OSDN Git Service

2010-06-09 Martin Jambor <mjambor@suse.cz>
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / tree-scalar-evolution.c
1 /* Scalar evolution detector.
2    Copyright (C) 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010
3    Free Software Foundation, Inc.
4    Contributed by Sebastian Pop <s.pop@laposte.net>
5
6 This file is part of GCC.
7
8 GCC is free software; you can redistribute it and/or modify it under
9 the terms of the GNU General Public License as published by the Free
10 Software Foundation; either version 3, or (at your option) any later
11 version.
12
13 GCC is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
14 WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
15 FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
16 for more details.
17
18 You should have received a copy of the GNU General Public License
19 along with GCC; see the file COPYING3.  If not see
20 <http://www.gnu.org/licenses/>.  */
21
22 /*
23    Description:
24
25    This pass analyzes the evolution of scalar variables in loop
26    structures.  The algorithm is based on the SSA representation,
27    and on the loop hierarchy tree.  This algorithm is not based on
28    the notion of versions of a variable, as it was the case for the
29    previous implementations of the scalar evolution algorithm, but
30    it assumes that each defined name is unique.
31
32    The notation used in this file is called "chains of recurrences",
33    and has been proposed by Eugene Zima, Robert Van Engelen, and
34    others for describing induction variables in programs.  For example
35    "b -> {0, +, 2}_1" means that the scalar variable "b" is equal to 0
36    when entering in the loop_1 and has a step 2 in this loop, in other
37    words "for (b = 0; b < N; b+=2);".  Note that the coefficients of
38    this chain of recurrence (or chrec [shrek]) can contain the name of
39    other variables, in which case they are called parametric chrecs.
40    For example, "b -> {a, +, 2}_1" means that the initial value of "b"
41    is the value of "a".  In most of the cases these parametric chrecs
42    are fully instantiated before their use because symbolic names can
43    hide some difficult cases such as self-references described later
44    (see the Fibonacci example).
45
46    A short sketch of the algorithm is:
47
48    Given a scalar variable to be analyzed, follow the SSA edge to
49    its definition:
50
51    - When the definition is a GIMPLE_ASSIGN: if the right hand side
52    (RHS) of the definition cannot be statically analyzed, the answer
53    of the analyzer is: "don't know".
54    Otherwise, for all the variables that are not yet analyzed in the
55    RHS, try to determine their evolution, and finally try to
56    evaluate the operation of the RHS that gives the evolution
57    function of the analyzed variable.
58
59    - When the definition is a condition-phi-node: determine the
60    evolution function for all the branches of the phi node, and
61    finally merge these evolutions (see chrec_merge).
62
63    - When the definition is a loop-phi-node: determine its initial
64    condition, that is the SSA edge defined in an outer loop, and
65    keep it symbolic.  Then determine the SSA edges that are defined
66    in the body of the loop.  Follow the inner edges until ending on
67    another loop-phi-node of the same analyzed loop.  If the reached
68    loop-phi-node is not the starting loop-phi-node, then we keep
69    this definition under a symbolic form.  If the reached
70    loop-phi-node is the same as the starting one, then we compute a
71    symbolic stride on the return path.  The result is then the
72    symbolic chrec {initial_condition, +, symbolic_stride}_loop.
73
74    Examples:
75
76    Example 1: Illustration of the basic algorithm.
77
78    | a = 3
79    | loop_1
80    |   b = phi (a, c)
81    |   c = b + 1
82    |   if (c > 10) exit_loop
83    | endloop
84
85    Suppose that we want to know the number of iterations of the
86    loop_1.  The exit_loop is controlled by a COND_EXPR (c > 10).  We
87    ask the scalar evolution analyzer two questions: what's the
88    scalar evolution (scev) of "c", and what's the scev of "10".  For
89    "10" the answer is "10" since it is a scalar constant.  For the
90    scalar variable "c", it follows the SSA edge to its definition,
91    "c = b + 1", and then asks again what's the scev of "b".
92    Following the SSA edge, we end on a loop-phi-node "b = phi (a,
93    c)", where the initial condition is "a", and the inner loop edge
94    is "c".  The initial condition is kept under a symbolic form (it
95    may be the case that the copy constant propagation has done its
96    work and we end with the constant "3" as one of the edges of the
97    loop-phi-node).  The update edge is followed to the end of the
98    loop, and until reaching again the starting loop-phi-node: b -> c
99    -> b.  At this point we have drawn a path from "b" to "b" from
100    which we compute the stride in the loop: in this example it is
101    "+1".  The resulting scev for "b" is "b -> {a, +, 1}_1".  Now
102    that the scev for "b" is known, it is possible to compute the
103    scev for "c", that is "c -> {a + 1, +, 1}_1".  In order to
104    determine the number of iterations in the loop_1, we have to
105    instantiate_parameters (loop_1, {a + 1, +, 1}_1), that gives after some
106    more analysis the scev {4, +, 1}_1, or in other words, this is
107    the function "f (x) = x + 4", where x is the iteration count of
108    the loop_1.  Now we have to solve the inequality "x + 4 > 10",
109    and take the smallest iteration number for which the loop is
110    exited: x = 7.  This loop runs from x = 0 to x = 7, and in total
111    there are 8 iterations.  In terms of loop normalization, we have
112    created a variable that is implicitly defined, "x" or just "_1",
113    and all the other analyzed scalars of the loop are defined in
114    function of this variable:
115
116    a -> 3
117    b -> {3, +, 1}_1
118    c -> {4, +, 1}_1
119
120    or in terms of a C program:
121
122    | a = 3
123    | for (x = 0; x <= 7; x++)
124    |   {
125    |     b = x + 3
126    |     c = x + 4
127    |   }
128
129    Example 2a: Illustration of the algorithm on nested loops.
130
131    | loop_1
132    |   a = phi (1, b)
133    |   c = a + 2
134    |   loop_2  10 times
135    |     b = phi (c, d)
136    |     d = b + 3
137    |   endloop
138    | endloop
139
140    For analyzing the scalar evolution of "a", the algorithm follows
141    the SSA edge into the loop's body: "a -> b".  "b" is an inner
142    loop-phi-node, and its analysis as in Example 1, gives:
143
144    b -> {c, +, 3}_2
145    d -> {c + 3, +, 3}_2
146
147    Following the SSA edge for the initial condition, we end on "c = a
148    + 2", and then on the starting loop-phi-node "a".  From this point,
149    the loop stride is computed: back on "c = a + 2" we get a "+2" in
150    the loop_1, then on the loop-phi-node "b" we compute the overall
151    effect of the inner loop that is "b = c + 30", and we get a "+30"
152    in the loop_1.  That means that the overall stride in loop_1 is
153    equal to "+32", and the result is:
154
155    a -> {1, +, 32}_1
156    c -> {3, +, 32}_1
157
158    Example 2b: Multivariate chains of recurrences.
159
160    | loop_1
161    |   k = phi (0, k + 1)
162    |   loop_2  4 times
163    |     j = phi (0, j + 1)
164    |     loop_3 4 times
165    |       i = phi (0, i + 1)
166    |       A[j + k] = ...
167    |     endloop
168    |   endloop
169    | endloop
170
171    Analyzing the access function of array A with
172    instantiate_parameters (loop_1, "j + k"), we obtain the
173    instantiation and the analysis of the scalar variables "j" and "k"
174    in loop_1.  This leads to the scalar evolution {4, +, 1}_1: the end
175    value of loop_2 for "j" is 4, and the evolution of "k" in loop_1 is
176    {0, +, 1}_1.  To obtain the evolution function in loop_3 and
177    instantiate the scalar variables up to loop_1, one has to use:
178    instantiate_scev (block_before_loop (loop_1), loop_3, "j + k").
179    The result of this call is {{0, +, 1}_1, +, 1}_2.
180
181    Example 3: Higher degree polynomials.
182
183    | loop_1
184    |   a = phi (2, b)
185    |   c = phi (5, d)
186    |   b = a + 1
187    |   d = c + a
188    | endloop
189
190    a -> {2, +, 1}_1
191    b -> {3, +, 1}_1
192    c -> {5, +, a}_1
193    d -> {5 + a, +, a}_1
194
195    instantiate_parameters (loop_1, {5, +, a}_1) -> {5, +, 2, +, 1}_1
196    instantiate_parameters (loop_1, {5 + a, +, a}_1) -> {7, +, 3, +, 1}_1
197
198    Example 4: Lucas, Fibonacci, or mixers in general.
199
200    | loop_1
201    |   a = phi (1, b)
202    |   c = phi (3, d)
203    |   b = c
204    |   d = c + a
205    | endloop
206
207    a -> (1, c)_1
208    c -> {3, +, a}_1
209
210    The syntax "(1, c)_1" stands for a PEELED_CHREC that has the
211    following semantics: during the first iteration of the loop_1, the
212    variable contains the value 1, and then it contains the value "c".
213    Note that this syntax is close to the syntax of the loop-phi-node:
214    "a -> (1, c)_1" vs. "a = phi (1, c)".
215
216    The symbolic chrec representation contains all the semantics of the
217    original code.  What is more difficult is to use this information.
218
219    Example 5: Flip-flops, or exchangers.
220
221    | loop_1
222    |   a = phi (1, b)
223    |   c = phi (3, d)
224    |   b = c
225    |   d = a
226    | endloop
227
228    a -> (1, c)_1
229    c -> (3, a)_1
230
231    Based on these symbolic chrecs, it is possible to refine this
232    information into the more precise PERIODIC_CHRECs:
233
234    a -> |1, 3|_1
235    c -> |3, 1|_1
236
237    This transformation is not yet implemented.
238
239    Further readings:
240
241    You can find a more detailed description of the algorithm in:
242    http://icps.u-strasbg.fr/~pop/DEA_03_Pop.pdf
243    http://icps.u-strasbg.fr/~pop/DEA_03_Pop.ps.gz.  But note that
244    this is a preliminary report and some of the details of the
245    algorithm have changed.  I'm working on a research report that
246    updates the description of the algorithms to reflect the design
247    choices used in this implementation.
248
249    A set of slides show a high level overview of the algorithm and run
250    an example through the scalar evolution analyzer:
251    http://cri.ensmp.fr/~pop/gcc/mar04/slides.pdf
252
253    The slides that I have presented at the GCC Summit'04 are available
254    at: http://cri.ensmp.fr/~pop/gcc/20040604/gccsummit-lno-spop.pdf
255 */
256
257 #include "config.h"
258 #include "system.h"
259 #include "coretypes.h"
260 #include "tm.h"
261 #include "ggc.h"
262 #include "tree.h"
263 #include "basic-block.h"
264 #include "tree-pretty-print.h"
265 #include "gimple-pretty-print.h"
266 #include "tree-flow.h"
267 #include "tree-dump.h"
268 #include "timevar.h"
269 #include "cfgloop.h"
270 #include "tree-chrec.h"
271 #include "tree-scalar-evolution.h"
272 #include "tree-pass.h"
273 #include "flags.h"
274 #include "params.h"
275
276 static tree analyze_scalar_evolution_1 (struct loop *, tree, tree);
277
278 /* The cached information about an SSA name VAR, claiming that below
279    basic block INSTANTIATED_BELOW, the value of VAR can be expressed
280    as CHREC.  */
281
282 struct GTY(()) scev_info_str {
283   basic_block instantiated_below;
284   tree var;
285   tree chrec;
286 };
287
288 /* Counters for the scev database.  */
289 static unsigned nb_set_scev = 0;
290 static unsigned nb_get_scev = 0;
291
292 /* The following trees are unique elements.  Thus the comparison of
293    another element to these elements should be done on the pointer to
294    these trees, and not on their value.  */
295
296 /* The SSA_NAMEs that are not yet analyzed are qualified with NULL_TREE.  */
297 tree chrec_not_analyzed_yet;
298
299 /* Reserved to the cases where the analyzer has detected an
300    undecidable property at compile time.  */
301 tree chrec_dont_know;
302
303 /* When the analyzer has detected that a property will never
304    happen, then it qualifies it with chrec_known.  */
305 tree chrec_known;
306
307 static GTY ((param_is (struct scev_info_str))) htab_t scalar_evolution_info;
308
309 \f
310 /* Constructs a new SCEV_INFO_STR structure for VAR and INSTANTIATED_BELOW.  */
311
312 static inline struct scev_info_str *
313 new_scev_info_str (basic_block instantiated_below, tree var)
314 {
315   struct scev_info_str *res;
316
317   res = ggc_alloc_scev_info_str ();
318   res->var = var;
319   res->chrec = chrec_not_analyzed_yet;
320   res->instantiated_below = instantiated_below;
321
322   return res;
323 }
324
325 /* Computes a hash function for database element ELT.  */
326
327 static hashval_t
328 hash_scev_info (const void *elt)
329 {
330   return SSA_NAME_VERSION (((const struct scev_info_str *) elt)->var);
331 }
332
333 /* Compares database elements E1 and E2.  */
334
335 static int
336 eq_scev_info (const void *e1, const void *e2)
337 {
338   const struct scev_info_str *elt1 = (const struct scev_info_str *) e1;
339   const struct scev_info_str *elt2 = (const struct scev_info_str *) e2;
340
341   return (elt1->var == elt2->var
342           && elt1->instantiated_below == elt2->instantiated_below);
343 }
344
345 /* Deletes database element E.  */
346
347 static void
348 del_scev_info (void *e)
349 {
350   ggc_free (e);
351 }
352
353 /* Get the scalar evolution of VAR for INSTANTIATED_BELOW basic block.
354    A first query on VAR returns chrec_not_analyzed_yet.  */
355
356 static tree *
357 find_var_scev_info (basic_block instantiated_below, tree var)
358 {
359   struct scev_info_str *res;
360   struct scev_info_str tmp;
361   PTR *slot;
362
363   tmp.var = var;
364   tmp.instantiated_below = instantiated_below;
365   slot = htab_find_slot (scalar_evolution_info, &tmp, INSERT);
366
367   if (!*slot)
368     *slot = new_scev_info_str (instantiated_below, var);
369   res = (struct scev_info_str *) *slot;
370
371   return &res->chrec;
372 }
373
374 /* Return true when CHREC contains symbolic names defined in
375    LOOP_NB.  */
376
377 bool
378 chrec_contains_symbols_defined_in_loop (const_tree chrec, unsigned loop_nb)
379 {
380   int i, n;
381
382   if (chrec == NULL_TREE)
383     return false;
384
385   if (is_gimple_min_invariant (chrec))
386     return false;
387
388   if (TREE_CODE (chrec) == VAR_DECL
389       || TREE_CODE (chrec) == PARM_DECL
390       || TREE_CODE (chrec) == FUNCTION_DECL
391       || TREE_CODE (chrec) == LABEL_DECL
392       || TREE_CODE (chrec) == RESULT_DECL
393       || TREE_CODE (chrec) == FIELD_DECL)
394     return true;
395
396   if (TREE_CODE (chrec) == SSA_NAME)
397     {
398       gimple def = SSA_NAME_DEF_STMT (chrec);
399       struct loop *def_loop = loop_containing_stmt (def);
400       struct loop *loop = get_loop (loop_nb);
401
402       if (def_loop == NULL)
403         return false;
404
405       if (loop == def_loop || flow_loop_nested_p (loop, def_loop))
406         return true;
407
408       return false;
409     }
410
411   n = TREE_OPERAND_LENGTH (chrec);
412   for (i = 0; i < n; i++)
413     if (chrec_contains_symbols_defined_in_loop (TREE_OPERAND (chrec, i),
414                                                 loop_nb))
415       return true;
416   return false;
417 }
418
419 /* Return true when PHI is a loop-phi-node.  */
420
421 static bool
422 loop_phi_node_p (gimple phi)
423 {
424   /* The implementation of this function is based on the following
425      property: "all the loop-phi-nodes of a loop are contained in the
426      loop's header basic block".  */
427
428   return loop_containing_stmt (phi)->header == gimple_bb (phi);
429 }
430
431 /* Compute the scalar evolution for EVOLUTION_FN after crossing LOOP.
432    In general, in the case of multivariate evolutions we want to get
433    the evolution in different loops.  LOOP specifies the level for
434    which to get the evolution.
435
436    Example:
437
438    | for (j = 0; j < 100; j++)
439    |   {
440    |     for (k = 0; k < 100; k++)
441    |       {
442    |         i = k + j;   - Here the value of i is a function of j, k.
443    |       }
444    |      ... = i         - Here the value of i is a function of j.
445    |   }
446    | ... = i              - Here the value of i is a scalar.
447
448    Example:
449
450    | i_0 = ...
451    | loop_1 10 times
452    |   i_1 = phi (i_0, i_2)
453    |   i_2 = i_1 + 2
454    | endloop
455
456    This loop has the same effect as:
457    LOOP_1 has the same effect as:
458
459    | i_1 = i_0 + 20
460
461    The overall effect of the loop, "i_0 + 20" in the previous example,
462    is obtained by passing in the parameters: LOOP = 1,
463    EVOLUTION_FN = {i_0, +, 2}_1.
464 */
465
466 tree
467 compute_overall_effect_of_inner_loop (struct loop *loop, tree evolution_fn)
468 {
469   bool val = false;
470
471   if (evolution_fn == chrec_dont_know)
472     return chrec_dont_know;
473
474   else if (TREE_CODE (evolution_fn) == POLYNOMIAL_CHREC)
475     {
476       struct loop *inner_loop = get_chrec_loop (evolution_fn);
477
478       if (inner_loop == loop
479           || flow_loop_nested_p (loop, inner_loop))
480         {
481           tree nb_iter = number_of_latch_executions (inner_loop);
482
483           if (nb_iter == chrec_dont_know)
484             return chrec_dont_know;
485           else
486             {
487               tree res;
488
489               /* evolution_fn is the evolution function in LOOP.  Get
490                  its value in the nb_iter-th iteration.  */
491               res = chrec_apply (inner_loop->num, evolution_fn, nb_iter);
492
493               if (chrec_contains_symbols_defined_in_loop (res, loop->num))
494                 res = instantiate_parameters (loop, res);
495
496               /* Continue the computation until ending on a parent of LOOP.  */
497               return compute_overall_effect_of_inner_loop (loop, res);
498             }
499         }
500       else
501         return evolution_fn;
502      }
503
504   /* If the evolution function is an invariant, there is nothing to do.  */
505   else if (no_evolution_in_loop_p (evolution_fn, loop->num, &val) && val)
506     return evolution_fn;
507
508   else
509     return chrec_dont_know;
510 }
511
512 /* Determine whether the CHREC is always positive/negative.  If the expression
513    cannot be statically analyzed, return false, otherwise set the answer into
514    VALUE.  */
515
516 bool
517 chrec_is_positive (tree chrec, bool *value)
518 {
519   bool value0, value1, value2;
520   tree end_value, nb_iter;
521
522   switch (TREE_CODE (chrec))
523     {
524     case POLYNOMIAL_CHREC:
525       if (!chrec_is_positive (CHREC_LEFT (chrec), &value0)
526           || !chrec_is_positive (CHREC_RIGHT (chrec), &value1))
527         return false;
528
529       /* FIXME -- overflows.  */
530       if (value0 == value1)
531         {
532           *value = value0;
533           return true;
534         }
535
536       /* Otherwise the chrec is under the form: "{-197, +, 2}_1",
537          and the proof consists in showing that the sign never
538          changes during the execution of the loop, from 0 to
539          loop->nb_iterations.  */
540       if (!evolution_function_is_affine_p (chrec))
541         return false;
542
543       nb_iter = number_of_latch_executions (get_chrec_loop (chrec));
544       if (chrec_contains_undetermined (nb_iter))
545         return false;
546
547 #if 0
548       /* TODO -- If the test is after the exit, we may decrease the number of
549          iterations by one.  */
550       if (after_exit)
551         nb_iter = chrec_fold_minus (type, nb_iter, build_int_cst (type, 1));
552 #endif
553
554       end_value = chrec_apply (CHREC_VARIABLE (chrec), chrec, nb_iter);
555
556       if (!chrec_is_positive (end_value, &value2))
557         return false;
558
559       *value = value0;
560       return value0 == value1;
561
562     case INTEGER_CST:
563       *value = (tree_int_cst_sgn (chrec) == 1);
564       return true;
565
566     default:
567       return false;
568     }
569 }
570
571 /* Associate CHREC to SCALAR.  */
572
573 static void
574 set_scalar_evolution (basic_block instantiated_below, tree scalar, tree chrec)
575 {
576   tree *scalar_info;
577
578   if (TREE_CODE (scalar) != SSA_NAME)
579     return;
580
581   scalar_info = find_var_scev_info (instantiated_below, scalar);
582
583   if (dump_file)
584     {
585       if (dump_flags & TDF_DETAILS)
586         {
587           fprintf (dump_file, "(set_scalar_evolution \n");
588           fprintf (dump_file, "  instantiated_below = %d \n",
589                    instantiated_below->index);
590           fprintf (dump_file, "  (scalar = ");
591           print_generic_expr (dump_file, scalar, 0);
592           fprintf (dump_file, ")\n  (scalar_evolution = ");
593           print_generic_expr (dump_file, chrec, 0);
594           fprintf (dump_file, "))\n");
595         }
596       if (dump_flags & TDF_STATS)
597         nb_set_scev++;
598     }
599
600   *scalar_info = chrec;
601 }
602
603 /* Retrieve the chrec associated to SCALAR instantiated below
604    INSTANTIATED_BELOW block.  */
605
606 static tree
607 get_scalar_evolution (basic_block instantiated_below, tree scalar)
608 {
609   tree res;
610
611   if (dump_file)
612     {
613       if (dump_flags & TDF_DETAILS)
614         {
615           fprintf (dump_file, "(get_scalar_evolution \n");
616           fprintf (dump_file, "  (scalar = ");
617           print_generic_expr (dump_file, scalar, 0);
618           fprintf (dump_file, ")\n");
619         }
620       if (dump_flags & TDF_STATS)
621         nb_get_scev++;
622     }
623
624   switch (TREE_CODE (scalar))
625     {
626     case SSA_NAME:
627       res = *find_var_scev_info (instantiated_below, scalar);
628       break;
629
630     case REAL_CST:
631     case FIXED_CST:
632     case INTEGER_CST:
633       res = scalar;
634       break;
635
636     default:
637       res = chrec_not_analyzed_yet;
638       break;
639     }
640
641   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
642     {
643       fprintf (dump_file, "  (scalar_evolution = ");
644       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
645       fprintf (dump_file, "))\n");
646     }
647
648   return res;
649 }
650
651 /* Helper function for add_to_evolution.  Returns the evolution
652    function for an assignment of the form "a = b + c", where "a" and
653    "b" are on the strongly connected component.  CHREC_BEFORE is the
654    information that we already have collected up to this point.
655    TO_ADD is the evolution of "c".
656
657    When CHREC_BEFORE has an evolution part in LOOP_NB, add to this
658    evolution the expression TO_ADD, otherwise construct an evolution
659    part for this loop.  */
660
661 static tree
662 add_to_evolution_1 (unsigned loop_nb, tree chrec_before, tree to_add,
663                     gimple at_stmt)
664 {
665   tree type, left, right;
666   struct loop *loop = get_loop (loop_nb), *chloop;
667
668   switch (TREE_CODE (chrec_before))
669     {
670     case POLYNOMIAL_CHREC:
671       chloop = get_chrec_loop (chrec_before);
672       if (chloop == loop
673           || flow_loop_nested_p (chloop, loop))
674         {
675           unsigned var;
676
677           type = chrec_type (chrec_before);
678
679           /* When there is no evolution part in this loop, build it.  */
680           if (chloop != loop)
681             {
682               var = loop_nb;
683               left = chrec_before;
684               right = SCALAR_FLOAT_TYPE_P (type)
685                 ? build_real (type, dconst0)
686                 : build_int_cst (type, 0);
687             }
688           else
689             {
690               var = CHREC_VARIABLE (chrec_before);
691               left = CHREC_LEFT (chrec_before);
692               right = CHREC_RIGHT (chrec_before);
693             }
694
695           to_add = chrec_convert (type, to_add, at_stmt);
696           right = chrec_convert_rhs (type, right, at_stmt);
697           right = chrec_fold_plus (chrec_type (right), right, to_add);
698           return build_polynomial_chrec (var, left, right);
699         }
700       else
701         {
702           gcc_assert (flow_loop_nested_p (loop, chloop));
703
704           /* Search the evolution in LOOP_NB.  */
705           left = add_to_evolution_1 (loop_nb, CHREC_LEFT (chrec_before),
706                                      to_add, at_stmt);
707           right = CHREC_RIGHT (chrec_before);
708           right = chrec_convert_rhs (chrec_type (left), right, at_stmt);
709           return build_polynomial_chrec (CHREC_VARIABLE (chrec_before),
710                                          left, right);
711         }
712
713     default:
714       /* These nodes do not depend on a loop.  */
715       if (chrec_before == chrec_dont_know)
716         return chrec_dont_know;
717
718       left = chrec_before;
719       right = chrec_convert_rhs (chrec_type (left), to_add, at_stmt);
720       return build_polynomial_chrec (loop_nb, left, right);
721     }
722 }
723
724 /* Add TO_ADD to the evolution part of CHREC_BEFORE in the dimension
725    of LOOP_NB.
726
727    Description (provided for completeness, for those who read code in
728    a plane, and for my poor 62 bytes brain that would have forgotten
729    all this in the next two or three months):
730
731    The algorithm of translation of programs from the SSA representation
732    into the chrecs syntax is based on a pattern matching.  After having
733    reconstructed the overall tree expression for a loop, there are only
734    two cases that can arise:
735
736    1. a = loop-phi (init, a + expr)
737    2. a = loop-phi (init, expr)
738
739    where EXPR is either a scalar constant with respect to the analyzed
740    loop (this is a degree 0 polynomial), or an expression containing
741    other loop-phi definitions (these are higher degree polynomials).
742
743    Examples:
744
745    1.
746    | init = ...
747    | loop_1
748    |   a = phi (init, a + 5)
749    | endloop
750
751    2.
752    | inita = ...
753    | initb = ...
754    | loop_1
755    |   a = phi (inita, 2 * b + 3)
756    |   b = phi (initb, b + 1)
757    | endloop
758
759    For the first case, the semantics of the SSA representation is:
760
761    | a (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} expr (j)
762
763    that is, there is a loop index "x" that determines the scalar value
764    of the variable during the loop execution.  During the first
765    iteration, the value is that of the initial condition INIT, while
766    during the subsequent iterations, it is the sum of the initial
767    condition with the sum of all the values of EXPR from the initial
768    iteration to the before last considered iteration.
769
770    For the second case, the semantics of the SSA program is:
771
772    | a (x) = init, if x = 0;
773    |         expr (x - 1), otherwise.
774
775    The second case corresponds to the PEELED_CHREC, whose syntax is
776    close to the syntax of a loop-phi-node:
777
778    | phi (init, expr)  vs.  (init, expr)_x
779
780    The proof of the translation algorithm for the first case is a
781    proof by structural induction based on the degree of EXPR.
782
783    Degree 0:
784    When EXPR is a constant with respect to the analyzed loop, or in
785    other words when EXPR is a polynomial of degree 0, the evolution of
786    the variable A in the loop is an affine function with an initial
787    condition INIT, and a step EXPR.  In order to show this, we start
788    from the semantics of the SSA representation:
789
790    f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} expr (j)
791
792    and since "expr (j)" is a constant with respect to "j",
793
794    f (x) = init + x * expr
795
796    Finally, based on the semantics of the pure sum chrecs, by
797    identification we get the corresponding chrecs syntax:
798
799    f (x) = init * \binom{x}{0} + expr * \binom{x}{1}
800    f (x) -> {init, +, expr}_x
801
802    Higher degree:
803    Suppose that EXPR is a polynomial of degree N with respect to the
804    analyzed loop_x for which we have already determined that it is
805    written under the chrecs syntax:
806
807    | expr (x)  ->  {b_0, +, b_1, +, ..., +, b_{n-1}} (x)
808
809    We start from the semantics of the SSA program:
810
811    | f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} expr (j)
812    |
813    | f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1}
814    |                (b_0 * \binom{j}{0} + ... + b_{n-1} * \binom{j}{n-1})
815    |
816    | f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1}
817    |                \sum_{k = 0}^{n - 1} (b_k * \binom{j}{k})
818    |
819    | f (x) = init + \sum_{k = 0}^{n - 1}
820    |                (b_k * \sum_{j = 0}^{x - 1} \binom{j}{k})
821    |
822    | f (x) = init + \sum_{k = 0}^{n - 1}
823    |                (b_k * \binom{x}{k + 1})
824    |
825    | f (x) = init + b_0 * \binom{x}{1} + ...
826    |              + b_{n-1} * \binom{x}{n}
827    |
828    | f (x) = init * \binom{x}{0} + b_0 * \binom{x}{1} + ...
829    |                             + b_{n-1} * \binom{x}{n}
830    |
831
832    And finally from the definition of the chrecs syntax, we identify:
833    | f (x)  ->  {init, +, b_0, +, ..., +, b_{n-1}}_x
834
835    This shows the mechanism that stands behind the add_to_evolution
836    function.  An important point is that the use of symbolic
837    parameters avoids the need of an analysis schedule.
838
839    Example:
840
841    | inita = ...
842    | initb = ...
843    | loop_1
844    |   a = phi (inita, a + 2 + b)
845    |   b = phi (initb, b + 1)
846    | endloop
847
848    When analyzing "a", the algorithm keeps "b" symbolically:
849
850    | a  ->  {inita, +, 2 + b}_1
851
852    Then, after instantiation, the analyzer ends on the evolution:
853
854    | a  ->  {inita, +, 2 + initb, +, 1}_1
855
856 */
857
858 static tree
859 add_to_evolution (unsigned loop_nb, tree chrec_before, enum tree_code code,
860                   tree to_add, gimple at_stmt)
861 {
862   tree type = chrec_type (to_add);
863   tree res = NULL_TREE;
864
865   if (to_add == NULL_TREE)
866     return chrec_before;
867
868   /* TO_ADD is either a scalar, or a parameter.  TO_ADD is not
869      instantiated at this point.  */
870   if (TREE_CODE (to_add) == POLYNOMIAL_CHREC)
871     /* This should not happen.  */
872     return chrec_dont_know;
873
874   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
875     {
876       fprintf (dump_file, "(add_to_evolution \n");
877       fprintf (dump_file, "  (loop_nb = %d)\n", loop_nb);
878       fprintf (dump_file, "  (chrec_before = ");
879       print_generic_expr (dump_file, chrec_before, 0);
880       fprintf (dump_file, ")\n  (to_add = ");
881       print_generic_expr (dump_file, to_add, 0);
882       fprintf (dump_file, ")\n");
883     }
884
885   if (code == MINUS_EXPR)
886     to_add = chrec_fold_multiply (type, to_add, SCALAR_FLOAT_TYPE_P (type)
887                                   ? build_real (type, dconstm1)
888                                   : build_int_cst_type (type, -1));
889
890   res = add_to_evolution_1 (loop_nb, chrec_before, to_add, at_stmt);
891
892   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
893     {
894       fprintf (dump_file, "  (res = ");
895       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
896       fprintf (dump_file, "))\n");
897     }
898
899   return res;
900 }
901
902 \f
903
904 /* This section selects the loops that will be good candidates for the
905    scalar evolution analysis.  For the moment, greedily select all the
906    loop nests we could analyze.  */
907
908 /* For a loop with a single exit edge, return the COND_EXPR that
909    guards the exit edge.  If the expression is too difficult to
910    analyze, then give up.  */
911
912 gimple
913 get_loop_exit_condition (const struct loop *loop)
914 {
915   gimple res = NULL;
916   edge exit_edge = single_exit (loop);
917
918   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
919     fprintf (dump_file, "(get_loop_exit_condition \n  ");
920
921   if (exit_edge)
922     {
923       gimple stmt;
924
925       stmt = last_stmt (exit_edge->src);
926       if (gimple_code (stmt) == GIMPLE_COND)
927         res = stmt;
928     }
929
930   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
931     {
932       print_gimple_stmt (dump_file, res, 0, 0);
933       fprintf (dump_file, ")\n");
934     }
935
936   return res;
937 }
938
939 /* Recursively determine and enqueue the exit conditions for a loop.  */
940
941 static void
942 get_exit_conditions_rec (struct loop *loop,
943                          VEC(gimple,heap) **exit_conditions)
944 {
945   if (!loop)
946     return;
947
948   /* Recurse on the inner loops, then on the next (sibling) loops.  */
949   get_exit_conditions_rec (loop->inner, exit_conditions);
950   get_exit_conditions_rec (loop->next, exit_conditions);
951
952   if (single_exit (loop))
953     {
954       gimple loop_condition = get_loop_exit_condition (loop);
955
956       if (loop_condition)
957         VEC_safe_push (gimple, heap, *exit_conditions, loop_condition);
958     }
959 }
960
961 /* Select the candidate loop nests for the analysis.  This function
962    initializes the EXIT_CONDITIONS array.  */
963
964 static void
965 select_loops_exit_conditions (VEC(gimple,heap) **exit_conditions)
966 {
967   struct loop *function_body = current_loops->tree_root;
968
969   get_exit_conditions_rec (function_body->inner, exit_conditions);
970 }
971
972 \f
973 /* Depth first search algorithm.  */
974
975 typedef enum t_bool {
976   t_false,
977   t_true,
978   t_dont_know
979 } t_bool;
980
981
982 static t_bool follow_ssa_edge (struct loop *loop, gimple, gimple, tree *, int);
983
984 /* Follow the ssa edge into the binary expression RHS0 CODE RHS1.
985    Return true if the strongly connected component has been found.  */
986
987 static t_bool
988 follow_ssa_edge_binary (struct loop *loop, gimple at_stmt,
989                         tree type, tree rhs0, enum tree_code code, tree rhs1,
990                         gimple halting_phi, tree *evolution_of_loop, int limit)
991 {
992   t_bool res = t_false;
993   tree evol;
994
995   switch (code)
996     {
997     case POINTER_PLUS_EXPR:
998     case PLUS_EXPR:
999       if (TREE_CODE (rhs0) == SSA_NAME)
1000         {
1001           if (TREE_CODE (rhs1) == SSA_NAME)
1002             {
1003               /* Match an assignment under the form:
1004                  "a = b + c".  */
1005
1006               /* We want only assignments of form "name + name" contribute to
1007                  LIMIT, as the other cases do not necessarily contribute to
1008                  the complexity of the expression.  */
1009               limit++;
1010
1011               evol = *evolution_of_loop;
1012               res = follow_ssa_edge
1013                 (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs0), halting_phi, &evol, limit);
1014
1015               if (res == t_true)
1016                 *evolution_of_loop = add_to_evolution
1017                   (loop->num,
1018                    chrec_convert (type, evol, at_stmt),
1019                    code, rhs1, at_stmt);
1020
1021               else if (res == t_false)
1022                 {
1023                   res = follow_ssa_edge
1024                     (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs1), halting_phi,
1025                      evolution_of_loop, limit);
1026
1027                   if (res == t_true)
1028                     *evolution_of_loop = add_to_evolution
1029                       (loop->num,
1030                        chrec_convert (type, *evolution_of_loop, at_stmt),
1031                        code, rhs0, at_stmt);
1032
1033                   else if (res == t_dont_know)
1034                     *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1035                 }
1036
1037               else if (res == t_dont_know)
1038                 *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1039             }
1040
1041           else
1042             {
1043               /* Match an assignment under the form:
1044                  "a = b + ...".  */
1045               res = follow_ssa_edge
1046                 (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs0), halting_phi,
1047                  evolution_of_loop, limit);
1048               if (res == t_true)
1049                 *evolution_of_loop = add_to_evolution
1050                   (loop->num, chrec_convert (type, *evolution_of_loop,
1051                                              at_stmt),
1052                    code, rhs1, at_stmt);
1053
1054               else if (res == t_dont_know)
1055                 *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1056             }
1057         }
1058
1059       else if (TREE_CODE (rhs1) == SSA_NAME)
1060         {
1061           /* Match an assignment under the form:
1062              "a = ... + c".  */
1063           res = follow_ssa_edge
1064             (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs1), halting_phi,
1065              evolution_of_loop, limit);
1066           if (res == t_true)
1067             *evolution_of_loop = add_to_evolution
1068               (loop->num, chrec_convert (type, *evolution_of_loop,
1069                                          at_stmt),
1070                code, rhs0, at_stmt);
1071
1072           else if (res == t_dont_know)
1073             *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1074         }
1075
1076       else
1077         /* Otherwise, match an assignment under the form:
1078            "a = ... + ...".  */
1079         /* And there is nothing to do.  */
1080         res = t_false;
1081       break;
1082
1083     case MINUS_EXPR:
1084       /* This case is under the form "opnd0 = rhs0 - rhs1".  */
1085       if (TREE_CODE (rhs0) == SSA_NAME)
1086         {
1087           /* Match an assignment under the form:
1088              "a = b - ...".  */
1089
1090           /* We want only assignments of form "name - name" contribute to
1091              LIMIT, as the other cases do not necessarily contribute to
1092              the complexity of the expression.  */
1093           if (TREE_CODE (rhs1) == SSA_NAME)
1094             limit++;
1095
1096           res = follow_ssa_edge (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs0), halting_phi,
1097                                  evolution_of_loop, limit);
1098           if (res == t_true)
1099             *evolution_of_loop = add_to_evolution
1100               (loop->num, chrec_convert (type, *evolution_of_loop, at_stmt),
1101                MINUS_EXPR, rhs1, at_stmt);
1102
1103           else if (res == t_dont_know)
1104             *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1105         }
1106       else
1107         /* Otherwise, match an assignment under the form:
1108            "a = ... - ...".  */
1109         /* And there is nothing to do.  */
1110         res = t_false;
1111       break;
1112
1113     default:
1114       res = t_false;
1115     }
1116
1117   return res;
1118 }
1119
1120 /* Follow the ssa edge into the expression EXPR.
1121    Return true if the strongly connected component has been found.  */
1122
1123 static t_bool
1124 follow_ssa_edge_expr (struct loop *loop, gimple at_stmt, tree expr,
1125                       gimple halting_phi, tree *evolution_of_loop, int limit)
1126 {
1127   enum tree_code code = TREE_CODE (expr);
1128   tree type = TREE_TYPE (expr), rhs0, rhs1;
1129   t_bool res;
1130
1131   /* The EXPR is one of the following cases:
1132      - an SSA_NAME,
1133      - an INTEGER_CST,
1134      - a PLUS_EXPR,
1135      - a POINTER_PLUS_EXPR,
1136      - a MINUS_EXPR,
1137      - an ASSERT_EXPR,
1138      - other cases are not yet handled.  */
1139
1140   switch (code)
1141     {
1142     CASE_CONVERT:
1143       /* This assignment is under the form "a_1 = (cast) rhs.  */
1144       res = follow_ssa_edge_expr (loop, at_stmt, TREE_OPERAND (expr, 0),
1145                                   halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1146       *evolution_of_loop = chrec_convert (type, *evolution_of_loop, at_stmt);
1147       break;
1148
1149     case INTEGER_CST:
1150       /* This assignment is under the form "a_1 = 7".  */
1151       res = t_false;
1152       break;
1153
1154     case SSA_NAME:
1155       /* This assignment is under the form: "a_1 = b_2".  */
1156       res = follow_ssa_edge
1157         (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (expr), halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1158       break;
1159
1160     case POINTER_PLUS_EXPR:
1161     case PLUS_EXPR:
1162     case MINUS_EXPR:
1163       /* This case is under the form "rhs0 +- rhs1".  */
1164       rhs0 = TREE_OPERAND (expr, 0);
1165       rhs1 = TREE_OPERAND (expr, 1);
1166       type = TREE_TYPE (rhs0);
1167       STRIP_USELESS_TYPE_CONVERSION (rhs0);
1168       STRIP_USELESS_TYPE_CONVERSION (rhs1);
1169       res = follow_ssa_edge_binary (loop, at_stmt, type, rhs0, code, rhs1,
1170                                     halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1171       break;
1172
1173     case ASSERT_EXPR:
1174       /* This assignment is of the form: "a_1 = ASSERT_EXPR <a_2, ...>"
1175          It must be handled as a copy assignment of the form a_1 = a_2.  */
1176       rhs0 = ASSERT_EXPR_VAR (expr);
1177       if (TREE_CODE (rhs0) == SSA_NAME)
1178         res = follow_ssa_edge (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs0),
1179                                halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1180       else
1181         res = t_false;
1182       break;
1183
1184     default:
1185       res = t_false;
1186       break;
1187     }
1188
1189   return res;
1190 }
1191
1192 /* Follow the ssa edge into the right hand side of an assignment STMT.
1193    Return true if the strongly connected component has been found.  */
1194
1195 static t_bool
1196 follow_ssa_edge_in_rhs (struct loop *loop, gimple stmt,
1197                         gimple halting_phi, tree *evolution_of_loop, int limit)
1198 {
1199   enum tree_code code = gimple_assign_rhs_code (stmt);
1200   tree type = gimple_expr_type (stmt), rhs1, rhs2;
1201   t_bool res;
1202
1203   switch (code)
1204     {
1205     CASE_CONVERT:
1206       /* This assignment is under the form "a_1 = (cast) rhs.  */
1207       res = follow_ssa_edge_expr (loop, stmt, gimple_assign_rhs1 (stmt),
1208                                   halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1209       *evolution_of_loop = chrec_convert (type, *evolution_of_loop, stmt);
1210       break;
1211
1212     case POINTER_PLUS_EXPR:
1213     case PLUS_EXPR:
1214     case MINUS_EXPR:
1215       rhs1 = gimple_assign_rhs1 (stmt);
1216       rhs2 = gimple_assign_rhs2 (stmt);
1217       type = TREE_TYPE (rhs1);
1218       res = follow_ssa_edge_binary (loop, stmt, type, rhs1, code, rhs2,
1219                                     halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1220       break;
1221
1222     default:
1223       if (get_gimple_rhs_class (code) == GIMPLE_SINGLE_RHS)
1224         res = follow_ssa_edge_expr (loop, stmt, gimple_assign_rhs1 (stmt),
1225                                     halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1226       else
1227         res = t_false;
1228       break;
1229     }
1230
1231   return res;
1232 }
1233
1234 /* Checks whether the I-th argument of a PHI comes from a backedge.  */
1235
1236 static bool
1237 backedge_phi_arg_p (gimple phi, int i)
1238 {
1239   const_edge e = gimple_phi_arg_edge (phi, i);
1240
1241   /* We would in fact like to test EDGE_DFS_BACK here, but we do not care
1242      about updating it anywhere, and this should work as well most of the
1243      time.  */
1244   if (e->flags & EDGE_IRREDUCIBLE_LOOP)
1245     return true;
1246
1247   return false;
1248 }
1249
1250 /* Helper function for one branch of the condition-phi-node.  Return
1251    true if the strongly connected component has been found following
1252    this path.  */
1253
1254 static inline t_bool
1255 follow_ssa_edge_in_condition_phi_branch (int i,
1256                                          struct loop *loop,
1257                                          gimple condition_phi,
1258                                          gimple halting_phi,
1259                                          tree *evolution_of_branch,
1260                                          tree init_cond, int limit)
1261 {
1262   tree branch = PHI_ARG_DEF (condition_phi, i);
1263   *evolution_of_branch = chrec_dont_know;
1264
1265   /* Do not follow back edges (they must belong to an irreducible loop, which
1266      we really do not want to worry about).  */
1267   if (backedge_phi_arg_p (condition_phi, i))
1268     return t_false;
1269
1270   if (TREE_CODE (branch) == SSA_NAME)
1271     {
1272       *evolution_of_branch = init_cond;
1273       return follow_ssa_edge (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (branch), halting_phi,
1274                               evolution_of_branch, limit);
1275     }
1276
1277   /* This case occurs when one of the condition branches sets
1278      the variable to a constant: i.e. a phi-node like
1279      "a_2 = PHI <a_7(5), 2(6)>;".
1280
1281      FIXME:  This case have to be refined correctly:
1282      in some cases it is possible to say something better than
1283      chrec_dont_know, for example using a wrap-around notation.  */
1284   return t_false;
1285 }
1286
1287 /* This function merges the branches of a condition-phi-node in a
1288    loop.  */
1289
1290 static t_bool
1291 follow_ssa_edge_in_condition_phi (struct loop *loop,
1292                                   gimple condition_phi,
1293                                   gimple halting_phi,
1294                                   tree *evolution_of_loop, int limit)
1295 {
1296   int i, n;
1297   tree init = *evolution_of_loop;
1298   tree evolution_of_branch;
1299   t_bool res = follow_ssa_edge_in_condition_phi_branch (0, loop, condition_phi,
1300                                                         halting_phi,
1301                                                         &evolution_of_branch,
1302                                                         init, limit);
1303   if (res == t_false || res == t_dont_know)
1304     return res;
1305
1306   *evolution_of_loop = evolution_of_branch;
1307
1308   n = gimple_phi_num_args (condition_phi);
1309   for (i = 1; i < n; i++)
1310     {
1311       /* Quickly give up when the evolution of one of the branches is
1312          not known.  */
1313       if (*evolution_of_loop == chrec_dont_know)
1314         return t_true;
1315
1316       /* Increase the limit by the PHI argument number to avoid exponential
1317          time and memory complexity.  */
1318       res = follow_ssa_edge_in_condition_phi_branch (i, loop, condition_phi,
1319                                                      halting_phi,
1320                                                      &evolution_of_branch,
1321                                                      init, limit + i);
1322       if (res == t_false || res == t_dont_know)
1323         return res;
1324
1325       *evolution_of_loop = chrec_merge (*evolution_of_loop,
1326                                         evolution_of_branch);
1327     }
1328
1329   return t_true;
1330 }
1331
1332 /* Follow an SSA edge in an inner loop.  It computes the overall
1333    effect of the loop, and following the symbolic initial conditions,
1334    it follows the edges in the parent loop.  The inner loop is
1335    considered as a single statement.  */
1336
1337 static t_bool
1338 follow_ssa_edge_inner_loop_phi (struct loop *outer_loop,
1339                                 gimple loop_phi_node,
1340                                 gimple halting_phi,
1341                                 tree *evolution_of_loop, int limit)
1342 {
1343   struct loop *loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1344   tree ev = analyze_scalar_evolution (loop, PHI_RESULT (loop_phi_node));
1345
1346   /* Sometimes, the inner loop is too difficult to analyze, and the
1347      result of the analysis is a symbolic parameter.  */
1348   if (ev == PHI_RESULT (loop_phi_node))
1349     {
1350       t_bool res = t_false;
1351       int i, n = gimple_phi_num_args (loop_phi_node);
1352
1353       for (i = 0; i < n; i++)
1354         {
1355           tree arg = PHI_ARG_DEF (loop_phi_node, i);
1356           basic_block bb;
1357
1358           /* Follow the edges that exit the inner loop.  */
1359           bb = gimple_phi_arg_edge (loop_phi_node, i)->src;
1360           if (!flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1361             res = follow_ssa_edge_expr (outer_loop, loop_phi_node,
1362                                         arg, halting_phi,
1363                                         evolution_of_loop, limit);
1364           if (res == t_true)
1365             break;
1366         }
1367
1368       /* If the path crosses this loop-phi, give up.  */
1369       if (res == t_true)
1370         *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1371
1372       return res;
1373     }
1374
1375   /* Otherwise, compute the overall effect of the inner loop.  */
1376   ev = compute_overall_effect_of_inner_loop (loop, ev);
1377   return follow_ssa_edge_expr (outer_loop, loop_phi_node, ev, halting_phi,
1378                                evolution_of_loop, limit);
1379 }
1380
1381 /* Follow an SSA edge from a loop-phi-node to itself, constructing a
1382    path that is analyzed on the return walk.  */
1383
1384 static t_bool
1385 follow_ssa_edge (struct loop *loop, gimple def, gimple halting_phi,
1386                  tree *evolution_of_loop, int limit)
1387 {
1388   struct loop *def_loop;
1389
1390   if (gimple_nop_p (def))
1391     return t_false;
1392
1393   /* Give up if the path is longer than the MAX that we allow.  */
1394   if (limit > PARAM_VALUE (PARAM_SCEV_MAX_EXPR_SIZE))
1395     return t_dont_know;
1396
1397   def_loop = loop_containing_stmt (def);
1398
1399   switch (gimple_code (def))
1400     {
1401     case GIMPLE_PHI:
1402       if (!loop_phi_node_p (def))
1403         /* DEF is a condition-phi-node.  Follow the branches, and
1404            record their evolutions.  Finally, merge the collected
1405            information and set the approximation to the main
1406            variable.  */
1407         return follow_ssa_edge_in_condition_phi
1408           (loop, def, halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1409
1410       /* When the analyzed phi is the halting_phi, the
1411          depth-first search is over: we have found a path from
1412          the halting_phi to itself in the loop.  */
1413       if (def == halting_phi)
1414         return t_true;
1415
1416       /* Otherwise, the evolution of the HALTING_PHI depends
1417          on the evolution of another loop-phi-node, i.e. the
1418          evolution function is a higher degree polynomial.  */
1419       if (def_loop == loop)
1420         return t_false;
1421
1422       /* Inner loop.  */
1423       if (flow_loop_nested_p (loop, def_loop))
1424         return follow_ssa_edge_inner_loop_phi
1425           (loop, def, halting_phi, evolution_of_loop, limit + 1);
1426
1427       /* Outer loop.  */
1428       return t_false;
1429
1430     case GIMPLE_ASSIGN:
1431       return follow_ssa_edge_in_rhs (loop, def, halting_phi,
1432                                      evolution_of_loop, limit);
1433
1434     default:
1435       /* At this level of abstraction, the program is just a set
1436          of GIMPLE_ASSIGNs and PHI_NODEs.  In principle there is no
1437          other node to be handled.  */
1438       return t_false;
1439     }
1440 }
1441
1442 \f
1443
1444 /* Given a LOOP_PHI_NODE, this function determines the evolution
1445    function from LOOP_PHI_NODE to LOOP_PHI_NODE in the loop.  */
1446
1447 static tree
1448 analyze_evolution_in_loop (gimple loop_phi_node,
1449                            tree init_cond)
1450 {
1451   int i, n = gimple_phi_num_args (loop_phi_node);
1452   tree evolution_function = chrec_not_analyzed_yet;
1453   struct loop *loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1454   basic_block bb;
1455
1456   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1457     {
1458       fprintf (dump_file, "(analyze_evolution_in_loop \n");
1459       fprintf (dump_file, "  (loop_phi_node = ");
1460       print_gimple_stmt (dump_file, loop_phi_node, 0, 0);
1461       fprintf (dump_file, ")\n");
1462     }
1463
1464   for (i = 0; i < n; i++)
1465     {
1466       tree arg = PHI_ARG_DEF (loop_phi_node, i);
1467       gimple ssa_chain;
1468       tree ev_fn;
1469       t_bool res;
1470
1471       /* Select the edges that enter the loop body.  */
1472       bb = gimple_phi_arg_edge (loop_phi_node, i)->src;
1473       if (!flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1474         continue;
1475
1476       if (TREE_CODE (arg) == SSA_NAME)
1477         {
1478           bool val = false;
1479
1480           ssa_chain = SSA_NAME_DEF_STMT (arg);
1481
1482           /* Pass in the initial condition to the follow edge function.  */
1483           ev_fn = init_cond;
1484           res = follow_ssa_edge (loop, ssa_chain, loop_phi_node, &ev_fn, 0);
1485
1486           /* If ev_fn has no evolution in the inner loop, and the
1487              init_cond is not equal to ev_fn, then we have an
1488              ambiguity between two possible values, as we cannot know
1489              the number of iterations at this point.  */
1490           if (TREE_CODE (ev_fn) != POLYNOMIAL_CHREC
1491               && no_evolution_in_loop_p (ev_fn, loop->num, &val) && val
1492               && !operand_equal_p (init_cond, ev_fn, 0))
1493             ev_fn = chrec_dont_know;
1494         }
1495       else
1496         res = t_false;
1497
1498       /* When it is impossible to go back on the same
1499          loop_phi_node by following the ssa edges, the
1500          evolution is represented by a peeled chrec, i.e. the
1501          first iteration, EV_FN has the value INIT_COND, then
1502          all the other iterations it has the value of ARG.
1503          For the moment, PEELED_CHREC nodes are not built.  */
1504       if (res != t_true)
1505         ev_fn = chrec_dont_know;
1506
1507       /* When there are multiple back edges of the loop (which in fact never
1508          happens currently, but nevertheless), merge their evolutions.  */
1509       evolution_function = chrec_merge (evolution_function, ev_fn);
1510     }
1511
1512   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1513     {
1514       fprintf (dump_file, "  (evolution_function = ");
1515       print_generic_expr (dump_file, evolution_function, 0);
1516       fprintf (dump_file, "))\n");
1517     }
1518
1519   return evolution_function;
1520 }
1521
1522 /* Given a loop-phi-node, return the initial conditions of the
1523    variable on entry of the loop.  When the CCP has propagated
1524    constants into the loop-phi-node, the initial condition is
1525    instantiated, otherwise the initial condition is kept symbolic.
1526    This analyzer does not analyze the evolution outside the current
1527    loop, and leaves this task to the on-demand tree reconstructor.  */
1528
1529 static tree
1530 analyze_initial_condition (gimple loop_phi_node)
1531 {
1532   int i, n;
1533   tree init_cond = chrec_not_analyzed_yet;
1534   struct loop *loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1535
1536   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1537     {
1538       fprintf (dump_file, "(analyze_initial_condition \n");
1539       fprintf (dump_file, "  (loop_phi_node = \n");
1540       print_gimple_stmt (dump_file, loop_phi_node, 0, 0);
1541       fprintf (dump_file, ")\n");
1542     }
1543
1544   n = gimple_phi_num_args (loop_phi_node);
1545   for (i = 0; i < n; i++)
1546     {
1547       tree branch = PHI_ARG_DEF (loop_phi_node, i);
1548       basic_block bb = gimple_phi_arg_edge (loop_phi_node, i)->src;
1549
1550       /* When the branch is oriented to the loop's body, it does
1551          not contribute to the initial condition.  */
1552       if (flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1553         continue;
1554
1555       if (init_cond == chrec_not_analyzed_yet)
1556         {
1557           init_cond = branch;
1558           continue;
1559         }
1560
1561       if (TREE_CODE (branch) == SSA_NAME)
1562         {
1563           init_cond = chrec_dont_know;
1564           break;
1565         }
1566
1567       init_cond = chrec_merge (init_cond, branch);
1568     }
1569
1570   /* Ooops -- a loop without an entry???  */
1571   if (init_cond == chrec_not_analyzed_yet)
1572     init_cond = chrec_dont_know;
1573
1574   /* During early loop unrolling we do not have fully constant propagated IL.
1575      Handle degenerate PHIs here to not miss important unrollings.  */
1576   if (TREE_CODE (init_cond) == SSA_NAME)
1577     {
1578       gimple def = SSA_NAME_DEF_STMT (init_cond);
1579       tree res;
1580       if (gimple_code (def) == GIMPLE_PHI
1581           && (res = degenerate_phi_result (def)) != NULL_TREE
1582           /* Only allow invariants here, otherwise we may break
1583              loop-closed SSA form.  */
1584           && is_gimple_min_invariant (res))
1585         init_cond = res;
1586     }
1587
1588   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1589     {
1590       fprintf (dump_file, "  (init_cond = ");
1591       print_generic_expr (dump_file, init_cond, 0);
1592       fprintf (dump_file, "))\n");
1593     }
1594
1595   return init_cond;
1596 }
1597
1598 /* Analyze the scalar evolution for LOOP_PHI_NODE.  */
1599
1600 static tree
1601 interpret_loop_phi (struct loop *loop, gimple loop_phi_node)
1602 {
1603   tree res;
1604   struct loop *phi_loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1605   tree init_cond;
1606
1607   if (phi_loop != loop)
1608     {
1609       struct loop *subloop;
1610       tree evolution_fn = analyze_scalar_evolution
1611         (phi_loop, PHI_RESULT (loop_phi_node));
1612
1613       /* Dive one level deeper.  */
1614       subloop = superloop_at_depth (phi_loop, loop_depth (loop) + 1);
1615
1616       /* Interpret the subloop.  */
1617       res = compute_overall_effect_of_inner_loop (subloop, evolution_fn);
1618       return res;
1619     }
1620
1621   /* Otherwise really interpret the loop phi.  */
1622   init_cond = analyze_initial_condition (loop_phi_node);
1623   res = analyze_evolution_in_loop (loop_phi_node, init_cond);
1624
1625   /* Verify we maintained the correct initial condition throughout
1626      possible conversions in the SSA chain.  */
1627   if (res != chrec_dont_know)
1628     {
1629       tree new_init = res;
1630       if (CONVERT_EXPR_P (res)
1631           && TREE_CODE (TREE_OPERAND (res, 0)) == POLYNOMIAL_CHREC)
1632         new_init = fold_convert (TREE_TYPE (res),
1633                                  CHREC_LEFT (TREE_OPERAND (res, 0)));
1634       else if (TREE_CODE (res) == POLYNOMIAL_CHREC)
1635         new_init = CHREC_LEFT (res);
1636       STRIP_USELESS_TYPE_CONVERSION (new_init);
1637       gcc_assert (TREE_CODE (new_init) != POLYNOMIAL_CHREC);
1638       if (!operand_equal_p (init_cond, new_init, 0))
1639         return chrec_dont_know;
1640     }
1641
1642   return res;
1643 }
1644
1645 /* This function merges the branches of a condition-phi-node,
1646    contained in the outermost loop, and whose arguments are already
1647    analyzed.  */
1648
1649 static tree
1650 interpret_condition_phi (struct loop *loop, gimple condition_phi)
1651 {
1652   int i, n = gimple_phi_num_args (condition_phi);
1653   tree res = chrec_not_analyzed_yet;
1654
1655   for (i = 0; i < n; i++)
1656     {
1657       tree branch_chrec;
1658
1659       if (backedge_phi_arg_p (condition_phi, i))
1660         {
1661           res = chrec_dont_know;
1662           break;
1663         }
1664
1665       branch_chrec = analyze_scalar_evolution
1666         (loop, PHI_ARG_DEF (condition_phi, i));
1667
1668       res = chrec_merge (res, branch_chrec);
1669     }
1670
1671   return res;
1672 }
1673
1674 /* Interpret the operation RHS1 OP RHS2.  If we didn't
1675    analyze this node before, follow the definitions until ending
1676    either on an analyzed GIMPLE_ASSIGN, or on a loop-phi-node.  On the
1677    return path, this function propagates evolutions (ala constant copy
1678    propagation).  OPND1 is not a GIMPLE expression because we could
1679    analyze the effect of an inner loop: see interpret_loop_phi.  */
1680
1681 static tree
1682 interpret_rhs_expr (struct loop *loop, gimple at_stmt,
1683                     tree type, tree rhs1, enum tree_code code, tree rhs2)
1684 {
1685   tree res, chrec1, chrec2;
1686
1687   if (get_gimple_rhs_class (code) == GIMPLE_SINGLE_RHS)
1688     {
1689       if (is_gimple_min_invariant (rhs1))
1690         return chrec_convert (type, rhs1, at_stmt);
1691
1692       if (code == SSA_NAME)
1693         return chrec_convert (type, analyze_scalar_evolution (loop, rhs1),
1694                               at_stmt);
1695
1696       if (code == ASSERT_EXPR)
1697         {
1698           rhs1 = ASSERT_EXPR_VAR (rhs1);
1699           return chrec_convert (type, analyze_scalar_evolution (loop, rhs1),
1700                                 at_stmt);
1701         }
1702
1703       return chrec_dont_know;
1704     }
1705
1706   switch (code)
1707     {
1708     case POINTER_PLUS_EXPR:
1709       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1710       chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1711       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1712       chrec2 = chrec_convert (sizetype, chrec2, at_stmt);
1713       res = chrec_fold_plus (type, chrec1, chrec2);
1714       break;
1715
1716     case PLUS_EXPR:
1717       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1718       chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1719       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1720       chrec2 = chrec_convert (type, chrec2, at_stmt);
1721       res = chrec_fold_plus (type, chrec1, chrec2);
1722       break;
1723
1724     case MINUS_EXPR:
1725       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1726       chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1727       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1728       chrec2 = chrec_convert (type, chrec2, at_stmt);
1729       res = chrec_fold_minus (type, chrec1, chrec2);
1730       break;
1731
1732     case NEGATE_EXPR:
1733       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1734       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1735       /* TYPE may be integer, real or complex, so use fold_convert.  */
1736       res = chrec_fold_multiply (type, chrec1,
1737                                  fold_convert (type, integer_minus_one_node));
1738       break;
1739
1740     case BIT_NOT_EXPR:
1741       /* Handle ~X as -1 - X.  */
1742       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1743       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1744       res = chrec_fold_minus (type,
1745                               fold_convert (type, integer_minus_one_node),
1746                               chrec1);
1747       break;
1748
1749     case MULT_EXPR:
1750       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1751       chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1752       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1753       chrec2 = chrec_convert (type, chrec2, at_stmt);
1754       res = chrec_fold_multiply (type, chrec1, chrec2);
1755       break;
1756
1757     CASE_CONVERT:
1758       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1759       res = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1760       break;
1761
1762     default:
1763       res = chrec_dont_know;
1764       break;
1765     }
1766
1767   return res;
1768 }
1769
1770 /* Interpret the expression EXPR.  */
1771
1772 static tree
1773 interpret_expr (struct loop *loop, gimple at_stmt, tree expr)
1774 {
1775   enum tree_code code;
1776   tree type = TREE_TYPE (expr), op0, op1;
1777
1778   if (automatically_generated_chrec_p (expr))
1779     return expr;
1780
1781   if (TREE_CODE (expr) == POLYNOMIAL_CHREC)
1782     return chrec_dont_know;
1783
1784   extract_ops_from_tree (expr, &code, &op0, &op1);
1785
1786   return interpret_rhs_expr (loop, at_stmt, type,
1787                              op0, code, op1);
1788 }
1789
1790 /* Interpret the rhs of the assignment STMT.  */
1791
1792 static tree
1793 interpret_gimple_assign (struct loop *loop, gimple stmt)
1794 {
1795   tree type = TREE_TYPE (gimple_assign_lhs (stmt));
1796   enum tree_code code = gimple_assign_rhs_code (stmt);
1797
1798   return interpret_rhs_expr (loop, stmt, type,
1799                              gimple_assign_rhs1 (stmt), code,
1800                              gimple_assign_rhs2 (stmt));
1801 }
1802
1803 \f
1804
1805 /* This section contains all the entry points:
1806    - number_of_iterations_in_loop,
1807    - analyze_scalar_evolution,
1808    - instantiate_parameters.
1809 */
1810
1811 /* Compute and return the evolution function in WRTO_LOOP, the nearest
1812    common ancestor of DEF_LOOP and USE_LOOP.  */
1813
1814 static tree
1815 compute_scalar_evolution_in_loop (struct loop *wrto_loop,
1816                                   struct loop *def_loop,
1817                                   tree ev)
1818 {
1819   tree res;
1820   if (def_loop == wrto_loop)
1821     return ev;
1822
1823   def_loop = superloop_at_depth (def_loop, loop_depth (wrto_loop) + 1);
1824   res = compute_overall_effect_of_inner_loop (def_loop, ev);
1825
1826   return analyze_scalar_evolution_1 (wrto_loop, res, chrec_not_analyzed_yet);
1827 }
1828
1829 /* Helper recursive function.  */
1830
1831 static tree
1832 analyze_scalar_evolution_1 (struct loop *loop, tree var, tree res)
1833 {
1834   tree type = TREE_TYPE (var);
1835   gimple def;
1836   basic_block bb;
1837   struct loop *def_loop;
1838
1839   if (loop == NULL || TREE_CODE (type) == VECTOR_TYPE)
1840     return chrec_dont_know;
1841
1842   if (TREE_CODE (var) != SSA_NAME)
1843     return interpret_expr (loop, NULL, var);
1844
1845   def = SSA_NAME_DEF_STMT (var);
1846   bb = gimple_bb (def);
1847   def_loop = bb ? bb->loop_father : NULL;
1848
1849   if (bb == NULL
1850       || !flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1851     {
1852       /* Keep the symbolic form.  */
1853       res = var;
1854       goto set_and_end;
1855     }
1856
1857   if (res != chrec_not_analyzed_yet)
1858     {
1859       if (loop != bb->loop_father)
1860         res = compute_scalar_evolution_in_loop
1861             (find_common_loop (loop, bb->loop_father), bb->loop_father, res);
1862
1863       goto set_and_end;
1864     }
1865
1866   if (loop != def_loop)
1867     {
1868       res = analyze_scalar_evolution_1 (def_loop, var, chrec_not_analyzed_yet);
1869       res = compute_scalar_evolution_in_loop (loop, def_loop, res);
1870
1871       goto set_and_end;
1872     }
1873
1874   switch (gimple_code (def))
1875     {
1876     case GIMPLE_ASSIGN:
1877       res = interpret_gimple_assign (loop, def);
1878       break;
1879
1880     case GIMPLE_PHI:
1881       if (loop_phi_node_p (def))
1882         res = interpret_loop_phi (loop, def);
1883       else
1884         res = interpret_condition_phi (loop, def);
1885       break;
1886
1887     default:
1888       res = chrec_dont_know;
1889       break;
1890     }
1891
1892  set_and_end:
1893
1894   /* Keep the symbolic form.  */
1895   if (res == chrec_dont_know)
1896     res = var;
1897
1898   if (loop == def_loop)
1899     set_scalar_evolution (block_before_loop (loop), var, res);
1900
1901   return res;
1902 }
1903
1904 /* Analyzes and returns the scalar evolution of the ssa_name VAR in
1905    LOOP.  LOOP is the loop in which the variable is used.
1906
1907    Example of use: having a pointer VAR to a SSA_NAME node, STMT a
1908    pointer to the statement that uses this variable, in order to
1909    determine the evolution function of the variable, use the following
1910    calls:
1911
1912    loop_p loop = loop_containing_stmt (stmt);
1913    tree chrec_with_symbols = analyze_scalar_evolution (loop, var);
1914    tree chrec_instantiated = instantiate_parameters (loop, chrec_with_symbols);
1915 */
1916
1917 tree
1918 analyze_scalar_evolution (struct loop *loop, tree var)
1919 {
1920   tree res;
1921
1922   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1923     {
1924       fprintf (dump_file, "(analyze_scalar_evolution \n");
1925       fprintf (dump_file, "  (loop_nb = %d)\n", loop->num);
1926       fprintf (dump_file, "  (scalar = ");
1927       print_generic_expr (dump_file, var, 0);
1928       fprintf (dump_file, ")\n");
1929     }
1930
1931   res = get_scalar_evolution (block_before_loop (loop), var);
1932   res = analyze_scalar_evolution_1 (loop, var, res);
1933
1934   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1935     fprintf (dump_file, ")\n");
1936
1937   return res;
1938 }
1939
1940 /* Analyze scalar evolution of use of VERSION in USE_LOOP with respect to
1941    WRTO_LOOP (which should be a superloop of USE_LOOP)
1942
1943    FOLDED_CASTS is set to true if resolve_mixers used
1944    chrec_convert_aggressive (TODO -- not really, we are way too conservative
1945    at the moment in order to keep things simple).
1946
1947    To illustrate the meaning of USE_LOOP and WRTO_LOOP, consider the following
1948    example:
1949
1950    for (i = 0; i < 100; i++)                    -- loop 1
1951      {
1952        for (j = 0; j < 100; j++)                -- loop 2
1953          {
1954            k1 = i;
1955            k2 = j;
1956
1957            use2 (k1, k2);
1958
1959            for (t = 0; t < 100; t++)            -- loop 3
1960              use3 (k1, k2);
1961
1962          }
1963        use1 (k1, k2);
1964      }
1965
1966    Both k1 and k2 are invariants in loop3, thus
1967      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop3, loop3, k1) = k1
1968      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop3, loop3, k2) = k2
1969
1970    As they are invariant, it does not matter whether we consider their
1971    usage in loop 3 or loop 2, hence
1972      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop2, loop3, k1) =
1973        analyze_scalar_evolution_in_loop (loop2, loop2, k1) = i
1974      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop2, loop3, k2) =
1975        analyze_scalar_evolution_in_loop (loop2, loop2, k2) = [0,+,1]_2
1976
1977    Similarly for their evolutions with respect to loop 1.  The values of K2
1978    in the use in loop 2 vary independently on loop 1, thus we cannot express
1979    the evolution with respect to loop 1:
1980      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop3, k1) =
1981        analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop2, k1) = [0,+,1]_1
1982      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop3, k2) =
1983        analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop2, k2) = dont_know
1984
1985    The value of k2 in the use in loop 1 is known, though:
1986      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop1, k1) = [0,+,1]_1
1987      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop1, k2) = 100
1988    */
1989
1990 static tree
1991 analyze_scalar_evolution_in_loop (struct loop *wrto_loop, struct loop *use_loop,
1992                                   tree version, bool *folded_casts)
1993 {
1994   bool val = false;
1995   tree ev = version, tmp;
1996
1997   /* We cannot just do
1998
1999      tmp = analyze_scalar_evolution (use_loop, version);
2000      ev = resolve_mixers (wrto_loop, tmp);
2001
2002      as resolve_mixers would query the scalar evolution with respect to
2003      wrto_loop.  For example, in the situation described in the function
2004      comment, suppose that wrto_loop = loop1, use_loop = loop3 and
2005      version = k2.  Then
2006
2007      analyze_scalar_evolution (use_loop, version) = k2
2008
2009      and resolve_mixers (loop1, k2) finds that the value of k2 in loop 1
2010      is 100, which is a wrong result, since we are interested in the
2011      value in loop 3.
2012
2013      Instead, we need to proceed from use_loop to wrto_loop loop by loop,
2014      each time checking that there is no evolution in the inner loop.  */
2015
2016   if (folded_casts)
2017     *folded_casts = false;
2018   while (1)
2019     {
2020       tmp = analyze_scalar_evolution (use_loop, ev);
2021       ev = resolve_mixers (use_loop, tmp);
2022
2023       if (folded_casts && tmp != ev)
2024         *folded_casts = true;
2025
2026       if (use_loop == wrto_loop)
2027         return ev;
2028
2029       /* If the value of the use changes in the inner loop, we cannot express
2030          its value in the outer loop (we might try to return interval chrec,
2031          but we do not have a user for it anyway)  */
2032       if (!no_evolution_in_loop_p (ev, use_loop->num, &val)
2033           || !val)
2034         return chrec_dont_know;
2035
2036       use_loop = loop_outer (use_loop);
2037     }
2038 }
2039
2040 /* Returns from CACHE the value for VERSION instantiated below
2041    INSTANTIATED_BELOW block.  */
2042
2043 static tree
2044 get_instantiated_value (htab_t cache, basic_block instantiated_below,
2045                         tree version)
2046 {
2047   struct scev_info_str *info, pattern;
2048
2049   pattern.var = version;
2050   pattern.instantiated_below = instantiated_below;
2051   info = (struct scev_info_str *) htab_find (cache, &pattern);
2052
2053   if (info)
2054     return info->chrec;
2055   else
2056     return NULL_TREE;
2057 }
2058
2059 /* Sets in CACHE the value of VERSION instantiated below basic block
2060    INSTANTIATED_BELOW to VAL.  */
2061
2062 static void
2063 set_instantiated_value (htab_t cache, basic_block instantiated_below,
2064                         tree version, tree val)
2065 {
2066   struct scev_info_str *info, pattern;
2067   PTR *slot;
2068
2069   pattern.var = version;
2070   pattern.instantiated_below = instantiated_below;
2071   slot = htab_find_slot (cache, &pattern, INSERT);
2072
2073   if (!*slot)
2074     *slot = new_scev_info_str (instantiated_below, version);
2075   info = (struct scev_info_str *) *slot;
2076   info->chrec = val;
2077 }
2078
2079 /* Return the closed_loop_phi node for VAR.  If there is none, return
2080    NULL_TREE.  */
2081
2082 static tree
2083 loop_closed_phi_def (tree var)
2084 {
2085   struct loop *loop;
2086   edge exit;
2087   gimple phi;
2088   gimple_stmt_iterator psi;
2089
2090   if (var == NULL_TREE
2091       || TREE_CODE (var) != SSA_NAME)
2092     return NULL_TREE;
2093
2094   loop = loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (var));
2095   exit = single_exit (loop);
2096   if (!exit)
2097     return NULL_TREE;
2098
2099   for (psi = gsi_start_phis (exit->dest); !gsi_end_p (psi); gsi_next (&psi))
2100     {
2101       phi = gsi_stmt (psi);
2102       if (PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi, exit) == var)
2103         return PHI_RESULT (phi);
2104     }
2105
2106   return NULL_TREE;
2107 }
2108
2109 static tree instantiate_scev_r (basic_block, struct loop *, tree, bool,
2110                                 htab_t, int);
2111
2112 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2113    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2114
2115    CHREC is an SSA_NAME to be instantiated.
2116
2117    CACHE is the cache of already instantiated values.
2118
2119    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2120    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2121    the chrec is preserved.
2122
2123    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2124    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2125
2126 static tree
2127 instantiate_scev_name (basic_block instantiate_below,
2128                        struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2129                        bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2130 {
2131   tree res;
2132   struct loop *def_loop;
2133   basic_block def_bb = gimple_bb (SSA_NAME_DEF_STMT (chrec));
2134
2135   /* A parameter (or loop invariant and we do not want to include
2136      evolutions in outer loops), nothing to do.  */
2137   if (!def_bb
2138       || loop_depth (def_bb->loop_father) == 0
2139       || dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, instantiate_below, def_bb))
2140     return chrec;
2141
2142   /* We cache the value of instantiated variable to avoid exponential
2143      time complexity due to reevaluations.  We also store the convenient
2144      value in the cache in order to prevent infinite recursion -- we do
2145      not want to instantiate the SSA_NAME if it is in a mixer
2146      structure.  This is used for avoiding the instantiation of
2147      recursively defined functions, such as:
2148
2149      | a_2 -> {0, +, 1, +, a_2}_1  */
2150
2151   res = get_instantiated_value (cache, instantiate_below, chrec);
2152   if (res)
2153     return res;
2154
2155   res = chrec_dont_know;
2156   set_instantiated_value (cache, instantiate_below, chrec, res);
2157
2158   def_loop = find_common_loop (evolution_loop, def_bb->loop_father);
2159
2160   /* If the analysis yields a parametric chrec, instantiate the
2161      result again.  */
2162   res = analyze_scalar_evolution (def_loop, chrec);
2163
2164   /* Don't instantiate loop-closed-ssa phi nodes.  */
2165   if (TREE_CODE (res) == SSA_NAME
2166       && (loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (res)) == NULL
2167           || (loop_depth (loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (res)))
2168               > loop_depth (def_loop))))
2169     {
2170       if (res == chrec)
2171         res = loop_closed_phi_def (chrec);
2172       else
2173         res = chrec;
2174
2175       if (res == NULL_TREE
2176           || !dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, instantiate_below,
2177                               gimple_bb (SSA_NAME_DEF_STMT (res))))
2178         res = chrec_dont_know;
2179     }
2180
2181   else if (res != chrec_dont_know)
2182     res = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop, res,
2183                               fold_conversions, cache, size_expr);
2184
2185   /* Store the correct value to the cache.  */
2186   set_instantiated_value (cache, instantiate_below, chrec, res);
2187   return res;
2188
2189 }
2190
2191 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2192    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2193
2194    CHREC is a polynomial chain of recurrence to be instantiated.
2195
2196    CACHE is the cache of already instantiated values.
2197
2198    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2199    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2200    the chrec is preserved.
2201
2202    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2203    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2204
2205 static tree
2206 instantiate_scev_poly (basic_block instantiate_below,
2207                        struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2208                        bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2209 {
2210   tree op1;
2211   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2212                                  CHREC_LEFT (chrec), fold_conversions, cache,
2213                                  size_expr);
2214   if (op0 == chrec_dont_know)
2215     return chrec_dont_know;
2216
2217   op1 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2218                             CHREC_RIGHT (chrec), fold_conversions, cache,
2219                             size_expr);
2220   if (op1 == chrec_dont_know)
2221     return chrec_dont_know;
2222
2223   if (CHREC_LEFT (chrec) != op0
2224       || CHREC_RIGHT (chrec) != op1)
2225     {
2226       unsigned var = CHREC_VARIABLE (chrec);
2227
2228       /* When the instantiated stride or base has an evolution in an
2229          innermost loop, return chrec_dont_know, as this is not a
2230          valid SCEV representation.  In the reduced testcase for
2231          PR40281 we would have {0, +, {1, +, 1}_2}_1 that has no
2232          meaning.  */
2233       if ((tree_is_chrec (op0) && CHREC_VARIABLE (op0) > var)
2234           || (tree_is_chrec (op1) && CHREC_VARIABLE (op1) > var))
2235         return chrec_dont_know;
2236
2237       op1 = chrec_convert_rhs (chrec_type (op0), op1, NULL);
2238       chrec = build_polynomial_chrec (var, op0, op1);
2239     }
2240
2241   return chrec;
2242 }
2243
2244 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2245    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2246
2247    "C0 CODE C1" is a binary expression of type TYPE to be instantiated.
2248
2249    CACHE is the cache of already instantiated values.
2250
2251    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2252    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2253    the chrec is preserved.
2254
2255    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2256    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2257
2258 static tree
2259 instantiate_scev_binary (basic_block instantiate_below,
2260                          struct loop *evolution_loop, tree chrec, enum tree_code code,
2261                          tree type, tree c0, tree c1,
2262                          bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2263 {
2264   tree op1;
2265   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2266                                  c0, fold_conversions, cache,
2267                                  size_expr);
2268   if (op0 == chrec_dont_know)
2269     return chrec_dont_know;
2270
2271   op1 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2272                             c1, fold_conversions, cache,
2273                             size_expr);
2274   if (op1 == chrec_dont_know)
2275     return chrec_dont_know;
2276
2277   if (c0 != op0
2278       || c1 != op1)
2279     {
2280       op0 = chrec_convert (type, op0, NULL);
2281       op1 = chrec_convert_rhs (type, op1, NULL);
2282
2283       switch (code)
2284         {
2285         case POINTER_PLUS_EXPR:
2286         case PLUS_EXPR:
2287           return chrec_fold_plus (type, op0, op1);
2288
2289         case MINUS_EXPR:
2290           return chrec_fold_minus (type, op0, op1);
2291
2292         case MULT_EXPR:
2293           return chrec_fold_multiply (type, op0, op1);
2294
2295         default:
2296           gcc_unreachable ();
2297         }
2298     }
2299
2300   return chrec ? chrec : fold_build2 (code, type, c0, c1);
2301 }
2302
2303 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2304    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2305
2306    "CHREC" that stands for a convert expression "(TYPE) OP" is to be
2307    instantiated.
2308
2309    CACHE is the cache of already instantiated values.
2310
2311    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2312    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2313    the chrec is preserved.
2314
2315    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2316    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2317
2318 static tree
2319 instantiate_scev_convert (basic_block instantiate_below,
2320                           struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2321                           tree type, tree op,
2322                           bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2323 {
2324   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop, op,
2325                                  fold_conversions, cache, size_expr);
2326
2327   if (op0 == chrec_dont_know)
2328     return chrec_dont_know;
2329
2330   if (fold_conversions)
2331     {
2332       tree tmp = chrec_convert_aggressive (type, op0);
2333       if (tmp)
2334         return tmp;
2335     }
2336
2337   if (chrec && op0 == op)
2338     return chrec;
2339
2340   /* If we used chrec_convert_aggressive, we can no longer assume that
2341      signed chrecs do not overflow, as chrec_convert does, so avoid
2342      calling it in that case.  */
2343   if (fold_conversions)
2344     return fold_convert (type, op0);
2345
2346   return chrec_convert (type, op0, NULL);
2347 }
2348
2349 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2350    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2351
2352    CHREC is a BIT_NOT_EXPR or a NEGATE_EXPR expression to be instantiated.
2353    Handle ~X as -1 - X.
2354    Handle -X as -1 * X.
2355
2356    CACHE is the cache of already instantiated values.
2357
2358    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2359    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2360    the chrec is preserved.
2361
2362    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2363    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2364
2365 static tree
2366 instantiate_scev_not (basic_block instantiate_below,
2367                       struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2368                       enum tree_code code, tree type, tree op,
2369                       bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2370 {
2371   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop, op,
2372                                  fold_conversions, cache, size_expr);
2373
2374   if (op0 == chrec_dont_know)
2375     return chrec_dont_know;
2376
2377   if (op != op0)
2378     {
2379       op0 = chrec_convert (type, op0, NULL);
2380
2381       switch (code)
2382         {
2383         case BIT_NOT_EXPR:
2384           return chrec_fold_minus
2385             (type, fold_convert (type, integer_minus_one_node), op0);
2386
2387         case NEGATE_EXPR:
2388           return chrec_fold_multiply
2389             (type, fold_convert (type, integer_minus_one_node), op0);
2390
2391         default:
2392           gcc_unreachable ();
2393         }
2394     }
2395
2396   return chrec ? chrec : fold_build1 (code, type, op0);
2397 }
2398
2399 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2400    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2401
2402    CHREC is an expression with 3 operands to be instantiated.
2403
2404    CACHE is the cache of already instantiated values.
2405
2406    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2407    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2408    the chrec is preserved.
2409
2410    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2411    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2412
2413 static tree
2414 instantiate_scev_3 (basic_block instantiate_below,
2415                     struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2416                     bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2417 {
2418   tree op1, op2;
2419   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2420                                  TREE_OPERAND (chrec, 0),
2421                                  fold_conversions, cache, size_expr);
2422   if (op0 == chrec_dont_know)
2423     return chrec_dont_know;
2424
2425   op1 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2426                             TREE_OPERAND (chrec, 1),
2427                             fold_conversions, cache, size_expr);
2428   if (op1 == chrec_dont_know)
2429     return chrec_dont_know;
2430
2431   op2 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2432                             TREE_OPERAND (chrec, 2),
2433                             fold_conversions, cache, size_expr);
2434   if (op2 == chrec_dont_know)
2435     return chrec_dont_know;
2436
2437   if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0)
2438       && op1 == TREE_OPERAND (chrec, 1)
2439       && op2 == TREE_OPERAND (chrec, 2))
2440     return chrec;
2441
2442   return fold_build3 (TREE_CODE (chrec),
2443                       TREE_TYPE (chrec), op0, op1, op2);
2444 }
2445
2446 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2447    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2448
2449    CHREC is an expression with 2 operands to be instantiated.
2450
2451    CACHE is the cache of already instantiated values.
2452
2453    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2454    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2455    the chrec is preserved.
2456
2457    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2458    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2459
2460 static tree
2461 instantiate_scev_2 (basic_block instantiate_below,
2462                     struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2463                     bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2464 {
2465   tree op1;
2466   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2467                                  TREE_OPERAND (chrec, 0),
2468                                  fold_conversions, cache, size_expr);
2469   if (op0 == chrec_dont_know)
2470     return chrec_dont_know;
2471
2472   op1 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2473                             TREE_OPERAND (chrec, 1),
2474                             fold_conversions, cache, size_expr);
2475   if (op1 == chrec_dont_know)
2476     return chrec_dont_know;
2477
2478   if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0)
2479       && op1 == TREE_OPERAND (chrec, 1))
2480     return chrec;
2481
2482   return fold_build2 (TREE_CODE (chrec), TREE_TYPE (chrec), op0, op1);
2483 }
2484
2485 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2486    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2487
2488    CHREC is an expression with 2 operands to be instantiated.
2489
2490    CACHE is the cache of already instantiated values.
2491
2492    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2493    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2494    the chrec is preserved.
2495
2496    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2497    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2498
2499 static tree
2500 instantiate_scev_1 (basic_block instantiate_below,
2501                     struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2502                     bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2503 {
2504   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2505                                  TREE_OPERAND (chrec, 0),
2506                                  fold_conversions, cache, size_expr);
2507
2508   if (op0 == chrec_dont_know)
2509     return chrec_dont_know;
2510
2511   if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0))
2512     return chrec;
2513
2514   return fold_build1 (TREE_CODE (chrec), TREE_TYPE (chrec), op0);
2515 }
2516
2517 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2518    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2519
2520    CHREC is the scalar evolution to instantiate.
2521
2522    CACHE is the cache of already instantiated values.
2523
2524    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2525    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2526    the chrec is preserved.
2527
2528    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2529    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2530
2531 static tree
2532 instantiate_scev_r (basic_block instantiate_below,
2533                     struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2534                     bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2535 {
2536   /* Give up if the expression is larger than the MAX that we allow.  */
2537   if (size_expr++ > PARAM_VALUE (PARAM_SCEV_MAX_EXPR_SIZE))
2538     return chrec_dont_know;
2539
2540   if (automatically_generated_chrec_p (chrec)
2541       || is_gimple_min_invariant (chrec))
2542     return chrec;
2543
2544   switch (TREE_CODE (chrec))
2545     {
2546     case SSA_NAME:
2547       return instantiate_scev_name (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2548                                     fold_conversions, cache, size_expr);
2549
2550     case POLYNOMIAL_CHREC:
2551       return instantiate_scev_poly (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2552                                     fold_conversions, cache, size_expr);
2553
2554     case POINTER_PLUS_EXPR:
2555     case PLUS_EXPR:
2556     case MINUS_EXPR:
2557     case MULT_EXPR:
2558       return instantiate_scev_binary (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2559                                       TREE_CODE (chrec), chrec_type (chrec),
2560                                       TREE_OPERAND (chrec, 0),
2561                                       TREE_OPERAND (chrec, 1),
2562                                       fold_conversions, cache, size_expr);
2563
2564     CASE_CONVERT:
2565       return instantiate_scev_convert (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2566                                        TREE_TYPE (chrec), TREE_OPERAND (chrec, 0),
2567                                        fold_conversions, cache, size_expr);
2568
2569     case NEGATE_EXPR:
2570     case BIT_NOT_EXPR:
2571       return instantiate_scev_not (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2572                                    TREE_CODE (chrec), TREE_TYPE (chrec),
2573                                    TREE_OPERAND (chrec, 0),
2574                                    fold_conversions, cache, size_expr);
2575
2576     case SCEV_NOT_KNOWN:
2577       return chrec_dont_know;
2578
2579     case SCEV_KNOWN:
2580       return chrec_known;
2581
2582     default:
2583       break;
2584     }
2585
2586   if (VL_EXP_CLASS_P (chrec))
2587     return chrec_dont_know;
2588
2589   switch (TREE_CODE_LENGTH (TREE_CODE (chrec)))
2590     {
2591     case 3:
2592       return instantiate_scev_3 (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2593                                  fold_conversions, cache, size_expr);
2594
2595     case 2:
2596       return instantiate_scev_2 (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2597                                  fold_conversions, cache, size_expr);
2598
2599     case 1:
2600       return instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2601                                  fold_conversions, cache, size_expr);
2602
2603     case 0:
2604       return chrec;
2605
2606     default:
2607       break;
2608     }
2609
2610   /* Too complicated to handle.  */
2611   return chrec_dont_know;
2612 }
2613
2614 /* Analyze all the parameters of the chrec that were left under a
2615    symbolic form.  INSTANTIATE_BELOW is the basic block that stops the
2616    recursive instantiation of parameters: a parameter is a variable
2617    that is defined in a basic block that dominates INSTANTIATE_BELOW or
2618    a function parameter.  */
2619
2620 tree
2621 instantiate_scev (basic_block instantiate_below, struct loop *evolution_loop,
2622                   tree chrec)
2623 {
2624   tree res;
2625   htab_t cache = htab_create (10, hash_scev_info, eq_scev_info, del_scev_info);
2626
2627   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2628     {
2629       fprintf (dump_file, "(instantiate_scev \n");
2630       fprintf (dump_file, "  (instantiate_below = %d)\n", instantiate_below->index);
2631       fprintf (dump_file, "  (evolution_loop = %d)\n", evolution_loop->num);
2632       fprintf (dump_file, "  (chrec = ");
2633       print_generic_expr (dump_file, chrec, 0);
2634       fprintf (dump_file, ")\n");
2635     }
2636
2637   res = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop, chrec, false,
2638                             cache, 0);
2639
2640   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2641     {
2642       fprintf (dump_file, "  (res = ");
2643       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
2644       fprintf (dump_file, "))\n");
2645     }
2646
2647   htab_delete (cache);
2648
2649   return res;
2650 }
2651
2652 /* Similar to instantiate_parameters, but does not introduce the
2653    evolutions in outer loops for LOOP invariants in CHREC, and does not
2654    care about causing overflows, as long as they do not affect value
2655    of an expression.  */
2656
2657 tree
2658 resolve_mixers (struct loop *loop, tree chrec)
2659 {
2660   htab_t cache = htab_create (10, hash_scev_info, eq_scev_info, del_scev_info);
2661   tree ret = instantiate_scev_r (block_before_loop (loop), loop, chrec, true,
2662                                  cache, 0);
2663   htab_delete (cache);
2664   return ret;
2665 }
2666
2667 /* Entry point for the analysis of the number of iterations pass.
2668    This function tries to safely approximate the number of iterations
2669    the loop will run.  When this property is not decidable at compile
2670    time, the result is chrec_dont_know.  Otherwise the result is a
2671    scalar or a symbolic parameter.  When the number of iterations may
2672    be equal to zero and the property cannot be determined at compile
2673    time, the result is a COND_EXPR that represents in a symbolic form
2674    the conditions under which the number of iterations is not zero.
2675
2676    Example of analysis: suppose that the loop has an exit condition:
2677
2678    "if (b > 49) goto end_loop;"
2679
2680    and that in a previous analysis we have determined that the
2681    variable 'b' has an evolution function:
2682
2683    "EF = {23, +, 5}_2".
2684
2685    When we evaluate the function at the point 5, i.e. the value of the
2686    variable 'b' after 5 iterations in the loop, we have EF (5) = 48,
2687    and EF (6) = 53.  In this case the value of 'b' on exit is '53' and
2688    the loop body has been executed 6 times.  */
2689
2690 tree
2691 number_of_latch_executions (struct loop *loop)
2692 {
2693   edge exit;
2694   struct tree_niter_desc niter_desc;
2695   tree may_be_zero;
2696   tree res;
2697
2698   /* Determine whether the number of iterations in loop has already
2699      been computed.  */
2700   res = loop->nb_iterations;
2701   if (res)
2702     return res;
2703
2704   may_be_zero = NULL_TREE;
2705
2706   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2707     fprintf (dump_file, "(number_of_iterations_in_loop = \n");
2708
2709   res = chrec_dont_know;
2710   exit = single_exit (loop);
2711
2712   if (exit && number_of_iterations_exit (loop, exit, &niter_desc, false))
2713     {
2714       may_be_zero = niter_desc.may_be_zero;
2715       res = niter_desc.niter;
2716     }
2717
2718   if (res == chrec_dont_know
2719       || !may_be_zero
2720       || integer_zerop (may_be_zero))
2721     ;
2722   else if (integer_nonzerop (may_be_zero))
2723     res = build_int_cst (TREE_TYPE (res), 0);
2724
2725   else if (COMPARISON_CLASS_P (may_be_zero))
2726     res = fold_build3 (COND_EXPR, TREE_TYPE (res), may_be_zero,
2727                        build_int_cst (TREE_TYPE (res), 0), res);
2728   else
2729     res = chrec_dont_know;
2730
2731   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2732     {
2733       fprintf (dump_file, "  (set_nb_iterations_in_loop = ");
2734       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
2735       fprintf (dump_file, "))\n");
2736     }
2737
2738   loop->nb_iterations = res;
2739   return res;
2740 }
2741
2742 /* Returns the number of executions of the exit condition of LOOP,
2743    i.e., the number by one higher than number_of_latch_executions.
2744    Note that unlike number_of_latch_executions, this number does
2745    not necessarily fit in the unsigned variant of the type of
2746    the control variable -- if the number of iterations is a constant,
2747    we return chrec_dont_know if adding one to number_of_latch_executions
2748    overflows; however, in case the number of iterations is symbolic
2749    expression, the caller is responsible for dealing with this
2750    the possible overflow.  */
2751
2752 tree
2753 number_of_exit_cond_executions (struct loop *loop)
2754 {
2755   tree ret = number_of_latch_executions (loop);
2756   tree type = chrec_type (ret);
2757
2758   if (chrec_contains_undetermined (ret))
2759     return ret;
2760
2761   ret = chrec_fold_plus (type, ret, build_int_cst (type, 1));
2762   if (TREE_CODE (ret) == INTEGER_CST
2763       && TREE_OVERFLOW (ret))
2764     return chrec_dont_know;
2765
2766   return ret;
2767 }
2768
2769 /* One of the drivers for testing the scalar evolutions analysis.
2770    This function computes the number of iterations for all the loops
2771    from the EXIT_CONDITIONS array.  */
2772
2773 static void
2774 number_of_iterations_for_all_loops (VEC(gimple,heap) **exit_conditions)
2775 {
2776   unsigned int i;
2777   unsigned nb_chrec_dont_know_loops = 0;
2778   unsigned nb_static_loops = 0;
2779   gimple cond;
2780
2781   for (i = 0; VEC_iterate (gimple, *exit_conditions, i, cond); i++)
2782     {
2783       tree res = number_of_latch_executions (loop_containing_stmt (cond));
2784       if (chrec_contains_undetermined (res))
2785         nb_chrec_dont_know_loops++;
2786       else
2787         nb_static_loops++;
2788     }
2789
2790   if (dump_file)
2791     {
2792       fprintf (dump_file, "\n(\n");
2793       fprintf (dump_file, "-----------------------------------------\n");
2794       fprintf (dump_file, "%d\tnb_chrec_dont_know_loops\n", nb_chrec_dont_know_loops);
2795       fprintf (dump_file, "%d\tnb_static_loops\n", nb_static_loops);
2796       fprintf (dump_file, "%d\tnb_total_loops\n", number_of_loops ());
2797       fprintf (dump_file, "-----------------------------------------\n");
2798       fprintf (dump_file, ")\n\n");
2799
2800       print_loops (dump_file, 3);
2801     }
2802 }
2803
2804 \f
2805
2806 /* Counters for the stats.  */
2807
2808 struct chrec_stats
2809 {
2810   unsigned nb_chrecs;
2811   unsigned nb_affine;
2812   unsigned nb_affine_multivar;
2813   unsigned nb_higher_poly;
2814   unsigned nb_chrec_dont_know;
2815   unsigned nb_undetermined;
2816 };
2817
2818 /* Reset the counters.  */
2819
2820 static inline void
2821 reset_chrecs_counters (struct chrec_stats *stats)
2822 {
2823   stats->nb_chrecs = 0;
2824   stats->nb_affine = 0;
2825   stats->nb_affine_multivar = 0;
2826   stats->nb_higher_poly = 0;
2827   stats->nb_chrec_dont_know = 0;
2828   stats->nb_undetermined = 0;
2829 }
2830
2831 /* Dump the contents of a CHREC_STATS structure.  */
2832
2833 static void
2834 dump_chrecs_stats (FILE *file, struct chrec_stats *stats)
2835 {
2836   fprintf (file, "\n(\n");
2837   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2838   fprintf (file, "%d\taffine univariate chrecs\n", stats->nb_affine);
2839   fprintf (file, "%d\taffine multivariate chrecs\n", stats->nb_affine_multivar);
2840   fprintf (file, "%d\tdegree greater than 2 polynomials\n",
2841            stats->nb_higher_poly);
2842   fprintf (file, "%d\tchrec_dont_know chrecs\n", stats->nb_chrec_dont_know);
2843   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2844   fprintf (file, "%d\ttotal chrecs\n", stats->nb_chrecs);
2845   fprintf (file, "%d\twith undetermined coefficients\n",
2846            stats->nb_undetermined);
2847   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2848   fprintf (file, "%d\tchrecs in the scev database\n",
2849            (int) htab_elements (scalar_evolution_info));
2850   fprintf (file, "%d\tsets in the scev database\n", nb_set_scev);
2851   fprintf (file, "%d\tgets in the scev database\n", nb_get_scev);
2852   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2853   fprintf (file, ")\n\n");
2854 }
2855
2856 /* Gather statistics about CHREC.  */
2857
2858 static void
2859 gather_chrec_stats (tree chrec, struct chrec_stats *stats)
2860 {
2861   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2862     {
2863       fprintf (dump_file, "(classify_chrec ");
2864       print_generic_expr (dump_file, chrec, 0);
2865       fprintf (dump_file, "\n");
2866     }
2867
2868   stats->nb_chrecs++;
2869
2870   if (chrec == NULL_TREE)
2871     {
2872       stats->nb_undetermined++;
2873       return;
2874     }
2875
2876   switch (TREE_CODE (chrec))
2877     {
2878     case POLYNOMIAL_CHREC:
2879       if (evolution_function_is_affine_p (chrec))
2880         {
2881           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2882             fprintf (dump_file, "  affine_univariate\n");
2883           stats->nb_affine++;
2884         }
2885       else if (evolution_function_is_affine_multivariate_p (chrec, 0))
2886         {
2887           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2888             fprintf (dump_file, "  affine_multivariate\n");
2889           stats->nb_affine_multivar++;
2890         }
2891       else
2892         {
2893           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2894             fprintf (dump_file, "  higher_degree_polynomial\n");
2895           stats->nb_higher_poly++;
2896         }
2897
2898       break;
2899
2900     default:
2901       break;
2902     }
2903
2904   if (chrec_contains_undetermined (chrec))
2905     {
2906       if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2907         fprintf (dump_file, "  undetermined\n");
2908       stats->nb_undetermined++;
2909     }
2910
2911   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2912     fprintf (dump_file, ")\n");
2913 }
2914
2915 /* One of the drivers for testing the scalar evolutions analysis.
2916    This function analyzes the scalar evolution of all the scalars
2917    defined as loop phi nodes in one of the loops from the
2918    EXIT_CONDITIONS array.
2919
2920    TODO Optimization: A loop is in canonical form if it contains only
2921    a single scalar loop phi node.  All the other scalars that have an
2922    evolution in the loop are rewritten in function of this single
2923    index.  This allows the parallelization of the loop.  */
2924
2925 static void
2926 analyze_scalar_evolution_for_all_loop_phi_nodes (VEC(gimple,heap) **exit_conditions)
2927 {
2928   unsigned int i;
2929   struct chrec_stats stats;
2930   gimple cond, phi;
2931   gimple_stmt_iterator psi;
2932
2933   reset_chrecs_counters (&stats);
2934
2935   for (i = 0; VEC_iterate (gimple, *exit_conditions, i, cond); i++)
2936     {
2937       struct loop *loop;
2938       basic_block bb;
2939       tree chrec;
2940
2941       loop = loop_containing_stmt (cond);
2942       bb = loop->header;
2943
2944       for (psi = gsi_start_phis (bb); !gsi_end_p (psi); gsi_next (&psi))
2945         {
2946           phi = gsi_stmt (psi);
2947           if (is_gimple_reg (PHI_RESULT (phi)))
2948             {
2949               chrec = instantiate_parameters
2950                         (loop,
2951                          analyze_scalar_evolution (loop, PHI_RESULT (phi)));
2952
2953               if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2954                 gather_chrec_stats (chrec, &stats);
2955             }
2956         }
2957     }
2958
2959   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2960     dump_chrecs_stats (dump_file, &stats);
2961 }
2962
2963 /* Callback for htab_traverse, gathers information on chrecs in the
2964    hashtable.  */
2965
2966 static int
2967 gather_stats_on_scev_database_1 (void **slot, void *stats)
2968 {
2969   struct scev_info_str *entry = (struct scev_info_str *) *slot;
2970
2971   gather_chrec_stats (entry->chrec, (struct chrec_stats *) stats);
2972
2973   return 1;
2974 }
2975
2976 /* Classify the chrecs of the whole database.  */
2977
2978 void
2979 gather_stats_on_scev_database (void)
2980 {
2981   struct chrec_stats stats;
2982
2983   if (!dump_file)
2984     return;
2985
2986   reset_chrecs_counters (&stats);
2987
2988   htab_traverse (scalar_evolution_info, gather_stats_on_scev_database_1,
2989                  &stats);
2990
2991   dump_chrecs_stats (dump_file, &stats);
2992 }
2993
2994 \f
2995
2996 /* Initializer.  */
2997
2998 static void
2999 initialize_scalar_evolutions_analyzer (void)
3000 {
3001   /* The elements below are unique.  */
3002   if (chrec_dont_know == NULL_TREE)
3003     {
3004       chrec_not_analyzed_yet = NULL_TREE;
3005       chrec_dont_know = make_node (SCEV_NOT_KNOWN);
3006       chrec_known = make_node (SCEV_KNOWN);
3007       TREE_TYPE (chrec_dont_know) = void_type_node;
3008       TREE_TYPE (chrec_known) = void_type_node;
3009     }
3010 }
3011
3012 /* Initialize the analysis of scalar evolutions for LOOPS.  */
3013
3014 void
3015 scev_initialize (void)
3016 {
3017   loop_iterator li;
3018   struct loop *loop;
3019
3020
3021   scalar_evolution_info = htab_create_ggc (100, hash_scev_info, eq_scev_info,
3022                                            del_scev_info);
3023
3024   initialize_scalar_evolutions_analyzer ();
3025
3026   FOR_EACH_LOOP (li, loop, 0)
3027     {
3028       loop->nb_iterations = NULL_TREE;
3029     }
3030 }
3031
3032 /* Cleans up the information cached by the scalar evolutions analysis
3033    in the hash table.  */
3034
3035 void
3036 scev_reset_htab (void)
3037 {
3038   if (!scalar_evolution_info)
3039     return;
3040
3041   htab_empty (scalar_evolution_info);
3042 }
3043
3044 /* Cleans up the information cached by the scalar evolutions analysis
3045    in the hash table and in the loop->nb_iterations.  */
3046
3047 void
3048 scev_reset (void)
3049 {
3050   loop_iterator li;
3051   struct loop *loop;
3052
3053   scev_reset_htab ();
3054
3055   if (!current_loops)
3056     return;
3057
3058   FOR_EACH_LOOP (li, loop, 0)
3059     {
3060       loop->nb_iterations = NULL_TREE;
3061     }
3062 }
3063
3064 /* Checks whether use of OP in USE_LOOP behaves as a simple affine iv with
3065    respect to WRTO_LOOP and returns its base and step in IV if possible
3066    (see analyze_scalar_evolution_in_loop for more details on USE_LOOP
3067    and WRTO_LOOP).  If ALLOW_NONCONSTANT_STEP is true, we want step to be
3068    invariant in LOOP.  Otherwise we require it to be an integer constant.
3069
3070    IV->no_overflow is set to true if we are sure the iv cannot overflow (e.g.
3071    because it is computed in signed arithmetics).  Consequently, adding an
3072    induction variable
3073
3074    for (i = IV->base; ; i += IV->step)
3075
3076    is only safe if IV->no_overflow is false, or TYPE_OVERFLOW_UNDEFINED is
3077    false for the type of the induction variable, or you can prove that i does
3078    not wrap by some other argument.  Otherwise, this might introduce undefined
3079    behavior, and
3080
3081    for (i = iv->base; ; i = (type) ((unsigned type) i + (unsigned type) iv->step))
3082
3083    must be used instead.  */
3084
3085 bool
3086 simple_iv (struct loop *wrto_loop, struct loop *use_loop, tree op,
3087            affine_iv *iv, bool allow_nonconstant_step)
3088 {
3089   tree type, ev;
3090   bool folded_casts;
3091
3092   iv->base = NULL_TREE;
3093   iv->step = NULL_TREE;
3094   iv->no_overflow = false;
3095
3096   type = TREE_TYPE (op);
3097   if (TREE_CODE (type) != INTEGER_TYPE
3098       && TREE_CODE (type) != POINTER_TYPE)
3099     return false;
3100
3101   ev = analyze_scalar_evolution_in_loop (wrto_loop, use_loop, op,
3102                                          &folded_casts);
3103   if (chrec_contains_undetermined (ev)
3104       || chrec_contains_symbols_defined_in_loop (ev, wrto_loop->num))
3105     return false;
3106
3107   if (tree_does_not_contain_chrecs (ev))
3108     {
3109       iv->base = ev;
3110       iv->step = build_int_cst (TREE_TYPE (ev), 0);
3111       iv->no_overflow = true;
3112       return true;
3113     }
3114
3115   if (TREE_CODE (ev) != POLYNOMIAL_CHREC
3116       || CHREC_VARIABLE (ev) != (unsigned) wrto_loop->num)
3117     return false;
3118
3119   iv->step = CHREC_RIGHT (ev);
3120   if ((!allow_nonconstant_step && TREE_CODE (iv->step) != INTEGER_CST)
3121       || tree_contains_chrecs (iv->step, NULL))
3122     return false;
3123
3124   iv->base = CHREC_LEFT (ev);
3125   if (tree_contains_chrecs (iv->base, NULL))
3126     return false;
3127
3128   iv->no_overflow = !folded_casts && TYPE_OVERFLOW_UNDEFINED (type);
3129
3130   return true;
3131 }
3132
3133 /* Runs the analysis of scalar evolutions.  */
3134
3135 void
3136 scev_analysis (void)
3137 {
3138   VEC(gimple,heap) *exit_conditions;
3139
3140   exit_conditions = VEC_alloc (gimple, heap, 37);
3141   select_loops_exit_conditions (&exit_conditions);
3142
3143   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
3144     analyze_scalar_evolution_for_all_loop_phi_nodes (&exit_conditions);
3145
3146   number_of_iterations_for_all_loops (&exit_conditions);
3147   VEC_free (gimple, heap, exit_conditions);
3148 }
3149
3150 /* Finalize the scalar evolution analysis.  */
3151
3152 void
3153 scev_finalize (void)
3154 {
3155   if (!scalar_evolution_info)
3156     return;
3157   htab_delete (scalar_evolution_info);
3158   scalar_evolution_info = NULL;
3159 }
3160
3161 /* Returns true if the expression EXPR is considered to be too expensive
3162    for scev_const_prop.  */
3163
3164 bool
3165 expression_expensive_p (tree expr)
3166 {
3167   enum tree_code code;
3168
3169   if (is_gimple_val (expr))
3170     return false;
3171
3172   code = TREE_CODE (expr);
3173   if (code == TRUNC_DIV_EXPR
3174       || code == CEIL_DIV_EXPR
3175       || code == FLOOR_DIV_EXPR
3176       || code == ROUND_DIV_EXPR
3177       || code == TRUNC_MOD_EXPR
3178       || code == CEIL_MOD_EXPR
3179       || code == FLOOR_MOD_EXPR
3180       || code == ROUND_MOD_EXPR
3181       || code == EXACT_DIV_EXPR)
3182     {
3183       /* Division by power of two is usually cheap, so we allow it.
3184          Forbid anything else.  */
3185       if (!integer_pow2p (TREE_OPERAND (expr, 1)))
3186         return true;
3187     }
3188
3189   switch (TREE_CODE_CLASS (code))
3190     {
3191     case tcc_binary:
3192     case tcc_comparison:
3193       if (expression_expensive_p (TREE_OPERAND (expr, 1)))
3194         return true;
3195
3196       /* Fallthru.  */
3197     case tcc_unary:
3198       return expression_expensive_p (TREE_OPERAND (expr, 0));
3199
3200     default:
3201       return true;
3202     }
3203 }
3204
3205 /* Replace ssa names for that scev can prove they are constant by the
3206    appropriate constants.  Also perform final value replacement in loops,
3207    in case the replacement expressions are cheap.
3208
3209    We only consider SSA names defined by phi nodes; rest is left to the
3210    ordinary constant propagation pass.  */
3211
3212 unsigned int
3213 scev_const_prop (void)
3214 {
3215   basic_block bb;
3216   tree name, type, ev;
3217   gimple phi, ass;
3218   struct loop *loop, *ex_loop;
3219   bitmap ssa_names_to_remove = NULL;
3220   unsigned i;
3221   loop_iterator li;
3222   gimple_stmt_iterator psi;
3223
3224   if (number_of_loops () <= 1)
3225     return 0;
3226
3227   FOR_EACH_BB (bb)
3228     {
3229       loop = bb->loop_father;
3230
3231       for (psi = gsi_start_phis (bb); !gsi_end_p (psi); gsi_next (&psi))
3232         {
3233           phi = gsi_stmt (psi);
3234           name = PHI_RESULT (phi);
3235
3236           if (!is_gimple_reg (name))
3237             continue;
3238
3239           type = TREE_TYPE (name);
3240
3241           if (!POINTER_TYPE_P (type)
3242               && !INTEGRAL_TYPE_P (type))
3243             continue;
3244
3245           ev = resolve_mixers (loop, analyze_scalar_evolution (loop, name));
3246           if (!is_gimple_min_invariant (ev)
3247               || !may_propagate_copy (name, ev))
3248             continue;
3249
3250           /* Replace the uses of the name.  */
3251           if (name != ev)
3252             replace_uses_by (name, ev);
3253
3254           if (!ssa_names_to_remove)
3255             ssa_names_to_remove = BITMAP_ALLOC (NULL);
3256           bitmap_set_bit (ssa_names_to_remove, SSA_NAME_VERSION (name));
3257         }
3258     }
3259
3260   /* Remove the ssa names that were replaced by constants.  We do not
3261      remove them directly in the previous cycle, since this
3262      invalidates scev cache.  */
3263   if (ssa_names_to_remove)
3264     {
3265       bitmap_iterator bi;
3266
3267       EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (ssa_names_to_remove, 0, i, bi)
3268         {
3269           gimple_stmt_iterator psi;
3270           name = ssa_name (i);
3271           phi = SSA_NAME_DEF_STMT (name);
3272
3273           gcc_assert (gimple_code (phi) == GIMPLE_PHI);
3274           psi = gsi_for_stmt (phi);
3275           remove_phi_node (&psi, true);
3276         }
3277
3278       BITMAP_FREE (ssa_names_to_remove);
3279       scev_reset ();
3280     }
3281
3282   /* Now the regular final value replacement.  */
3283   FOR_EACH_LOOP (li, loop, LI_FROM_INNERMOST)
3284     {
3285       edge exit;
3286       tree def, rslt, niter;
3287       gimple_stmt_iterator bsi;
3288
3289       /* If we do not know exact number of iterations of the loop, we cannot
3290          replace the final value.  */
3291       exit = single_exit (loop);
3292       if (!exit)
3293         continue;
3294
3295       niter = number_of_latch_executions (loop);
3296       if (niter == chrec_dont_know)
3297         continue;
3298
3299       /* Ensure that it is possible to insert new statements somewhere.  */
3300       if (!single_pred_p (exit->dest))
3301         split_loop_exit_edge (exit);
3302       bsi = gsi_after_labels (exit->dest);
3303
3304       ex_loop = superloop_at_depth (loop,
3305                                     loop_depth (exit->dest->loop_father) + 1);
3306
3307       for (psi = gsi_start_phis (exit->dest); !gsi_end_p (psi); )
3308         {
3309           phi = gsi_stmt (psi);
3310           rslt = PHI_RESULT (phi);
3311           def = PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi, exit);
3312           if (!is_gimple_reg (def))
3313             {
3314               gsi_next (&psi);
3315               continue;
3316             }
3317
3318           if (!POINTER_TYPE_P (TREE_TYPE (def))
3319               && !INTEGRAL_TYPE_P (TREE_TYPE (def)))
3320             {
3321               gsi_next (&psi);
3322               continue;
3323             }
3324
3325           def = analyze_scalar_evolution_in_loop (ex_loop, loop, def, NULL);
3326           def = compute_overall_effect_of_inner_loop (ex_loop, def);
3327           if (!tree_does_not_contain_chrecs (def)
3328               || chrec_contains_symbols_defined_in_loop (def, ex_loop->num)
3329               /* Moving the computation from the loop may prolong life range
3330                  of some ssa names, which may cause problems if they appear
3331                  on abnormal edges.  */
3332               || contains_abnormal_ssa_name_p (def)
3333               /* Do not emit expensive expressions.  The rationale is that
3334                  when someone writes a code like
3335
3336                  while (n > 45) n -= 45;
3337
3338                  he probably knows that n is not large, and does not want it
3339                  to be turned into n %= 45.  */
3340               || expression_expensive_p (def))
3341             {
3342               gsi_next (&psi);
3343               continue;
3344             }
3345
3346           /* Eliminate the PHI node and replace it by a computation outside
3347              the loop.  */
3348           def = unshare_expr (def);
3349           remove_phi_node (&psi, false);
3350
3351           def = force_gimple_operand_gsi (&bsi, def, false, NULL_TREE,
3352                                           true, GSI_SAME_STMT);
3353           ass = gimple_build_assign (rslt, def);
3354           gsi_insert_before (&bsi, ass, GSI_SAME_STMT);
3355         }
3356     }
3357   return 0;
3358 }
3359
3360 #include "gt-tree-scalar-evolution.h"