calls:
2125
2126    loop_p loop = loop_containing_stmt (stmt);
2127    tree chrec_with_symbols = analyze_scalar_evolution (loop, var);
2128    tree chrec_instantiated = instantiate_parameters (loop, chrec_with_symbols);
2129 */
2130
2131 tree
2132 analyze_scalar_evolution (struct loop *loop, tree var)
2133 {
2134   tree res;
2135
2136   if (dump_file && (dump_flags & TDF_SCEV))
2137     {
2138       fprintf (dump_file, "(analyze_scalar_evolution \n");
2139       fprintf (dump_file, "  (loop_nb = %d)\n", loop->num);
2140       fprintf (dump_file, "  (scalar = ");
2141       print_generic_expr (dump_file, var, 0);
2142       fprintf (dump_file, ")\n");
2143     }
2144
2145   res = get_scalar_evolution (block_before_loop (loop), var);
2146   res = analyze_scalar_evolution_1 (loop, var, res);
2147
2148   if (dump_file && (dump_flags & TDF_SCEV))
2149     fprintf (dump_file, ")\n");
2150
2151   return res;
2152 }
2153
2154 /* Analyzes and returns the scalar evolution of VAR address in LOOP.  */
2155
2156 static tree
2157 analyze_scalar_evolution_for_address_of (struct loop *loop, tree var)
2158 {
2159   return analyze_scalar_evolution (loop, build_fold_addr_expr (var));
2160 }
2161
2162 /* Analyze scalar evolution of use of VERSION in USE_LOOP with respect to
2163    WRTO_LOOP (which should be a superloop of USE_LOOP)
2164
2165    FOLDED_CASTS is set to true if resolve_mixers used
2166    chrec_convert_aggressive (TODO -- not really, we are way too conservative
2167    at the moment in order to keep things simple).
2168
2169    To illustrate the meaning of USE_LOOP and WRTO_LOOP, consider the following
2170    example:
2171
2172    for (i = 0; i < 100; i++)                    -- loop 1
2173      {
2174        for (j = 0; j < 100; j++)                -- loop 2
2175          {
2176            k1 = i;
2177            k2 = j;
2178
2179            use2 (k1, k2);
2180
2181            for (t = 0; t < 100; t++)            -- loop 3
2182              use3 (k1, k2);
2183
2184          }
2185        use1 (k1, k2);
2186      }
2187
2188    Both k1 and k2 are invariants in loop3, thus
2189      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop3, loop3, k1) = k1
2190      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop3, loop3, k2) = k2
2191
2192    As they are invariant, it does not matter whether we consider their
2193    usage in loop 3 or loop 2, hence
2194      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop2, loop3, k1) =
2195        analyze_scalar_evolution_in_loop (loop2, loop2, k1) = i
2196      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop2, loop3, k2) =
2197        analyze_scalar_evolution_in_loop (loop2, loop2, k2) = [0,+,1]_2
2198
2199    Similarly for their evolutions with respect to loop 1.  The values of K2
2200    in the use in loop 2 vary independently on loop 1, thus we cannot express
2201    the evolution with respect to loop 1:
2202      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop3, k1) =
2203        analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop2, k1) = [0,+,1]_1
2204      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop3, k2) =
2205        analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop2, k2) = dont_know
2206
2207    The value of k2 in the use in loop 1 is known, though:
2208      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop1, k1) = [0,+,1]_1
2209      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop1, k2) = 100
2210    */
2211
2212 static tree
2213 analyze_scalar_evolution_in_loop (struct loop *wrto_loop, struct loop *use_loop,
2214                                   tree version, bool *folded_casts)
2215 {
2216   bool val = false;
2217   tree ev = version, tmp;
2218
2219   /* We cannot just do
2220
2221      tmp = analyze_scalar_evolution (use_loop, version);
2222      ev = resolve_mixers (wrto_loop, tmp, folded_casts);
2223
2224      as resolve_mixers would query the scalar evolution with respect to
2225      wrto_loop.  For example, in the situation described in the function
2226      comment, suppose that wrto_loop = loop1, use_loop = loop3 and
2227      version = k2.  Then
2228
2229      analyze_scalar_evolution (use_loop, version) = k2
2230
2231      and resolve_mixers (loop1, k2, folded_casts) finds that the value of
2232      k2 in loop 1 is 100, which is a wrong result, since we are interested
2233      in the value in loop 3.
2234
2235      Instead, we need to proceed from use_loop to wrto_loop loop by loop,
2236      each time checking that there is no evolution in the inner loop.  */
2237
2238   if (folded_casts)
2239     *folded_casts = false;
2240   while (1)
2241     {
2242       tmp = analyze_scalar_evolution (use_loop, ev);
2243       ev = resolve_mixers (use_loop, tmp, folded_casts);
2244
2245       if (use_loop == wrto_loop)
2246         return ev;
2247
2248       /* If the value of the use changes in the inner loop, we cannot express
2249          its value in the outer loop (we might try to return interval chrec,
2250          but we do not have a user for it anyway)  */
2251       if (!no_evolution_in_loop_p (ev, use_loop->num, &val)
2252           || !val)
2253         return chrec_dont_know;
2254
2255       use_loop = loop_outer (use_loop);
2256     }
2257 }
2258
2259
2260 /* Hashtable helpers for a temporary hash-table used when
2261    instantiating a CHREC or resolving mixers.  For this use
2262    instantiated_below is always the same.  */
2263
2264 struct instantiate_cache_type
2265 {
2266   htab_t map;
2267   vec<scev_info_str> entries;
2268
2269   instantiate_cache_type () : map (NULL), entries (vNULL) {}
2270   ~instantiate_cache_type ();
2271   tree get (unsigned slot) { return entries[slot].chrec; }
2272   void set (unsigned slot, tree chrec) { entries[slot].chrec = chrec; }
2273 };
2274
2275 instantiate_cache_type::~instantiate_cache_type ()
2276 {
2277   if (map != NULL)
2278     {
2279       htab_delete (map);
2280       entries.release ();
2281     }
2282 }
2283
2284 /* Cache to avoid infinite recursion when instantiating an SSA name.
2285    Live during the outermost instantiate_scev or resolve_mixers call.  */
2286 static instantiate_cache_type *global_cache;
2287
2288 /* Computes a hash function for database element ELT.  */
2289
2290 static inline hashval_t
2291 hash_idx_scev_info (const void *elt_)
2292 {
2293   unsigned idx = ((size_t) elt_) - 2;
2294   return scev_info_hasher::hash (&global_cache->entries[idx]);
2295 }
2296
2297 /* Compares database elements E1 and E2.  */
2298
2299 static inline int
2300 eq_idx_scev_info (const void *e1, const void *e2)
2301 {
2302   unsigned idx1 = ((size_t) e1) - 2;
2303   return scev_info_hasher::equal (&global_cache->entries[idx1],
2304                                   (const scev_info_str *) e2);
2305 }
2306
2307 /* Returns from CACHE the slot number of the cached chrec for NAME.  */
2308
2309 static unsigned
2310 get_instantiated_value_entry (instantiate_cache_type &cache,
2311                               tree name, basic_block instantiate_below)
2312 {
2313   if (!cache.map)
2314     {
2315       cache.map = htab_create (10, hash_idx_scev_info, eq_idx_scev_info, NULL);
2316       cache.entries.create (10);
2317     }
2318
2319   scev_info_str e;
2320   e.name_version = SSA_NAME_VERSION (name);
2321   e.instantiated_below = instantiate_below->index;
2322   void **slot = htab_find_slot_with_hash (cache.map, &e,
2323                                           scev_info_hasher::hash (&e), INSERT);
2324   if (!*slot)
2325     {
2326       e.chrec = chrec_not_analyzed_yet;
2327       *slot = (void *)(size_t)(cache.entries.length () + 2);
2328       cache.entries.safe_push (e);
2329     }
2330
2331   return ((size_t)*slot) - 2;
2332 }
2333
2334
2335 /* Return the closed_loop_phi node for VAR.  If there is none, return
2336    NULL_TREE.  */
2337
2338 static tree
2339 loop_closed_phi_def (tree var)
2340 {
2341   struct loop *loop;
2342   edge exit;
2343   gphi *phi;
2344   gphi_iterator psi;
2345
2346   if (var == NULL_TREE
2347       || TREE_CODE (var) != SSA_NAME)
2348     return NULL_TREE;
2349
2350   loop = loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (var));
2351   exit = single_exit (loop);
2352   if (!exit)
2353     return NULL_TREE;
2354
2355   for (psi = gsi_start_phis (exit->dest); !gsi_end_p (psi); gsi_next (&psi))
2356     {
2357       phi = psi.phi ();
2358       if (PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi, exit) == var)
2359         return PHI_RESULT (phi);
2360     }
2361
2362   return NULL_TREE;
2363 }
2364
2365 static tree instantiate_scev_r (basic_block, struct loop *, struct loop *,
2366                                 tree, bool *, int);
2367
2368 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2369    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2370
2371    CHREC is an SSA_NAME to be instantiated.
2372
2373    CACHE is the cache of already instantiated values.
2374
2375    Variable pointed by FOLD_CONVERSIONS is set to TRUE when the
2376    conversions that may wrap in signed/pointer type are folded, as long
2377    as the value of the chrec is preserved.  If FOLD_CONVERSIONS is NULL
2378    then we don't do such fold.
2379
2380    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2381    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2382
2383 static tree
2384 instantiate_scev_name (basic_block instantiate_below,
2385                        struct loop *evolution_loop, struct loop *inner_loop,
2386                        tree chrec,
2387                        bool *fold_conversions,
2388                        int size_expr)
2389 {
2390   tree res;
2391   struct loop *def_loop;
2392   basic_block def_bb = gimple_bb (SSA_NAME_DEF_STMT (chrec));
2393
2394   /* A parameter (or loop invariant and we do not want to include
2395      evolutions in outer loops), nothing to do.  */
2396   if (!def_bb
2397       || loop_depth (def_bb->loop_father) == 0
2398       || dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, instantiate_below, def_bb))
2399     return chrec;
2400
2401   /* We cache the value of instantiated variable to avoid exponential
2402      time complexity due to reevaluations.  We also store the convenient
2403      value in the cache in order to prevent infinite recursion -- we do
2404      not want to instantiate the SSA_NAME if it is in a mixer
2405      structure.  This is used for avoiding the instantiation of
2406      recursively defined functions, such as:
2407
2408      | a_2 -> {0, +, 1, +, a_2}_1  */
2409
2410   unsigned si = get_instantiated_value_entry (*global_cache,
2411                                               chrec, instantiate_below);
2412   if (global_cache->get (si) != chrec_not_analyzed_yet)
2413     return global_cache->get (si);
2414
2415   /* On recursion return chrec_dont_know.  */
2416   global_cache->set (si, chrec_dont_know);
2417
2418   def_loop = find_common_loop (evolution_loop, def_bb->loop_father);
2419
2420   /* If the analysis yields a parametric chrec, instantiate the
2421      result again.  */
2422   res = analyze_scalar_evolution (def_loop, chrec);
2423
2424   /* Don't instantiate default definitions.  */
2425   if (TREE_CODE (res) == SSA_NAME
2426       && SSA_NAME_IS_DEFAULT_DEF (res))
2427     ;
2428
2429   /* Don't instantiate loop-closed-ssa phi nodes.  */
2430   else if (TREE_CODE (res) == SSA_NAME
2431            && loop_depth (loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (res)))
2432            > loop_depth (def_loop))
2433     {
2434       if (res == chrec)
2435         res = loop_closed_phi_def (chrec);
2436       else
2437         res = chrec;
2438
2439       /* When there is no loop_closed_phi_def, it means that the
2440          variable is not used after the loop: try to still compute the
2441          value of the variable when exiting the loop.  */
2442       if (res == NULL_TREE)
2443         {
2444           loop_p loop = loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (chrec));
2445           res = analyze_scalar_evolution (loop, chrec);
2446           res = compute_overall_effect_of_inner_loop (loop, res);
2447           res = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2448                                     inner_loop, res,
2449                                     fold_conversions, size_expr);
2450         }
2451       else if (!dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, instantiate_below,
2452                                 gimple_bb (SSA_NAME_DEF_STMT (res))))
2453         res = chrec_dont_know;
2454     }
2455
2456   else if (res != chrec_dont_know)
2457     {
2458       if (inner_loop
2459           && def_bb->loop_father != inner_loop
2460           && !flow_loop_nested_p (def_bb->loop_father, inner_loop))
2461         /* ???  We could try to compute the overall effect of the loop here.  */
2462         res = chrec_dont_know;
2463       else
2464         res = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2465                                   inner_loop, res,
2466                                   fold_conversions, size_expr);
2467     }
2468
2469   /* Store the correct value to the cache.  */
2470   global_cache->set (si, res);
2471   return res;
2472 }
2473
2474 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2475    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2476
2477    CHREC is a polynomial chain of recurrence to be instantiated.
2478
2479    CACHE is the cache of already instantiated values.
2480
2481    Variable pointed by FOLD_CONVERSIONS is set to TRUE when the
2482    conversions that may wrap in signed/pointer type are folded, as long
2483    as the value of the chrec is preserved.  If FOLD_CONVERSIONS is NULL
2484    then we don't do such fold.
2485
2486    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2487    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2488
2489 static tree
2490 instantiate_scev_poly (basic_block instantiate_below,
2491                        struct loop *evolution_loop, struct loop *,
2492                        tree chrec, bool *fold_conversions, int size_expr)
2493 {
2494   tree op1;
2495   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2496                                  get_chrec_loop (chrec),
2497                                  CHREC_LEFT (chrec), fold_conversions,
2498                                  size_expr);
2499   if (op0 == chrec_dont_know)
2500     return chrec_dont_know;
2501
2502   op1 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2503                             get_chrec_loop (chrec),
2504                             CHREC_RIGHT (chrec), fold_conversions,
2505                             size_expr);
2506   if (op1 == chrec_dont_know)
2507     return chrec_dont_know;
2508
2509   if (CHREC_LEFT (chrec) != op0
2510       || CHREC_RIGHT (chrec) != op1)
2511     {
2512       op1 = chrec_convert_rhs (chrec_type (op0), op1, NULL);
2513       chrec = build_polynomial_chrec (CHREC_VARIABLE (chrec), op0, op1);
2514     }
2515
2516   return chrec;
2517 }
2518
2519 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2520    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2521
2522    "C0 CODE C1" is a binary expression of type TYPE to be instantiated.
2523
2524    CACHE is the cache of already instantiated values.
2525
2526    Variable pointed by FOLD_CONVERSIONS is set to TRUE when the
2527    conversions that may wrap in signed/pointer type are folded, as long
2528    as the value of the chrec is preserved.  If FOLD_CONVERSIONS is NULL
2529    then we don't do such fold.
2530
2531    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2532    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2533
2534 static tree
2535 instantiate_scev_binary (basic_block instantiate_below,
2536                          struct loop *evolution_loop, struct loop *inner_loop,
2537                          tree chrec, enum tree_code code,
2538                          tree type, tree c0, tree c1,
2539                          bool *fold_conversions, int size_expr)
2540 {
2541   tree op1;
2542   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop, inner_loop,
2543                                  c0, fold_conversions, size_expr);
2544   if (op0 == chrec_dont_know)
2545     return chrec_dont_know;
2546
2547   op1 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop, inner_loop,
2548                             c1, fold_conversions, size_expr);
2549   if (op1 == chrec_dont_know)
2550     return chrec_dont_know;
2551
2552   if (c0 != op0
2553       || c1 != op1)
2554     {
2555       op0 = chrec_convert (type, op0, NULL);
2556       op1 = chrec_convert_rhs (type, op1, NULL);
2557
2558       switch (code)
2559         {
2560         case POINTER_PLUS_EXPR:
2561         case PLUS_EXPR:
2562           return chrec_fold_plus (type, op0, op1);
2563
2564         case MINUS_EXPR:
2565           return chrec_fold_minus (type, op0, op1);
2566
2567         case MULT_EXPR:
2568           return chrec_fold_multiply (type, op0, op1);
2569
2570         default:
2571           gcc_unreachable ();
2572         }
2573     }
2574
2575   return chrec ? chrec : fold_build2 (code, type, c0, c1);
2576 }
2577
2578 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2579    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2580
2581    "CHREC" is an array reference to be instantiated.
2582
2583    CACHE is the cache of already instantiated values.
2584
2585    Variable pointed by FOLD_CONVERSIONS is set to TRUE when the
2586    conversions that may wrap in signed/pointer type are folded, as long
2587    as the value of the chrec is preserved.  If FOLD_CONVERSIONS is NULL
2588    then we don't do such fold.
2589
2590    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2591    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2592
2593 static tree
2594 instantiate_array_ref (basic_block instantiate_below,
2595                        struct loop *evolution_loop, struct loop *inner_loop,
2596                        tree chrec, bool *fold_conversions, int size_expr)
2597 {
2598   tree res;
2599   tree index = TREE_OPERAND (chrec, 1);
2600   tree op1 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2601                                  inner_loop, index,
2602                                  fold_conversions, size_expr);
2603
2604   if (op1 == chrec_dont_know)
2605     return chrec_dont_know;
2606
2607   if (chrec && op1 == index)
2608     return chrec;
2609
2610   res = unshare_expr (chrec);
2611   TREE_OPERAND (res, 1) = op1;
2612   return res;
2613 }
2614
2615 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2616    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2617
2618    "CHREC" that stands for a convert expression "(TYPE) OP" is to be
2619    instantiated.
2620
2621    CACHE is the cache of already instantiated values.
2622
2623    Variable pointed by FOLD_CONVERSIONS is set to TRUE when the
2624    conversions that may wrap in signed/pointer type are folded, as long
2625    as the value of the chrec is preserved.  If FOLD_CONVERSIONS is NULL
2626    then we don't do such fold.
2627
2628    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2629    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2630
2631 static tree
2632 instantiate_scev_convert (basic_block instantiate_below,
2633                           struct loop *evolution_loop, struct loop *inner_loop,
2634                           tree chrec, tree type, tree op,
2635                           bool *fold_conversions, int size_expr)
2636 {
2637   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2638                                  inner_loop, op,
2639                                  fold_conversions, size_expr);
2640
2641   if (op0 == chrec_dont_know)
2642     return chrec_dont_know;
2643
2644   if (fold_conversions)
2645     {
2646       tree tmp = chrec_convert_aggressive (type, op0, fold_conversions);
2647       if (tmp)
2648         return tmp;
2649
2650       /* If we used chrec_convert_aggressive, we can no longer assume that
2651          signed chrecs do not overflow, as chrec_convert does, so avoid
2652          calling it in that case.  */
2653       if (*fold_conversions)
2654         {
2655           if (chrec && op0 == op)
2656             return chrec;
2657
2658           return fold_convert (type, op0);
2659         }
2660     }
2661
2662   return chrec_convert (type, op0, NULL);
2663 }
2664
2665 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2666    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2667
2668    CHREC is a BIT_NOT_EXPR or a NEGATE_EXPR expression to be instantiated.
2669    Handle ~X as -1 - X.
2670    Handle -X as -1 * X.
2671
2672    CACHE is the cache of already instantiated values.
2673
2674    Variable pointed by FOLD_CONVERSIONS is set to TRUE when the
2675    conversions that may wrap in signed/pointer type are folded, as long
2676    as the value of the chrec is preserved.  If FOLD_CONVERSIONS is NULL
2677    then we don't do such fold.
2678
2679    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2680    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2681
2682 static tree
2683 instantiate_scev_not (basic_block instantiate_below,
2684                       struct loop *evolution_loop, struct loop *inner_loop,
2685                       tree chrec,
2686                       enum tree_code code, tree type, tree op,
2687                       bool *fold_conversions, int size_expr)
2688 {
2689   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2690                                  inner_loop, op,
2691                                  fold_conversions, size_expr);
2692
2693   if (op0 == chrec_dont_know)
2694     return chrec_dont_know;
2695
2696   if (op != op0)
2697     {
2698       op0 = chrec_convert (type, op0, NULL);
2699
2700       switch (code)
2701         {
2702         case BIT_NOT_EXPR:
2703           return chrec_fold_minus
2704             (type, fold_convert (type, integer_minus_one_node), op0);
2705
2706         case NEGATE_EXPR:
2707           return chrec_fold_multiply
2708             (type, fold_convert (type, integer_minus_one_node), op0);
2709
2710         default:
2711           gcc_unreachable ();
2712         }
2713     }
2714
2715   return chrec ? chrec : fold_build1 (code, type, op0);
2716 }
2717
2718 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2719    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2720
2721    CHREC is an expression with 3 operands to be instantiated.
2722
2723    CACHE is the cache of already instantiated values.
2724
2725    Variable pointed by FOLD_CONVERSIONS is set to TRUE when the
2726    conversions that may wrap in signed/pointer type are folded, as long
2727    as the value of the chrec is preserved.  If FOLD_CONVERSIONS is NULL
2728    then we don't do such fold.
2729
2730    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2731    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2732
2733 static tree
2734 instantiate_scev_3 (basic_block instantiate_below,
2735                     struct loop *evolution_loop, struct loop *inner_loop,
2736                     tree chrec,
2737                     bool *fold_conversions, int size_expr)
2738 {
2739   tree op1, op2;
2740   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2741                                  inner_loop, TREE_OPERAND (chrec, 0),
2742                                  fold_conversions, size_expr);
2743   if (op0 == chrec_dont_know)
2744     return chrec_dont_know;
2745
2746   op1 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2747                             inner_loop, TREE_OPERAND (chrec, 1),
2748                             fold_conversions, size_expr);
2749   if (op1 == chrec_dont_know)
2750     return chrec_dont_know;
2751
2752   op2 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2753                             inner_loop, TREE_OPERAND (chrec, 2),
2754                             fold_conversions, size_expr);
2755   if (op2 == chrec_dont_know)
2756     return chrec_dont_know;
2757
2758   if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0)
2759       && op1 == TREE_OPERAND (chrec, 1)
2760       && op2 == TREE_OPERAND (chrec, 2))
2761     return chrec;
2762
2763   return fold_build3 (TREE_CODE (chrec),
2764                       TREE_TYPE (chrec), op0, op1, op2);
2765 }
2766
2767 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2768    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2769
2770    CHREC is an expression with 2 operands to be instantiated.
2771
2772    CACHE is the cache of already instantiated values.
2773
2774    Variable pointed by FOLD_CONVERSIONS is set to TRUE when the
2775    conversions that may wrap in signed/pointer type are folded, as long
2776    as the value of the chrec is preserved.  If FOLD_CONVERSIONS is NULL
2777    then we don't do such fold.
2778
2779    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2780    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2781
2782 static tree
2783 instantiate_scev_2 (basic_block instantiate_below,
2784                     struct loop *evolution_loop, struct loop *inner_loop,
2785                     tree chrec,
2786                     bool *fold_conversions, int size_expr)
2787 {
2788   tree op1;
2789   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2790                                  inner_loop, TREE_OPERAND (chrec, 0),
2791                                  fold_conversions, size_expr);
2792   if (op0 == chrec_dont_know)
2793     return chrec_dont_know;
2794
2795   op1 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2796                             inner_loop, TREE_OPERAND (chrec, 1),
2797                             fold_conversions, size_expr);
2798   if (op1 == chrec_dont_know)
2799     return chrec_dont_know;
2800
2801   if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0)
2802       && op1 == TREE_OPERAND (chrec, 1))
2803     return chrec;
2804
2805   return fold_build2 (TREE_CODE (chrec), TREE_TYPE (chrec), op0, op1);
2806 }
2807
2808 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2809    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2810
2811    CHREC is an expression with 2 operands to be instantiated.
2812
2813    CACHE is the cache of already instantiated values.
2814
2815    Variable pointed by FOLD_CONVERSIONS is set to TRUE when the
2816    conversions that may wrap in signed/pointer type are folded, as long
2817    as the value of the chrec is preserved.  If FOLD_CONVERSIONS is NULL
2818    then we don't do such fold.
2819
2820    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2821    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2822
2823 static tree
2824 instantiate_scev_1 (basic_block instantiate_below,
2825                     struct loop *evolution_loop, struct loop *inner_loop,
2826                     tree chrec,
2827                     bool *fold_conversions, int size_expr)
2828 {
2829   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2830                                  inner_loop, TREE_OPERAND (chrec, 0),
2831                                  fold_conversions, size_expr);
2832
2833   if (op0 == chrec_dont_know)
2834     return chrec_dont_know;
2835
2836   if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0))
2837     return chrec;
2838
2839   return fold_build1 (TREE_CODE (chrec), TREE_TYPE (chrec), op0);
2840 }
2841
2842 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2843    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2844
2845    CHREC is the scalar evolution to instantiate.
2846
2847    CACHE is the cache of already instantiated values.
2848
2849    Variable pointed by FOLD_CONVERSIONS is set to TRUE when the
2850    conversions that may wrap in signed/pointer type are folded, as long
2851    as the value of the chrec is preserved.  If FOLD_CONVERSIONS is NULL
2852    then we don't do such fold.
2853
2854    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2855    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2856
2857 static tree
2858 instantiate_scev_r (basic_block instantiate_below,
2859                     struct loop *evolution_loop, struct loop *inner_loop,
2860                     tree chrec,
2861                     bool *fold_conversions, int size_expr)
2862 {
2863   /* Give up if the expression is larger than the MAX that we allow.  */
2864   if (size_expr++ > PARAM_VALUE (PARAM_SCEV_MAX_EXPR_SIZE))
2865     return chrec_dont_know;
2866
2867   if (chrec == NULL_TREE
2868       || automatically_generated_chrec_p (chrec)
2869       || is_gimple_min_invariant (chrec))
2870     return chrec;
2871
2872   switch (TREE_CODE (chrec))
2873     {
2874     case SSA_NAME:
2875       return instantiate_scev_name (instantiate_below, evolution_loop,
2876                                     inner_loop, chrec,
2877                                     fold_conversions, size_expr);
2878
2879     case POLYNOMIAL_CHREC:
2880       return instantiate_scev_poly (instantiate_below, evolution_loop,
2881                                     inner_loop, chrec,
2882                                     fold_conversions, size_expr);
2883
2884     case POINTER_PLUS_EXPR:
2885     case PLUS_EXPR:
2886     case MINUS_EXPR:
2887     case MULT_EXPR:
2888       return instantiate_scev_binary (instantiate_below, evolution_loop,
2889                                       inner_loop, chrec,
2890                                       TREE_CODE (chrec), chrec_type (chrec),
2891                                       TREE_OPERAND (chrec, 0),
2892                                       TREE_OPERAND (chrec, 1),
2893                                       fold_conversions, size_expr);
2894
2895     CASE_CONVERT:
2896       return instantiate_scev_convert (instantiate_below, evolution_loop,
2897                                        inner_loop, chrec,
2898                                        TREE_TYPE (chrec), TREE_OPERAND (chrec, 0),
2899                                        fold_conversions, size_expr);
2900
2901     case NEGATE_EXPR:
2902     case BIT_NOT_EXPR:
2903       return instantiate_scev_not (instantiate_below, evolution_loop,
2904                                    inner_loop, chrec,
2905                                    TREE_CODE (chrec), TREE_TYPE (chrec),
2906                                    TREE_OPERAND (chrec, 0),
2907                                    fold_conversions, size_expr);
2908
2909     case ADDR_EXPR:
2910     case SCEV_NOT_KNOWN:
2911       return chrec_dont_know;
2912
2913     case SCEV_KNOWN:
2914       return chrec_known;
2915
2916     case ARRAY_REF:
2917       return instantiate_array_ref (instantiate_below, evolution_loop,
2918                                     inner_loop, chrec,
2919                                     fold_conversions, size_expr);
2920
2921     default:
2922       break;
2923     }
2924
2925   if (VL_EXP_CLASS_P (chrec))
2926     return chrec_dont_know;
2927
2928   switch (TREE_CODE_LENGTH (TREE_CODE (chrec)))
2929     {
2930     case 3:
2931       return instantiate_scev_3 (instantiate_below, evolution_loop,
2932                                  inner_loop, chrec,
2933                                  fold_conversions, size_expr);
2934
2935     case 2:
2936       return instantiate_scev_2 (instantiate_below, evolution_loop,
2937                                  inner_loop, chrec,
2938                                  fold_conversions, size_expr);
2939
2940     case 1:
2941       return instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2942                                  inner_loop, chrec,
2943                                  fold_conversions, size_expr);
2944
2945     case 0:
2946       return chrec;
2947
2948     default:
2949       break;
2950     }
2951
2952   /* Too complicated to handle.  */
2953   return chrec_dont_know;
2954 }
2955
2956 /* Analyze all the parameters of the chrec that were left under a
2957    symbolic form.  INSTANTIATE_BELOW is the basic block that stops the
2958    recursive instantiation of parameters: a parameter is a variable
2959    that is defined in a basic block that dominates INSTANTIATE_BELOW or
2960    a function parameter.  */
2961
2962 tree
2963 instantiate_scev (basic_block instantiate_below, struct loop *evolution_loop,
2964                   tree chrec)
2965 {
2966   tree res;
2967
2968   if (dump_file && (dump_flags & TDF_SCEV))
2969     {
2970       fprintf (dump_file, "(instantiate_scev \n");
2971       fprintf (dump_file, "  (instantiate_below = %d)\n", instantiate_below->index);
2972       fprintf (dump_file, "  (evolution_loop = %d)\n", evolution_loop->num);
2973       fprintf (dump_file, "  (chrec = ");
2974       print_generic_expr (dump_file, chrec, 0);
2975       fprintf (dump_file, ")\n");
2976     }
2977
2978   bool destr = false;
2979   if (!global_cache)
2980     {
2981       global_cache = new instantiate_cache_type;
2982       destr = true;
2983     }
2984
2985   res = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2986                             NULL, chrec, NULL, 0);
2987
2988   if (destr)
2989     {
2990       delete global_cache;
2991       global_cache = NULL;
2992     }
2993
2994   if (dump_file && (dump_flags & TDF_SCEV))
2995     {
2996       fprintf (dump_file, "  (res = ");
2997       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
2998       fprintf (dump_file, "))\n");
2999     }
3000
3001   return res;
3002 }
3003
3004 /* Similar to instantiate_parameters, but does not introduce the
3005    evolutions in outer loops for LOOP invariants in CHREC, and does not
3006    care about causing overflows, as long as they do not affect value
3007    of an expression.  */
3008
3009 tree
3010 resolve_mixers (struct loop *loop, tree chrec, bool *folded_casts)
3011 {
3012   bool destr = false;
3013   bool fold_conversions = false;
3014   if (!global_cache)
3015     {
3016       global_cache = new instantiate_cache_type;
3017       destr = true;
3018     }
3019
3020   tree ret = instantiate_scev_r (block_before_loop (loop), loop, NULL,
3021                                  chrec, &fold_conversions, 0);
3022
3023   if (folded_casts && !*folded_casts)
3024     *folded_casts = fold_conversions;
3025
3026   if (destr)
3027     {
3028       delete global_cache;
3029       global_cache = NULL;
3030     }
3031
3032   return ret;
3033 }
3034
3035 /* Entry point for the analysis of the number of iterations pass.
3036    This function tries to safely approximate the number of iterations
3037    the loop will run.  When this property is not decidable at compile
3038    time, the result is chrec_dont_know.  Otherwise the result is a
3039    scalar or a symbolic parameter.  When the number of iterations may
3040    be equal to zero and the property cannot be determined at compile
3041    time, the result is a COND_EXPR that represents in a symbolic form
3042    the conditions under which the number of iterations is not zero.
3043
3044    Example of analysis: suppose that the loop has an exit condition:
3045
3046    "if (b > 49) goto end_loop;"
3047
3048    and that in a previous analysis we have determined that the
3049    variable 'b' has an evolution function:
3050
3051    "EF = {23, +, 5}_2".
3052
3053    When we evaluate the function at the point 5, i.e. the value of the
3054    variable 'b' after 5 iterations in the loop, we have EF (5) = 48,
3055    and EF (6) = 53.  In this case the value of 'b' on exit is '53' and
3056    the loop body has been executed 6 times.  */
3057
3058 tree
3059 number_of_latch_executions (struct loop *loop)
3060 {
3061   edge exit;
3062   struct tree_niter_desc niter_desc;
3063   tree may_be_zero;
3064   tree res;
3065
3066   /* Determine whether the number of iterations in loop has already
3067      been computed.  */
3068   res = loop->nb_iterations;
3069   if (res)
3070     return res;
3071
3072   may_be_zero = NULL_TREE;
3073
3074   if (dump_file && (dump_flags & TDF_SCEV))
3075     fprintf (dump_file, "(number_of_iterations_in_loop = \n");
3076
3077   res = chrec_dont_know;
3078   exit = single_exit (loop);
3079
3080   if (exit && number_of_iterations_exit (loop, exit, &niter_desc, false))
3081     {
3082       may_be_zero = niter_desc.may_be_zero;
3083       res = niter_desc.niter;
3084     }
3085
3086   if (res == chrec_dont_know
3087       || !may_be_zero
3088       || integer_zerop (may_be_zero))
3089     ;
3090   else if (integer_nonzerop (may_be_zero))
3091     res = build_int_cst (TREE_TYPE (res), 0);
3092
3093   else if (COMPARISON_CLASS_P (may_be_zero))
3094     res = fold_build3 (COND_EXPR, TREE_TYPE (res), may_be_zero,
3095                        build_int_cst (TREE_TYPE (res), 0), res);
3096   else
3097     res = chrec_dont_know;
3098
3099   if (dump_file && (dump_flags & TDF_SCEV))
3100     {
3101       fprintf (dump_file, "  (set_nb_iterations_in_loop = ");
3102       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
3103       fprintf (dump_file, "))\n");
3104     }
3105
3106   loop->nb_iterations = res;
3107   return res;
3108 }
3109 \f
3110
3111 /* Counters for the stats.  */
3112
3113 struct chrec_stats
3114 {
3115   unsigned nb_chrecs;
3116   unsigned nb_affine;
3117   unsigned nb_affine_multivar;
3118   unsigned nb_higher_poly;
3119   unsigned nb_chrec_dont_know;
3120   unsigned nb_undetermined;
3121 };
3122
3123 /* Reset the counters.  */
3124
3125 static inline void
3126 reset_chrecs_counters (struct chrec_stats *stats)
3127 {
3128   stats->nb_chrecs = 0;
3129   stats->nb_affine = 0;
3130   stats->nb_affine_multivar = 0;
3131   stats->nb_higher_poly = 0;
3132   stats->nb_chrec_dont_know = 0;
3133   stats->nb_undetermined = 0;
3134 }
3135
3136 /* Dump the contents of a CHREC_STATS structure.  */
3137
3138 static void
3139 dump_chrecs_stats (FILE *file, struct chrec_stats *stats)
3140 {
3141   fprintf (file, "\n(\n");
3142   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
3143   fprintf (file, "%d\taffine univariate chrecs\n", stats->nb_affine);
3144   fprintf (file, "%d\taffine multivariate chrecs\n", stats->nb_affine_multivar);
3145   fprintf (file, "%d\tdegree greater than 2 polynomials\n",
3146            stats->nb_higher_poly);
3147   fprintf (file, "%d\tchrec_dont_know chrecs\n", stats->nb_chrec_dont_know);
3148   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
3149   fprintf (file, "%d\ttotal chrecs\n", stats->nb_chrecs);
3150   fprintf (file, "%d\twith undetermined coefficients\n",
3151            stats->nb_undetermined);
3152   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
3153   fprintf (file, "%d\tchrecs in the scev database\n",
3154            (int) scalar_evolution_info->elements ());
3155   fprintf (file, "%d\tsets in the scev database\n", nb_set_scev);
3156   fprintf (file, "%d\tgets in the scev database\n", nb_get_scev);
3157   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
3158   fprintf (file, ")\n\n");
3159 }
3160
3161 /* Gather statistics about CHREC.  */
3162
3163 static void
3164 gather_chrec_stats (tree chrec, struct chrec_stats *stats)
3165 {
3166   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
3167     {
3168       fprintf (dump_file, "(classify_chrec ");
3169       print_generic_expr (dump_file, chrec, 0);
3170       fprintf (dump_file, "\n");
3171     }
3172
3173   stats->nb_chrecs++;
3174
3175   if (chrec == NULL_TREE)
3176     {
3177       stats->nb_undetermined++;
3178       return;
3179     }
3180
3181   switch (TREE_CODE (chrec))
3182     {
3183     case POLYNOMIAL_CHREC:
3184       if (evolution_function_is_affine_p (chrec))
3185         {
3186           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
3187             fprintf (dump_file, "  affine_univariate\n");
3188           stats->nb_affine++;
3189         }
3190       else if (evolution_function_is_affine_multivariate_p (chrec, 0))
3191         {
3192           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
3193             fprintf (dump_file, "  affine_multivariate\n");
3194           stats->nb_affine_multivar++;
3195         }
3196       else
3197         {
3198           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
3199             fprintf (dump_file, "  higher_degree_polynomial\n");
3200           stats->nb_higher_poly++;
3201         }
3202
3203       break;
3204
3205     default:
3206       break;
3207     }
3208
3209   if (chrec_contains_undetermined (chrec))
3210     {
3211       if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
3212         fprintf (dump_file, "  undetermined\n");
3213       stats->nb_undetermined++;
3214     }
3215
3216   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
3217     fprintf (dump_file, ")\n");
3218 }
3219
3220 /* Classify the chrecs of the whole database.  */
3221
3222 void
3223 gather_stats_on_scev_database (void)
3224 {
3225   struct chrec_stats stats;
3226
3227   if (!dump_file)
3228     return;
3229
3230   reset_chrecs_counters (&stats);
3231
3232   hash_table<scev_info_hasher>::iterator iter;
3233   scev_info_str *elt;
3234   FOR_EACH_HASH_TABLE_ELEMENT (*scalar_evolution_info, elt, scev_info_str *,
3235                                iter)
3236     gather_chrec_stats (elt->chrec, &stats);
3237
3238   dump_chrecs_stats (dump_file, &stats);
3239 }
3240
3241 \f
3242
3243 /* Initializer.  */
3244
3245 static void
3246 initialize_scalar_evolutions_analyzer (void)
3247 {
3248   /* The elements below are unique.  */
3249   if (chrec_dont_know == NULL_TREE)
3250     {
3251       chrec_not_analyzed_yet = NULL_TREE;
3252       chrec_dont_know = make_node (SCEV_NOT_KNOWN);
3253       chrec_known = make_node (SCEV_KNOWN);
3254       TREE_TYPE (chrec_dont_know) = void_type_node;
3255       TREE_TYPE (chrec_known) = void_type_node;
3256     }
3257 }
3258
3259 /* Initialize the analysis of scalar evolutions for LOOPS.  */
3260
3261 void
3262 scev_initialize (void)
3263 {
3264   struct loop *loop;
3265
3266   scalar_evolution_info = hash_table<scev_info_hasher>::create_ggc (100);
3267
3268   initialize_scalar_evolutions_analyzer ();
3269
3270   FOR_EACH_LOOP (loop, 0)
3271     {
3272       loop->nb_iterations = NULL_TREE;
3273     }
3274 }
3275
3276 /* Return true if SCEV is initialized.  */
3277
3278 bool
3279 scev_initialized_p (void)
3280 {
3281   return scalar_evolution_info != NULL;
3282 }
3283
3284 /* Cleans up the information cached by the scalar evolutions analysis
3285    in the hash table.  */
3286
3287 void
3288 scev_reset_htab (void)
3289 {
3290   if (!scalar_evolution_info)
3291     return;
3292
3293   scalar_evolution_info->empty ();
3294 }
3295
3296 /* Cleans up the information cached by the scalar evolutions analysis
3297    in the hash table and in the loop->nb_iterations.  */
3298
3299 void
3300 scev_reset (void)
3301 {
3302   struct loop *loop;
3303
3304   scev_reset_htab ();
3305
3306   FOR_EACH_LOOP (loop, 0)
3307     {
3308       loop->nb_iterations = NULL_TREE;
3309     }
3310 }
3311
3312 /* Checks whether use of OP in USE_LOOP behaves as a simple affine iv with
3313    respect to WRTO_LOOP and returns its base and step in IV if possible
3314    (see analyze_scalar_evolution_in_loop for more details on USE_LOOP
3315    and WRTO_LOOP).  If ALLOW_NONCONSTANT_STEP is true, we want step to be
3316    invariant in LOOP.  Otherwise we require it to be an integer constant.
3317
3318    IV->no_overflow is set to true if we are sure the iv cannot overflow (e.g.
3319    because it is computed in signed arithmetics).  Consequently, adding an
3320    induction variable
3321
3322    for (i = IV->base; ; i += IV->step)
3323
3324    is only safe if IV->no_overflow is false, or TYPE_OVERFLOW_UNDEFINED is
3325    false for the type of the induction variable, or you can prove that i does
3326    not wrap by some other argument.  Otherwise, this might introduce undefined
3327    behavior, and
3328
3329    for (i = iv->base; ; i = (type) ((unsigned type) i + (unsigned type) iv->step))
3330
3331    must be used instead.  */
3332
3333 bool
3334 simple_iv (struct loop *wrto_loop, struct loop *use_loop, tree op,
3335            affine_iv *iv, bool allow_nonconstant_step)
3336 {
3337   enum tree_code code;
3338   tree type, ev, base, e, stop;
3339   wide_int extreme;
3340   bool folded_casts, overflow;
3341
3342   iv->base = NULL_TREE;
3343   iv->step = NULL_TREE;
3344   iv->no_overflow = false;
3345
3346   type = TREE_TYPE (op);
3347   if (!POINTER_TYPE_P (type)
3348       && !INTEGRAL_TYPE_P (type))
3349     return false;
3350
3351   ev = analyze_scalar_evolution_in_loop (wrto_loop, use_loop, op,
3352                                          &folded_casts);
3353   if (chrec_contains_undetermined (ev)
3354       || chrec_contains_symbols_defined_in_loop (ev, wrto_loop->num))
3355     return false;
3356
3357   if (tree_does_not_contain_chrecs (ev))
3358     {
3359       iv->base = ev;
3360       iv->step = build_int_cst (TREE_TYPE (ev), 0);
3361       iv->no_overflow = true;
3362       return true;
3363     }
3364
3365   if (TREE_CODE (ev) != POLYNOMIAL_CHREC
3366       || CHREC_VARIABLE (ev) != (unsigned) wrto_loop->num)
3367     return false;
3368
3369   iv->step = CHREC_RIGHT (ev);
3370   if ((!allow_nonconstant_step && TREE_CODE (iv->step) != INTEGER_CST)
3371       || tree_contains_chrecs (iv->step, NULL))
3372     return false;
3373
3374   iv->base = CHREC_LEFT (ev);
3375   if (tree_contains_chrecs (iv->base, NULL))
3376     return false;
3377
3378   iv->no_overflow = (!folded_casts && ANY_INTEGRAL_TYPE_P (type)
3379                      && TYPE_OVERFLOW_UNDEFINED (type));
3380
3381   /* Try to simplify iv base:
3382
3383        (signed T) ((unsigned T)base + step) ;; TREE_TYPE (base) == signed T
3384          == (signed T)(unsigned T)base + step
3385          == base + step
3386
3387      If we can prove operation (base + step) doesn't overflow or underflow.
3388      Specifically, we try to prove below conditions are satisfied:
3389
3390              base <= UPPER_BOUND (type) - step  ;;step > 0
3391              base >= LOWER_BOUND (type) - step  ;;step < 0
3392
3393      This is done by proving the reverse conditions are false using loop's
3394      initial conditions.
3395
3396      The is necessary to make loop niter, or iv overflow analysis easier
3397      for below example:
3398
3399        int foo (int *a, signed char s, signed char l)
3400          {
3401            signed char i;
3402            for (i = s; i < l; i++)
3403              a[i] = 0;
3404            return 0;
3405           }
3406
3407      Note variable I is firstly converted to type unsigned char, incremented,
3408      then converted back to type signed char.  */
3409
3410   if (wrto_loop->num != use_loop->num)
3411     return true;
3412
3413   if (!CONVERT_EXPR_P (iv->base) || TREE_CODE (iv->step) != INTEGER_CST)
3414     return true;
3415
3416   type = TREE_TYPE (iv->base);
3417   e = TREE_OPERAND (iv->base, 0);
3418   if (TREE_CODE (e) != PLUS_EXPR
3419       || TREE_CODE (TREE_OPERAND (e, 1)) != INTEGER_CST
3420       || !tree_int_cst_equal (iv->step,
3421                               fold_convert (type, TREE_OPERAND (e, 1))))
3422     return true;
3423   e = TREE_OPERAND (e, 0);
3424   if (!CONVERT_EXPR_P (e))
3425     return true;
3426   base = TREE_OPERAND (e, 0);
3427   if (!useless_type_conversion_p (type, TREE_TYPE (base)))
3428     return true;
3429
3430   if (tree_int_cst_sign_bit (iv->step))
3431     {
3432       code = LT_EXPR;
3433       extreme = wi::min_value (type);
3434     }
3435   else
3436     {
3437       code = GT_EXPR;
3438       extreme = wi::max_value (type);
3439     }
3440   overflow = false;
3441   extreme = wi::sub (extreme, iv->step, TYPE_SIGN (type), &overflow);
3442   if (overflow)
3443     return true;
3444   e = fold_build2 (code, boolean_type_node, base,
3445                    wide_int_to_tree (type, extreme));
3446   stop = (TREE_CODE (base) == SSA_NAME) ? base : NULL;
3447   e = simplify_using_initial_conditions (use_loop, e, stop);
3448   if (!integer_zerop (e))
3449     return true;
3450
3451   if (POINTER_TYPE_P (TREE_TYPE (base)))
3452     code = POINTER_PLUS_EXPR;
3453   else
3454     code = PLUS_EXPR;
3455
3456   iv->base = fold_build2 (code, TREE_TYPE (base), base, iv->step);
3457   return true;
3458 }
3459
3460 /* Finalize the scalar evolution analysis.  */
3461
3462 void
3463 scev_finalize (void)
3464 {
3465   if (!scalar_evolution_info)
3466     return;
3467   scalar_evolution_info->empty ();
3468   scalar_evolution_info = NULL;
3469 }
3470
3471 /* Returns true if the expression EXPR is considered to be too expensive
3472    for scev_const_prop.  */
3473
3474 bool
3475 expression_expensive_p (tree expr)
3476 {
3477   enum tree_code code;
3478
3479   if (is_gimple_val (expr))
3480     return false;
3481
3482   code = TREE_CODE (expr);
3483   if (code == TRUNC_DIV_EXPR
3484       || code == CEIL_DIV_EXPR
3485       || code == FLOOR_DIV_EXPR
3486       || code == ROUND_DIV_EXPR
3487       || code == TRUNC_MOD_EXPR
3488       || code == CEIL_MOD_EXPR
3489       || code == FLOOR_MOD_EXPR
3490       || code == ROUND_MOD_EXPR
3491       || code == EXACT_DIV_EXPR)
3492     {
3493       /* Division by power of two is usually cheap, so we allow it.
3494          Forbid anything else.  */
3495       if (!integer_pow2p (TREE_OPERAND (expr, 1)))
3496         return true;
3497     }
3498
3499   switch (TREE_CODE_CLASS (code))
3500     {
3501     case tcc_binary:
3502     case tcc_comparison:
3503       if (expression_expensive_p (TREE_OPERAND (expr, 1)))
3504         return true;
3505
3506       /* Fallthru.  */
3507     case tcc_unary:
3508       return expression_expensive_p (TREE_OPERAND (expr, 0));
3509
3510     default:
3511       return true;
3512     }
3513 }
3514
3515 /* Do final value replacement for LOOP.  */
3516
3517 void
3518 final_value_replacement_loop (struct loop *loop)
3519 {
3520   /* If we do not know exact number of iterations of the loop, we cannot
3521      replace the final value.  */
3522   edge exit = single_exit (loop);
3523   if (!exit)
3524     return;
3525
3526   tree niter = number_of_latch_executions (loop);
3527   if (niter == chrec_dont_know)
3528     return;
3529
3530   /* Ensure that it is possible to insert new statements somewhere.  */
3531   if (!single_pred_p (exit->dest))
3532     split_loop_exit_edge (exit);
3533
3534   /* Set stmt insertion pointer.  All stmts are inserted before this point.  */
3535   gimple_stmt_iterator gsi = gsi_after_labels (exit->dest);
3536
3537   struct loop *ex_loop
3538     = superloop_at_depth (loop,
3539                           loop_depth (exit->dest->loop_father) + 1);
3540
3541   gphi_iterator psi;
3542   for (psi = gsi_start_phis (exit->dest); !gsi_end_p (psi); )
3543     {
3544       gphi *phi = psi.phi ();
3545       tree rslt = PHI_RESULT (phi);
3546       tree def = PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi, exit);
3547       if (virtual_operand_p (def))
3548         {
3549           gsi_next (&psi);
3550           continue;
3551         }
3552
3553       if (!POINTER_TYPE_P (TREE_TYPE (def))
3554           && !INTEGRAL_TYPE_P (TREE_TYPE (def)))
3555         {
3556           gsi_next (&psi);
3557           continue;
3558         }
3559
3560       bool folded_casts;
3561       def = analyze_scalar_evolution_in_loop (ex_loop, loop, def,
3562                                               &folded_casts);
3563       def = compute_overall_effect_of_inner_loop (ex_loop, def);
3564       if (!tree_does_not_contain_chrecs (def)
3565           || chrec_contains_symbols_defined_in_loop (def, ex_loop->num)
3566           /* Moving the computation from the loop may prolong life range
3567              of some ssa names, which may cause problems if they appear
3568              on abnormal edges.  */
3569           || contains_abnormal_ssa_name_p (def)
3570           /* Do not emit expensive expressions.  The rationale is that
3571              when someone writes a code like
3572
3573              while (n > 45) n -= 45;
3574
3575              he probably knows that n is not large, and does not want it
3576              to be turned into n %= 45.  */
3577           || expression_expensive_p (def))
3578         {
3579           if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
3580             {
3581               fprintf (dump_file, "not replacing:\n  ");
3582               print_gimple_stmt (dump_file, phi, 0, 0);
3583               fprintf (dump_file, "\n");
3584             }
3585           gsi_next (&psi);
3586           continue;
3587         }
3588
3589       /* Eliminate the PHI node and replace it by a computation outside
3590          the loop.  */
3591       if (dump_file)
3592         {
3593           fprintf (dump_file, "\nfinal value replacement:\n  ");
3594           print_gimple_stmt (dump_file, phi, 0, 0);
3595           fprintf (dump_file, "  with\n  ");
3596         }
3597       def = unshare_expr (def);
3598       remove_phi_node (&psi, false);
3599
3600       /* If def's type has undefined overflow and there were folded
3601          casts, rewrite all stmts added for def into arithmetics
3602          with defined overflow behavior.  */
3603       if (folded_casts && ANY_INTEGRAL_TYPE_P (TREE_TYPE (def))
3604           && TYPE_OVERFLOW_UNDEFINED (TREE_TYPE (def)))
3605         {
3606           gimple_seq stmts;
3607           gimple_stmt_iterator gsi2;
3608           def = force_gimple_operand (def, &stmts, true, NULL_TREE);
3609           gsi2 = gsi_start (stmts);
3610           while (!gsi_end_p (gsi2))
3611             {
3612               gimple *stmt = gsi_stmt (gsi2);
3613               gimple_stmt_iterator gsi3 = gsi2;
3614               gsi_next (&gsi2);
3615               gsi_remove (&gsi3, false);
3616               if (is_gimple_assign (stmt)
3617                   && arith_code_with_undefined_signed_overflow
3618                   (gimple_assign_rhs_code (stmt)))
3619                 gsi_insert_seq_before (&gsi,
3620                                        rewrite_to_defined_overflow (stmt),
3621                                        GSI_SAME_STMT);
3622               else
3623                 gsi_insert_before (&gsi, stmt, GSI_SAME_STMT);
3624             }
3625         }
3626       else
3627         def = force_gimple_operand_gsi (&gsi, def, false, NULL_TREE,
3628                                         true, GSI_SAME_STMT);
3629
3630       gassign *ass = gimple_build_assign (rslt, def);
3631       gsi_insert_before (&gsi, ass, GSI_SAME_STMT);
3632       if (dump_file)
3633         {
3634           print_gimple_stmt (dump_file, ass, 0, 0);
3635           fprintf (dump_file, "\n");
3636         }
3637     }
3638 }
3639
3640 /* Replace ssa names for that scev can prove they are constant by the
3641    appropriate constants.  Also perform final value replacement in loops,
3642    in case the replacement expressions are cheap.
3643
3644    We only consider SSA names defined by phi nodes; rest is left to the
3645    ordinary constant propagation pass.  */
3646
3647 unsigned int
3648 scev_const_prop (void)
3649 {
3650   basic_block bb;
3651   tree name, type, ev;
3652   gphi *phi;
3653   struct loop *loop;
3654   bitmap ssa_names_to_remove = NULL;
3655   unsigned i;
3656   gphi_iterator psi;
3657
3658   if (number_of_loops (cfun) <= 1)
3659     return 0;
3660
3661   FOR_EACH_BB_FN (bb, cfun)
3662     {
3663       loop = bb->loop_father;
3664
3665       for (psi = gsi_start_phis (bb); !gsi_end_p (psi); gsi_next (&psi))
3666         {
3667           phi = psi.phi ();
3668           name = PHI_RESULT (phi);
3669
3670           if (virtual_operand_p (name))
3671             continue;
3672
3673           type = TREE_TYPE (name);
3674
3675           if (!POINTER_TYPE_P (type)
3676               && !INTEGRAL_TYPE_P (type))
3677             continue;
3678
3679           ev = resolve_mixers (loop, analyze_scalar_evolution (loop, name),
3680                                NULL);
3681           if (!is_gimple_min_invariant (ev)
3682               || !may_propagate_copy (name, ev))
3683             continue;
3684
3685           /* Replace the uses of the name.  */
3686           if (name != ev)
3687             {
3688               if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
3689                 {
3690                   fprintf (dump_file, "Replacing uses of: ");
3691                   print_generic_expr (dump_file, name, 0);
3692                   fprintf (dump_file, " with: ");
3693                   print_generic_expr (dump_file, ev, 0);
3694                   fprintf (dump_file, "\n");
3695                 }
3696               replace_uses_by (name, ev);
3697             }
3698
3699           if (!ssa_names_to_remove)
3700             ssa_names_to_remove = BITMAP_ALLOC (NULL);
3701           bitmap_set_bit (ssa_names_to_remove, SSA_NAME_VERSION (name));
3702         }
3703     }
3704
3705   /* Remove the ssa names that were replaced by constants.  We do not
3706      remove them directly in the previous cycle, since this
3707      invalidates scev cache.  */
3708   if (ssa_names_to_remove)
3709     {
3710       bitmap_iterator bi;
3711
3712       EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (ssa_names_to_remove, 0, i, bi)
3713         {
3714           gimple_stmt_iterator psi;
3715           name = ssa_name (i);
3716           phi = as_a <gphi *> (SSA_NAME_DEF_STMT (name));
3717
3718           gcc_assert (gimple_code (phi) == GIMPLE_PHI);
3719           psi = gsi_for_stmt (phi);
3720           remove_phi_node (&psi, true);
3721         }
3722
3723       BITMAP_FREE (ssa_names_to_remove);
3724       scev_reset ();
3725     }
3726
3727   /* Now the regular final value replacement.  */
3728   FOR_EACH_LOOP (loop, LI_FROM_INNERMOST)
3729     final_value_replacement_loop (loop);
3730
3731   return 0;
3732 }
3733
3734 #include "gt-tree-scalar-evolution.h"