OSDN Git Service

Merge gimple-tuples-branch into mainline.
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / tree-scalar-evolution.c
1 /* Scalar evolution detector.
2    Copyright (C) 2003, 2004, 2005 Free Software Foundation, Inc.
3    Contributed by Sebastian Pop <s.pop@laposte.net>
4
5 This file is part of GCC.
6
7 GCC is free software; you can redistribute it and/or modify it under
8 the terms of the GNU General Public License as published by the Free
9 Software Foundation; either version 2, or (at your option) any later
10 version.
11
12 GCC is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
13 WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
14 FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
15 for more details.
16
17 You should have received a copy of the GNU General Public License
18 along with GCC; see the file COPYING.  If not, write to the Free
19 Software Foundation, 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA
20 02110-1301, USA.  */
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_MODIFY_STMT: 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 ({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 2: 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 3: Higher degree polynomials.
159      
160    | loop_1
161    |   a = phi (2, b)
162    |   c = phi (5, d)
163    |   b = a + 1
164    |   d = c + a
165    | endloop
166      
167    a -> {2, +, 1}_1
168    b -> {3, +, 1}_1
169    c -> {5, +, a}_1
170    d -> {5 + a, +, a}_1
171      
172    instantiate_parameters ({5, +, a}_1) -> {5, +, 2, +, 1}_1
173    instantiate_parameters ({5 + a, +, a}_1) -> {7, +, 3, +, 1}_1
174      
175    Example 4: Lucas, Fibonacci, or mixers in general.
176      
177    | loop_1
178    |   a = phi (1, b)
179    |   c = phi (3, d)
180    |   b = c
181    |   d = c + a
182    | endloop
183      
184    a -> (1, c)_1
185    c -> {3, +, a}_1
186      
187    The syntax "(1, c)_1" stands for a PEELED_CHREC that has the
188    following semantics: during the first iteration of the loop_1, the
189    variable contains the value 1, and then it contains the value "c".
190    Note that this syntax is close to the syntax of the loop-phi-node:
191    "a -> (1, c)_1" vs. "a = phi (1, c)".
192      
193    The symbolic chrec representation contains all the semantics of the
194    original code.  What is more difficult is to use this information.
195      
196    Example 5: Flip-flops, or exchangers.
197      
198    | loop_1
199    |   a = phi (1, b)
200    |   c = phi (3, d)
201    |   b = c
202    |   d = a
203    | endloop
204      
205    a -> (1, c)_1
206    c -> (3, a)_1
207      
208    Based on these symbolic chrecs, it is possible to refine this
209    information into the more precise PERIODIC_CHRECs: 
210      
211    a -> |1, 3|_1
212    c -> |3, 1|_1
213      
214    This transformation is not yet implemented.
215      
216    Further readings:
217    
218    You can find a more detailed description of the algorithm in:
219    http://icps.u-strasbg.fr/~pop/DEA_03_Pop.pdf
220    http://icps.u-strasbg.fr/~pop/DEA_03_Pop.ps.gz.  But note that
221    this is a preliminary report and some of the details of the
222    algorithm have changed.  I'm working on a research report that
223    updates the description of the algorithms to reflect the design
224    choices used in this implementation.
225      
226    A set of slides show a high level overview of the algorithm and run
227    an example through the scalar evolution analyzer:
228    http://cri.ensmp.fr/~pop/gcc/mar04/slides.pdf
229
230    The slides that I have presented at the GCC Summit'04 are available
231    at: http://cri.ensmp.fr/~pop/gcc/20040604/gccsummit-lno-spop.pdf
232 */
233
234 #include "config.h"
235 #include "system.h"
236 #include "coretypes.h"
237 #include "tm.h"
238 #include "ggc.h"
239 #include "tree.h"
240 #include "real.h"
241
242 /* These RTL headers are needed for basic-block.h.  */
243 #include "rtl.h"
244 #include "basic-block.h"
245 #include "diagnostic.h"
246 #include "tree-flow.h"
247 #include "tree-dump.h"
248 #include "timevar.h"
249 #include "cfgloop.h"
250 #include "tree-chrec.h"
251 #include "tree-scalar-evolution.h"
252 #include "tree-pass.h"
253 #include "flags.h"
254 #include "params.h"
255
256 static tree analyze_scalar_evolution_1 (struct loop *, tree, tree);
257 static tree resolve_mixers (struct loop *, tree);
258
259 /* The cached information about a ssa name VAR, claiming that inside LOOP,
260    the value of VAR can be expressed as CHREC.  */
261
262 struct scev_info_str
263 {
264   tree var;
265   tree chrec;
266 };
267
268 /* Counters for the scev database.  */
269 static unsigned nb_set_scev = 0;
270 static unsigned nb_get_scev = 0;
271
272 /* The following trees are unique elements.  Thus the comparison of
273    another element to these elements should be done on the pointer to
274    these trees, and not on their value.  */
275
276 /* The SSA_NAMEs that are not yet analyzed are qualified with NULL_TREE.  */
277 tree chrec_not_analyzed_yet;
278
279 /* Reserved to the cases where the analyzer has detected an
280    undecidable property at compile time.  */
281 tree chrec_dont_know;
282
283 /* When the analyzer has detected that a property will never
284    happen, then it qualifies it with chrec_known.  */
285 tree chrec_known;
286
287 static bitmap already_instantiated;
288
289 static htab_t scalar_evolution_info;
290
291 \f
292 /* Constructs a new SCEV_INFO_STR structure.  */
293
294 static inline struct scev_info_str *
295 new_scev_info_str (tree var)
296 {
297   struct scev_info_str *res;
298   
299   res = XNEW (struct scev_info_str);
300   res->var = var;
301   res->chrec = chrec_not_analyzed_yet;
302   
303   return res;
304 }
305
306 /* Computes a hash function for database element ELT.  */
307
308 static hashval_t
309 hash_scev_info (const void *elt)
310 {
311   return SSA_NAME_VERSION (((struct scev_info_str *) elt)->var);
312 }
313
314 /* Compares database elements E1 and E2.  */
315
316 static int
317 eq_scev_info (const void *e1, const void *e2)
318 {
319   const struct scev_info_str *elt1 = (const struct scev_info_str *) e1;
320   const struct scev_info_str *elt2 = (const struct scev_info_str *) e2;
321
322   return elt1->var == elt2->var;
323 }
324
325 /* Deletes database element E.  */
326
327 static void
328 del_scev_info (void *e)
329 {
330   free (e);
331 }
332
333 /* Get the index corresponding to VAR in the current LOOP.  If
334    it's the first time we ask for this VAR, then we return
335    chrec_not_analyzed_yet for this VAR and return its index.  */
336
337 static tree *
338 find_var_scev_info (tree var)
339 {
340   struct scev_info_str *res;
341   struct scev_info_str tmp;
342   PTR *slot;
343
344   tmp.var = var;
345   slot = htab_find_slot (scalar_evolution_info, &tmp, INSERT);
346
347   if (!*slot)
348     *slot = new_scev_info_str (var);
349   res = (struct scev_info_str *) *slot;
350
351   return &res->chrec;
352 }
353
354 /* Return true when CHREC contains symbolic names defined in
355    LOOP_NB.  */
356
357 bool 
358 chrec_contains_symbols_defined_in_loop (tree chrec, unsigned loop_nb)
359 {
360   if (chrec == NULL_TREE)
361     return false;
362
363   if (TREE_INVARIANT (chrec))
364     return false;
365
366   if (TREE_CODE (chrec) == VAR_DECL
367       || TREE_CODE (chrec) == PARM_DECL
368       || TREE_CODE (chrec) == FUNCTION_DECL
369       || TREE_CODE (chrec) == LABEL_DECL
370       || TREE_CODE (chrec) == RESULT_DECL
371       || TREE_CODE (chrec) == FIELD_DECL)
372     return true;
373
374   if (TREE_CODE (chrec) == SSA_NAME)
375     {
376       tree def = SSA_NAME_DEF_STMT (chrec);
377       struct loop *def_loop = loop_containing_stmt (def);
378       struct loop *loop = current_loops->parray[loop_nb];
379
380       if (def_loop == NULL)
381         return false;
382
383       if (loop == def_loop || flow_loop_nested_p (loop, def_loop))
384         return true;
385
386       return false;
387     }
388
389   switch (TREE_CODE_LENGTH (TREE_CODE (chrec)))
390     {
391     case 3:
392       if (chrec_contains_symbols_defined_in_loop (TREE_OPERAND (chrec, 2), 
393                                                   loop_nb))
394         return true;
395
396     case 2:
397       if (chrec_contains_symbols_defined_in_loop (TREE_OPERAND (chrec, 1), 
398                                                   loop_nb))
399         return true;
400
401     case 1:
402       if (chrec_contains_symbols_defined_in_loop (TREE_OPERAND (chrec, 0), 
403                                                   loop_nb))
404         return true;
405
406     default:
407       return false;
408     }
409 }
410
411 /* Return true when PHI is a loop-phi-node.  */
412
413 static bool
414 loop_phi_node_p (tree phi)
415 {
416   /* The implementation of this function is based on the following
417      property: "all the loop-phi-nodes of a loop are contained in the
418      loop's header basic block".  */
419
420   return loop_containing_stmt (phi)->header == bb_for_stmt (phi);
421 }
422
423 /* Compute the scalar evolution for EVOLUTION_FN after crossing LOOP.
424    In general, in the case of multivariate evolutions we want to get
425    the evolution in different loops.  LOOP specifies the level for
426    which to get the evolution.
427    
428    Example:
429    
430    | for (j = 0; j < 100; j++)
431    |   {
432    |     for (k = 0; k < 100; k++)
433    |       {
434    |         i = k + j;   - Here the value of i is a function of j, k. 
435    |       }
436    |      ... = i         - Here the value of i is a function of j. 
437    |   }
438    | ... = i              - Here the value of i is a scalar.  
439    
440    Example:  
441    
442    | i_0 = ...
443    | loop_1 10 times
444    |   i_1 = phi (i_0, i_2)
445    |   i_2 = i_1 + 2
446    | endloop
447     
448    This loop has the same effect as:
449    LOOP_1 has the same effect as:
450     
451    | i_1 = i_0 + 20
452    
453    The overall effect of the loop, "i_0 + 20" in the previous example, 
454    is obtained by passing in the parameters: LOOP = 1, 
455    EVOLUTION_FN = {i_0, +, 2}_1.
456 */
457  
458 static tree 
459 compute_overall_effect_of_inner_loop (struct loop *loop, tree evolution_fn)
460 {
461   bool val = false;
462
463   if (evolution_fn == chrec_dont_know)
464     return chrec_dont_know;
465
466   else if (TREE_CODE (evolution_fn) == POLYNOMIAL_CHREC)
467     {
468       if (CHREC_VARIABLE (evolution_fn) >= (unsigned) loop->num)
469         {
470           struct loop *inner_loop = 
471             current_loops->parray[CHREC_VARIABLE (evolution_fn)];
472           tree nb_iter = number_of_iterations_in_loop (inner_loop);
473
474           if (nb_iter == chrec_dont_know)
475             return chrec_dont_know;
476           else
477             {
478               tree res;
479               tree type = chrec_type (nb_iter);
480
481               /* Number of iterations is off by one (the ssa name we
482                  analyze must be defined before the exit).  */
483               nb_iter = chrec_fold_minus (type, nb_iter,
484                                           build_int_cst (type, 1));
485               
486               /* evolution_fn is the evolution function in LOOP.  Get
487                  its value in the nb_iter-th iteration.  */
488               res = chrec_apply (inner_loop->num, evolution_fn, nb_iter);
489               
490               /* Continue the computation until ending on a parent of LOOP.  */
491               return compute_overall_effect_of_inner_loop (loop, res);
492             }
493         }
494       else
495         return evolution_fn;
496      }
497   
498   /* If the evolution function is an invariant, there is nothing to do.  */
499   else if (no_evolution_in_loop_p (evolution_fn, loop->num, &val) && val)
500     return evolution_fn;
501   
502   else
503     return chrec_dont_know;
504 }
505
506 /* Determine whether the CHREC is always positive/negative.  If the expression
507    cannot be statically analyzed, return false, otherwise set the answer into
508    VALUE.  */
509
510 bool
511 chrec_is_positive (tree chrec, bool *value)
512 {
513   bool value0, value1, value2;
514   tree type, end_value, nb_iter;
515   
516   switch (TREE_CODE (chrec))
517     {
518     case POLYNOMIAL_CHREC:
519       if (!chrec_is_positive (CHREC_LEFT (chrec), &value0)
520           || !chrec_is_positive (CHREC_RIGHT (chrec), &value1))
521         return false;
522      
523       /* FIXME -- overflows.  */
524       if (value0 == value1)
525         {
526           *value = value0;
527           return true;
528         }
529
530       /* Otherwise the chrec is under the form: "{-197, +, 2}_1",
531          and the proof consists in showing that the sign never
532          changes during the execution of the loop, from 0 to
533          loop->nb_iterations.  */
534       if (!evolution_function_is_affine_p (chrec))
535         return false;
536
537       nb_iter = number_of_iterations_in_loop
538         (current_loops->parray[CHREC_VARIABLE (chrec)]);
539
540       if (chrec_contains_undetermined (nb_iter))
541         return false;
542
543       type = chrec_type (nb_iter);
544       nb_iter = chrec_fold_minus (type, nb_iter, build_int_cst (type, 1));
545
546 #if 0
547       /* TODO -- If the test is after the exit, we may decrease the number of
548          iterations by one.  */
549       if (after_exit)
550         nb_iter = chrec_fold_minus (type, nb_iter, build_int_cst (type, 1));
551 #endif
552
553       end_value = chrec_apply (CHREC_VARIABLE (chrec), chrec, nb_iter);
554               
555       if (!chrec_is_positive (end_value, &value2))
556         return false;
557         
558       *value = value0;
559       return value0 == value1;
560       
561     case INTEGER_CST:
562       *value = (tree_int_cst_sgn (chrec) == 1);
563       return true;
564       
565     default:
566       return false;
567     }
568 }
569
570 /* Associate CHREC to SCALAR.  */
571
572 static void
573 set_scalar_evolution (tree scalar, tree chrec)
574 {
575   tree *scalar_info;
576  
577   if (TREE_CODE (scalar) != SSA_NAME)
578     return;
579
580   scalar_info = find_var_scev_info (scalar);
581   
582   if (dump_file)
583     {
584       if (dump_flags & TDF_DETAILS)
585         {
586           fprintf (dump_file, "(set_scalar_evolution \n");
587           fprintf (dump_file, "  (scalar = ");
588           print_generic_expr (dump_file, scalar, 0);
589           fprintf (dump_file, ")\n  (scalar_evolution = ");
590           print_generic_expr (dump_file, chrec, 0);
591           fprintf (dump_file, "))\n");
592         }
593       if (dump_flags & TDF_STATS)
594         nb_set_scev++;
595     }
596   
597   *scalar_info = chrec;
598 }
599
600 /* Retrieve the chrec associated to SCALAR in the LOOP.  */
601
602 static tree
603 get_scalar_evolution (tree scalar)
604 {
605   tree res;
606   
607   if (dump_file)
608     {
609       if (dump_flags & TDF_DETAILS)
610         {
611           fprintf (dump_file, "(get_scalar_evolution \n");
612           fprintf (dump_file, "  (scalar = ");
613           print_generic_expr (dump_file, scalar, 0);
614           fprintf (dump_file, ")\n");
615         }
616       if (dump_flags & TDF_STATS)
617         nb_get_scev++;
618     }
619   
620   switch (TREE_CODE (scalar))
621     {
622     case SSA_NAME:
623       res = *find_var_scev_info (scalar);
624       break;
625
626     case REAL_CST:
627     case INTEGER_CST:
628       res = scalar;
629       break;
630
631     default:
632       res = chrec_not_analyzed_yet;
633       break;
634     }
635   
636   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
637     {
638       fprintf (dump_file, "  (scalar_evolution = ");
639       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
640       fprintf (dump_file, "))\n");
641     }
642   
643   return res;
644 }
645
646 /* Helper function for add_to_evolution.  Returns the evolution
647    function for an assignment of the form "a = b + c", where "a" and
648    "b" are on the strongly connected component.  CHREC_BEFORE is the
649    information that we already have collected up to this point.
650    TO_ADD is the evolution of "c".  
651    
652    When CHREC_BEFORE has an evolution part in LOOP_NB, add to this
653    evolution the expression TO_ADD, otherwise construct an evolution
654    part for this loop.  */
655
656 static tree
657 add_to_evolution_1 (unsigned loop_nb, tree chrec_before, tree to_add,
658                     tree at_stmt)
659 {
660   tree type, left, right;
661
662   switch (TREE_CODE (chrec_before))
663     {
664     case POLYNOMIAL_CHREC:
665       if (CHREC_VARIABLE (chrec_before) <= loop_nb)
666         {
667           unsigned var;
668
669           type = chrec_type (chrec_before);
670           
671           /* When there is no evolution part in this loop, build it.  */
672           if (CHREC_VARIABLE (chrec_before) < loop_nb)
673             {
674               var = loop_nb;
675               left = chrec_before;
676               right = SCALAR_FLOAT_TYPE_P (type)
677                 ? build_real (type, dconst0)
678                 : build_int_cst (type, 0);
679             }
680           else
681             {
682               var = CHREC_VARIABLE (chrec_before);
683               left = CHREC_LEFT (chrec_before);
684               right = CHREC_RIGHT (chrec_before);
685             }
686
687           to_add = chrec_convert (type, to_add, at_stmt);
688           right = chrec_convert (type, right, at_stmt);
689           right = chrec_fold_plus (type, right, to_add);
690           return build_polynomial_chrec (var, left, right);
691         }
692       else
693         {
694           /* Search the evolution in LOOP_NB.  */
695           left = add_to_evolution_1 (loop_nb, CHREC_LEFT (chrec_before),
696                                      to_add, at_stmt);
697           right = CHREC_RIGHT (chrec_before);
698           right = chrec_convert (chrec_type (left), right, at_stmt);
699           return build_polynomial_chrec (CHREC_VARIABLE (chrec_before),
700                                          left, right);
701         }
702       
703     default:
704       /* These nodes do not depend on a loop.  */
705       if (chrec_before == chrec_dont_know)
706         return chrec_dont_know;
707
708       left = chrec_before;
709       right = chrec_convert (chrec_type (left), to_add, at_stmt);
710       return build_polynomial_chrec (loop_nb, left, right);
711     }
712 }
713
714 /* Add TO_ADD to the evolution part of CHREC_BEFORE in the dimension
715    of LOOP_NB.  
716    
717    Description (provided for completeness, for those who read code in
718    a plane, and for my poor 62 bytes brain that would have forgotten
719    all this in the next two or three months):
720    
721    The algorithm of translation of programs from the SSA representation
722    into the chrecs syntax is based on a pattern matching.  After having
723    reconstructed the overall tree expression for a loop, there are only
724    two cases that can arise:
725    
726    1. a = loop-phi (init, a + expr)
727    2. a = loop-phi (init, expr)
728    
729    where EXPR is either a scalar constant with respect to the analyzed
730    loop (this is a degree 0 polynomial), or an expression containing
731    other loop-phi definitions (these are higher degree polynomials).
732    
733    Examples:
734    
735    1. 
736    | init = ...
737    | loop_1
738    |   a = phi (init, a + 5)
739    | endloop
740    
741    2. 
742    | inita = ...
743    | initb = ...
744    | loop_1
745    |   a = phi (inita, 2 * b + 3)
746    |   b = phi (initb, b + 1)
747    | endloop
748    
749    For the first case, the semantics of the SSA representation is: 
750    
751    | a (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} expr (j)
752    
753    that is, there is a loop index "x" that determines the scalar value
754    of the variable during the loop execution.  During the first
755    iteration, the value is that of the initial condition INIT, while
756    during the subsequent iterations, it is the sum of the initial
757    condition with the sum of all the values of EXPR from the initial
758    iteration to the before last considered iteration.  
759    
760    For the second case, the semantics of the SSA program is:
761    
762    | a (x) = init, if x = 0;
763    |         expr (x - 1), otherwise.
764    
765    The second case corresponds to the PEELED_CHREC, whose syntax is
766    close to the syntax of a loop-phi-node: 
767    
768    | phi (init, expr)  vs.  (init, expr)_x
769    
770    The proof of the translation algorithm for the first case is a
771    proof by structural induction based on the degree of EXPR.  
772    
773    Degree 0:
774    When EXPR is a constant with respect to the analyzed loop, or in
775    other words when EXPR is a polynomial of degree 0, the evolution of
776    the variable A in the loop is an affine function with an initial
777    condition INIT, and a step EXPR.  In order to show this, we start
778    from the semantics of the SSA representation:
779    
780    f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} expr (j)
781    
782    and since "expr (j)" is a constant with respect to "j",
783    
784    f (x) = init + x * expr 
785    
786    Finally, based on the semantics of the pure sum chrecs, by
787    identification we get the corresponding chrecs syntax:
788    
789    f (x) = init * \binom{x}{0} + expr * \binom{x}{1} 
790    f (x) -> {init, +, expr}_x
791    
792    Higher degree:
793    Suppose that EXPR is a polynomial of degree N with respect to the
794    analyzed loop_x for which we have already determined that it is
795    written under the chrecs syntax:
796    
797    | expr (x)  ->  {b_0, +, b_1, +, ..., +, b_{n-1}} (x)
798    
799    We start from the semantics of the SSA program:
800    
801    | f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} expr (j)
802    |
803    | f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} 
804    |                (b_0 * \binom{j}{0} + ... + b_{n-1} * \binom{j}{n-1})
805    |
806    | f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} 
807    |                \sum_{k = 0}^{n - 1} (b_k * \binom{j}{k}) 
808    |
809    | f (x) = init + \sum_{k = 0}^{n - 1} 
810    |                (b_k * \sum_{j = 0}^{x - 1} \binom{j}{k}) 
811    |
812    | f (x) = init + \sum_{k = 0}^{n - 1} 
813    |                (b_k * \binom{x}{k + 1}) 
814    |
815    | f (x) = init + b_0 * \binom{x}{1} + ... 
816    |              + b_{n-1} * \binom{x}{n} 
817    |
818    | f (x) = init * \binom{x}{0} + b_0 * \binom{x}{1} + ... 
819    |                             + b_{n-1} * \binom{x}{n} 
820    |
821    
822    And finally from the definition of the chrecs syntax, we identify:
823    | f (x)  ->  {init, +, b_0, +, ..., +, b_{n-1}}_x 
824    
825    This shows the mechanism that stands behind the add_to_evolution
826    function.  An important point is that the use of symbolic
827    parameters avoids the need of an analysis schedule.
828    
829    Example:
830    
831    | inita = ...
832    | initb = ...
833    | loop_1 
834    |   a = phi (inita, a + 2 + b)
835    |   b = phi (initb, b + 1)
836    | endloop
837    
838    When analyzing "a", the algorithm keeps "b" symbolically:
839    
840    | a  ->  {inita, +, 2 + b}_1
841    
842    Then, after instantiation, the analyzer ends on the evolution:
843    
844    | a  ->  {inita, +, 2 + initb, +, 1}_1
845
846 */
847
848 static tree 
849 add_to_evolution (unsigned loop_nb, tree chrec_before, enum tree_code code,
850                   tree to_add, tree at_stmt)
851 {
852   tree type = chrec_type (to_add);
853   tree res = NULL_TREE;
854   
855   if (to_add == NULL_TREE)
856     return chrec_before;
857   
858   /* TO_ADD is either a scalar, or a parameter.  TO_ADD is not
859      instantiated at this point.  */
860   if (TREE_CODE (to_add) == POLYNOMIAL_CHREC)
861     /* This should not happen.  */
862     return chrec_dont_know;
863   
864   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
865     {
866       fprintf (dump_file, "(add_to_evolution \n");
867       fprintf (dump_file, "  (loop_nb = %d)\n", loop_nb);
868       fprintf (dump_file, "  (chrec_before = ");
869       print_generic_expr (dump_file, chrec_before, 0);
870       fprintf (dump_file, ")\n  (to_add = ");
871       print_generic_expr (dump_file, to_add, 0);
872       fprintf (dump_file, ")\n");
873     }
874
875   if (code == MINUS_EXPR)
876     to_add = chrec_fold_multiply (type, to_add, SCALAR_FLOAT_TYPE_P (type)
877                                   ? build_real (type, dconstm1)
878                                   : build_int_cst_type (type, -1));
879
880   res = add_to_evolution_1 (loop_nb, chrec_before, to_add, at_stmt);
881
882   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
883     {
884       fprintf (dump_file, "  (res = ");
885       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
886       fprintf (dump_file, "))\n");
887     }
888
889   return res;
890 }
891
892 /* Helper function.  */
893
894 static inline tree
895 set_nb_iterations_in_loop (struct loop *loop, 
896                            tree res)
897 {
898   tree type = chrec_type (res);
899
900   res = chrec_fold_plus (type, res, build_int_cst (type, 1));
901
902   /* FIXME HWI: However we want to store one iteration less than the
903      count of the loop in order to be compatible with the other
904      nb_iter computations in loop-iv.  This also allows the
905      representation of nb_iters that are equal to MAX_INT.  */
906   if (TREE_CODE (res) == INTEGER_CST
907       && (TREE_INT_CST_LOW (res) == 0
908           || TREE_OVERFLOW (res)))
909     res = chrec_dont_know;
910   
911   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
912     {
913       fprintf (dump_file, "  (set_nb_iterations_in_loop = ");
914       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
915       fprintf (dump_file, "))\n");
916     }
917   
918   loop->nb_iterations = res;
919   return res;
920 }
921
922 \f
923
924 /* This section selects the loops that will be good candidates for the
925    scalar evolution analysis.  For the moment, greedily select all the
926    loop nests we could analyze.  */
927
928 /* Return true when it is possible to analyze the condition expression
929    EXPR.  */
930
931 static bool
932 analyzable_condition (tree expr)
933 {
934   tree condition;
935   
936   if (TREE_CODE (expr) != COND_EXPR)
937     return false;
938   
939   condition = TREE_OPERAND (expr, 0);
940   
941   switch (TREE_CODE (condition))
942     {
943     case SSA_NAME:
944       return true;
945       
946     case LT_EXPR:
947     case LE_EXPR:
948     case GT_EXPR:
949     case GE_EXPR:
950     case EQ_EXPR:
951     case NE_EXPR:
952       return true;
953       
954     default:
955       return false;
956     }
957   
958   return false;
959 }
960
961 /* For a loop with a single exit edge, return the COND_EXPR that
962    guards the exit edge.  If the expression is too difficult to
963    analyze, then give up.  */
964
965 tree 
966 get_loop_exit_condition (struct loop *loop)
967 {
968   tree res = NULL_TREE;
969   edge exit_edge = single_exit (loop);
970   
971   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
972     fprintf (dump_file, "(get_loop_exit_condition \n  ");
973   
974   if (exit_edge)
975     {
976       tree expr;
977       
978       expr = last_stmt (exit_edge->src);
979       if (analyzable_condition (expr))
980         res = expr;
981     }
982   
983   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
984     {
985       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
986       fprintf (dump_file, ")\n");
987     }
988   
989   return res;
990 }
991
992 /* Recursively determine and enqueue the exit conditions for a loop.  */
993
994 static void 
995 get_exit_conditions_rec (struct loop *loop, 
996                          VEC(tree,heap) **exit_conditions)
997 {
998   if (!loop)
999     return;
1000   
1001   /* Recurse on the inner loops, then on the next (sibling) loops.  */
1002   get_exit_conditions_rec (loop->inner, exit_conditions);
1003   get_exit_conditions_rec (loop->next, exit_conditions);
1004   
1005   if (single_exit (loop))
1006     {
1007       tree loop_condition = get_loop_exit_condition (loop);
1008       
1009       if (loop_condition)
1010         VEC_safe_push (tree, heap, *exit_conditions, loop_condition);
1011     }
1012 }
1013
1014 /* Select the candidate loop nests for the analysis.  This function
1015    initializes the EXIT_CONDITIONS array.  */
1016
1017 static void
1018 select_loops_exit_conditions (VEC(tree,heap) **exit_conditions)
1019 {
1020   struct loop *function_body = current_loops->tree_root;
1021   
1022   get_exit_conditions_rec (function_body->inner, exit_conditions);
1023 }
1024
1025 \f
1026 /* Depth first search algorithm.  */
1027
1028 typedef enum t_bool {
1029   t_false,
1030   t_true,
1031   t_dont_know
1032 } t_bool;
1033
1034
1035 static t_bool follow_ssa_edge (struct loop *loop, tree, tree, tree *, int);
1036
1037 /* Follow the ssa edge into the right hand side RHS of an assignment.
1038    Return true if the strongly connected component has been found.  */
1039
1040 static t_bool
1041 follow_ssa_edge_in_rhs (struct loop *loop, tree at_stmt, tree rhs, 
1042                         tree halting_phi, tree *evolution_of_loop, int limit)
1043 {
1044   t_bool res = t_false;
1045   tree rhs0, rhs1;
1046   tree type_rhs = TREE_TYPE (rhs);
1047   tree evol;
1048   
1049   /* The RHS is one of the following cases:
1050      - an SSA_NAME, 
1051      - an INTEGER_CST,
1052      - a PLUS_EXPR, 
1053      - a MINUS_EXPR,
1054      - an ASSERT_EXPR,
1055      - other cases are not yet handled.  */
1056   switch (TREE_CODE (rhs))
1057     {
1058     case NOP_EXPR:
1059       /* This assignment is under the form "a_1 = (cast) rhs.  */
1060       res = follow_ssa_edge_in_rhs (loop, at_stmt, TREE_OPERAND (rhs, 0),
1061                                     halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1062       *evolution_of_loop = chrec_convert (TREE_TYPE (rhs),
1063                                           *evolution_of_loop, at_stmt);
1064       break;
1065
1066     case INTEGER_CST:
1067       /* This assignment is under the form "a_1 = 7".  */
1068       res = t_false;
1069       break;
1070       
1071     case SSA_NAME:
1072       /* This assignment is under the form: "a_1 = b_2".  */
1073       res = follow_ssa_edge 
1074         (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs), halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1075       break;
1076       
1077     case PLUS_EXPR:
1078       /* This case is under the form "rhs0 + rhs1".  */
1079       rhs0 = TREE_OPERAND (rhs, 0);
1080       rhs1 = TREE_OPERAND (rhs, 1);
1081       STRIP_TYPE_NOPS (rhs0);
1082       STRIP_TYPE_NOPS (rhs1);
1083
1084       if (TREE_CODE (rhs0) == SSA_NAME)
1085         {
1086           if (TREE_CODE (rhs1) == SSA_NAME)
1087             {
1088               /* Match an assignment under the form: 
1089                  "a = b + c".  */
1090               evol = *evolution_of_loop;
1091               res = follow_ssa_edge 
1092                 (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs0), halting_phi, 
1093                  &evol, limit);
1094               
1095               if (res == t_true)
1096                 *evolution_of_loop = add_to_evolution 
1097                   (loop->num, 
1098                    chrec_convert (type_rhs, evol, at_stmt), 
1099                    PLUS_EXPR, rhs1, at_stmt);
1100               
1101               else if (res == t_false)
1102                 {
1103                   res = follow_ssa_edge 
1104                     (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs1), halting_phi, 
1105                      evolution_of_loop, limit);
1106                   
1107                   if (res == t_true)
1108                     *evolution_of_loop = add_to_evolution 
1109                       (loop->num, 
1110                        chrec_convert (type_rhs, *evolution_of_loop, at_stmt), 
1111                        PLUS_EXPR, rhs0, at_stmt);
1112
1113                   else if (res == t_dont_know)
1114                     *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1115                 }
1116
1117               else if (res == t_dont_know)
1118                 *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1119             }
1120           
1121           else
1122             {
1123               /* Match an assignment under the form: 
1124                  "a = b + ...".  */
1125               res = follow_ssa_edge 
1126                 (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs0), halting_phi, 
1127                  evolution_of_loop, limit);
1128               if (res == t_true)
1129                 *evolution_of_loop = add_to_evolution 
1130                   (loop->num, chrec_convert (type_rhs, *evolution_of_loop,
1131                                              at_stmt),
1132                    PLUS_EXPR, rhs1, at_stmt);
1133
1134               else if (res == t_dont_know)
1135                 *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1136             }
1137         }
1138       
1139       else if (TREE_CODE (rhs1) == SSA_NAME)
1140         {
1141           /* Match an assignment under the form: 
1142              "a = ... + c".  */
1143           res = follow_ssa_edge 
1144             (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs1), halting_phi, 
1145              evolution_of_loop, limit);
1146           if (res == t_true)
1147             *evolution_of_loop = add_to_evolution 
1148               (loop->num, chrec_convert (type_rhs, *evolution_of_loop,
1149                                          at_stmt),
1150                PLUS_EXPR, rhs0, at_stmt);
1151
1152           else if (res == t_dont_know)
1153             *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1154         }
1155
1156       else
1157         /* Otherwise, match an assignment under the form: 
1158            "a = ... + ...".  */
1159         /* And there is nothing to do.  */
1160         res = t_false;
1161       
1162       break;
1163       
1164     case MINUS_EXPR:
1165       /* This case is under the form "opnd0 = rhs0 - rhs1".  */
1166       rhs0 = TREE_OPERAND (rhs, 0);
1167       rhs1 = TREE_OPERAND (rhs, 1);
1168       STRIP_TYPE_NOPS (rhs0);
1169       STRIP_TYPE_NOPS (rhs1);
1170
1171       if (TREE_CODE (rhs0) == SSA_NAME)
1172         {
1173           /* Match an assignment under the form: 
1174              "a = b - ...".  */
1175           res = follow_ssa_edge (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs0), halting_phi, 
1176                                  evolution_of_loop, limit);
1177           if (res == t_true)
1178             *evolution_of_loop = add_to_evolution 
1179               (loop->num, chrec_convert (type_rhs, *evolution_of_loop, at_stmt),
1180                MINUS_EXPR, rhs1, at_stmt);
1181
1182           else if (res == t_dont_know)
1183             *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1184         }
1185       else
1186         /* Otherwise, match an assignment under the form: 
1187            "a = ... - ...".  */
1188         /* And there is nothing to do.  */
1189         res = t_false;
1190       
1191       break;
1192     
1193     case ASSERT_EXPR:
1194       {
1195         /* This assignment is of the form: "a_1 = ASSERT_EXPR <a_2, ...>"
1196            It must be handled as a copy assignment of the form a_1 = a_2.  */
1197         tree op0 = ASSERT_EXPR_VAR (rhs);
1198         if (TREE_CODE (op0) == SSA_NAME)
1199           res = follow_ssa_edge (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (op0),
1200                                  halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1201         else
1202           res = t_false;
1203         break;
1204       }
1205
1206
1207     default:
1208       res = t_false;
1209       break;
1210     }
1211   
1212   return res;
1213 }
1214
1215 /* Checks whether the I-th argument of a PHI comes from a backedge.  */
1216
1217 static bool
1218 backedge_phi_arg_p (tree phi, int i)
1219 {
1220   edge e = PHI_ARG_EDGE (phi, i);
1221
1222   /* We would in fact like to test EDGE_DFS_BACK here, but we do not care
1223      about updating it anywhere, and this should work as well most of the
1224      time.  */
1225   if (e->flags & EDGE_IRREDUCIBLE_LOOP)
1226     return true;
1227
1228   return false;
1229 }
1230
1231 /* Helper function for one branch of the condition-phi-node.  Return
1232    true if the strongly connected component has been found following
1233    this path.  */
1234
1235 static inline t_bool
1236 follow_ssa_edge_in_condition_phi_branch (int i,
1237                                          struct loop *loop, 
1238                                          tree condition_phi, 
1239                                          tree halting_phi,
1240                                          tree *evolution_of_branch,
1241                                          tree init_cond, int limit)
1242 {
1243   tree branch = PHI_ARG_DEF (condition_phi, i);
1244   *evolution_of_branch = chrec_dont_know;
1245
1246   /* Do not follow back edges (they must belong to an irreducible loop, which
1247      we really do not want to worry about).  */
1248   if (backedge_phi_arg_p (condition_phi, i))
1249     return t_false;
1250
1251   if (TREE_CODE (branch) == SSA_NAME)
1252     {
1253       *evolution_of_branch = init_cond;
1254       return follow_ssa_edge (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (branch), halting_phi, 
1255                               evolution_of_branch, limit);
1256     }
1257
1258   /* This case occurs when one of the condition branches sets 
1259      the variable to a constant: i.e. a phi-node like
1260      "a_2 = PHI <a_7(5), 2(6)>;".  
1261          
1262      FIXME:  This case have to be refined correctly: 
1263      in some cases it is possible to say something better than
1264      chrec_dont_know, for example using a wrap-around notation.  */
1265   return t_false;
1266 }
1267
1268 /* This function merges the branches of a condition-phi-node in a
1269    loop.  */
1270
1271 static t_bool
1272 follow_ssa_edge_in_condition_phi (struct loop *loop,
1273                                   tree condition_phi, 
1274                                   tree halting_phi, 
1275                                   tree *evolution_of_loop, int limit)
1276 {
1277   int i;
1278   tree init = *evolution_of_loop;
1279   tree evolution_of_branch;
1280   t_bool res = follow_ssa_edge_in_condition_phi_branch (0, loop, condition_phi,
1281                                                         halting_phi,
1282                                                         &evolution_of_branch,
1283                                                         init, limit);
1284   if (res == t_false || res == t_dont_know)
1285     return res;
1286
1287   *evolution_of_loop = evolution_of_branch;
1288
1289   for (i = 1; i < PHI_NUM_ARGS (condition_phi); i++)
1290     {
1291       /* Quickly give up when the evolution of one of the branches is
1292          not known.  */
1293       if (*evolution_of_loop == chrec_dont_know)
1294         return t_true;
1295
1296       res = follow_ssa_edge_in_condition_phi_branch (i, loop, condition_phi,
1297                                                      halting_phi,
1298                                                      &evolution_of_branch,
1299                                                      init, limit);
1300       if (res == t_false || res == t_dont_know)
1301         return res;
1302
1303       *evolution_of_loop = chrec_merge (*evolution_of_loop,
1304                                         evolution_of_branch);
1305     }
1306   
1307   return t_true;
1308 }
1309
1310 /* Follow an SSA edge in an inner loop.  It computes the overall
1311    effect of the loop, and following the symbolic initial conditions,
1312    it follows the edges in the parent loop.  The inner loop is
1313    considered as a single statement.  */
1314
1315 static t_bool
1316 follow_ssa_edge_inner_loop_phi (struct loop *outer_loop,
1317                                 tree loop_phi_node, 
1318                                 tree halting_phi,
1319                                 tree *evolution_of_loop, int limit)
1320 {
1321   struct loop *loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1322   tree ev = analyze_scalar_evolution (loop, PHI_RESULT (loop_phi_node));
1323
1324   /* Sometimes, the inner loop is too difficult to analyze, and the
1325      result of the analysis is a symbolic parameter.  */
1326   if (ev == PHI_RESULT (loop_phi_node))
1327     {
1328       t_bool res = t_false;
1329       int i;
1330
1331       for (i = 0; i < PHI_NUM_ARGS (loop_phi_node); i++)
1332         {
1333           tree arg = PHI_ARG_DEF (loop_phi_node, i);
1334           basic_block bb;
1335
1336           /* Follow the edges that exit the inner loop.  */
1337           bb = PHI_ARG_EDGE (loop_phi_node, i)->src;
1338           if (!flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1339             res = follow_ssa_edge_in_rhs (outer_loop, loop_phi_node,
1340                                           arg, halting_phi,
1341                                           evolution_of_loop, limit);
1342           if (res == t_true)
1343             break;
1344         }
1345
1346       /* If the path crosses this loop-phi, give up.  */
1347       if (res == t_true)
1348         *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1349
1350       return res;
1351     }
1352
1353   /* Otherwise, compute the overall effect of the inner loop.  */
1354   ev = compute_overall_effect_of_inner_loop (loop, ev);
1355   return follow_ssa_edge_in_rhs (outer_loop, loop_phi_node, ev, halting_phi,
1356                                  evolution_of_loop, limit);
1357 }
1358
1359 /* Follow an SSA edge from a loop-phi-node to itself, constructing a
1360    path that is analyzed on the return walk.  */
1361
1362 static t_bool
1363 follow_ssa_edge (struct loop *loop, tree def, tree halting_phi,
1364                  tree *evolution_of_loop, int limit)
1365 {
1366   struct loop *def_loop;
1367   
1368   if (TREE_CODE (def) == NOP_EXPR)
1369     return t_false;
1370   
1371   /* Give up if the path is longer than the MAX that we allow.  */
1372   if (limit++ > PARAM_VALUE (PARAM_SCEV_MAX_EXPR_SIZE))
1373     return t_dont_know;
1374   
1375   def_loop = loop_containing_stmt (def);
1376   
1377   switch (TREE_CODE (def))
1378     {
1379     case PHI_NODE:
1380       if (!loop_phi_node_p (def))
1381         /* DEF is a condition-phi-node.  Follow the branches, and
1382            record their evolutions.  Finally, merge the collected
1383            information and set the approximation to the main
1384            variable.  */
1385         return follow_ssa_edge_in_condition_phi 
1386           (loop, def, halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1387
1388       /* When the analyzed phi is the halting_phi, the
1389          depth-first search is over: we have found a path from
1390          the halting_phi to itself in the loop.  */
1391       if (def == halting_phi)
1392         return t_true;
1393           
1394       /* Otherwise, the evolution of the HALTING_PHI depends
1395          on the evolution of another loop-phi-node, i.e. the
1396          evolution function is a higher degree polynomial.  */
1397       if (def_loop == loop)
1398         return t_false;
1399           
1400       /* Inner loop.  */
1401       if (flow_loop_nested_p (loop, def_loop))
1402         return follow_ssa_edge_inner_loop_phi 
1403           (loop, def, halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1404
1405       /* Outer loop.  */
1406       return t_false;
1407
1408     case GIMPLE_MODIFY_STMT:
1409       return follow_ssa_edge_in_rhs (loop, def,
1410                                      GIMPLE_STMT_OPERAND (def, 1), 
1411                                      halting_phi, 
1412                                      evolution_of_loop, limit);
1413       
1414     default:
1415       /* At this level of abstraction, the program is just a set
1416          of GIMPLE_MODIFY_STMTs and PHI_NODEs.  In principle there is no
1417          other node to be handled.  */
1418       return t_false;
1419     }
1420 }
1421
1422 \f
1423
1424 /* Given a LOOP_PHI_NODE, this function determines the evolution
1425    function from LOOP_PHI_NODE to LOOP_PHI_NODE in the loop.  */
1426
1427 static tree
1428 analyze_evolution_in_loop (tree loop_phi_node, 
1429                            tree init_cond)
1430 {
1431   int i;
1432   tree evolution_function = chrec_not_analyzed_yet;
1433   struct loop *loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1434   basic_block bb;
1435   
1436   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1437     {
1438       fprintf (dump_file, "(analyze_evolution_in_loop \n");
1439       fprintf (dump_file, "  (loop_phi_node = ");
1440       print_generic_expr (dump_file, loop_phi_node, 0);
1441       fprintf (dump_file, ")\n");
1442     }
1443   
1444   for (i = 0; i < PHI_NUM_ARGS (loop_phi_node); i++)
1445     {
1446       tree arg = PHI_ARG_DEF (loop_phi_node, i);
1447       tree ssa_chain, ev_fn;
1448       t_bool res;
1449
1450       /* Select the edges that enter the loop body.  */
1451       bb = PHI_ARG_EDGE (loop_phi_node, i)->src;
1452       if (!flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1453         continue;
1454       
1455       if (TREE_CODE (arg) == SSA_NAME)
1456         {
1457           ssa_chain = SSA_NAME_DEF_STMT (arg);
1458
1459           /* Pass in the initial condition to the follow edge function.  */
1460           ev_fn = init_cond;
1461           res = follow_ssa_edge (loop, ssa_chain, loop_phi_node, &ev_fn, 0);
1462         }
1463       else
1464         res = t_false;
1465               
1466       /* When it is impossible to go back on the same
1467          loop_phi_node by following the ssa edges, the
1468          evolution is represented by a peeled chrec, i.e. the
1469          first iteration, EV_FN has the value INIT_COND, then
1470          all the other iterations it has the value of ARG.  
1471          For the moment, PEELED_CHREC nodes are not built.  */
1472       if (res != t_true)
1473         ev_fn = chrec_dont_know;
1474       
1475       /* When there are multiple back edges of the loop (which in fact never
1476          happens currently, but nevertheless), merge their evolutions.  */
1477       evolution_function = chrec_merge (evolution_function, ev_fn);
1478     }
1479   
1480   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1481     {
1482       fprintf (dump_file, "  (evolution_function = ");
1483       print_generic_expr (dump_file, evolution_function, 0);
1484       fprintf (dump_file, "))\n");
1485     }
1486   
1487   return evolution_function;
1488 }
1489
1490 /* Given a loop-phi-node, return the initial conditions of the
1491    variable on entry of the loop.  When the CCP has propagated
1492    constants into the loop-phi-node, the initial condition is
1493    instantiated, otherwise the initial condition is kept symbolic.
1494    This analyzer does not analyze the evolution outside the current
1495    loop, and leaves this task to the on-demand tree reconstructor.  */
1496
1497 static tree 
1498 analyze_initial_condition (tree loop_phi_node)
1499 {
1500   int i;
1501   tree init_cond = chrec_not_analyzed_yet;
1502   struct loop *loop = bb_for_stmt (loop_phi_node)->loop_father;
1503   
1504   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1505     {
1506       fprintf (dump_file, "(analyze_initial_condition \n");
1507       fprintf (dump_file, "  (loop_phi_node = \n");
1508       print_generic_expr (dump_file, loop_phi_node, 0);
1509       fprintf (dump_file, ")\n");
1510     }
1511   
1512   for (i = 0; i < PHI_NUM_ARGS (loop_phi_node); i++)
1513     {
1514       tree branch = PHI_ARG_DEF (loop_phi_node, i);
1515       basic_block bb = PHI_ARG_EDGE (loop_phi_node, i)->src;
1516       
1517       /* When the branch is oriented to the loop's body, it does
1518          not contribute to the initial condition.  */
1519       if (flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1520         continue;
1521
1522       if (init_cond == chrec_not_analyzed_yet)
1523         {
1524           init_cond = branch;
1525           continue;
1526         }
1527
1528       if (TREE_CODE (branch) == SSA_NAME)
1529         {
1530           init_cond = chrec_dont_know;
1531           break;
1532         }
1533
1534       init_cond = chrec_merge (init_cond, branch);
1535     }
1536
1537   /* Ooops -- a loop without an entry???  */
1538   if (init_cond == chrec_not_analyzed_yet)
1539     init_cond = chrec_dont_know;
1540
1541   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1542     {
1543       fprintf (dump_file, "  (init_cond = ");
1544       print_generic_expr (dump_file, init_cond, 0);
1545       fprintf (dump_file, "))\n");
1546     }
1547   
1548   return init_cond;
1549 }
1550
1551 /* Analyze the scalar evolution for LOOP_PHI_NODE.  */
1552
1553 static tree 
1554 interpret_loop_phi (struct loop *loop, tree loop_phi_node)
1555 {
1556   tree res;
1557   struct loop *phi_loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1558   tree init_cond;
1559   
1560   if (phi_loop != loop)
1561     {
1562       struct loop *subloop;
1563       tree evolution_fn = analyze_scalar_evolution
1564         (phi_loop, PHI_RESULT (loop_phi_node));
1565
1566       /* Dive one level deeper.  */
1567       subloop = superloop_at_depth (phi_loop, loop->depth + 1);
1568
1569       /* Interpret the subloop.  */
1570       res = compute_overall_effect_of_inner_loop (subloop, evolution_fn);
1571       return res;
1572     }
1573
1574   /* Otherwise really interpret the loop phi.  */
1575   init_cond = analyze_initial_condition (loop_phi_node);
1576   res = analyze_evolution_in_loop (loop_phi_node, init_cond);
1577
1578   return res;
1579 }
1580
1581 /* This function merges the branches of a condition-phi-node,
1582    contained in the outermost loop, and whose arguments are already
1583    analyzed.  */
1584
1585 static tree
1586 interpret_condition_phi (struct loop *loop, tree condition_phi)
1587 {
1588   int i;
1589   tree res = chrec_not_analyzed_yet;
1590   
1591   for (i = 0; i < PHI_NUM_ARGS (condition_phi); i++)
1592     {
1593       tree branch_chrec;
1594       
1595       if (backedge_phi_arg_p (condition_phi, i))
1596         {
1597           res = chrec_dont_know;
1598           break;
1599         }
1600
1601       branch_chrec = analyze_scalar_evolution
1602         (loop, PHI_ARG_DEF (condition_phi, i));
1603       
1604       res = chrec_merge (res, branch_chrec);
1605     }
1606
1607   return res;
1608 }
1609
1610 /* Interpret the right hand side of a GIMPLE_MODIFY_STMT OPND1.  If we didn't
1611    analyze this node before, follow the definitions until ending
1612    either on an analyzed GIMPLE_MODIFY_STMT, or on a loop-phi-node.  On the
1613    return path, this function propagates evolutions (ala constant copy
1614    propagation).  OPND1 is not a GIMPLE expression because we could
1615    analyze the effect of an inner loop: see interpret_loop_phi.  */
1616
1617 static tree
1618 interpret_rhs_modify_stmt (struct loop *loop, tree at_stmt,
1619                                   tree opnd1, tree type)
1620 {
1621   tree res, opnd10, opnd11, chrec10, chrec11;
1622
1623   if (is_gimple_min_invariant (opnd1))
1624     return chrec_convert (type, opnd1, at_stmt);
1625
1626   switch (TREE_CODE (opnd1))
1627     {
1628     case PLUS_EXPR:
1629       opnd10 = TREE_OPERAND (opnd1, 0);
1630       opnd11 = TREE_OPERAND (opnd1, 1);
1631       chrec10 = analyze_scalar_evolution (loop, opnd10);
1632       chrec11 = analyze_scalar_evolution (loop, opnd11);
1633       chrec10 = chrec_convert (type, chrec10, at_stmt);
1634       chrec11 = chrec_convert (type, chrec11, at_stmt);
1635       res = chrec_fold_plus (type, chrec10, chrec11);
1636       break;
1637       
1638     case MINUS_EXPR:
1639       opnd10 = TREE_OPERAND (opnd1, 0);
1640       opnd11 = TREE_OPERAND (opnd1, 1);
1641       chrec10 = analyze_scalar_evolution (loop, opnd10);
1642       chrec11 = analyze_scalar_evolution (loop, opnd11);
1643       chrec10 = chrec_convert (type, chrec10, at_stmt);
1644       chrec11 = chrec_convert (type, chrec11, at_stmt);
1645       res = chrec_fold_minus (type, chrec10, chrec11);
1646       break;
1647
1648     case NEGATE_EXPR:
1649       opnd10 = TREE_OPERAND (opnd1, 0);
1650       chrec10 = analyze_scalar_evolution (loop, opnd10);
1651       chrec10 = chrec_convert (type, chrec10, at_stmt);
1652       /* TYPE may be integer, real or complex, so use fold_convert.  */
1653       res = chrec_fold_multiply (type, chrec10,
1654                                  fold_convert (type, integer_minus_one_node));
1655       break;
1656
1657     case MULT_EXPR:
1658       opnd10 = TREE_OPERAND (opnd1, 0);
1659       opnd11 = TREE_OPERAND (opnd1, 1);
1660       chrec10 = analyze_scalar_evolution (loop, opnd10);
1661       chrec11 = analyze_scalar_evolution (loop, opnd11);
1662       chrec10 = chrec_convert (type, chrec10, at_stmt);
1663       chrec11 = chrec_convert (type, chrec11, at_stmt);
1664       res = chrec_fold_multiply (type, chrec10, chrec11);
1665       break;
1666       
1667     case SSA_NAME:
1668       res = chrec_convert (type, analyze_scalar_evolution (loop, opnd1),
1669                            at_stmt);
1670       break;
1671
1672     case ASSERT_EXPR:
1673       opnd10 = ASSERT_EXPR_VAR (opnd1);
1674       res = chrec_convert (type, analyze_scalar_evolution (loop, opnd10),
1675                            at_stmt);
1676       break;
1677       
1678     case NOP_EXPR:
1679     case CONVERT_EXPR:
1680       opnd10 = TREE_OPERAND (opnd1, 0);
1681       chrec10 = analyze_scalar_evolution (loop, opnd10);
1682       res = chrec_convert (type, chrec10, at_stmt);
1683       break;
1684       
1685     default:
1686       res = chrec_dont_know;
1687       break;
1688     }
1689   
1690   return res;
1691 }
1692
1693 \f
1694
1695 /* This section contains all the entry points: 
1696    - number_of_iterations_in_loop,
1697    - analyze_scalar_evolution,
1698    - instantiate_parameters.
1699 */
1700
1701 /* Compute and return the evolution function in WRTO_LOOP, the nearest
1702    common ancestor of DEF_LOOP and USE_LOOP.  */
1703
1704 static tree 
1705 compute_scalar_evolution_in_loop (struct loop *wrto_loop, 
1706                                   struct loop *def_loop, 
1707                                   tree ev)
1708 {
1709   tree res;
1710   if (def_loop == wrto_loop)
1711     return ev;
1712
1713   def_loop = superloop_at_depth (def_loop, wrto_loop->depth + 1);
1714   res = compute_overall_effect_of_inner_loop (def_loop, ev);
1715
1716   return analyze_scalar_evolution_1 (wrto_loop, res, chrec_not_analyzed_yet);
1717 }
1718
1719 /* Folds EXPR, if it is a cast to pointer, assuming that the created
1720    polynomial_chrec does not wrap.  */
1721
1722 static tree
1723 fold_used_pointer_cast (tree expr)
1724 {
1725   tree op;
1726   tree type, inner_type;
1727
1728   if (TREE_CODE (expr) != NOP_EXPR && TREE_CODE (expr) != CONVERT_EXPR)
1729     return expr;
1730
1731   op = TREE_OPERAND (expr, 0);
1732   if (TREE_CODE (op) != POLYNOMIAL_CHREC)
1733     return expr;
1734
1735   type = TREE_TYPE (expr);
1736   inner_type = TREE_TYPE (op);
1737
1738   if (!INTEGRAL_TYPE_P (inner_type)
1739       || TYPE_PRECISION (inner_type) != TYPE_PRECISION (type))
1740     return expr;
1741
1742   return build_polynomial_chrec (CHREC_VARIABLE (op),
1743                 chrec_convert (type, CHREC_LEFT (op), NULL_TREE),
1744                 chrec_convert (type, CHREC_RIGHT (op), NULL_TREE));
1745 }
1746
1747 /* Returns true if EXPR is an expression corresponding to offset of pointer
1748    in p + offset.  */
1749
1750 static bool
1751 pointer_offset_p (tree expr)
1752 {
1753   if (TREE_CODE (expr) == INTEGER_CST)
1754     return true;
1755
1756   if ((TREE_CODE (expr) == NOP_EXPR || TREE_CODE (expr) == CONVERT_EXPR)
1757       && INTEGRAL_TYPE_P (TREE_TYPE (TREE_OPERAND (expr, 0))))
1758     return true;
1759
1760   return false;
1761 }
1762
1763 /* EXPR is a scalar evolution of a pointer that is dereferenced or used in
1764    comparison.  This means that it must point to a part of some object in
1765    memory, which enables us to argue about overflows and possibly simplify
1766    the EXPR.  AT_STMT is the statement in which this conversion has to be
1767    performed.  Returns the simplified value.
1768
1769    Currently, for
1770
1771    int i, n;
1772    int *p;
1773
1774    for (i = -n; i < n; i++)
1775      *(p + i) = ...;
1776
1777    We generate the following code (assuming that size of int and size_t is
1778    4 bytes):
1779
1780    for (i = -n; i < n; i++)
1781      {
1782        size_t tmp1, tmp2;
1783        int *tmp3, *tmp4;
1784
1785        tmp1 = (size_t) i;       (1)
1786        tmp2 = 4 * tmp1;         (2)
1787        tmp3 = (int *) tmp2;     (3)
1788        tmp4 = p + tmp3;         (4)
1789
1790        *tmp4 = ...;
1791      }
1792
1793    We in general assume that pointer arithmetics does not overflow (since its
1794    behavior is undefined in that case).  One of the problems is that our
1795    translation does not capture this property very well -- (int *) is
1796    considered unsigned, hence the computation in (4) does overflow if i is
1797    negative.
1798
1799    This impreciseness creates complications in scev analysis.  The scalar
1800    evolution of i is [-n, +, 1].  Since int and size_t have the same precision
1801    (in this example), and size_t is unsigned (so we do not care about
1802    overflows), we succeed to derive that scev of tmp1 is [(size_t) -n, +, 1]
1803    and scev of tmp2 is [4 * (size_t) -n, +, 4].  With tmp3, we run into
1804    problem -- [(int *) (4 * (size_t) -n), +, 4] wraps, and since we on several
1805    places assume that this is not the case for scevs with pointer type, we
1806    cannot use this scev for tmp3; hence, its scev is
1807    (int *) [(4 * (size_t) -n), +, 4], and scev of tmp4 is
1808    p + (int *) [(4 * (size_t) -n), +, 4].  Most of the optimizers are unable to
1809    work with scevs of this shape.
1810
1811    However, since tmp4 is dereferenced, all its values must belong to a single
1812    object, and taking into account that the precision of int * and size_t is
1813    the same, it is impossible for its scev to wrap.  Hence, we can derive that
1814    its evolution is [p + (int *) (4 * (size_t) -n), +, 4], which the optimizers
1815    can work with.
1816
1817    ??? Maybe we should use different representation for pointer arithmetics,
1818    however that is a long-term project with a lot of potential for creating
1819    bugs.  */
1820
1821 static tree
1822 fold_used_pointer (tree expr, tree at_stmt)
1823 {
1824   tree op0, op1, new0, new1;
1825   enum tree_code code = TREE_CODE (expr);
1826
1827   if (code == PLUS_EXPR
1828       || code == MINUS_EXPR)
1829     {
1830       op0 = TREE_OPERAND (expr, 0);
1831       op1 = TREE_OPERAND (expr, 1);
1832
1833       if (pointer_offset_p (op1))
1834         {
1835           new0 = fold_used_pointer (op0, at_stmt);
1836           new1 = fold_used_pointer_cast (op1);
1837         }
1838       else if (code == PLUS_EXPR && pointer_offset_p (op0))
1839         {
1840           new0 = fold_used_pointer_cast (op0);
1841           new1 = fold_used_pointer (op1, at_stmt);
1842         }
1843       else
1844         return expr;
1845
1846       if (new0 == op0 && new1 == op1)
1847         return expr;
1848
1849       new0 = chrec_convert (TREE_TYPE (expr), new0, at_stmt);
1850       new1 = chrec_convert (TREE_TYPE (expr), new1, at_stmt);
1851
1852       if (code == PLUS_EXPR)
1853         expr = chrec_fold_plus (TREE_TYPE (expr), new0, new1);
1854       else
1855         expr = chrec_fold_minus (TREE_TYPE (expr), new0, new1);
1856
1857       return expr;
1858     }
1859   else
1860     return fold_used_pointer_cast (expr);
1861 }
1862
1863 /* Returns true if PTR is dereferenced, or used in comparison.  */
1864
1865 static bool
1866 pointer_used_p (tree ptr)
1867 {
1868   use_operand_p use_p;
1869   imm_use_iterator imm_iter;
1870   tree stmt, rhs;
1871   struct ptr_info_def *pi = get_ptr_info (ptr);
1872   var_ann_t v_ann = var_ann (SSA_NAME_VAR (ptr));
1873
1874   /* Check whether the pointer has a memory tag; if it does, it is
1875      (or at least used to be) dereferenced.  */
1876   if ((pi != NULL && pi->name_mem_tag != NULL)
1877       || v_ann->symbol_mem_tag)
1878     return true;
1879
1880   FOR_EACH_IMM_USE_FAST (use_p, imm_iter, ptr)
1881     {
1882       stmt = USE_STMT (use_p);
1883       if (TREE_CODE (stmt) == COND_EXPR)
1884         return true;
1885
1886       if (TREE_CODE (stmt) != GIMPLE_MODIFY_STMT)
1887         continue;
1888
1889       rhs = GIMPLE_STMT_OPERAND (stmt, 1);
1890       if (!COMPARISON_CLASS_P (rhs))
1891         continue;
1892
1893       if (GIMPLE_STMT_OPERAND (stmt, 0) == ptr
1894           || GIMPLE_STMT_OPERAND (stmt, 1) == ptr)
1895         return true;
1896     }
1897
1898   return false;
1899 }
1900
1901 /* Helper recursive function.  */
1902
1903 static tree
1904 analyze_scalar_evolution_1 (struct loop *loop, tree var, tree res)
1905 {
1906   tree def, type = TREE_TYPE (var);
1907   basic_block bb;
1908   struct loop *def_loop;
1909
1910   if (loop == NULL || TREE_CODE (type) == VECTOR_TYPE)
1911     return chrec_dont_know;
1912
1913   if (TREE_CODE (var) != SSA_NAME)
1914     return interpret_rhs_modify_stmt (loop, NULL_TREE, var, type);
1915
1916   def = SSA_NAME_DEF_STMT (var);
1917   bb = bb_for_stmt (def);
1918   def_loop = bb ? bb->loop_father : NULL;
1919
1920   if (bb == NULL
1921       || !flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1922     {
1923       /* Keep the symbolic form.  */
1924       res = var;
1925       goto set_and_end;
1926     }
1927
1928   if (res != chrec_not_analyzed_yet)
1929     {
1930       if (loop != bb->loop_father)
1931         res = compute_scalar_evolution_in_loop 
1932             (find_common_loop (loop, bb->loop_father), bb->loop_father, res);
1933
1934       goto set_and_end;
1935     }
1936
1937   if (loop != def_loop)
1938     {
1939       res = analyze_scalar_evolution_1 (def_loop, var, chrec_not_analyzed_yet);
1940       res = compute_scalar_evolution_in_loop (loop, def_loop, res);
1941
1942       goto set_and_end;
1943     }
1944
1945   switch (TREE_CODE (def))
1946     {
1947     case GIMPLE_MODIFY_STMT:
1948       res = interpret_rhs_modify_stmt (loop, def,
1949                                        GIMPLE_STMT_OPERAND (def, 1), type);
1950
1951       if (POINTER_TYPE_P (type)
1952           && !automatically_generated_chrec_p (res)
1953           && pointer_used_p (var))
1954         res = fold_used_pointer (res, def);
1955       break;
1956
1957     case PHI_NODE:
1958       if (loop_phi_node_p (def))
1959         res = interpret_loop_phi (loop, def);
1960       else
1961         res = interpret_condition_phi (loop, def);
1962       break;
1963
1964     default:
1965       res = chrec_dont_know;
1966       break;
1967     }
1968
1969  set_and_end:
1970
1971   /* Keep the symbolic form.  */
1972   if (res == chrec_dont_know)
1973     res = var;
1974
1975   if (loop == def_loop)
1976     set_scalar_evolution (var, res);
1977
1978   return res;
1979 }
1980
1981 /* Entry point for the scalar evolution analyzer.
1982    Analyzes and returns the scalar evolution of the ssa_name VAR.
1983    LOOP_NB is the identifier number of the loop in which the variable
1984    is used.
1985    
1986    Example of use: having a pointer VAR to a SSA_NAME node, STMT a
1987    pointer to the statement that uses this variable, in order to
1988    determine the evolution function of the variable, use the following
1989    calls:
1990    
1991    unsigned loop_nb = loop_containing_stmt (stmt)->num;
1992    tree chrec_with_symbols = analyze_scalar_evolution (loop_nb, var);
1993    tree chrec_instantiated = instantiate_parameters 
1994    (loop_nb, chrec_with_symbols);
1995 */
1996
1997 tree 
1998 analyze_scalar_evolution (struct loop *loop, tree var)
1999 {
2000   tree res;
2001
2002   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2003     {
2004       fprintf (dump_file, "(analyze_scalar_evolution \n");
2005       fprintf (dump_file, "  (loop_nb = %d)\n", loop->num);
2006       fprintf (dump_file, "  (scalar = ");
2007       print_generic_expr (dump_file, var, 0);
2008       fprintf (dump_file, ")\n");
2009     }
2010
2011   res = analyze_scalar_evolution_1 (loop, var, get_scalar_evolution (var));
2012
2013   if (TREE_CODE (var) == SSA_NAME && res == chrec_dont_know)
2014     res = var;
2015
2016   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2017     fprintf (dump_file, ")\n");
2018
2019   return res;
2020 }
2021
2022 /* Analyze scalar evolution of use of VERSION in USE_LOOP with respect to
2023    WRTO_LOOP (which should be a superloop of both USE_LOOP and definition
2024    of VERSION).
2025
2026    FOLDED_CASTS is set to true if resolve_mixers used
2027    chrec_convert_aggressive (TODO -- not really, we are way too conservative
2028    at the moment in order to keep things simple).  */
2029
2030 static tree
2031 analyze_scalar_evolution_in_loop (struct loop *wrto_loop, struct loop *use_loop,
2032                                   tree version, bool *folded_casts)
2033 {
2034   bool val = false;
2035   tree ev = version, tmp;
2036
2037   if (folded_casts)
2038     *folded_casts = false;
2039   while (1)
2040     {
2041       tmp = analyze_scalar_evolution (use_loop, ev);
2042       ev = resolve_mixers (use_loop, tmp);
2043
2044       if (folded_casts && tmp != ev)
2045         *folded_casts = true;
2046
2047       if (use_loop == wrto_loop)
2048         return ev;
2049
2050       /* If the value of the use changes in the inner loop, we cannot express
2051          its value in the outer loop (we might try to return interval chrec,
2052          but we do not have a user for it anyway)  */
2053       if (!no_evolution_in_loop_p (ev, use_loop->num, &val)
2054           || !val)
2055         return chrec_dont_know;
2056
2057       use_loop = use_loop->outer;
2058     }
2059 }
2060
2061 /* Returns instantiated value for VERSION in CACHE.  */
2062
2063 static tree
2064 get_instantiated_value (htab_t cache, tree version)
2065 {
2066   struct scev_info_str *info, pattern;
2067   
2068   pattern.var = version;
2069   info = (struct scev_info_str *) htab_find (cache, &pattern);
2070
2071   if (info)
2072     return info->chrec;
2073   else
2074     return NULL_TREE;
2075 }
2076
2077 /* Sets instantiated value for VERSION to VAL in CACHE.  */
2078
2079 static void
2080 set_instantiated_value (htab_t cache, tree version, tree val)
2081 {
2082   struct scev_info_str *info, pattern;
2083   PTR *slot;
2084   
2085   pattern.var = version;
2086   slot = htab_find_slot (cache, &pattern, INSERT);
2087
2088   if (!*slot)
2089     *slot = new_scev_info_str (version);
2090   info = (struct scev_info_str *) *slot;
2091   info->chrec = val;
2092 }
2093
2094 /* Return the closed_loop_phi node for VAR.  If there is none, return
2095    NULL_TREE.  */
2096
2097 static tree
2098 loop_closed_phi_def (tree var)
2099 {
2100   struct loop *loop;
2101   edge exit;
2102   tree phi;
2103
2104   if (var == NULL_TREE
2105       || TREE_CODE (var) != SSA_NAME)
2106     return NULL_TREE;
2107
2108   loop = loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (var));
2109   exit = single_exit (loop);
2110   if (!exit)
2111     return NULL_TREE;
2112
2113   for (phi = phi_nodes (exit->dest); phi; phi = PHI_CHAIN (phi))
2114     if (PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi, exit) == var)
2115       return PHI_RESULT (phi);
2116
2117   return NULL_TREE;
2118 }
2119
2120 /* Analyze all the parameters of the chrec that were left under a symbolic form,
2121    with respect to LOOP.  CHREC is the chrec to instantiate.  CACHE is the cache
2122    of already instantiated values.  FLAGS modify the way chrecs are
2123    instantiated.  SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to
2124    be instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2125
2126 /* Values for FLAGS.  */
2127 enum
2128 {
2129   INSERT_SUPERLOOP_CHRECS = 1,  /* Loop invariants are replaced with chrecs
2130                                    in outer loops.  */
2131   FOLD_CONVERSIONS = 2          /* The conversions that may wrap in
2132                                    signed/pointer type are folded, as long as the
2133                                    value of the chrec is preserved.  */
2134 };
2135   
2136 static tree
2137 instantiate_parameters_1 (struct loop *loop, tree chrec, int flags, htab_t cache,
2138                           int size_expr)
2139 {
2140   tree res, op0, op1, op2;
2141   basic_block def_bb;
2142   struct loop *def_loop;
2143   tree type = chrec_type (chrec);
2144
2145   /* Give up if the expression is larger than the MAX that we allow.  */
2146   if (size_expr++ > PARAM_VALUE (PARAM_SCEV_MAX_EXPR_SIZE))
2147     return chrec_dont_know;
2148
2149   if (automatically_generated_chrec_p (chrec)
2150       || is_gimple_min_invariant (chrec))
2151     return chrec;
2152
2153   switch (TREE_CODE (chrec))
2154     {
2155     case SSA_NAME:
2156       def_bb = bb_for_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (chrec));
2157
2158       /* A parameter (or loop invariant and we do not want to include
2159          evolutions in outer loops), nothing to do.  */
2160       if (!def_bb
2161           || (!(flags & INSERT_SUPERLOOP_CHRECS)
2162               && !flow_bb_inside_loop_p (loop, def_bb)))
2163         return chrec;
2164
2165       /* We cache the value of instantiated variable to avoid exponential
2166          time complexity due to reevaluations.  We also store the convenient
2167          value in the cache in order to prevent infinite recursion -- we do
2168          not want to instantiate the SSA_NAME if it is in a mixer
2169          structure.  This is used for avoiding the instantiation of
2170          recursively defined functions, such as: 
2171
2172          | a_2 -> {0, +, 1, +, a_2}_1  */
2173
2174       res = get_instantiated_value (cache, chrec);
2175       if (res)
2176         return res;
2177
2178       /* Store the convenient value for chrec in the structure.  If it
2179          is defined outside of the loop, we may just leave it in symbolic
2180          form, otherwise we need to admit that we do not know its behavior
2181          inside the loop.  */
2182       res = !flow_bb_inside_loop_p (loop, def_bb) ? chrec : chrec_dont_know;
2183       set_instantiated_value (cache, chrec, res);
2184
2185       /* To make things even more complicated, instantiate_parameters_1
2186          calls analyze_scalar_evolution that may call # of iterations
2187          analysis that may in turn call instantiate_parameters_1 again.
2188          To prevent the infinite recursion, keep also the bitmap of
2189          ssa names that are being instantiated globally.  */
2190       if (bitmap_bit_p (already_instantiated, SSA_NAME_VERSION (chrec)))
2191         return res;
2192
2193       def_loop = find_common_loop (loop, def_bb->loop_father);
2194
2195       /* If the analysis yields a parametric chrec, instantiate the
2196          result again.  */
2197       bitmap_set_bit (already_instantiated, SSA_NAME_VERSION (chrec));
2198       res = analyze_scalar_evolution (def_loop, chrec);
2199
2200       /* Don't instantiate loop-closed-ssa phi nodes.  */
2201       if (TREE_CODE (res) == SSA_NAME
2202           && (loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (res)) == NULL
2203               || (loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (res))->depth
2204                   > def_loop->depth)))
2205         {
2206           if (res == chrec)
2207             res = loop_closed_phi_def (chrec);
2208           else
2209             res = chrec;
2210
2211           if (res == NULL_TREE)
2212             res = chrec_dont_know;
2213         }
2214
2215       else if (res != chrec_dont_know)
2216         res = instantiate_parameters_1 (loop, res, flags, cache, size_expr);
2217
2218       bitmap_clear_bit (already_instantiated, SSA_NAME_VERSION (chrec));
2219
2220       /* Store the correct value to the cache.  */
2221       set_instantiated_value (cache, chrec, res);
2222       return res;
2223
2224     case POLYNOMIAL_CHREC:
2225       op0 = instantiate_parameters_1 (loop, CHREC_LEFT (chrec),
2226                                       flags, cache, size_expr);
2227       if (op0 == chrec_dont_know)
2228         return chrec_dont_know;
2229
2230       op1 = instantiate_parameters_1 (loop, CHREC_RIGHT (chrec),
2231                                       flags, cache, size_expr);
2232       if (op1 == chrec_dont_know)
2233         return chrec_dont_know;
2234
2235       if (CHREC_LEFT (chrec) != op0
2236           || CHREC_RIGHT (chrec) != op1)
2237         {
2238           op1 = chrec_convert (chrec_type (op0), op1, NULL_TREE);
2239           chrec = build_polynomial_chrec (CHREC_VARIABLE (chrec), op0, op1);
2240         }
2241       return chrec;
2242
2243     case PLUS_EXPR:
2244       op0 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 0),
2245                                       flags, cache, size_expr);
2246       if (op0 == chrec_dont_know)
2247         return chrec_dont_know;
2248
2249       op1 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 1),
2250                                       flags, cache, size_expr);
2251       if (op1 == chrec_dont_know)
2252         return chrec_dont_know;
2253
2254       if (TREE_OPERAND (chrec, 0) != op0
2255           || TREE_OPERAND (chrec, 1) != op1)
2256         {
2257           op0 = chrec_convert (type, op0, NULL_TREE);
2258           op1 = chrec_convert (type, op1, NULL_TREE);
2259           chrec = chrec_fold_plus (type, op0, op1);
2260         }
2261       return chrec;
2262
2263     case MINUS_EXPR:
2264       op0 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 0),
2265                                       flags, cache, size_expr);
2266       if (op0 == chrec_dont_know)
2267         return chrec_dont_know;
2268
2269       op1 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 1),
2270                                       flags, cache, size_expr);
2271       if (op1 == chrec_dont_know)
2272         return chrec_dont_know;
2273
2274       if (TREE_OPERAND (chrec, 0) != op0
2275           || TREE_OPERAND (chrec, 1) != op1)
2276         {
2277           op0 = chrec_convert (type, op0, NULL_TREE);
2278           op1 = chrec_convert (type, op1, NULL_TREE);
2279           chrec = chrec_fold_minus (type, op0, op1);
2280         }
2281       return chrec;
2282
2283     case MULT_EXPR:
2284       op0 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 0),
2285                                       flags, cache, size_expr);
2286       if (op0 == chrec_dont_know)
2287         return chrec_dont_know;
2288
2289       op1 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 1),
2290                                       flags, cache, size_expr);
2291       if (op1 == chrec_dont_know)
2292         return chrec_dont_know;
2293
2294       if (TREE_OPERAND (chrec, 0) != op0
2295           || TREE_OPERAND (chrec, 1) != op1)
2296         {
2297           op0 = chrec_convert (type, op0, NULL_TREE);
2298           op1 = chrec_convert (type, op1, NULL_TREE);
2299           chrec = chrec_fold_multiply (type, op0, op1);
2300         }
2301       return chrec;
2302
2303     case NOP_EXPR:
2304     case CONVERT_EXPR:
2305     case NON_LVALUE_EXPR:
2306       op0 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 0),
2307                                       flags, cache, size_expr);
2308       if (op0 == chrec_dont_know)
2309         return chrec_dont_know;
2310
2311       if (flags & FOLD_CONVERSIONS)
2312         {
2313           tree tmp = chrec_convert_aggressive (TREE_TYPE (chrec), op0);
2314           if (tmp)
2315             return tmp;
2316         }
2317
2318       if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0))
2319         return chrec;
2320
2321       /* If we used chrec_convert_aggressive, we can no longer assume that
2322          signed chrecs do not overflow, as chrec_convert does, so avoid
2323          calling it in that case.  */
2324       if (flags & FOLD_CONVERSIONS)
2325         return fold_convert (TREE_TYPE (chrec), op0);
2326
2327       return chrec_convert (TREE_TYPE (chrec), op0, NULL_TREE);
2328
2329     case SCEV_NOT_KNOWN:
2330       return chrec_dont_know;
2331
2332     case SCEV_KNOWN:
2333       return chrec_known;
2334                                      
2335     default:
2336       break;
2337     }
2338
2339   switch (TREE_CODE_LENGTH (TREE_CODE (chrec)))
2340     {
2341     case 3:
2342       op0 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 0),
2343                                       flags, cache, size_expr);
2344       if (op0 == chrec_dont_know)
2345         return chrec_dont_know;
2346
2347       op1 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 1),
2348                                       flags, cache, size_expr);
2349       if (op1 == chrec_dont_know)
2350         return chrec_dont_know;
2351
2352       op2 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 2),
2353                                       flags, cache, size_expr);
2354       if (op2 == chrec_dont_know)
2355         return chrec_dont_know;
2356
2357       if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0)
2358           && op1 == TREE_OPERAND (chrec, 1)
2359           && op2 == TREE_OPERAND (chrec, 2))
2360         return chrec;
2361
2362       return fold_build3 (TREE_CODE (chrec),
2363                           TREE_TYPE (chrec), op0, op1, op2);
2364
2365     case 2:
2366       op0 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 0),
2367                                       flags, cache, size_expr);
2368       if (op0 == chrec_dont_know)
2369         return chrec_dont_know;
2370
2371       op1 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 1),
2372                                       flags, cache, size_expr);
2373       if (op1 == chrec_dont_know)
2374         return chrec_dont_know;
2375
2376       if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0)
2377           && op1 == TREE_OPERAND (chrec, 1))
2378         return chrec;
2379       return fold_build2 (TREE_CODE (chrec), TREE_TYPE (chrec), op0, op1);
2380             
2381     case 1:
2382       op0 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 0),
2383                                       flags, cache, size_expr);
2384       if (op0 == chrec_dont_know)
2385         return chrec_dont_know;
2386       if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0))
2387         return chrec;
2388       return fold_build1 (TREE_CODE (chrec), TREE_TYPE (chrec), op0);
2389
2390     case 0:
2391       return chrec;
2392
2393     default:
2394       break;
2395     }
2396
2397   /* Too complicated to handle.  */
2398   return chrec_dont_know;
2399 }
2400
2401 /* Analyze all the parameters of the chrec that were left under a
2402    symbolic form.  LOOP is the loop in which symbolic names have to
2403    be analyzed and instantiated.  */
2404
2405 tree
2406 instantiate_parameters (struct loop *loop,
2407                         tree chrec)
2408 {
2409   tree res;
2410   htab_t cache = htab_create (10, hash_scev_info, eq_scev_info, del_scev_info);
2411
2412   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2413     {
2414       fprintf (dump_file, "(instantiate_parameters \n");
2415       fprintf (dump_file, "  (loop_nb = %d)\n", loop->num);
2416       fprintf (dump_file, "  (chrec = ");
2417       print_generic_expr (dump_file, chrec, 0);
2418       fprintf (dump_file, ")\n");
2419     }
2420  
2421   res = instantiate_parameters_1 (loop, chrec, INSERT_SUPERLOOP_CHRECS, cache,
2422                                   0);
2423
2424   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2425     {
2426       fprintf (dump_file, "  (res = ");
2427       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
2428       fprintf (dump_file, "))\n");
2429     }
2430
2431   htab_delete (cache);
2432   
2433   return res;
2434 }
2435
2436 /* Similar to instantiate_parameters, but does not introduce the
2437    evolutions in outer loops for LOOP invariants in CHREC, and does not
2438    care about causing overflows, as long as they do not affect value
2439    of an expression.  */
2440
2441 static tree
2442 resolve_mixers (struct loop *loop, tree chrec)
2443 {
2444   htab_t cache = htab_create (10, hash_scev_info, eq_scev_info, del_scev_info);
2445   tree ret = instantiate_parameters_1 (loop, chrec, FOLD_CONVERSIONS, cache, 0);
2446   htab_delete (cache);
2447   return ret;
2448 }
2449
2450 /* Entry point for the analysis of the number of iterations pass.  
2451    This function tries to safely approximate the number of iterations
2452    the loop will run.  When this property is not decidable at compile
2453    time, the result is chrec_dont_know.  Otherwise the result is
2454    a scalar or a symbolic parameter.
2455    
2456    Example of analysis: suppose that the loop has an exit condition:
2457    
2458    "if (b > 49) goto end_loop;"
2459    
2460    and that in a previous analysis we have determined that the
2461    variable 'b' has an evolution function:
2462    
2463    "EF = {23, +, 5}_2".  
2464    
2465    When we evaluate the function at the point 5, i.e. the value of the
2466    variable 'b' after 5 iterations in the loop, we have EF (5) = 48,
2467    and EF (6) = 53.  In this case the value of 'b' on exit is '53' and
2468    the loop body has been executed 6 times.  */
2469
2470 tree 
2471 number_of_iterations_in_loop (struct loop *loop)
2472 {
2473   tree res, type;
2474   edge exit;
2475   struct tree_niter_desc niter_desc;
2476
2477   /* Determine whether the number_of_iterations_in_loop has already
2478      been computed.  */
2479   res = loop->nb_iterations;
2480   if (res)
2481     return res;
2482   res = chrec_dont_know;
2483
2484   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2485     fprintf (dump_file, "(number_of_iterations_in_loop\n");
2486   
2487   exit = single_exit (loop);
2488   if (!exit)
2489     goto end;
2490
2491   if (!number_of_iterations_exit (loop, exit, &niter_desc, false))
2492     goto end;
2493
2494   type = TREE_TYPE (niter_desc.niter);
2495   if (integer_nonzerop (niter_desc.may_be_zero))
2496     res = build_int_cst (type, 0);
2497   else if (integer_zerop (niter_desc.may_be_zero))
2498     res = niter_desc.niter;
2499   else
2500     res = chrec_dont_know;
2501
2502 end:
2503   return set_nb_iterations_in_loop (loop, res);
2504 }
2505
2506 /* One of the drivers for testing the scalar evolutions analysis.
2507    This function computes the number of iterations for all the loops
2508    from the EXIT_CONDITIONS array.  */
2509
2510 static void 
2511 number_of_iterations_for_all_loops (VEC(tree,heap) **exit_conditions)
2512 {
2513   unsigned int i;
2514   unsigned nb_chrec_dont_know_loops = 0;
2515   unsigned nb_static_loops = 0;
2516   tree cond;
2517   
2518   for (i = 0; VEC_iterate (tree, *exit_conditions, i, cond); i++)
2519     {
2520       tree res = number_of_iterations_in_loop (loop_containing_stmt (cond));
2521       if (chrec_contains_undetermined (res))
2522         nb_chrec_dont_know_loops++;
2523       else
2524         nb_static_loops++;
2525     }
2526   
2527   if (dump_file)
2528     {
2529       fprintf (dump_file, "\n(\n");
2530       fprintf (dump_file, "-----------------------------------------\n");
2531       fprintf (dump_file, "%d\tnb_chrec_dont_know_loops\n", nb_chrec_dont_know_loops);
2532       fprintf (dump_file, "%d\tnb_static_loops\n", nb_static_loops);
2533       fprintf (dump_file, "%d\tnb_total_loops\n", current_loops->num);
2534       fprintf (dump_file, "-----------------------------------------\n");
2535       fprintf (dump_file, ")\n\n");
2536       
2537       print_loop_ir (dump_file);
2538     }
2539 }
2540
2541 \f
2542
2543 /* Counters for the stats.  */
2544
2545 struct chrec_stats 
2546 {
2547   unsigned nb_chrecs;
2548   unsigned nb_affine;
2549   unsigned nb_affine_multivar;
2550   unsigned nb_higher_poly;
2551   unsigned nb_chrec_dont_know;
2552   unsigned nb_undetermined;
2553 };
2554
2555 /* Reset the counters.  */
2556
2557 static inline void
2558 reset_chrecs_counters (struct chrec_stats *stats)
2559 {
2560   stats->nb_chrecs = 0;
2561   stats->nb_affine = 0;
2562   stats->nb_affine_multivar = 0;
2563   stats->nb_higher_poly = 0;
2564   stats->nb_chrec_dont_know = 0;
2565   stats->nb_undetermined = 0;
2566 }
2567
2568 /* Dump the contents of a CHREC_STATS structure.  */
2569
2570 static void
2571 dump_chrecs_stats (FILE *file, struct chrec_stats *stats)
2572 {
2573   fprintf (file, "\n(\n");
2574   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2575   fprintf (file, "%d\taffine univariate chrecs\n", stats->nb_affine);
2576   fprintf (file, "%d\taffine multivariate chrecs\n", stats->nb_affine_multivar);
2577   fprintf (file, "%d\tdegree greater than 2 polynomials\n", 
2578            stats->nb_higher_poly);
2579   fprintf (file, "%d\tchrec_dont_know chrecs\n", stats->nb_chrec_dont_know);
2580   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2581   fprintf (file, "%d\ttotal chrecs\n", stats->nb_chrecs);
2582   fprintf (file, "%d\twith undetermined coefficients\n", 
2583            stats->nb_undetermined);
2584   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2585   fprintf (file, "%d\tchrecs in the scev database\n", 
2586            (int) htab_elements (scalar_evolution_info));
2587   fprintf (file, "%d\tsets in the scev database\n", nb_set_scev);
2588   fprintf (file, "%d\tgets in the scev database\n", nb_get_scev);
2589   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2590   fprintf (file, ")\n\n");
2591 }
2592
2593 /* Gather statistics about CHREC.  */
2594
2595 static void
2596 gather_chrec_stats (tree chrec, struct chrec_stats *stats)
2597 {
2598   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2599     {
2600       fprintf (dump_file, "(classify_chrec ");
2601       print_generic_expr (dump_file, chrec, 0);
2602       fprintf (dump_file, "\n");
2603     }
2604   
2605   stats->nb_chrecs++;
2606   
2607   if (chrec == NULL_TREE)
2608     {
2609       stats->nb_undetermined++;
2610       return;
2611     }
2612   
2613   switch (TREE_CODE (chrec))
2614     {
2615     case POLYNOMIAL_CHREC:
2616       if (evolution_function_is_affine_p (chrec))
2617         {
2618           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2619             fprintf (dump_file, "  affine_univariate\n");
2620           stats->nb_affine++;
2621         }
2622       else if (evolution_function_is_affine_multivariate_p (chrec))
2623         {
2624           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2625             fprintf (dump_file, "  affine_multivariate\n");
2626           stats->nb_affine_multivar++;
2627         }
2628       else
2629         {
2630           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2631             fprintf (dump_file, "  higher_degree_polynomial\n");
2632           stats->nb_higher_poly++;
2633         }
2634       
2635       break;
2636
2637     default:
2638       break;
2639     }
2640   
2641   if (chrec_contains_undetermined (chrec))
2642     {
2643       if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2644         fprintf (dump_file, "  undetermined\n");
2645       stats->nb_undetermined++;
2646     }
2647   
2648   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2649     fprintf (dump_file, ")\n");
2650 }
2651
2652 /* One of the drivers for testing the scalar evolutions analysis.
2653    This function analyzes the scalar evolution of all the scalars
2654    defined as loop phi nodes in one of the loops from the
2655    EXIT_CONDITIONS array.  
2656    
2657    TODO Optimization: A loop is in canonical form if it contains only
2658    a single scalar loop phi node.  All the other scalars that have an
2659    evolution in the loop are rewritten in function of this single
2660    index.  This allows the parallelization of the loop.  */
2661
2662 static void 
2663 analyze_scalar_evolution_for_all_loop_phi_nodes (VEC(tree,heap) **exit_conditions)
2664 {
2665   unsigned int i;
2666   struct chrec_stats stats;
2667   tree cond;
2668   
2669   reset_chrecs_counters (&stats);
2670   
2671   for (i = 0; VEC_iterate (tree, *exit_conditions, i, cond); i++)
2672     {
2673       struct loop *loop;
2674       basic_block bb;
2675       tree phi, chrec;
2676       
2677       loop = loop_containing_stmt (cond);
2678       bb = loop->header;
2679       
2680       for (phi = phi_nodes (bb); phi; phi = PHI_CHAIN (phi))
2681         if (is_gimple_reg (PHI_RESULT (phi)))
2682           {
2683             chrec = instantiate_parameters 
2684               (loop, 
2685                analyze_scalar_evolution (loop, PHI_RESULT (phi)));
2686             
2687             if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2688               gather_chrec_stats (chrec, &stats);
2689           }
2690     }
2691   
2692   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2693     dump_chrecs_stats (dump_file, &stats);
2694 }
2695
2696 /* Callback for htab_traverse, gathers information on chrecs in the
2697    hashtable.  */
2698
2699 static int
2700 gather_stats_on_scev_database_1 (void **slot, void *stats)
2701 {
2702   struct scev_info_str *entry = (struct scev_info_str *) *slot;
2703
2704   gather_chrec_stats (entry->chrec, (struct chrec_stats *) stats);
2705
2706   return 1;
2707 }
2708
2709 /* Classify the chrecs of the whole database.  */
2710
2711 void 
2712 gather_stats_on_scev_database (void)
2713 {
2714   struct chrec_stats stats;
2715   
2716   if (!dump_file)
2717     return;
2718   
2719   reset_chrecs_counters (&stats);
2720  
2721   htab_traverse (scalar_evolution_info, gather_stats_on_scev_database_1,
2722                  &stats);
2723
2724   dump_chrecs_stats (dump_file, &stats);
2725 }
2726
2727 \f
2728
2729 /* Initializer.  */
2730
2731 static void
2732 initialize_scalar_evolutions_analyzer (void)
2733 {
2734   /* The elements below are unique.  */
2735   if (chrec_dont_know == NULL_TREE)
2736     {
2737       chrec_not_analyzed_yet = NULL_TREE;
2738       chrec_dont_know = make_node (SCEV_NOT_KNOWN);
2739       chrec_known = make_node (SCEV_KNOWN);
2740       TREE_TYPE (chrec_dont_know) = void_type_node;
2741       TREE_TYPE (chrec_known) = void_type_node;
2742     }
2743 }
2744
2745 /* Initialize the analysis of scalar evolutions for LOOPS.  */
2746
2747 void
2748 scev_initialize (void)
2749 {
2750   unsigned i;
2751
2752   scalar_evolution_info = htab_create (100, hash_scev_info,
2753                                        eq_scev_info, del_scev_info);
2754   already_instantiated = BITMAP_ALLOC (NULL);
2755   
2756   initialize_scalar_evolutions_analyzer ();
2757
2758   for (i = 1; i < current_loops->num; i++)
2759     if (current_loops->parray[i])
2760       current_loops->parray[i]->nb_iterations = NULL_TREE;
2761 }
2762
2763 /* Cleans up the information cached by the scalar evolutions analysis.  */
2764
2765 void
2766 scev_reset (void)
2767 {
2768   unsigned i;
2769   struct loop *loop;
2770
2771   if (!scalar_evolution_info || !current_loops)
2772     return;
2773
2774   htab_empty (scalar_evolution_info);
2775   for (i = 1; i < current_loops->num; i++)
2776     {
2777       loop = current_loops->parray[i];
2778       if (loop)
2779         loop->nb_iterations = NULL_TREE;
2780     }
2781 }
2782
2783 /* Checks whether OP behaves as a simple affine iv of LOOP in STMT and returns
2784    its base and step in IV if possible.  If ALLOW_NONCONSTANT_STEP is true, we
2785    want step to be invariant in LOOP.  Otherwise we require it to be an
2786    integer constant.  IV->no_overflow is set to true if we are sure the iv cannot
2787    overflow (e.g.  because it is computed in signed arithmetics).  */
2788
2789 bool
2790 simple_iv (struct loop *loop, tree stmt, tree op, affine_iv *iv,
2791            bool allow_nonconstant_step)
2792 {
2793   basic_block bb = bb_for_stmt (stmt);
2794   tree type, ev;
2795   bool folded_casts;
2796
2797   iv->base = NULL_TREE;
2798   iv->step = NULL_TREE;
2799   iv->no_overflow = false;
2800
2801   type = TREE_TYPE (op);
2802   if (TREE_CODE (type) != INTEGER_TYPE
2803       && TREE_CODE (type) != POINTER_TYPE)
2804     return false;
2805
2806   ev = analyze_scalar_evolution_in_loop (loop, bb->loop_father, op,
2807                                          &folded_casts);
2808   if (chrec_contains_undetermined (ev))
2809     return false;
2810
2811   if (tree_does_not_contain_chrecs (ev)
2812       && !chrec_contains_symbols_defined_in_loop (ev, loop->num))
2813     {
2814       iv->base = ev;
2815       iv->no_overflow = true;
2816       return true;
2817     }
2818
2819   if (TREE_CODE (ev) != POLYNOMIAL_CHREC
2820       || CHREC_VARIABLE (ev) != (unsigned) loop->num)
2821     return false;
2822
2823   iv->step = CHREC_RIGHT (ev);
2824   if (allow_nonconstant_step)
2825     {
2826       if (tree_contains_chrecs (iv->step, NULL)
2827           || chrec_contains_symbols_defined_in_loop (iv->step, loop->num))
2828         return false;
2829     }
2830   else if (TREE_CODE (iv->step) != INTEGER_CST)
2831     return false;
2832
2833   iv->base = CHREC_LEFT (ev);
2834   if (tree_contains_chrecs (iv->base, NULL)
2835       || chrec_contains_symbols_defined_in_loop (iv->base, loop->num))
2836     return false;
2837
2838   iv->no_overflow = (!folded_casts
2839                      && !flag_wrapv
2840                      && !TYPE_UNSIGNED (type));
2841   return true;
2842 }
2843
2844 /* Runs the analysis of scalar evolutions.  */
2845
2846 void
2847 scev_analysis (void)
2848 {
2849   VEC(tree,heap) *exit_conditions;
2850   
2851   exit_conditions = VEC_alloc (tree, heap, 37);
2852   select_loops_exit_conditions (&exit_conditions);
2853
2854   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2855     analyze_scalar_evolution_for_all_loop_phi_nodes (&exit_conditions);
2856   
2857   number_of_iterations_for_all_loops (&exit_conditions);
2858   VEC_free (tree, heap, exit_conditions);
2859 }
2860
2861 /* Finalize the scalar evolution analysis.  */
2862
2863 void
2864 scev_finalize (void)
2865 {
2866   htab_delete (scalar_evolution_info);
2867   BITMAP_FREE (already_instantiated);
2868 }
2869
2870 /* Returns true if EXPR looks expensive.  */
2871
2872 static bool
2873 expression_expensive_p (tree expr)
2874 {
2875   return force_expr_to_var_cost (expr) >= target_spill_cost;
2876 }
2877
2878 /* Replace ssa names for that scev can prove they are constant by the
2879    appropriate constants.  Also perform final value replacement in loops,
2880    in case the replacement expressions are cheap.
2881    
2882    We only consider SSA names defined by phi nodes; rest is left to the
2883    ordinary constant propagation pass.  */
2884
2885 unsigned int
2886 scev_const_prop (void)
2887 {
2888   basic_block bb;
2889   tree name, phi, next_phi, type, ev;
2890   struct loop *loop, *ex_loop;
2891   bitmap ssa_names_to_remove = NULL;
2892   unsigned i;
2893
2894   if (!current_loops)
2895     return 0;
2896
2897   FOR_EACH_BB (bb)
2898     {
2899       loop = bb->loop_father;
2900
2901       for (phi = phi_nodes (bb); phi; phi = PHI_CHAIN (phi))
2902         {
2903           name = PHI_RESULT (phi);
2904
2905           if (!is_gimple_reg (name))
2906             continue;
2907
2908           type = TREE_TYPE (name);
2909
2910           if (!POINTER_TYPE_P (type)
2911               && !INTEGRAL_TYPE_P (type))
2912             continue;
2913
2914           ev = resolve_mixers (loop, analyze_scalar_evolution (loop, name));
2915           if (!is_gimple_min_invariant (ev)
2916               || !may_propagate_copy (name, ev))
2917             continue;
2918
2919           /* Replace the uses of the name.  */
2920           if (name != ev)
2921             replace_uses_by (name, ev);
2922
2923           if (!ssa_names_to_remove)
2924             ssa_names_to_remove = BITMAP_ALLOC (NULL);
2925           bitmap_set_bit (ssa_names_to_remove, SSA_NAME_VERSION (name));
2926         }
2927     }
2928
2929   /* Remove the ssa names that were replaced by constants.  We do not remove them
2930      directly in the previous cycle, since this invalidates scev cache.  */
2931   if (ssa_names_to_remove)
2932     {
2933       bitmap_iterator bi;
2934       unsigned i;
2935
2936       EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (ssa_names_to_remove, 0, i, bi)
2937         {
2938           name = ssa_name (i);
2939           phi = SSA_NAME_DEF_STMT (name);
2940
2941           gcc_assert (TREE_CODE (phi) == PHI_NODE);
2942           remove_phi_node (phi, NULL);
2943         }
2944
2945       BITMAP_FREE (ssa_names_to_remove);
2946       scev_reset ();
2947     }
2948
2949   /* Now the regular final value replacement.  */
2950   for (i = current_loops->num - 1; i > 0; i--)
2951     {
2952       edge exit;
2953       tree def, rslt, ass, niter;
2954       block_stmt_iterator bsi;
2955
2956       loop = current_loops->parray[i];
2957       if (!loop)
2958         continue;
2959
2960       /* If we do not know exact number of iterations of the loop, we cannot
2961          replace the final value.  */
2962       exit = single_exit (loop);
2963       if (!exit)
2964         continue;
2965
2966       niter = number_of_iterations_in_loop (loop);
2967       if (niter == chrec_dont_know
2968           /* If computing the number of iterations is expensive, it may be
2969              better not to introduce computations involving it.  */
2970           || expression_expensive_p (niter))
2971         continue;
2972
2973       /* Ensure that it is possible to insert new statements somewhere.  */
2974       if (!single_pred_p (exit->dest))
2975         split_loop_exit_edge (exit);
2976       tree_block_label (exit->dest);
2977       bsi = bsi_after_labels (exit->dest);
2978
2979       ex_loop = superloop_at_depth (loop, exit->dest->loop_father->depth + 1);
2980
2981       for (phi = phi_nodes (exit->dest); phi; phi = next_phi)
2982         {
2983           next_phi = PHI_CHAIN (phi);
2984           rslt = PHI_RESULT (phi);
2985           def = PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi, exit);
2986           if (!is_gimple_reg (def))
2987             continue;
2988
2989           if (!POINTER_TYPE_P (TREE_TYPE (def))
2990               && !INTEGRAL_TYPE_P (TREE_TYPE (def)))
2991             continue;
2992
2993           def = analyze_scalar_evolution_in_loop (ex_loop, loop, def, NULL);
2994           def = compute_overall_effect_of_inner_loop (ex_loop, def);
2995           if (!tree_does_not_contain_chrecs (def)
2996               || chrec_contains_symbols_defined_in_loop (def, ex_loop->num)
2997               /* Moving the computation from the loop may prolong life range
2998                  of some ssa names, which may cause problems if they appear
2999                  on abnormal edges.  */
3000               || contains_abnormal_ssa_name_p (def))
3001             continue;
3002
3003           /* Eliminate the phi node and replace it by a computation outside
3004              the loop.  */
3005           def = unshare_expr (def);
3006           SET_PHI_RESULT (phi, NULL_TREE);
3007           remove_phi_node (phi, NULL_TREE);
3008
3009           ass = build2 (GIMPLE_MODIFY_STMT, void_type_node, rslt, NULL_TREE);
3010           SSA_NAME_DEF_STMT (rslt) = ass;
3011           {
3012             block_stmt_iterator dest = bsi;
3013             bsi_insert_before (&dest, ass, BSI_NEW_STMT);
3014             def = force_gimple_operand_bsi (&dest, def, false, NULL_TREE);
3015           }
3016           GIMPLE_STMT_OPERAND (ass, 1) = def;
3017           update_stmt (ass);
3018         }
3019     }
3020   return 0;
3021 }