OSDN Git Service

2009-09-01 Sebastian Pop <sebastian.pop@amd.com>
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / tree-scalar-evolution.c
1 /* Scalar evolution detector.
2    Copyright (C) 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009
3    Free Software Foundation, Inc.
4    Contributed by Sebastian Pop <s.pop@laposte.net>
5
6 This file is part of GCC.
7
8 GCC is free software; you can redistribute it and/or modify it under
9 the terms of the GNU General Public License as published by the Free
10 Software Foundation; either version 3, or (at your option) any later
11 version.
12
13 GCC is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
14 WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
15 FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
16 for more details.
17
18 You should have received a copy of the GNU General Public License
19 along with GCC; see the file COPYING3.  If not see
20 <http://www.gnu.org/licenses/>.  */
21
22 /* 
23    Description: 
24    
25    This pass analyzes the evolution of scalar variables in loop
26    structures.  The algorithm is based on the SSA representation,
27    and on the loop hierarchy tree.  This algorithm is not based on
28    the notion of versions of a variable, as it was the case for the
29    previous implementations of the scalar evolution algorithm, but
30    it assumes that each defined name is unique.
31
32    The notation used in this file is called "chains of recurrences",
33    and has been proposed by Eugene Zima, Robert Van Engelen, and
34    others for describing induction variables in programs.  For example
35    "b -> {0, +, 2}_1" means that the scalar variable "b" is equal to 0
36    when entering in the loop_1 and has a step 2 in this loop, in other
37    words "for (b = 0; b < N; b+=2);".  Note that the coefficients of
38    this chain of recurrence (or chrec [shrek]) can contain the name of
39    other variables, in which case they are called parametric chrecs.
40    For example, "b -> {a, +, 2}_1" means that the initial value of "b"
41    is the value of "a".  In most of the cases these parametric chrecs
42    are fully instantiated before their use because symbolic names can
43    hide some difficult cases such as self-references described later
44    (see the Fibonacci example).
45    
46    A short sketch of the algorithm is:
47      
48    Given a scalar variable to be analyzed, follow the SSA edge to
49    its definition:
50      
51    - When the definition is a GIMPLE_ASSIGN: if the right hand side
52    (RHS) of the definition cannot be statically analyzed, the answer
53    of the analyzer is: "don't know".  
54    Otherwise, for all the variables that are not yet analyzed in the
55    RHS, try to determine their evolution, and finally try to
56    evaluate the operation of the RHS that gives the evolution
57    function of the analyzed variable.
58
59    - When the definition is a condition-phi-node: determine the
60    evolution function for all the branches of the phi node, and
61    finally merge these evolutions (see chrec_merge).
62
63    - When the definition is a loop-phi-node: determine its initial
64    condition, that is the SSA edge defined in an outer loop, and
65    keep it symbolic.  Then determine the SSA edges that are defined
66    in the body of the loop.  Follow the inner edges until ending on
67    another loop-phi-node of the same analyzed loop.  If the reached
68    loop-phi-node is not the starting loop-phi-node, then we keep
69    this definition under a symbolic form.  If the reached
70    loop-phi-node is the same as the starting one, then we compute a
71    symbolic stride on the return path.  The result is then the
72    symbolic chrec {initial_condition, +, symbolic_stride}_loop.
73
74    Examples:
75    
76    Example 1: Illustration of the basic algorithm.
77    
78    | a = 3
79    | loop_1
80    |   b = phi (a, c)
81    |   c = b + 1
82    |   if (c > 10) exit_loop
83    | endloop
84    
85    Suppose that we want to know the number of iterations of the
86    loop_1.  The exit_loop is controlled by a COND_EXPR (c > 10).  We
87    ask the scalar evolution analyzer two questions: what's the
88    scalar evolution (scev) of "c", and what's the scev of "10".  For
89    "10" the answer is "10" since it is a scalar constant.  For the
90    scalar variable "c", it follows the SSA edge to its definition,
91    "c = b + 1", and then asks again what's the scev of "b".
92    Following the SSA edge, we end on a loop-phi-node "b = phi (a,
93    c)", where the initial condition is "a", and the inner loop edge
94    is "c".  The initial condition is kept under a symbolic form (it
95    may be the case that the copy constant propagation has done its
96    work and we end with the constant "3" as one of the edges of the
97    loop-phi-node).  The update edge is followed to the end of the
98    loop, and until reaching again the starting loop-phi-node: b -> c
99    -> b.  At this point we have drawn a path from "b" to "b" from
100    which we compute the stride in the loop: in this example it is
101    "+1".  The resulting scev for "b" is "b -> {a, +, 1}_1".  Now
102    that the scev for "b" is known, it is possible to compute the
103    scev for "c", that is "c -> {a + 1, +, 1}_1".  In order to
104    determine the number of iterations in the loop_1, we have to
105    instantiate_parameters (loop_1, {a + 1, +, 1}_1), that gives after some
106    more analysis the scev {4, +, 1}_1, or in other words, this is
107    the function "f (x) = x + 4", where x is the iteration count of
108    the loop_1.  Now we have to solve the inequality "x + 4 > 10",
109    and take the smallest iteration number for which the loop is
110    exited: x = 7.  This loop runs from x = 0 to x = 7, and in total
111    there are 8 iterations.  In terms of loop normalization, we have
112    created a variable that is implicitly defined, "x" or just "_1",
113    and all the other analyzed scalars of the loop are defined in
114    function of this variable:
115    
116    a -> 3
117    b -> {3, +, 1}_1
118    c -> {4, +, 1}_1
119      
120    or in terms of a C program: 
121      
122    | a = 3
123    | for (x = 0; x <= 7; x++)
124    |   {
125    |     b = x + 3
126    |     c = x + 4
127    |   }
128      
129    Example 2a: Illustration of the algorithm on nested loops.
130      
131    | loop_1
132    |   a = phi (1, b)
133    |   c = a + 2
134    |   loop_2  10 times
135    |     b = phi (c, d)
136    |     d = b + 3
137    |   endloop
138    | endloop
139      
140    For analyzing the scalar evolution of "a", the algorithm follows
141    the SSA edge into the loop's body: "a -> b".  "b" is an inner
142    loop-phi-node, and its analysis as in Example 1, gives: 
143      
144    b -> {c, +, 3}_2
145    d -> {c + 3, +, 3}_2
146      
147    Following the SSA edge for the initial condition, we end on "c = a
148    + 2", and then on the starting loop-phi-node "a".  From this point,
149    the loop stride is computed: back on "c = a + 2" we get a "+2" in
150    the loop_1, then on the loop-phi-node "b" we compute the overall
151    effect of the inner loop that is "b = c + 30", and we get a "+30"
152    in the loop_1.  That means that the overall stride in loop_1 is
153    equal to "+32", and the result is: 
154      
155    a -> {1, +, 32}_1
156    c -> {3, +, 32}_1
157
158    Example 2b: Multivariate chains of recurrences.
159
160    | loop_1
161    |   k = phi (0, k + 1)
162    |   loop_2  4 times
163    |     j = phi (0, j + 1)
164    |     loop_3 4 times
165    |       i = phi (0, i + 1)
166    |       A[j + k] = ...
167    |     endloop
168    |   endloop
169    | endloop
170
171    Analyzing the access function of array A with
172    instantiate_parameters (loop_1, "j + k"), we obtain the
173    instantiation and the analysis of the scalar variables "j" and "k"
174    in loop_1.  This leads to the scalar evolution {4, +, 1}_1: the end
175    value of loop_2 for "j" is 4, and the evolution of "k" in loop_1 is
176    {0, +, 1}_1.  To obtain the evolution function in loop_3 and
177    instantiate the scalar variables up to loop_1, one has to use:
178    instantiate_scev (block_before_loop (loop_1), loop_3, "j + k").
179    The result of this call is {{0, +, 1}_1, +, 1}_2.
180
181    Example 3: Higher degree polynomials.
182      
183    | loop_1
184    |   a = phi (2, b)
185    |   c = phi (5, d)
186    |   b = a + 1
187    |   d = c + a
188    | endloop
189      
190    a -> {2, +, 1}_1
191    b -> {3, +, 1}_1
192    c -> {5, +, a}_1
193    d -> {5 + a, +, a}_1
194      
195    instantiate_parameters (loop_1, {5, +, a}_1) -> {5, +, 2, +, 1}_1
196    instantiate_parameters (loop_1, {5 + a, +, a}_1) -> {7, +, 3, +, 1}_1
197      
198    Example 4: Lucas, Fibonacci, or mixers in general.
199      
200    | loop_1
201    |   a = phi (1, b)
202    |   c = phi (3, d)
203    |   b = c
204    |   d = c + a
205    | endloop
206      
207    a -> (1, c)_1
208    c -> {3, +, a}_1
209      
210    The syntax "(1, c)_1" stands for a PEELED_CHREC that has the
211    following semantics: during the first iteration of the loop_1, the
212    variable contains the value 1, and then it contains the value "c".
213    Note that this syntax is close to the syntax of the loop-phi-node:
214    "a -> (1, c)_1" vs. "a = phi (1, c)".
215      
216    The symbolic chrec representation contains all the semantics of the
217    original code.  What is more difficult is to use this information.
218      
219    Example 5: Flip-flops, or exchangers.
220      
221    | loop_1
222    |   a = phi (1, b)
223    |   c = phi (3, d)
224    |   b = c
225    |   d = a
226    | endloop
227      
228    a -> (1, c)_1
229    c -> (3, a)_1
230      
231    Based on these symbolic chrecs, it is possible to refine this
232    information into the more precise PERIODIC_CHRECs: 
233      
234    a -> |1, 3|_1
235    c -> |3, 1|_1
236      
237    This transformation is not yet implemented.
238      
239    Further readings:
240    
241    You can find a more detailed description of the algorithm in:
242    http://icps.u-strasbg.fr/~pop/DEA_03_Pop.pdf
243    http://icps.u-strasbg.fr/~pop/DEA_03_Pop.ps.gz.  But note that
244    this is a preliminary report and some of the details of the
245    algorithm have changed.  I'm working on a research report that
246    updates the description of the algorithms to reflect the design
247    choices used in this implementation.
248      
249    A set of slides show a high level overview of the algorithm and run
250    an example through the scalar evolution analyzer:
251    http://cri.ensmp.fr/~pop/gcc/mar04/slides.pdf
252
253    The slides that I have presented at the GCC Summit'04 are available
254    at: http://cri.ensmp.fr/~pop/gcc/20040604/gccsummit-lno-spop.pdf
255 */
256
257 #include "config.h"
258 #include "system.h"
259 #include "coretypes.h"
260 #include "tm.h"
261 #include "ggc.h"
262 #include "tree.h"
263 #include "real.h"
264
265 /* These RTL headers are needed for basic-block.h.  */
266 #include "rtl.h"
267 #include "basic-block.h"
268 #include "diagnostic.h"
269 #include "tree-flow.h"
270 #include "tree-dump.h"
271 #include "timevar.h"
272 #include "cfgloop.h"
273 #include "tree-chrec.h"
274 #include "tree-scalar-evolution.h"
275 #include "tree-pass.h"
276 #include "flags.h"
277 #include "params.h"
278
279 static tree analyze_scalar_evolution_1 (struct loop *, tree, tree);
280
281 /* The cached information about an SSA name VAR, claiming that below
282    basic block INSTANTIATED_BELOW, the value of VAR can be expressed
283    as CHREC.  */
284
285 struct GTY(()) scev_info_str {
286   basic_block instantiated_below;
287   tree var;
288   tree chrec;
289 };
290
291 /* Counters for the scev database.  */
292 static unsigned nb_set_scev = 0;
293 static unsigned nb_get_scev = 0;
294
295 /* The following trees are unique elements.  Thus the comparison of
296    another element to these elements should be done on the pointer to
297    these trees, and not on their value.  */
298
299 /* The SSA_NAMEs that are not yet analyzed are qualified with NULL_TREE.  */
300 tree chrec_not_analyzed_yet;
301
302 /* Reserved to the cases where the analyzer has detected an
303    undecidable property at compile time.  */
304 tree chrec_dont_know;
305
306 /* When the analyzer has detected that a property will never
307    happen, then it qualifies it with chrec_known.  */
308 tree chrec_known;
309
310 static GTY ((param_is (struct scev_info_str))) htab_t scalar_evolution_info;
311
312 \f
313 /* Constructs a new SCEV_INFO_STR structure for VAR and INSTANTIATED_BELOW.  */
314
315 static inline struct scev_info_str *
316 new_scev_info_str (basic_block instantiated_below, tree var)
317 {
318   struct scev_info_str *res;
319   
320   res = GGC_NEW (struct scev_info_str);
321   res->var = var;
322   res->chrec = chrec_not_analyzed_yet;
323   res->instantiated_below = instantiated_below;
324
325   return res;
326 }
327
328 /* Computes a hash function for database element ELT.  */
329
330 static hashval_t
331 hash_scev_info (const void *elt)
332 {
333   return SSA_NAME_VERSION (((const struct scev_info_str *) elt)->var);
334 }
335
336 /* Compares database elements E1 and E2.  */
337
338 static int
339 eq_scev_info (const void *e1, const void *e2)
340 {
341   const struct scev_info_str *elt1 = (const struct scev_info_str *) e1;
342   const struct scev_info_str *elt2 = (const struct scev_info_str *) e2;
343
344   return (elt1->var == elt2->var
345           && elt1->instantiated_below == elt2->instantiated_below);
346 }
347
348 /* Deletes database element E.  */
349
350 static void
351 del_scev_info (void *e)
352 {
353   ggc_free (e);
354 }
355
356 /* Get the scalar evolution of VAR for INSTANTIATED_BELOW basic block.
357    A first query on VAR returns chrec_not_analyzed_yet.  */
358
359 static tree *
360 find_var_scev_info (basic_block instantiated_below, tree var)
361 {
362   struct scev_info_str *res;
363   struct scev_info_str tmp;
364   PTR *slot;
365
366   tmp.var = var;
367   tmp.instantiated_below = instantiated_below;
368   slot = htab_find_slot (scalar_evolution_info, &tmp, INSERT);
369
370   if (!*slot)
371     *slot = new_scev_info_str (instantiated_below, var);
372   res = (struct scev_info_str *) *slot;
373
374   return &res->chrec;
375 }
376
377 /* Return true when CHREC contains symbolic names defined in
378    LOOP_NB.  */
379
380 bool 
381 chrec_contains_symbols_defined_in_loop (const_tree chrec, unsigned loop_nb)
382 {
383   int i, n;
384
385   if (chrec == NULL_TREE)
386     return false;
387
388   if (is_gimple_min_invariant (chrec))
389     return false;
390
391   if (TREE_CODE (chrec) == VAR_DECL
392       || TREE_CODE (chrec) == PARM_DECL
393       || TREE_CODE (chrec) == FUNCTION_DECL
394       || TREE_CODE (chrec) == LABEL_DECL
395       || TREE_CODE (chrec) == RESULT_DECL
396       || TREE_CODE (chrec) == FIELD_DECL)
397     return true;
398
399   if (TREE_CODE (chrec) == SSA_NAME)
400     {
401       gimple def = SSA_NAME_DEF_STMT (chrec);
402       struct loop *def_loop = loop_containing_stmt (def);
403       struct loop *loop = get_loop (loop_nb);
404
405       if (def_loop == NULL)
406         return false;
407
408       if (loop == def_loop || flow_loop_nested_p (loop, def_loop))
409         return true;
410
411       return false;
412     }
413
414   n = TREE_OPERAND_LENGTH (chrec);
415   for (i = 0; i < n; i++)
416     if (chrec_contains_symbols_defined_in_loop (TREE_OPERAND (chrec, i), 
417                                                 loop_nb))
418       return true;
419   return false;
420 }
421
422 /* Return true when PHI is a loop-phi-node.  */
423
424 static bool
425 loop_phi_node_p (gimple phi)
426 {
427   /* The implementation of this function is based on the following
428      property: "all the loop-phi-nodes of a loop are contained in the
429      loop's header basic block".  */
430
431   return loop_containing_stmt (phi)->header == gimple_bb (phi);
432 }
433
434 /* Compute the scalar evolution for EVOLUTION_FN after crossing LOOP.
435    In general, in the case of multivariate evolutions we want to get
436    the evolution in different loops.  LOOP specifies the level for
437    which to get the evolution.
438    
439    Example:
440    
441    | for (j = 0; j < 100; j++)
442    |   {
443    |     for (k = 0; k < 100; k++)
444    |       {
445    |         i = k + j;   - Here the value of i is a function of j, k. 
446    |       }
447    |      ... = i         - Here the value of i is a function of j. 
448    |   }
449    | ... = i              - Here the value of i is a scalar.  
450    
451    Example:  
452    
453    | i_0 = ...
454    | loop_1 10 times
455    |   i_1 = phi (i_0, i_2)
456    |   i_2 = i_1 + 2
457    | endloop
458     
459    This loop has the same effect as:
460    LOOP_1 has the same effect as:
461     
462    | i_1 = i_0 + 20
463    
464    The overall effect of the loop, "i_0 + 20" in the previous example, 
465    is obtained by passing in the parameters: LOOP = 1, 
466    EVOLUTION_FN = {i_0, +, 2}_1.
467 */
468  
469 tree
470 compute_overall_effect_of_inner_loop (struct loop *loop, tree evolution_fn)
471 {
472   bool val = false;
473
474   if (evolution_fn == chrec_dont_know)
475     return chrec_dont_know;
476
477   else if (TREE_CODE (evolution_fn) == POLYNOMIAL_CHREC)
478     {
479       struct loop *inner_loop = get_chrec_loop (evolution_fn);
480
481       if (inner_loop == loop
482           || flow_loop_nested_p (loop, inner_loop))
483         {
484           tree nb_iter = number_of_latch_executions (inner_loop);
485
486           if (nb_iter == chrec_dont_know)
487             return chrec_dont_know;
488           else
489             {
490               tree res;
491
492               /* evolution_fn is the evolution function in LOOP.  Get
493                  its value in the nb_iter-th iteration.  */
494               res = chrec_apply (inner_loop->num, evolution_fn, nb_iter);
495
496               if (chrec_contains_symbols_defined_in_loop (res, loop->num))
497                 res = instantiate_parameters (loop, res);
498
499               /* Continue the computation until ending on a parent of LOOP.  */
500               return compute_overall_effect_of_inner_loop (loop, res);
501             }
502         }
503       else
504         return evolution_fn;
505      }
506   
507   /* If the evolution function is an invariant, there is nothing to do.  */
508   else if (no_evolution_in_loop_p (evolution_fn, loop->num, &val) && val)
509     return evolution_fn;
510   
511   else
512     return chrec_dont_know;
513 }
514
515 /* Determine whether the CHREC is always positive/negative.  If the expression
516    cannot be statically analyzed, return false, otherwise set the answer into
517    VALUE.  */
518
519 bool
520 chrec_is_positive (tree chrec, bool *value)
521 {
522   bool value0, value1, value2;
523   tree end_value, nb_iter;
524   
525   switch (TREE_CODE (chrec))
526     {
527     case POLYNOMIAL_CHREC:
528       if (!chrec_is_positive (CHREC_LEFT (chrec), &value0)
529           || !chrec_is_positive (CHREC_RIGHT (chrec), &value1))
530         return false;
531      
532       /* FIXME -- overflows.  */
533       if (value0 == value1)
534         {
535           *value = value0;
536           return true;
537         }
538
539       /* Otherwise the chrec is under the form: "{-197, +, 2}_1",
540          and the proof consists in showing that the sign never
541          changes during the execution of the loop, from 0 to
542          loop->nb_iterations.  */
543       if (!evolution_function_is_affine_p (chrec))
544         return false;
545
546       nb_iter = number_of_latch_executions (get_chrec_loop (chrec));
547       if (chrec_contains_undetermined (nb_iter))
548         return false;
549
550 #if 0
551       /* TODO -- If the test is after the exit, we may decrease the number of
552          iterations by one.  */
553       if (after_exit)
554         nb_iter = chrec_fold_minus (type, nb_iter, build_int_cst (type, 1));
555 #endif
556
557       end_value = chrec_apply (CHREC_VARIABLE (chrec), chrec, nb_iter);
558               
559       if (!chrec_is_positive (end_value, &value2))
560         return false;
561         
562       *value = value0;
563       return value0 == value1;
564       
565     case INTEGER_CST:
566       *value = (tree_int_cst_sgn (chrec) == 1);
567       return true;
568       
569     default:
570       return false;
571     }
572 }
573
574 /* Associate CHREC to SCALAR.  */
575
576 static void
577 set_scalar_evolution (basic_block instantiated_below, tree scalar, tree chrec)
578 {
579   tree *scalar_info;
580  
581   if (TREE_CODE (scalar) != SSA_NAME)
582     return;
583
584   scalar_info = find_var_scev_info (instantiated_below, scalar);
585   
586   if (dump_file)
587     {
588       if (dump_flags & TDF_DETAILS)
589         {
590           fprintf (dump_file, "(set_scalar_evolution \n");
591           fprintf (dump_file, "  instantiated_below = %d \n",
592                    instantiated_below->index);
593           fprintf (dump_file, "  (scalar = ");
594           print_generic_expr (dump_file, scalar, 0);
595           fprintf (dump_file, ")\n  (scalar_evolution = ");
596           print_generic_expr (dump_file, chrec, 0);
597           fprintf (dump_file, "))\n");
598         }
599       if (dump_flags & TDF_STATS)
600         nb_set_scev++;
601     }
602   
603   *scalar_info = chrec;
604 }
605
606 /* Retrieve the chrec associated to SCALAR instantiated below
607    INSTANTIATED_BELOW block.  */
608
609 static tree
610 get_scalar_evolution (basic_block instantiated_below, tree scalar)
611 {
612   tree res;
613   
614   if (dump_file)
615     {
616       if (dump_flags & TDF_DETAILS)
617         {
618           fprintf (dump_file, "(get_scalar_evolution \n");
619           fprintf (dump_file, "  (scalar = ");
620           print_generic_expr (dump_file, scalar, 0);
621           fprintf (dump_file, ")\n");
622         }
623       if (dump_flags & TDF_STATS)
624         nb_get_scev++;
625     }
626   
627   switch (TREE_CODE (scalar))
628     {
629     case SSA_NAME:
630       res = *find_var_scev_info (instantiated_below, scalar);
631       break;
632
633     case REAL_CST:
634     case FIXED_CST:
635     case INTEGER_CST:
636       res = scalar;
637       break;
638
639     default:
640       res = chrec_not_analyzed_yet;
641       break;
642     }
643   
644   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
645     {
646       fprintf (dump_file, "  (scalar_evolution = ");
647       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
648       fprintf (dump_file, "))\n");
649     }
650   
651   return res;
652 }
653
654 /* Helper function for add_to_evolution.  Returns the evolution
655    function for an assignment of the form "a = b + c", where "a" and
656    "b" are on the strongly connected component.  CHREC_BEFORE is the
657    information that we already have collected up to this point.
658    TO_ADD is the evolution of "c".  
659    
660    When CHREC_BEFORE has an evolution part in LOOP_NB, add to this
661    evolution the expression TO_ADD, otherwise construct an evolution
662    part for this loop.  */
663
664 static tree
665 add_to_evolution_1 (unsigned loop_nb, tree chrec_before, tree to_add,
666                     gimple at_stmt)
667 {
668   tree type, left, right;
669   struct loop *loop = get_loop (loop_nb), *chloop;
670
671   switch (TREE_CODE (chrec_before))
672     {
673     case POLYNOMIAL_CHREC:
674       chloop = get_chrec_loop (chrec_before);
675       if (chloop == loop
676           || flow_loop_nested_p (chloop, loop))
677         {
678           unsigned var;
679
680           type = chrec_type (chrec_before);
681           
682           /* When there is no evolution part in this loop, build it.  */
683           if (chloop != loop)
684             {
685               var = loop_nb;
686               left = chrec_before;
687               right = SCALAR_FLOAT_TYPE_P (type)
688                 ? build_real (type, dconst0)
689                 : build_int_cst (type, 0);
690             }
691           else
692             {
693               var = CHREC_VARIABLE (chrec_before);
694               left = CHREC_LEFT (chrec_before);
695               right = CHREC_RIGHT (chrec_before);
696             }
697
698           to_add = chrec_convert (type, to_add, at_stmt);
699           right = chrec_convert_rhs (type, right, at_stmt);
700           right = chrec_fold_plus (chrec_type (right), right, to_add);
701           return build_polynomial_chrec (var, left, right);
702         }
703       else
704         {
705           gcc_assert (flow_loop_nested_p (loop, chloop));
706
707           /* Search the evolution in LOOP_NB.  */
708           left = add_to_evolution_1 (loop_nb, CHREC_LEFT (chrec_before),
709                                      to_add, at_stmt);
710           right = CHREC_RIGHT (chrec_before);
711           right = chrec_convert_rhs (chrec_type (left), right, at_stmt);
712           return build_polynomial_chrec (CHREC_VARIABLE (chrec_before),
713                                          left, right);
714         }
715       
716     default:
717       /* These nodes do not depend on a loop.  */
718       if (chrec_before == chrec_dont_know)
719         return chrec_dont_know;
720
721       left = chrec_before;
722       right = chrec_convert_rhs (chrec_type (left), to_add, at_stmt);
723       return build_polynomial_chrec (loop_nb, left, right);
724     }
725 }
726
727 /* Add TO_ADD to the evolution part of CHREC_BEFORE in the dimension
728    of LOOP_NB.  
729    
730    Description (provided for completeness, for those who read code in
731    a plane, and for my poor 62 bytes brain that would have forgotten
732    all this in the next two or three months):
733    
734    The algorithm of translation of programs from the SSA representation
735    into the chrecs syntax is based on a pattern matching.  After having
736    reconstructed the overall tree expression for a loop, there are only
737    two cases that can arise:
738    
739    1. a = loop-phi (init, a + expr)
740    2. a = loop-phi (init, expr)
741    
742    where EXPR is either a scalar constant with respect to the analyzed
743    loop (this is a degree 0 polynomial), or an expression containing
744    other loop-phi definitions (these are higher degree polynomials).
745    
746    Examples:
747    
748    1. 
749    | init = ...
750    | loop_1
751    |   a = phi (init, a + 5)
752    | endloop
753    
754    2. 
755    | inita = ...
756    | initb = ...
757    | loop_1
758    |   a = phi (inita, 2 * b + 3)
759    |   b = phi (initb, b + 1)
760    | endloop
761    
762    For the first case, the semantics of the SSA representation is: 
763    
764    | a (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} expr (j)
765    
766    that is, there is a loop index "x" that determines the scalar value
767    of the variable during the loop execution.  During the first
768    iteration, the value is that of the initial condition INIT, while
769    during the subsequent iterations, it is the sum of the initial
770    condition with the sum of all the values of EXPR from the initial
771    iteration to the before last considered iteration.  
772    
773    For the second case, the semantics of the SSA program is:
774    
775    | a (x) = init, if x = 0;
776    |         expr (x - 1), otherwise.
777    
778    The second case corresponds to the PEELED_CHREC, whose syntax is
779    close to the syntax of a loop-phi-node: 
780    
781    | phi (init, expr)  vs.  (init, expr)_x
782    
783    The proof of the translation algorithm for the first case is a
784    proof by structural induction based on the degree of EXPR.  
785    
786    Degree 0:
787    When EXPR is a constant with respect to the analyzed loop, or in
788    other words when EXPR is a polynomial of degree 0, the evolution of
789    the variable A in the loop is an affine function with an initial
790    condition INIT, and a step EXPR.  In order to show this, we start
791    from the semantics of the SSA representation:
792    
793    f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} expr (j)
794    
795    and since "expr (j)" is a constant with respect to "j",
796    
797    f (x) = init + x * expr 
798    
799    Finally, based on the semantics of the pure sum chrecs, by
800    identification we get the corresponding chrecs syntax:
801    
802    f (x) = init * \binom{x}{0} + expr * \binom{x}{1} 
803    f (x) -> {init, +, expr}_x
804    
805    Higher degree:
806    Suppose that EXPR is a polynomial of degree N with respect to the
807    analyzed loop_x for which we have already determined that it is
808    written under the chrecs syntax:
809    
810    | expr (x)  ->  {b_0, +, b_1, +, ..., +, b_{n-1}} (x)
811    
812    We start from the semantics of the SSA program:
813    
814    | f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} expr (j)
815    |
816    | f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} 
817    |                (b_0 * \binom{j}{0} + ... + b_{n-1} * \binom{j}{n-1})
818    |
819    | f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} 
820    |                \sum_{k = 0}^{n - 1} (b_k * \binom{j}{k}) 
821    |
822    | f (x) = init + \sum_{k = 0}^{n - 1} 
823    |                (b_k * \sum_{j = 0}^{x - 1} \binom{j}{k}) 
824    |
825    | f (x) = init + \sum_{k = 0}^{n - 1} 
826    |                (b_k * \binom{x}{k + 1}) 
827    |
828    | f (x) = init + b_0 * \binom{x}{1} + ... 
829    |              + b_{n-1} * \binom{x}{n} 
830    |
831    | f (x) = init * \binom{x}{0} + b_0 * \binom{x}{1} + ... 
832    |                             + b_{n-1} * \binom{x}{n} 
833    |
834    
835    And finally from the definition of the chrecs syntax, we identify:
836    | f (x)  ->  {init, +, b_0, +, ..., +, b_{n-1}}_x 
837    
838    This shows the mechanism that stands behind the add_to_evolution
839    function.  An important point is that the use of symbolic
840    parameters avoids the need of an analysis schedule.
841    
842    Example:
843    
844    | inita = ...
845    | initb = ...
846    | loop_1 
847    |   a = phi (inita, a + 2 + b)
848    |   b = phi (initb, b + 1)
849    | endloop
850    
851    When analyzing "a", the algorithm keeps "b" symbolically:
852    
853    | a  ->  {inita, +, 2 + b}_1
854    
855    Then, after instantiation, the analyzer ends on the evolution:
856    
857    | a  ->  {inita, +, 2 + initb, +, 1}_1
858
859 */
860
861 static tree 
862 add_to_evolution (unsigned loop_nb, tree chrec_before, enum tree_code code,
863                   tree to_add, gimple at_stmt)
864 {
865   tree type = chrec_type (to_add);
866   tree res = NULL_TREE;
867   
868   if (to_add == NULL_TREE)
869     return chrec_before;
870   
871   /* TO_ADD is either a scalar, or a parameter.  TO_ADD is not
872      instantiated at this point.  */
873   if (TREE_CODE (to_add) == POLYNOMIAL_CHREC)
874     /* This should not happen.  */
875     return chrec_dont_know;
876   
877   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
878     {
879       fprintf (dump_file, "(add_to_evolution \n");
880       fprintf (dump_file, "  (loop_nb = %d)\n", loop_nb);
881       fprintf (dump_file, "  (chrec_before = ");
882       print_generic_expr (dump_file, chrec_before, 0);
883       fprintf (dump_file, ")\n  (to_add = ");
884       print_generic_expr (dump_file, to_add, 0);
885       fprintf (dump_file, ")\n");
886     }
887
888   if (code == MINUS_EXPR)
889     to_add = chrec_fold_multiply (type, to_add, SCALAR_FLOAT_TYPE_P (type)
890                                   ? build_real (type, dconstm1)
891                                   : build_int_cst_type (type, -1));
892
893   res = add_to_evolution_1 (loop_nb, chrec_before, to_add, at_stmt);
894
895   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
896     {
897       fprintf (dump_file, "  (res = ");
898       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
899       fprintf (dump_file, "))\n");
900     }
901
902   return res;
903 }
904
905 /* Helper function.  */
906
907 static inline tree
908 set_nb_iterations_in_loop (struct loop *loop, 
909                            tree res)
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 /* For a loop with a single exit edge, return the COND_EXPR that
929    guards the exit edge.  If the expression is too difficult to
930    analyze, then give up.  */
931
932 gimple 
933 get_loop_exit_condition (const struct loop *loop)
934 {
935   gimple res = NULL;
936   edge exit_edge = single_exit (loop);
937   
938   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
939     fprintf (dump_file, "(get_loop_exit_condition \n  ");
940   
941   if (exit_edge)
942     {
943       gimple stmt;
944       
945       stmt = last_stmt (exit_edge->src);
946       if (gimple_code (stmt) == GIMPLE_COND)
947         res = stmt;
948     }
949   
950   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
951     {
952       print_gimple_stmt (dump_file, res, 0, 0);
953       fprintf (dump_file, ")\n");
954     }
955   
956   return res;
957 }
958
959 /* Recursively determine and enqueue the exit conditions for a loop.  */
960
961 static void 
962 get_exit_conditions_rec (struct loop *loop, 
963                          VEC(gimple,heap) **exit_conditions)
964 {
965   if (!loop)
966     return;
967   
968   /* Recurse on the inner loops, then on the next (sibling) loops.  */
969   get_exit_conditions_rec (loop->inner, exit_conditions);
970   get_exit_conditions_rec (loop->next, exit_conditions);
971   
972   if (single_exit (loop))
973     {
974       gimple loop_condition = get_loop_exit_condition (loop);
975       
976       if (loop_condition)
977         VEC_safe_push (gimple, heap, *exit_conditions, loop_condition);
978     }
979 }
980
981 /* Select the candidate loop nests for the analysis.  This function
982    initializes the EXIT_CONDITIONS array.  */
983
984 static void
985 select_loops_exit_conditions (VEC(gimple,heap) **exit_conditions)
986 {
987   struct loop *function_body = current_loops->tree_root;
988   
989   get_exit_conditions_rec (function_body->inner, exit_conditions);
990 }
991
992 \f
993 /* Depth first search algorithm.  */
994
995 typedef enum t_bool {
996   t_false,
997   t_true,
998   t_dont_know
999 } t_bool;
1000
1001
1002 static t_bool follow_ssa_edge (struct loop *loop, gimple, gimple, tree *, int);
1003
1004 /* Follow the ssa edge into the binary expression RHS0 CODE RHS1.
1005    Return true if the strongly connected component has been found.  */
1006
1007 static t_bool
1008 follow_ssa_edge_binary (struct loop *loop, gimple at_stmt,
1009                         tree type, tree rhs0, enum tree_code code, tree rhs1,
1010                         gimple halting_phi, tree *evolution_of_loop, int limit)
1011 {
1012   t_bool res = t_false;
1013   tree evol;
1014
1015   switch (code)
1016     {
1017     case POINTER_PLUS_EXPR:
1018     case PLUS_EXPR:
1019       if (TREE_CODE (rhs0) == SSA_NAME)
1020         {
1021           if (TREE_CODE (rhs1) == SSA_NAME)
1022             {
1023               /* Match an assignment under the form: 
1024                  "a = b + c".  */
1025       
1026               /* We want only assignments of form "name + name" contribute to
1027                  LIMIT, as the other cases do not necessarily contribute to
1028                  the complexity of the expression.  */
1029               limit++;
1030
1031               evol = *evolution_of_loop;
1032               res = follow_ssa_edge 
1033                 (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs0), halting_phi, &evol, limit);
1034               
1035               if (res == t_true)
1036                 *evolution_of_loop = add_to_evolution 
1037                   (loop->num, 
1038                    chrec_convert (type, evol, at_stmt), 
1039                    code, rhs1, at_stmt);
1040               
1041               else if (res == t_false)
1042                 {
1043                   res = follow_ssa_edge 
1044                     (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs1), halting_phi, 
1045                      evolution_of_loop, limit);
1046                   
1047                   if (res == t_true)
1048                     *evolution_of_loop = add_to_evolution 
1049                       (loop->num, 
1050                        chrec_convert (type, *evolution_of_loop, at_stmt), 
1051                        code, rhs0, at_stmt);
1052
1053                   else if (res == t_dont_know)
1054                     *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1055                 }
1056
1057               else if (res == t_dont_know)
1058                 *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1059             }
1060           
1061           else
1062             {
1063               /* Match an assignment under the form: 
1064                  "a = b + ...".  */
1065               res = follow_ssa_edge 
1066                 (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs0), halting_phi, 
1067                  evolution_of_loop, limit);
1068               if (res == t_true)
1069                 *evolution_of_loop = add_to_evolution 
1070                   (loop->num, chrec_convert (type, *evolution_of_loop,
1071                                              at_stmt),
1072                    code, rhs1, at_stmt);
1073
1074               else if (res == t_dont_know)
1075                 *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1076             }
1077         }
1078       
1079       else if (TREE_CODE (rhs1) == SSA_NAME)
1080         {
1081           /* Match an assignment under the form: 
1082              "a = ... + c".  */
1083           res = follow_ssa_edge 
1084             (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs1), halting_phi, 
1085              evolution_of_loop, limit);
1086           if (res == t_true)
1087             *evolution_of_loop = add_to_evolution 
1088               (loop->num, chrec_convert (type, *evolution_of_loop,
1089                                          at_stmt),
1090                code, rhs0, at_stmt);
1091
1092           else if (res == t_dont_know)
1093             *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1094         }
1095
1096       else
1097         /* Otherwise, match an assignment under the form: 
1098            "a = ... + ...".  */
1099         /* And there is nothing to do.  */
1100         res = t_false;
1101       break;
1102       
1103     case MINUS_EXPR:
1104       /* This case is under the form "opnd0 = rhs0 - rhs1".  */
1105       if (TREE_CODE (rhs0) == SSA_NAME)
1106         {
1107           /* Match an assignment under the form: 
1108              "a = b - ...".  */
1109
1110           /* We want only assignments of form "name - name" contribute to
1111              LIMIT, as the other cases do not necessarily contribute to
1112              the complexity of the expression.  */
1113           if (TREE_CODE (rhs1) == SSA_NAME)
1114             limit++;
1115
1116           res = follow_ssa_edge (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs0), halting_phi, 
1117                                  evolution_of_loop, limit);
1118           if (res == t_true)
1119             *evolution_of_loop = add_to_evolution 
1120               (loop->num, chrec_convert (type, *evolution_of_loop, at_stmt),
1121                MINUS_EXPR, rhs1, at_stmt);
1122
1123           else if (res == t_dont_know)
1124             *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1125         }
1126       else
1127         /* Otherwise, match an assignment under the form: 
1128            "a = ... - ...".  */
1129         /* And there is nothing to do.  */
1130         res = t_false;
1131       break;
1132
1133     default:
1134       res = t_false;
1135     }
1136
1137   return res;
1138 }
1139     
1140 /* Follow the ssa edge into the expression EXPR.
1141    Return true if the strongly connected component has been found.  */
1142
1143 static t_bool
1144 follow_ssa_edge_expr (struct loop *loop, gimple at_stmt, tree expr, 
1145                       gimple halting_phi, tree *evolution_of_loop, int limit)
1146 {
1147   enum tree_code code = TREE_CODE (expr);
1148   tree type = TREE_TYPE (expr), rhs0, rhs1;
1149   t_bool res;
1150
1151   /* The EXPR is one of the following cases:
1152      - an SSA_NAME, 
1153      - an INTEGER_CST,
1154      - a PLUS_EXPR, 
1155      - a POINTER_PLUS_EXPR, 
1156      - a MINUS_EXPR,
1157      - an ASSERT_EXPR,
1158      - other cases are not yet handled.  */
1159
1160   switch (code)
1161     {
1162     CASE_CONVERT:
1163       /* This assignment is under the form "a_1 = (cast) rhs.  */
1164       res = follow_ssa_edge_expr (loop, at_stmt, TREE_OPERAND (expr, 0),
1165                                   halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1166       *evolution_of_loop = chrec_convert (type, *evolution_of_loop, at_stmt);
1167       break;
1168
1169     case INTEGER_CST:
1170       /* This assignment is under the form "a_1 = 7".  */
1171       res = t_false;
1172       break;
1173
1174     case SSA_NAME:
1175       /* This assignment is under the form: "a_1 = b_2".  */
1176       res = follow_ssa_edge 
1177         (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (expr), halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1178       break;
1179
1180     case POINTER_PLUS_EXPR:
1181     case PLUS_EXPR:
1182     case MINUS_EXPR:
1183       /* This case is under the form "rhs0 +- rhs1".  */
1184       rhs0 = TREE_OPERAND (expr, 0);
1185       rhs1 = TREE_OPERAND (expr, 1);
1186       type = TREE_TYPE (rhs0);
1187       STRIP_USELESS_TYPE_CONVERSION (rhs0);
1188       STRIP_USELESS_TYPE_CONVERSION (rhs1);
1189       res = follow_ssa_edge_binary (loop, at_stmt, type, rhs0, code, rhs1,
1190                                     halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1191       break;
1192
1193     case ASSERT_EXPR:
1194       /* This assignment is of the form: "a_1 = ASSERT_EXPR <a_2, ...>"
1195          It must be handled as a copy assignment of the form a_1 = a_2.  */
1196       rhs0 = ASSERT_EXPR_VAR (expr);
1197       if (TREE_CODE (rhs0) == SSA_NAME)
1198         res = follow_ssa_edge (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs0),
1199                                halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1200       else
1201         res = t_false;
1202       break;
1203
1204     default:
1205       res = t_false;
1206       break;
1207     }
1208
1209   return res;
1210 }
1211
1212 /* Follow the ssa edge into the right hand side of an assignment STMT.
1213    Return true if the strongly connected component has been found.  */
1214
1215 static t_bool
1216 follow_ssa_edge_in_rhs (struct loop *loop, gimple stmt,
1217                         gimple halting_phi, tree *evolution_of_loop, int limit)
1218 {
1219   enum tree_code code = gimple_assign_rhs_code (stmt);
1220   tree type = gimple_expr_type (stmt), rhs1, rhs2;
1221   t_bool res;
1222
1223   switch (code)
1224     {
1225     CASE_CONVERT:
1226       /* This assignment is under the form "a_1 = (cast) rhs.  */
1227       res = follow_ssa_edge_expr (loop, stmt, gimple_assign_rhs1 (stmt),
1228                                   halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1229       *evolution_of_loop = chrec_convert (type, *evolution_of_loop, stmt);
1230       break;
1231
1232     case POINTER_PLUS_EXPR:
1233     case PLUS_EXPR:
1234     case MINUS_EXPR:
1235       rhs1 = gimple_assign_rhs1 (stmt);
1236       rhs2 = gimple_assign_rhs2 (stmt);
1237       type = TREE_TYPE (rhs1);
1238       res = follow_ssa_edge_binary (loop, stmt, type, rhs1, code, rhs2,
1239                                     halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1240       break;
1241
1242     default:
1243       if (get_gimple_rhs_class (code) == GIMPLE_SINGLE_RHS)
1244         res = follow_ssa_edge_expr (loop, stmt, gimple_assign_rhs1 (stmt),
1245                                     halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1246       else
1247         res = t_false;
1248       break;
1249     }
1250
1251   return res;
1252 }
1253
1254 /* Checks whether the I-th argument of a PHI comes from a backedge.  */
1255
1256 static bool
1257 backedge_phi_arg_p (gimple phi, int i)
1258 {
1259   const_edge e = gimple_phi_arg_edge (phi, i);
1260
1261   /* We would in fact like to test EDGE_DFS_BACK here, but we do not care
1262      about updating it anywhere, and this should work as well most of the
1263      time.  */
1264   if (e->flags & EDGE_IRREDUCIBLE_LOOP)
1265     return true;
1266
1267   return false;
1268 }
1269
1270 /* Helper function for one branch of the condition-phi-node.  Return
1271    true if the strongly connected component has been found following
1272    this path.  */
1273
1274 static inline t_bool
1275 follow_ssa_edge_in_condition_phi_branch (int i,
1276                                          struct loop *loop, 
1277                                          gimple condition_phi, 
1278                                          gimple halting_phi,
1279                                          tree *evolution_of_branch,
1280                                          tree init_cond, int limit)
1281 {
1282   tree branch = PHI_ARG_DEF (condition_phi, i);
1283   *evolution_of_branch = chrec_dont_know;
1284
1285   /* Do not follow back edges (they must belong to an irreducible loop, which
1286      we really do not want to worry about).  */
1287   if (backedge_phi_arg_p (condition_phi, i))
1288     return t_false;
1289
1290   if (TREE_CODE (branch) == SSA_NAME)
1291     {
1292       *evolution_of_branch = init_cond;
1293       return follow_ssa_edge (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (branch), halting_phi, 
1294                               evolution_of_branch, limit);
1295     }
1296
1297   /* This case occurs when one of the condition branches sets 
1298      the variable to a constant: i.e. a phi-node like
1299      "a_2 = PHI <a_7(5), 2(6)>;".  
1300          
1301      FIXME:  This case have to be refined correctly: 
1302      in some cases it is possible to say something better than
1303      chrec_dont_know, for example using a wrap-around notation.  */
1304   return t_false;
1305 }
1306
1307 /* This function merges the branches of a condition-phi-node in a
1308    loop.  */
1309
1310 static t_bool
1311 follow_ssa_edge_in_condition_phi (struct loop *loop,
1312                                   gimple condition_phi, 
1313                                   gimple halting_phi, 
1314                                   tree *evolution_of_loop, int limit)
1315 {
1316   int i, n;
1317   tree init = *evolution_of_loop;
1318   tree evolution_of_branch;
1319   t_bool res = follow_ssa_edge_in_condition_phi_branch (0, loop, condition_phi,
1320                                                         halting_phi,
1321                                                         &evolution_of_branch,
1322                                                         init, limit);
1323   if (res == t_false || res == t_dont_know)
1324     return res;
1325
1326   *evolution_of_loop = evolution_of_branch;
1327
1328   n = gimple_phi_num_args (condition_phi);
1329   for (i = 1; i < n; i++)
1330     {
1331       /* Quickly give up when the evolution of one of the branches is
1332          not known.  */
1333       if (*evolution_of_loop == chrec_dont_know)
1334         return t_true;
1335
1336       /* Increase the limit by the PHI argument number to avoid exponential
1337          time and memory complexity.  */
1338       res = follow_ssa_edge_in_condition_phi_branch (i, loop, condition_phi,
1339                                                      halting_phi,
1340                                                      &evolution_of_branch,
1341                                                      init, limit + i);
1342       if (res == t_false || res == t_dont_know)
1343         return res;
1344
1345       *evolution_of_loop = chrec_merge (*evolution_of_loop,
1346                                         evolution_of_branch);
1347     }
1348   
1349   return t_true;
1350 }
1351
1352 /* Follow an SSA edge in an inner loop.  It computes the overall
1353    effect of the loop, and following the symbolic initial conditions,
1354    it follows the edges in the parent loop.  The inner loop is
1355    considered as a single statement.  */
1356
1357 static t_bool
1358 follow_ssa_edge_inner_loop_phi (struct loop *outer_loop,
1359                                 gimple loop_phi_node, 
1360                                 gimple halting_phi,
1361                                 tree *evolution_of_loop, int limit)
1362 {
1363   struct loop *loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1364   tree ev = analyze_scalar_evolution (loop, PHI_RESULT (loop_phi_node));
1365
1366   /* Sometimes, the inner loop is too difficult to analyze, and the
1367      result of the analysis is a symbolic parameter.  */
1368   if (ev == PHI_RESULT (loop_phi_node))
1369     {
1370       t_bool res = t_false;
1371       int i, n = gimple_phi_num_args (loop_phi_node);
1372
1373       for (i = 0; i < n; i++)
1374         {
1375           tree arg = PHI_ARG_DEF (loop_phi_node, i);
1376           basic_block bb;
1377
1378           /* Follow the edges that exit the inner loop.  */
1379           bb = gimple_phi_arg_edge (loop_phi_node, i)->src;
1380           if (!flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1381             res = follow_ssa_edge_expr (outer_loop, loop_phi_node,
1382                                         arg, halting_phi,
1383                                         evolution_of_loop, limit);
1384           if (res == t_true)
1385             break;
1386         }
1387
1388       /* If the path crosses this loop-phi, give up.  */
1389       if (res == t_true)
1390         *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1391
1392       return res;
1393     }
1394
1395   /* Otherwise, compute the overall effect of the inner loop.  */
1396   ev = compute_overall_effect_of_inner_loop (loop, ev);
1397   return follow_ssa_edge_expr (outer_loop, loop_phi_node, ev, halting_phi,
1398                                evolution_of_loop, limit);
1399 }
1400
1401 /* Follow an SSA edge from a loop-phi-node to itself, constructing a
1402    path that is analyzed on the return walk.  */
1403
1404 static t_bool
1405 follow_ssa_edge (struct loop *loop, gimple def, gimple halting_phi,
1406                  tree *evolution_of_loop, int limit)
1407 {
1408   struct loop *def_loop;
1409   
1410   if (gimple_nop_p (def))
1411     return t_false;
1412   
1413   /* Give up if the path is longer than the MAX that we allow.  */
1414   if (limit > PARAM_VALUE (PARAM_SCEV_MAX_EXPR_SIZE))
1415     return t_dont_know;
1416   
1417   def_loop = loop_containing_stmt (def);
1418   
1419   switch (gimple_code (def))
1420     {
1421     case GIMPLE_PHI:
1422       if (!loop_phi_node_p (def))
1423         /* DEF is a condition-phi-node.  Follow the branches, and
1424            record their evolutions.  Finally, merge the collected
1425            information and set the approximation to the main
1426            variable.  */
1427         return follow_ssa_edge_in_condition_phi 
1428           (loop, def, halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1429
1430       /* When the analyzed phi is the halting_phi, the
1431          depth-first search is over: we have found a path from
1432          the halting_phi to itself in the loop.  */
1433       if (def == halting_phi)
1434         return t_true;
1435           
1436       /* Otherwise, the evolution of the HALTING_PHI depends
1437          on the evolution of another loop-phi-node, i.e. the
1438          evolution function is a higher degree polynomial.  */
1439       if (def_loop == loop)
1440         return t_false;
1441           
1442       /* Inner loop.  */
1443       if (flow_loop_nested_p (loop, def_loop))
1444         return follow_ssa_edge_inner_loop_phi 
1445           (loop, def, halting_phi, evolution_of_loop, limit + 1);
1446
1447       /* Outer loop.  */
1448       return t_false;
1449
1450     case GIMPLE_ASSIGN:
1451       return follow_ssa_edge_in_rhs (loop, def, halting_phi, 
1452                                      evolution_of_loop, limit);
1453       
1454     default:
1455       /* At this level of abstraction, the program is just a set
1456          of GIMPLE_ASSIGNs and PHI_NODEs.  In principle there is no
1457          other node to be handled.  */
1458       return t_false;
1459     }
1460 }
1461
1462 \f
1463
1464 /* Given a LOOP_PHI_NODE, this function determines the evolution
1465    function from LOOP_PHI_NODE to LOOP_PHI_NODE in the loop.  */
1466
1467 static tree
1468 analyze_evolution_in_loop (gimple loop_phi_node, 
1469                            tree init_cond)
1470 {
1471   int i, n = gimple_phi_num_args (loop_phi_node);
1472   tree evolution_function = chrec_not_analyzed_yet;
1473   struct loop *loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1474   basic_block bb;
1475   
1476   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1477     {
1478       fprintf (dump_file, "(analyze_evolution_in_loop \n");
1479       fprintf (dump_file, "  (loop_phi_node = ");
1480       print_gimple_stmt (dump_file, loop_phi_node, 0, 0);
1481       fprintf (dump_file, ")\n");
1482     }
1483   
1484   for (i = 0; i < n; i++)
1485     {
1486       tree arg = PHI_ARG_DEF (loop_phi_node, i);
1487       gimple ssa_chain;
1488       tree ev_fn;
1489       t_bool res;
1490
1491       /* Select the edges that enter the loop body.  */
1492       bb = gimple_phi_arg_edge (loop_phi_node, i)->src;
1493       if (!flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1494         continue;
1495
1496       if (TREE_CODE (arg) == SSA_NAME)
1497         {
1498           bool val = false;
1499
1500           ssa_chain = SSA_NAME_DEF_STMT (arg);
1501
1502           /* Pass in the initial condition to the follow edge function.  */
1503           ev_fn = init_cond;
1504           res = follow_ssa_edge (loop, ssa_chain, loop_phi_node, &ev_fn, 0);
1505
1506           /* If ev_fn has no evolution in the inner loop, and the
1507              init_cond is not equal to ev_fn, then we have an
1508              ambiguity between two possible values, as we cannot know
1509              the number of iterations at this point.  */
1510           if (TREE_CODE (ev_fn) != POLYNOMIAL_CHREC
1511               && no_evolution_in_loop_p (ev_fn, loop->num, &val) && val
1512               && !operand_equal_p (init_cond, ev_fn, 0))
1513             ev_fn = chrec_dont_know;
1514         }
1515       else
1516         res = t_false;
1517
1518       /* When it is impossible to go back on the same
1519          loop_phi_node by following the ssa edges, the
1520          evolution is represented by a peeled chrec, i.e. the
1521          first iteration, EV_FN has the value INIT_COND, then
1522          all the other iterations it has the value of ARG.  
1523          For the moment, PEELED_CHREC nodes are not built.  */
1524       if (res != t_true)
1525         ev_fn = chrec_dont_know;
1526       
1527       /* When there are multiple back edges of the loop (which in fact never
1528          happens currently, but nevertheless), merge their evolutions.  */
1529       evolution_function = chrec_merge (evolution_function, ev_fn);
1530     }
1531   
1532   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1533     {
1534       fprintf (dump_file, "  (evolution_function = ");
1535       print_generic_expr (dump_file, evolution_function, 0);
1536       fprintf (dump_file, "))\n");
1537     }
1538   
1539   return evolution_function;
1540 }
1541
1542 /* Given a loop-phi-node, return the initial conditions of the
1543    variable on entry of the loop.  When the CCP has propagated
1544    constants into the loop-phi-node, the initial condition is
1545    instantiated, otherwise the initial condition is kept symbolic.
1546    This analyzer does not analyze the evolution outside the current
1547    loop, and leaves this task to the on-demand tree reconstructor.  */
1548
1549 static tree 
1550 analyze_initial_condition (gimple loop_phi_node)
1551 {
1552   int i, n;
1553   tree init_cond = chrec_not_analyzed_yet;
1554   struct loop *loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1555   
1556   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1557     {
1558       fprintf (dump_file, "(analyze_initial_condition \n");
1559       fprintf (dump_file, "  (loop_phi_node = \n");
1560       print_gimple_stmt (dump_file, loop_phi_node, 0, 0);
1561       fprintf (dump_file, ")\n");
1562     }
1563   
1564   n = gimple_phi_num_args (loop_phi_node);
1565   for (i = 0; i < n; i++)
1566     {
1567       tree branch = PHI_ARG_DEF (loop_phi_node, i);
1568       basic_block bb = gimple_phi_arg_edge (loop_phi_node, i)->src;
1569       
1570       /* When the branch is oriented to the loop's body, it does
1571          not contribute to the initial condition.  */
1572       if (flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1573         continue;
1574
1575       if (init_cond == chrec_not_analyzed_yet)
1576         {
1577           init_cond = branch;
1578           continue;
1579         }
1580
1581       if (TREE_CODE (branch) == SSA_NAME)
1582         {
1583           init_cond = chrec_dont_know;
1584           break;
1585         }
1586
1587       init_cond = chrec_merge (init_cond, branch);
1588     }
1589
1590   /* Ooops -- a loop without an entry???  */
1591   if (init_cond == chrec_not_analyzed_yet)
1592     init_cond = chrec_dont_know;
1593
1594   /* During early loop unrolling we do not have fully constant propagated IL.
1595      Handle degenerate PHIs here to not miss important unrollings.  */
1596   if (TREE_CODE (init_cond) == SSA_NAME)
1597     {
1598       gimple def = SSA_NAME_DEF_STMT (init_cond);
1599       tree res;
1600       if (gimple_code (def) == GIMPLE_PHI
1601           && (res = degenerate_phi_result (def)) != NULL_TREE
1602           /* Only allow invariants here, otherwise we may break
1603              loop-closed SSA form.  */
1604           && is_gimple_min_invariant (res))
1605         init_cond = res;
1606     }
1607
1608   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1609     {
1610       fprintf (dump_file, "  (init_cond = ");
1611       print_generic_expr (dump_file, init_cond, 0);
1612       fprintf (dump_file, "))\n");
1613     }
1614   
1615   return init_cond;
1616 }
1617
1618 /* Analyze the scalar evolution for LOOP_PHI_NODE.  */
1619
1620 static tree 
1621 interpret_loop_phi (struct loop *loop, gimple loop_phi_node)
1622 {
1623   tree res;
1624   struct loop *phi_loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1625   tree init_cond;
1626   
1627   if (phi_loop != loop)
1628     {
1629       struct loop *subloop;
1630       tree evolution_fn = analyze_scalar_evolution
1631         (phi_loop, PHI_RESULT (loop_phi_node));
1632
1633       /* Dive one level deeper.  */
1634       subloop = superloop_at_depth (phi_loop, loop_depth (loop) + 1);
1635
1636       /* Interpret the subloop.  */
1637       res = compute_overall_effect_of_inner_loop (subloop, evolution_fn);
1638       return res;
1639     }
1640
1641   /* Otherwise really interpret the loop phi.  */
1642   init_cond = analyze_initial_condition (loop_phi_node);
1643   res = analyze_evolution_in_loop (loop_phi_node, init_cond);
1644
1645   return res;
1646 }
1647
1648 /* This function merges the branches of a condition-phi-node,
1649    contained in the outermost loop, and whose arguments are already
1650    analyzed.  */
1651
1652 static tree
1653 interpret_condition_phi (struct loop *loop, gimple condition_phi)
1654 {
1655   int i, n = gimple_phi_num_args (condition_phi);
1656   tree res = chrec_not_analyzed_yet;
1657   
1658   for (i = 0; i < n; i++)
1659     {
1660       tree branch_chrec;
1661       
1662       if (backedge_phi_arg_p (condition_phi, i))
1663         {
1664           res = chrec_dont_know;
1665           break;
1666         }
1667
1668       branch_chrec = analyze_scalar_evolution
1669         (loop, PHI_ARG_DEF (condition_phi, i));
1670       
1671       res = chrec_merge (res, branch_chrec);
1672     }
1673
1674   return res;
1675 }
1676
1677 /* Interpret the operation RHS1 OP RHS2.  If we didn't
1678    analyze this node before, follow the definitions until ending
1679    either on an analyzed GIMPLE_ASSIGN, or on a loop-phi-node.  On the
1680    return path, this function propagates evolutions (ala constant copy
1681    propagation).  OPND1 is not a GIMPLE expression because we could
1682    analyze the effect of an inner loop: see interpret_loop_phi.  */
1683
1684 static tree
1685 interpret_rhs_expr (struct loop *loop, gimple at_stmt,
1686                     tree type, tree rhs1, enum tree_code code, tree rhs2)
1687 {
1688   tree res, chrec1, chrec2;
1689
1690   if (get_gimple_rhs_class (code) == GIMPLE_SINGLE_RHS)
1691     {
1692       if (is_gimple_min_invariant (rhs1))
1693         return chrec_convert (type, rhs1, at_stmt);
1694
1695       if (code == SSA_NAME)
1696         return chrec_convert (type, analyze_scalar_evolution (loop, rhs1),
1697                               at_stmt);
1698
1699       if (code == ASSERT_EXPR)
1700         {
1701           rhs1 = ASSERT_EXPR_VAR (rhs1);
1702           return chrec_convert (type, analyze_scalar_evolution (loop, rhs1),
1703                                 at_stmt);
1704         }
1705
1706       return chrec_dont_know;
1707     }
1708
1709   switch (code)
1710     {
1711     case POINTER_PLUS_EXPR:
1712       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1713       chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1714       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1715       chrec2 = chrec_convert (sizetype, chrec2, at_stmt);
1716       res = chrec_fold_plus (type, chrec1, chrec2);
1717       break;
1718
1719     case PLUS_EXPR:
1720       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1721       chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1722       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1723       chrec2 = chrec_convert (type, chrec2, at_stmt);
1724       res = chrec_fold_plus (type, chrec1, chrec2);
1725       break;
1726       
1727     case MINUS_EXPR:
1728       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1729       chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1730       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1731       chrec2 = chrec_convert (type, chrec2, at_stmt);
1732       res = chrec_fold_minus (type, chrec1, chrec2);
1733       break;
1734
1735     case NEGATE_EXPR:
1736       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1737       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1738       /* TYPE may be integer, real or complex, so use fold_convert.  */
1739       res = chrec_fold_multiply (type, chrec1,
1740                                  fold_convert (type, integer_minus_one_node));
1741       break;
1742
1743     case BIT_NOT_EXPR:
1744       /* Handle ~X as -1 - X.  */
1745       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1746       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1747       res = chrec_fold_minus (type,
1748                               fold_convert (type, integer_minus_one_node),
1749                               chrec1);
1750       break;
1751
1752     case MULT_EXPR:
1753       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1754       chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1755       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1756       chrec2 = chrec_convert (type, chrec2, at_stmt);
1757       res = chrec_fold_multiply (type, chrec1, chrec2);
1758       break;
1759       
1760     CASE_CONVERT:
1761       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1762       res = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1763       break;
1764       
1765     default:
1766       res = chrec_dont_know;
1767       break;
1768     }
1769   
1770   return res;
1771 }
1772
1773 /* Interpret the expression EXPR.  */
1774
1775 static tree
1776 interpret_expr (struct loop *loop, gimple at_stmt, tree expr)
1777 {
1778   enum tree_code code;
1779   tree type = TREE_TYPE (expr), op0, op1;
1780
1781   if (automatically_generated_chrec_p (expr))
1782     return expr;
1783
1784   if (TREE_CODE (expr) == POLYNOMIAL_CHREC)
1785     return chrec_dont_know;
1786
1787   extract_ops_from_tree (expr, &code, &op0, &op1);
1788
1789   return interpret_rhs_expr (loop, at_stmt, type,
1790                              op0, code, op1);
1791 }
1792
1793 /* Interpret the rhs of the assignment STMT.  */
1794
1795 static tree
1796 interpret_gimple_assign (struct loop *loop, gimple stmt)
1797 {
1798   tree type = TREE_TYPE (gimple_assign_lhs (stmt));
1799   enum tree_code code = gimple_assign_rhs_code (stmt);
1800
1801   return interpret_rhs_expr (loop, stmt, type,
1802                              gimple_assign_rhs1 (stmt), code,
1803                              gimple_assign_rhs2 (stmt));
1804 }
1805
1806 \f
1807
1808 /* This section contains all the entry points: 
1809    - number_of_iterations_in_loop,
1810    - analyze_scalar_evolution,
1811    - instantiate_parameters.
1812 */
1813
1814 /* Compute and return the evolution function in WRTO_LOOP, the nearest
1815    common ancestor of DEF_LOOP and USE_LOOP.  */
1816
1817 static tree 
1818 compute_scalar_evolution_in_loop (struct loop *wrto_loop, 
1819                                   struct loop *def_loop, 
1820                                   tree ev)
1821 {
1822   tree res;
1823   if (def_loop == wrto_loop)
1824     return ev;
1825
1826   def_loop = superloop_at_depth (def_loop, loop_depth (wrto_loop) + 1);
1827   res = compute_overall_effect_of_inner_loop (def_loop, ev);
1828
1829   return analyze_scalar_evolution_1 (wrto_loop, res, chrec_not_analyzed_yet);
1830 }
1831
1832 /* Helper recursive function.  */
1833
1834 static tree
1835 analyze_scalar_evolution_1 (struct loop *loop, tree var, tree res)
1836 {
1837   tree type = TREE_TYPE (var);
1838   gimple def;
1839   basic_block bb;
1840   struct loop *def_loop;
1841
1842   if (loop == NULL || TREE_CODE (type) == VECTOR_TYPE)
1843     return chrec_dont_know;
1844
1845   if (TREE_CODE (var) != SSA_NAME)
1846     return interpret_expr (loop, NULL, var);
1847
1848   def = SSA_NAME_DEF_STMT (var);
1849   bb = gimple_bb (def);
1850   def_loop = bb ? bb->loop_father : NULL;
1851
1852   if (bb == NULL
1853       || !flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1854     {
1855       /* Keep the symbolic form.  */
1856       res = var;
1857       goto set_and_end;
1858     }
1859
1860   if (res != chrec_not_analyzed_yet)
1861     {
1862       if (loop != bb->loop_father)
1863         res = compute_scalar_evolution_in_loop 
1864             (find_common_loop (loop, bb->loop_father), bb->loop_father, res);
1865
1866       goto set_and_end;
1867     }
1868
1869   if (loop != def_loop)
1870     {
1871       res = analyze_scalar_evolution_1 (def_loop, var, chrec_not_analyzed_yet);
1872       res = compute_scalar_evolution_in_loop (loop, def_loop, res);
1873
1874       goto set_and_end;
1875     }
1876
1877   switch (gimple_code (def))
1878     {
1879     case GIMPLE_ASSIGN:
1880       res = interpret_gimple_assign (loop, def);
1881       break;
1882
1883     case GIMPLE_PHI:
1884       if (loop_phi_node_p (def))
1885         res = interpret_loop_phi (loop, def);
1886       else
1887         res = interpret_condition_phi (loop, def);
1888       break;
1889
1890     default:
1891       res = chrec_dont_know;
1892       break;
1893     }
1894
1895  set_and_end:
1896
1897   /* Keep the symbolic form.  */
1898   if (res == chrec_dont_know)
1899     res = var;
1900
1901   if (loop == def_loop)
1902     set_scalar_evolution (block_before_loop (loop), var, res);
1903
1904   return res;
1905 }
1906
1907 /* Analyzes and returns the scalar evolution of the ssa_name VAR in
1908    LOOP.  LOOP is the loop in which the variable is used.
1909    
1910    Example of use: having a pointer VAR to a SSA_NAME node, STMT a
1911    pointer to the statement that uses this variable, in order to
1912    determine the evolution function of the variable, use the following
1913    calls:
1914    
1915    loop_p loop = loop_containing_stmt (stmt);
1916    tree chrec_with_symbols = analyze_scalar_evolution (loop, var);
1917    tree chrec_instantiated = instantiate_parameters (loop, chrec_with_symbols);
1918 */
1919
1920 tree 
1921 analyze_scalar_evolution (struct loop *loop, tree var)
1922 {
1923   tree res;
1924
1925   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1926     {
1927       fprintf (dump_file, "(analyze_scalar_evolution \n");
1928       fprintf (dump_file, "  (loop_nb = %d)\n", loop->num);
1929       fprintf (dump_file, "  (scalar = ");
1930       print_generic_expr (dump_file, var, 0);
1931       fprintf (dump_file, ")\n");
1932     }
1933
1934   res = get_scalar_evolution (block_before_loop (loop), var);
1935   res = analyze_scalar_evolution_1 (loop, var, res);
1936
1937   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1938     fprintf (dump_file, ")\n");
1939
1940   return res;
1941 }
1942
1943 /* Analyze scalar evolution of use of VERSION in USE_LOOP with respect to
1944    WRTO_LOOP (which should be a superloop of USE_LOOP)
1945
1946    FOLDED_CASTS is set to true if resolve_mixers used
1947    chrec_convert_aggressive (TODO -- not really, we are way too conservative
1948    at the moment in order to keep things simple). 
1949    
1950    To illustrate the meaning of USE_LOOP and WRTO_LOOP, consider the following
1951    example:
1952
1953    for (i = 0; i < 100; i++)                    -- loop 1
1954      {
1955        for (j = 0; j < 100; j++)                -- loop 2
1956          {
1957            k1 = i;
1958            k2 = j;
1959
1960            use2 (k1, k2);
1961
1962            for (t = 0; t < 100; t++)            -- loop 3
1963              use3 (k1, k2);
1964
1965          }
1966        use1 (k1, k2);
1967      }
1968
1969    Both k1 and k2 are invariants in loop3, thus
1970      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop3, loop3, k1) = k1
1971      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop3, loop3, k2) = k2
1972
1973    As they are invariant, it does not matter whether we consider their
1974    usage in loop 3 or loop 2, hence
1975      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop2, loop3, k1) =
1976        analyze_scalar_evolution_in_loop (loop2, loop2, k1) = i
1977      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop2, loop3, k2) =
1978        analyze_scalar_evolution_in_loop (loop2, loop2, k2) = [0,+,1]_2
1979
1980    Similarly for their evolutions with respect to loop 1.  The values of K2
1981    in the use in loop 2 vary independently on loop 1, thus we cannot express
1982    the evolution with respect to loop 1:
1983      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop3, k1) =
1984        analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop2, k1) = [0,+,1]_1
1985      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop3, k2) =
1986        analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop2, k2) = dont_know
1987
1988    The value of k2 in the use in loop 1 is known, though:
1989      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop1, k1) = [0,+,1]_1
1990      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop1, k2) = 100
1991    */
1992
1993 static tree
1994 analyze_scalar_evolution_in_loop (struct loop *wrto_loop, struct loop *use_loop,
1995                                   tree version, bool *folded_casts)
1996 {
1997   bool val = false;
1998   tree ev = version, tmp;
1999
2000   /* We cannot just do 
2001
2002      tmp = analyze_scalar_evolution (use_loop, version);
2003      ev = resolve_mixers (wrto_loop, tmp);
2004
2005      as resolve_mixers would query the scalar evolution with respect to
2006      wrto_loop.  For example, in the situation described in the function
2007      comment, suppose that wrto_loop = loop1, use_loop = loop3 and
2008      version = k2.  Then
2009
2010      analyze_scalar_evolution (use_loop, version) = k2
2011
2012      and resolve_mixers (loop1, k2) finds that the value of k2 in loop 1
2013      is 100, which is a wrong result, since we are interested in the
2014      value in loop 3.
2015
2016      Instead, we need to proceed from use_loop to wrto_loop loop by loop,
2017      each time checking that there is no evolution in the inner loop.  */
2018
2019   if (folded_casts)
2020     *folded_casts = false;
2021   while (1)
2022     {
2023       tmp = analyze_scalar_evolution (use_loop, ev);
2024       ev = resolve_mixers (use_loop, tmp);
2025
2026       if (folded_casts && tmp != ev)
2027         *folded_casts = true;
2028
2029       if (use_loop == wrto_loop)
2030         return ev;
2031
2032       /* If the value of the use changes in the inner loop, we cannot express
2033          its value in the outer loop (we might try to return interval chrec,
2034          but we do not have a user for it anyway)  */
2035       if (!no_evolution_in_loop_p (ev, use_loop->num, &val)
2036           || !val)
2037         return chrec_dont_know;
2038
2039       use_loop = loop_outer (use_loop);
2040     }
2041 }
2042
2043 /* Returns from CACHE the value for VERSION instantiated below
2044    INSTANTIATED_BELOW block.  */
2045
2046 static tree
2047 get_instantiated_value (htab_t cache, basic_block instantiated_below,
2048                         tree version)
2049 {
2050   struct scev_info_str *info, pattern;
2051   
2052   pattern.var = version;
2053   pattern.instantiated_below = instantiated_below;
2054   info = (struct scev_info_str *) htab_find (cache, &pattern);
2055
2056   if (info)
2057     return info->chrec;
2058   else
2059     return NULL_TREE;
2060 }
2061
2062 /* Sets in CACHE the value of VERSION instantiated below basic block
2063    INSTANTIATED_BELOW to VAL.  */
2064
2065 static void
2066 set_instantiated_value (htab_t cache, basic_block instantiated_below,
2067                         tree version, tree val)
2068 {
2069   struct scev_info_str *info, pattern;
2070   PTR *slot;
2071   
2072   pattern.var = version;
2073   pattern.instantiated_below = instantiated_below;
2074   slot = htab_find_slot (cache, &pattern, INSERT);
2075
2076   if (!*slot)
2077     *slot = new_scev_info_str (instantiated_below, version);
2078   info = (struct scev_info_str *) *slot;
2079   info->chrec = val;
2080 }
2081
2082 /* Return the closed_loop_phi node for VAR.  If there is none, return
2083    NULL_TREE.  */
2084
2085 static tree
2086 loop_closed_phi_def (tree var)
2087 {
2088   struct loop *loop;
2089   edge exit;
2090   gimple phi;
2091   gimple_stmt_iterator psi;
2092
2093   if (var == NULL_TREE
2094       || TREE_CODE (var) != SSA_NAME)
2095     return NULL_TREE;
2096
2097   loop = loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (var));
2098   exit = single_exit (loop);
2099   if (!exit)
2100     return NULL_TREE;
2101
2102   for (psi = gsi_start_phis (exit->dest); !gsi_end_p (psi); gsi_next (&psi))
2103     {
2104       phi = gsi_stmt (psi);
2105       if (PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi, exit) == var)
2106         return PHI_RESULT (phi);
2107     }
2108
2109   return NULL_TREE;
2110 }
2111
2112 static tree instantiate_scev_1 (basic_block, struct loop *, tree, bool,
2113                                 htab_t, int);
2114
2115 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2116    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2117
2118    CHREC is an SSA_NAME to be instantiated.
2119
2120    CACHE is the cache of already instantiated values.
2121
2122    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2123    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2124    the chrec is preserved.
2125
2126    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2127    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2128
2129 static tree
2130 instantiate_scev_name (basic_block instantiate_below,
2131                        struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2132                        bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2133 {
2134   tree res;
2135   struct loop *def_loop;
2136   basic_block def_bb = gimple_bb (SSA_NAME_DEF_STMT (chrec));
2137
2138   /* A parameter (or loop invariant and we do not want to include
2139      evolutions in outer loops), nothing to do.  */
2140   if (!def_bb
2141       || loop_depth (def_bb->loop_father) == 0
2142       || dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, instantiate_below, def_bb))
2143     return chrec;
2144
2145   /* We cache the value of instantiated variable to avoid exponential
2146      time complexity due to reevaluations.  We also store the convenient
2147      value in the cache in order to prevent infinite recursion -- we do
2148      not want to instantiate the SSA_NAME if it is in a mixer
2149      structure.  This is used for avoiding the instantiation of
2150      recursively defined functions, such as:
2151
2152      | a_2 -> {0, +, 1, +, a_2}_1  */
2153
2154   res = get_instantiated_value (cache, instantiate_below, chrec);
2155   if (res)
2156     return res;
2157
2158   res = chrec_dont_know;
2159   set_instantiated_value (cache, instantiate_below, chrec, res);
2160
2161   def_loop = find_common_loop (evolution_loop, def_bb->loop_father);
2162
2163   /* If the analysis yields a parametric chrec, instantiate the
2164      result again.  */
2165   res = analyze_scalar_evolution (def_loop, chrec);
2166
2167   /* Don't instantiate loop-closed-ssa phi nodes.  */
2168   if (TREE_CODE (res) == SSA_NAME
2169       && (loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (res)) == NULL
2170           || (loop_depth (loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (res)))
2171               > loop_depth (def_loop))))
2172     {
2173       if (res == chrec)
2174         res = loop_closed_phi_def (chrec);
2175       else
2176         res = chrec;
2177
2178       if (res == NULL_TREE
2179           || !dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, instantiate_below,
2180                               gimple_bb (SSA_NAME_DEF_STMT (res))))
2181         res = chrec_dont_know;
2182     }
2183
2184   else if (res != chrec_dont_know)
2185     res = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop, res,
2186                               fold_conversions, cache, size_expr);
2187
2188   /* Store the correct value to the cache.  */
2189   set_instantiated_value (cache, instantiate_below, chrec, res);
2190   return res;
2191
2192 }
2193
2194 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2195    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2196
2197    CHREC is a binary expression to be instantiated.
2198
2199    CACHE is the cache of already instantiated values.
2200
2201    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2202    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2203    the chrec is preserved.
2204
2205    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2206    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2207
2208 static tree
2209 instantiate_scev_binary (basic_block instantiate_below,
2210                          struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2211                          bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2212 {
2213   tree op1;
2214   tree op0 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2215                                  TREE_OPERAND (chrec, 0), fold_conversions, cache,
2216                                  size_expr);
2217   if (op0 == chrec_dont_know)
2218     return chrec_dont_know;
2219
2220   op1 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2221                             TREE_OPERAND (chrec, 1), fold_conversions, cache,
2222                             size_expr);
2223   if (op1 == chrec_dont_know)
2224     return chrec_dont_know;
2225
2226   if (TREE_OPERAND (chrec, 0) != op0
2227       || TREE_OPERAND (chrec, 1) != op1)
2228     {
2229       tree type = chrec_type (chrec);
2230
2231       op0 = chrec_convert (type, op0, NULL);
2232       op1 = chrec_convert_rhs (type, op1, NULL);
2233
2234       switch (TREE_CODE (chrec))
2235         {
2236         case POINTER_PLUS_EXPR:
2237         case PLUS_EXPR:
2238           return chrec_fold_plus (type, op0, op1);
2239
2240         case MINUS_EXPR:
2241           return chrec_fold_minus (type, op0, op1);
2242
2243         case MULT_EXPR:
2244           return chrec_fold_multiply (type, op0, op1);
2245
2246         default:
2247           gcc_unreachable ();
2248         }
2249     }
2250
2251   return chrec;
2252 }
2253
2254 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2255    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2256
2257    "CHREC" that stands for a convert expression "(TYPE) OP" is to be
2258    instantiated.
2259
2260    CACHE is the cache of already instantiated values.
2261
2262    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2263    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2264    the chrec is preserved.
2265
2266    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2267    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2268
2269 static tree
2270 instantiate_scev_convert (basic_block instantiate_below,
2271                           struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2272                           tree type, tree op,
2273                           bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2274 {
2275   tree op0 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop, op,
2276                                  fold_conversions, cache, size_expr);
2277
2278   if (op0 == chrec_dont_know)
2279     return chrec_dont_know;
2280
2281   if (fold_conversions)
2282     {
2283       tree tmp = chrec_convert_aggressive (type, op0);
2284       if (tmp)
2285         return tmp;
2286     }
2287
2288   if (chrec && op0 == op)
2289     return chrec;
2290
2291   /* If we used chrec_convert_aggressive, we can no longer assume that
2292      signed chrecs do not overflow, as chrec_convert does, so avoid
2293      calling it in that case.  */
2294   if (fold_conversions)
2295     return fold_convert (type, op0);
2296
2297   return chrec_convert (type, op0, NULL);
2298 }
2299
2300 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2301    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2302
2303    CHREC is the scalar evolution to instantiate.
2304
2305    CACHE is the cache of already instantiated values.
2306
2307    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2308    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2309    the chrec is preserved.
2310
2311    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2312    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2313
2314 static tree
2315 instantiate_scev_1 (basic_block instantiate_below,
2316                     struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2317                     bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2318 {
2319   tree op0, op1, op2;
2320   tree type = chrec_type (chrec);
2321
2322   /* Give up if the expression is larger than the MAX that we allow.  */
2323   if (size_expr++ > PARAM_VALUE (PARAM_SCEV_MAX_EXPR_SIZE))
2324     return chrec_dont_know;
2325
2326   if (automatically_generated_chrec_p (chrec)
2327       || is_gimple_min_invariant (chrec))
2328     return chrec;
2329
2330   switch (TREE_CODE (chrec))
2331     {
2332     case SSA_NAME:
2333       return instantiate_scev_name (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2334                                     fold_conversions, cache, size_expr);
2335
2336     case POLYNOMIAL_CHREC:
2337       op0 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2338                                 CHREC_LEFT (chrec), fold_conversions, cache,
2339                                 size_expr);
2340       if (op0 == chrec_dont_know)
2341         return chrec_dont_know;
2342
2343       op1 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2344                                 CHREC_RIGHT (chrec), fold_conversions, cache,
2345                                 size_expr);
2346       if (op1 == chrec_dont_know)
2347         return chrec_dont_know;
2348
2349       if (CHREC_LEFT (chrec) != op0
2350           || CHREC_RIGHT (chrec) != op1)
2351         {
2352           op1 = chrec_convert_rhs (chrec_type (op0), op1, NULL);
2353           chrec = build_polynomial_chrec (CHREC_VARIABLE (chrec), op0, op1);
2354         }
2355       return chrec;
2356
2357     case POINTER_PLUS_EXPR:
2358     case PLUS_EXPR:
2359     case MINUS_EXPR:
2360     case MULT_EXPR:
2361       return instantiate_scev_binary (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2362                                       fold_conversions, cache, size_expr);
2363
2364     CASE_CONVERT:
2365       return instantiate_scev_convert (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2366                                        TREE_TYPE (chrec), TREE_OPERAND (chrec, 0),
2367                                        fold_conversions, cache, size_expr);
2368
2369     case BIT_NOT_EXPR:
2370       /* Handle ~X as -1 - X.  */
2371       op0 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2372                                 TREE_OPERAND (chrec, 0),
2373                                 fold_conversions, cache, size_expr);
2374       if (op0 == chrec_dont_know)
2375         return chrec_dont_know;
2376
2377       if (TREE_OPERAND (chrec, 0) != op0)
2378         {
2379           op0 = chrec_convert (type, op0, NULL);
2380           chrec = chrec_fold_minus (type,
2381                                     fold_convert (type,
2382                                                   integer_minus_one_node),
2383                                     op0);
2384         }
2385       return chrec;
2386
2387     case SCEV_NOT_KNOWN:
2388       return chrec_dont_know;
2389
2390     case SCEV_KNOWN:
2391       return chrec_known;
2392
2393     default:
2394       break;
2395     }
2396
2397   if (VL_EXP_CLASS_P (chrec))
2398     return chrec_dont_know;
2399
2400   switch (TREE_CODE_LENGTH (TREE_CODE (chrec)))
2401     {
2402     case 3:
2403       op0 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2404                                 TREE_OPERAND (chrec, 0),
2405                                 fold_conversions, cache, size_expr);
2406       if (op0 == chrec_dont_know)
2407         return chrec_dont_know;
2408
2409       op1 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2410                                 TREE_OPERAND (chrec, 1),
2411                                 fold_conversions, cache, size_expr);
2412       if (op1 == chrec_dont_know)
2413         return chrec_dont_know;
2414
2415       op2 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2416                                 TREE_OPERAND (chrec, 2),
2417                                 fold_conversions, cache, size_expr);
2418       if (op2 == chrec_dont_know)
2419         return chrec_dont_know;
2420
2421       if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0)
2422           && op1 == TREE_OPERAND (chrec, 1)
2423           && op2 == TREE_OPERAND (chrec, 2))
2424         return chrec;
2425
2426       return fold_build3 (TREE_CODE (chrec),
2427                           TREE_TYPE (chrec), op0, op1, op2);
2428
2429     case 2:
2430       op0 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2431                                 TREE_OPERAND (chrec, 0),
2432                                 fold_conversions, cache, size_expr);
2433       if (op0 == chrec_dont_know)
2434         return chrec_dont_know;
2435
2436       op1 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2437                                 TREE_OPERAND (chrec, 1),
2438                                 fold_conversions, cache, size_expr);
2439       if (op1 == chrec_dont_know)
2440         return chrec_dont_know;
2441
2442       if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0)
2443           && op1 == TREE_OPERAND (chrec, 1))
2444         return chrec;
2445       return fold_build2 (TREE_CODE (chrec), TREE_TYPE (chrec), op0, op1);
2446             
2447     case 1:
2448       op0 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2449                                 TREE_OPERAND (chrec, 0),
2450                                 fold_conversions, cache, size_expr);
2451       if (op0 == chrec_dont_know)
2452         return chrec_dont_know;
2453       if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0))
2454         return chrec;
2455       return fold_build1 (TREE_CODE (chrec), TREE_TYPE (chrec), op0);
2456
2457     case 0:
2458       return chrec;
2459
2460     default:
2461       break;
2462     }
2463
2464   /* Too complicated to handle.  */
2465   return chrec_dont_know;
2466 }
2467
2468 /* Analyze all the parameters of the chrec that were left under a
2469    symbolic form.  INSTANTIATE_BELOW is the basic block that stops the
2470    recursive instantiation of parameters: a parameter is a variable
2471    that is defined in a basic block that dominates INSTANTIATE_BELOW or
2472    a function parameter.  */
2473
2474 tree
2475 instantiate_scev (basic_block instantiate_below, struct loop *evolution_loop,
2476                   tree chrec)
2477 {
2478   tree res;
2479   htab_t cache = htab_create (10, hash_scev_info, eq_scev_info, del_scev_info);
2480
2481   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2482     {
2483       fprintf (dump_file, "(instantiate_scev \n");
2484       fprintf (dump_file, "  (instantiate_below = %d)\n", instantiate_below->index);
2485       fprintf (dump_file, "  (evolution_loop = %d)\n", evolution_loop->num);
2486       fprintf (dump_file, "  (chrec = ");
2487       print_generic_expr (dump_file, chrec, 0);
2488       fprintf (dump_file, ")\n");
2489     }
2490  
2491   res = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop, chrec, false,
2492                             cache, 0);
2493
2494   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2495     {
2496       fprintf (dump_file, "  (res = ");
2497       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
2498       fprintf (dump_file, "))\n");
2499     }
2500
2501   htab_delete (cache);
2502   
2503   return res;
2504 }
2505
2506 /* Similar to instantiate_parameters, but does not introduce the
2507    evolutions in outer loops for LOOP invariants in CHREC, and does not
2508    care about causing overflows, as long as they do not affect value
2509    of an expression.  */
2510
2511 tree
2512 resolve_mixers (struct loop *loop, tree chrec)
2513 {
2514   htab_t cache = htab_create (10, hash_scev_info, eq_scev_info, del_scev_info);
2515   tree ret = instantiate_scev_1 (block_before_loop (loop), loop, chrec, true,
2516                                  cache, 0);
2517   htab_delete (cache);
2518   return ret;
2519 }
2520
2521 /* Entry point for the analysis of the number of iterations pass.  
2522    This function tries to safely approximate the number of iterations
2523    the loop will run.  When this property is not decidable at compile
2524    time, the result is chrec_dont_know.  Otherwise the result is
2525    a scalar or a symbolic parameter.
2526    
2527    Example of analysis: suppose that the loop has an exit condition:
2528    
2529    "if (b > 49) goto end_loop;"
2530    
2531    and that in a previous analysis we have determined that the
2532    variable 'b' has an evolution function:
2533    
2534    "EF = {23, +, 5}_2".  
2535    
2536    When we evaluate the function at the point 5, i.e. the value of the
2537    variable 'b' after 5 iterations in the loop, we have EF (5) = 48,
2538    and EF (6) = 53.  In this case the value of 'b' on exit is '53' and
2539    the loop body has been executed 6 times.  */
2540
2541 tree 
2542 number_of_latch_executions (struct loop *loop)
2543 {
2544   tree res, type;
2545   edge exit;
2546   struct tree_niter_desc niter_desc;
2547
2548   /* Determine whether the number_of_iterations_in_loop has already
2549      been computed.  */
2550   res = loop->nb_iterations;
2551   if (res)
2552     return res;
2553   res = chrec_dont_know;
2554
2555   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2556     fprintf (dump_file, "(number_of_iterations_in_loop\n");
2557   
2558   exit = single_exit (loop);
2559   if (!exit)
2560     goto end;
2561
2562   if (!number_of_iterations_exit (loop, exit, &niter_desc, false))
2563     goto end;
2564
2565   type = TREE_TYPE (niter_desc.niter);
2566   if (integer_nonzerop (niter_desc.may_be_zero))
2567     res = build_int_cst (type, 0);
2568   else if (integer_zerop (niter_desc.may_be_zero))
2569     res = niter_desc.niter;
2570   else
2571     res = chrec_dont_know;
2572
2573 end:
2574   return set_nb_iterations_in_loop (loop, res);
2575 }
2576
2577 /* Returns the number of executions of the exit condition of LOOP,
2578    i.e., the number by one higher than number_of_latch_executions.
2579    Note that unlike number_of_latch_executions, this number does
2580    not necessarily fit in the unsigned variant of the type of
2581    the control variable -- if the number of iterations is a constant,
2582    we return chrec_dont_know if adding one to number_of_latch_executions
2583    overflows; however, in case the number of iterations is symbolic
2584    expression, the caller is responsible for dealing with this
2585    the possible overflow.  */
2586
2587 tree 
2588 number_of_exit_cond_executions (struct loop *loop)
2589 {
2590   tree ret = number_of_latch_executions (loop);
2591   tree type = chrec_type (ret);
2592
2593   if (chrec_contains_undetermined (ret))
2594     return ret;
2595
2596   ret = chrec_fold_plus (type, ret, build_int_cst (type, 1));
2597   if (TREE_CODE (ret) == INTEGER_CST
2598       && TREE_OVERFLOW (ret))
2599     return chrec_dont_know;
2600
2601   return ret;
2602 }
2603
2604 /* One of the drivers for testing the scalar evolutions analysis.
2605    This function computes the number of iterations for all the loops
2606    from the EXIT_CONDITIONS array.  */
2607
2608 static void 
2609 number_of_iterations_for_all_loops (VEC(gimple,heap) **exit_conditions)
2610 {
2611   unsigned int i;
2612   unsigned nb_chrec_dont_know_loops = 0;
2613   unsigned nb_static_loops = 0;
2614   gimple cond;
2615   
2616   for (i = 0; VEC_iterate (gimple, *exit_conditions, i, cond); i++)
2617     {
2618       tree res = number_of_latch_executions (loop_containing_stmt (cond));
2619       if (chrec_contains_undetermined (res))
2620         nb_chrec_dont_know_loops++;
2621       else
2622         nb_static_loops++;
2623     }
2624   
2625   if (dump_file)
2626     {
2627       fprintf (dump_file, "\n(\n");
2628       fprintf (dump_file, "-----------------------------------------\n");
2629       fprintf (dump_file, "%d\tnb_chrec_dont_know_loops\n", nb_chrec_dont_know_loops);
2630       fprintf (dump_file, "%d\tnb_static_loops\n", nb_static_loops);
2631       fprintf (dump_file, "%d\tnb_total_loops\n", number_of_loops ());
2632       fprintf (dump_file, "-----------------------------------------\n");
2633       fprintf (dump_file, ")\n\n");
2634       
2635       print_loops (dump_file, 3);
2636     }
2637 }
2638
2639 \f
2640
2641 /* Counters for the stats.  */
2642
2643 struct chrec_stats 
2644 {
2645   unsigned nb_chrecs;
2646   unsigned nb_affine;
2647   unsigned nb_affine_multivar;
2648   unsigned nb_higher_poly;
2649   unsigned nb_chrec_dont_know;
2650   unsigned nb_undetermined;
2651 };
2652
2653 /* Reset the counters.  */
2654
2655 static inline void
2656 reset_chrecs_counters (struct chrec_stats *stats)
2657 {
2658   stats->nb_chrecs = 0;
2659   stats->nb_affine = 0;
2660   stats->nb_affine_multivar = 0;
2661   stats->nb_higher_poly = 0;
2662   stats->nb_chrec_dont_know = 0;
2663   stats->nb_undetermined = 0;
2664 }
2665
2666 /* Dump the contents of a CHREC_STATS structure.  */
2667
2668 static void
2669 dump_chrecs_stats (FILE *file, struct chrec_stats *stats)
2670 {
2671   fprintf (file, "\n(\n");
2672   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2673   fprintf (file, "%d\taffine univariate chrecs\n", stats->nb_affine);
2674   fprintf (file, "%d\taffine multivariate chrecs\n", stats->nb_affine_multivar);
2675   fprintf (file, "%d\tdegree greater than 2 polynomials\n", 
2676            stats->nb_higher_poly);
2677   fprintf (file, "%d\tchrec_dont_know chrecs\n", stats->nb_chrec_dont_know);
2678   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2679   fprintf (file, "%d\ttotal chrecs\n", stats->nb_chrecs);
2680   fprintf (file, "%d\twith undetermined coefficients\n", 
2681            stats->nb_undetermined);
2682   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2683   fprintf (file, "%d\tchrecs in the scev database\n", 
2684            (int) htab_elements (scalar_evolution_info));
2685   fprintf (file, "%d\tsets in the scev database\n", nb_set_scev);
2686   fprintf (file, "%d\tgets in the scev database\n", nb_get_scev);
2687   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2688   fprintf (file, ")\n\n");
2689 }
2690
2691 /* Gather statistics about CHREC.  */
2692
2693 static void
2694 gather_chrec_stats (tree chrec, struct chrec_stats *stats)
2695 {
2696   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2697     {
2698       fprintf (dump_file, "(classify_chrec ");
2699       print_generic_expr (dump_file, chrec, 0);
2700       fprintf (dump_file, "\n");
2701     }
2702   
2703   stats->nb_chrecs++;
2704   
2705   if (chrec == NULL_TREE)
2706     {
2707       stats->nb_undetermined++;
2708       return;
2709     }
2710   
2711   switch (TREE_CODE (chrec))
2712     {
2713     case POLYNOMIAL_CHREC:
2714       if (evolution_function_is_affine_p (chrec))
2715         {
2716           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2717             fprintf (dump_file, "  affine_univariate\n");
2718           stats->nb_affine++;
2719         }
2720       else if (evolution_function_is_affine_multivariate_p (chrec, 0))
2721         {
2722           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2723             fprintf (dump_file, "  affine_multivariate\n");
2724           stats->nb_affine_multivar++;
2725         }
2726       else
2727         {
2728           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2729             fprintf (dump_file, "  higher_degree_polynomial\n");
2730           stats->nb_higher_poly++;
2731         }
2732       
2733       break;
2734
2735     default:
2736       break;
2737     }
2738   
2739   if (chrec_contains_undetermined (chrec))
2740     {
2741       if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2742         fprintf (dump_file, "  undetermined\n");
2743       stats->nb_undetermined++;
2744     }
2745   
2746   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2747     fprintf (dump_file, ")\n");
2748 }
2749
2750 /* One of the drivers for testing the scalar evolutions analysis.
2751    This function analyzes the scalar evolution of all the scalars
2752    defined as loop phi nodes in one of the loops from the
2753    EXIT_CONDITIONS array.  
2754    
2755    TODO Optimization: A loop is in canonical form if it contains only
2756    a single scalar loop phi node.  All the other scalars that have an
2757    evolution in the loop are rewritten in function of this single
2758    index.  This allows the parallelization of the loop.  */
2759
2760 static void 
2761 analyze_scalar_evolution_for_all_loop_phi_nodes (VEC(gimple,heap) **exit_conditions)
2762 {
2763   unsigned int i;
2764   struct chrec_stats stats;
2765   gimple cond, phi;
2766   gimple_stmt_iterator psi;
2767   
2768   reset_chrecs_counters (&stats);
2769   
2770   for (i = 0; VEC_iterate (gimple, *exit_conditions, i, cond); i++)
2771     {
2772       struct loop *loop;
2773       basic_block bb;
2774       tree chrec;
2775       
2776       loop = loop_containing_stmt (cond);
2777       bb = loop->header;
2778       
2779       for (psi = gsi_start_phis (bb); !gsi_end_p (psi); gsi_next (&psi))
2780         {
2781           phi = gsi_stmt (psi);
2782           if (is_gimple_reg (PHI_RESULT (phi)))
2783             {
2784               chrec = instantiate_parameters 
2785                         (loop, 
2786                          analyze_scalar_evolution (loop, PHI_RESULT (phi)));
2787             
2788               if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2789                 gather_chrec_stats (chrec, &stats);
2790             }
2791         }
2792     }
2793   
2794   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2795     dump_chrecs_stats (dump_file, &stats);
2796 }
2797
2798 /* Callback for htab_traverse, gathers information on chrecs in the
2799    hashtable.  */
2800
2801 static int
2802 gather_stats_on_scev_database_1 (void **slot, void *stats)
2803 {
2804   struct scev_info_str *entry = (struct scev_info_str *) *slot;
2805
2806   gather_chrec_stats (entry->chrec, (struct chrec_stats *) stats);
2807
2808   return 1;
2809 }
2810
2811 /* Classify the chrecs of the whole database.  */
2812
2813 void 
2814 gather_stats_on_scev_database (void)
2815 {
2816   struct chrec_stats stats;
2817   
2818   if (!dump_file)
2819     return;
2820   
2821   reset_chrecs_counters (&stats);
2822  
2823   htab_traverse (scalar_evolution_info, gather_stats_on_scev_database_1,
2824                  &stats);
2825
2826   dump_chrecs_stats (dump_file, &stats);
2827 }
2828
2829 \f
2830
2831 /* Initializer.  */
2832
2833 static void
2834 initialize_scalar_evolutions_analyzer (void)
2835 {
2836   /* The elements below are unique.  */
2837   if (chrec_dont_know == NULL_TREE)
2838     {
2839       chrec_not_analyzed_yet = NULL_TREE;
2840       chrec_dont_know = make_node (SCEV_NOT_KNOWN);
2841       chrec_known = make_node (SCEV_KNOWN);
2842       TREE_TYPE (chrec_dont_know) = void_type_node;
2843       TREE_TYPE (chrec_known) = void_type_node;
2844     }
2845 }
2846
2847 /* Initialize the analysis of scalar evolutions for LOOPS.  */
2848
2849 void
2850 scev_initialize (void)
2851 {
2852   loop_iterator li;
2853   struct loop *loop;
2854
2855   scalar_evolution_info = htab_create_alloc (100,
2856                                              hash_scev_info,
2857                                              eq_scev_info,
2858                                              del_scev_info,
2859                                              ggc_calloc,
2860                                              ggc_free);
2861   
2862   initialize_scalar_evolutions_analyzer ();
2863
2864   FOR_EACH_LOOP (li, loop, 0)
2865     {
2866       loop->nb_iterations = NULL_TREE;
2867     }
2868 }
2869
2870 /* Cleans up the information cached by the scalar evolutions analysis.  */
2871
2872 void
2873 scev_reset (void)
2874 {
2875   loop_iterator li;
2876   struct loop *loop;
2877
2878   if (!scalar_evolution_info || !current_loops)
2879     return;
2880
2881   htab_empty (scalar_evolution_info);
2882   FOR_EACH_LOOP (li, loop, 0)
2883     {
2884       loop->nb_iterations = NULL_TREE;
2885     }
2886 }
2887
2888 /* Checks whether use of OP in USE_LOOP behaves as a simple affine iv with
2889    respect to WRTO_LOOP and returns its base and step in IV if possible
2890    (see analyze_scalar_evolution_in_loop for more details on USE_LOOP
2891    and WRTO_LOOP).  If ALLOW_NONCONSTANT_STEP is true, we want step to be
2892    invariant in LOOP.  Otherwise we require it to be an integer constant.
2893    
2894    IV->no_overflow is set to true if we are sure the iv cannot overflow (e.g.
2895    because it is computed in signed arithmetics).  Consequently, adding an
2896    induction variable
2897    
2898    for (i = IV->base; ; i += IV->step)
2899
2900    is only safe if IV->no_overflow is false, or TYPE_OVERFLOW_UNDEFINED is
2901    false for the type of the induction variable, or you can prove that i does
2902    not wrap by some other argument.  Otherwise, this might introduce undefined
2903    behavior, and
2904    
2905    for (i = iv->base; ; i = (type) ((unsigned type) i + (unsigned type) iv->step))
2906
2907    must be used instead.  */
2908
2909 bool
2910 simple_iv (struct loop *wrto_loop, struct loop *use_loop, tree op,
2911            affine_iv *iv, bool allow_nonconstant_step)
2912 {
2913   tree type, ev;
2914   bool folded_casts;
2915
2916   iv->base = NULL_TREE;
2917   iv->step = NULL_TREE;
2918   iv->no_overflow = false;
2919
2920   type = TREE_TYPE (op);
2921   if (TREE_CODE (type) != INTEGER_TYPE
2922       && TREE_CODE (type) != POINTER_TYPE)
2923     return false;
2924
2925   ev = analyze_scalar_evolution_in_loop (wrto_loop, use_loop, op,
2926                                          &folded_casts);
2927   if (chrec_contains_undetermined (ev)
2928       || chrec_contains_symbols_defined_in_loop (ev, wrto_loop->num))
2929     return false;
2930
2931   if (tree_does_not_contain_chrecs (ev))
2932     {
2933       iv->base = ev;
2934       iv->step = build_int_cst (TREE_TYPE (ev), 0);
2935       iv->no_overflow = true;
2936       return true;
2937     }
2938
2939   if (TREE_CODE (ev) != POLYNOMIAL_CHREC
2940       || CHREC_VARIABLE (ev) != (unsigned) wrto_loop->num)
2941     return false;
2942
2943   iv->step = CHREC_RIGHT (ev);
2944   if ((!allow_nonconstant_step && TREE_CODE (iv->step) != INTEGER_CST)
2945       || tree_contains_chrecs (iv->step, NULL))
2946     return false;
2947
2948   iv->base = CHREC_LEFT (ev);
2949   if (tree_contains_chrecs (iv->base, NULL))
2950     return false;
2951
2952   iv->no_overflow = !folded_casts && TYPE_OVERFLOW_UNDEFINED (type);
2953
2954   return true;
2955 }
2956
2957 /* Runs the analysis of scalar evolutions.  */
2958
2959 void
2960 scev_analysis (void)
2961 {
2962   VEC(gimple,heap) *exit_conditions;
2963   
2964   exit_conditions = VEC_alloc (gimple, heap, 37);
2965   select_loops_exit_conditions (&exit_conditions);
2966
2967   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2968     analyze_scalar_evolution_for_all_loop_phi_nodes (&exit_conditions);
2969   
2970   number_of_iterations_for_all_loops (&exit_conditions);
2971   VEC_free (gimple, heap, exit_conditions);
2972 }
2973
2974 /* Finalize the scalar evolution analysis.  */
2975
2976 void
2977 scev_finalize (void)
2978 {
2979   if (!scalar_evolution_info)
2980     return;
2981   htab_delete (scalar_evolution_info);
2982   scalar_evolution_info = NULL;
2983 }
2984
2985 /* Returns true if the expression EXPR is considered to be too expensive
2986    for scev_const_prop.  */
2987
2988 bool
2989 expression_expensive_p (tree expr)
2990 {
2991   enum tree_code code;
2992
2993   if (is_gimple_val (expr))
2994     return false;
2995
2996   code = TREE_CODE (expr);
2997   if (code == TRUNC_DIV_EXPR
2998       || code == CEIL_DIV_EXPR
2999       || code == FLOOR_DIV_EXPR
3000       || code == ROUND_DIV_EXPR
3001       || code == TRUNC_MOD_EXPR
3002       || code == CEIL_MOD_EXPR
3003       || code == FLOOR_MOD_EXPR
3004       || code == ROUND_MOD_EXPR
3005       || code == EXACT_DIV_EXPR)
3006     {
3007       /* Division by power of two is usually cheap, so we allow it.
3008          Forbid anything else.  */
3009       if (!integer_pow2p (TREE_OPERAND (expr, 1)))
3010         return true;
3011     }
3012
3013   switch (TREE_CODE_CLASS (code))
3014     {
3015     case tcc_binary:
3016     case tcc_comparison:
3017       if (expression_expensive_p (TREE_OPERAND (expr, 1)))
3018         return true;
3019
3020       /* Fallthru.  */
3021     case tcc_unary:
3022       return expression_expensive_p (TREE_OPERAND (expr, 0));
3023
3024     default:
3025       return true;
3026     }
3027 }
3028
3029 /* Replace ssa names for that scev can prove they are constant by the
3030    appropriate constants.  Also perform final value replacement in loops,
3031    in case the replacement expressions are cheap.
3032    
3033    We only consider SSA names defined by phi nodes; rest is left to the
3034    ordinary constant propagation pass.  */
3035
3036 unsigned int
3037 scev_const_prop (void)
3038 {
3039   basic_block bb;
3040   tree name, type, ev;
3041   gimple phi, ass;
3042   struct loop *loop, *ex_loop;
3043   bitmap ssa_names_to_remove = NULL;
3044   unsigned i;
3045   loop_iterator li;
3046   gimple_stmt_iterator psi;
3047
3048   if (number_of_loops () <= 1)
3049     return 0;
3050
3051   FOR_EACH_BB (bb)
3052     {
3053       loop = bb->loop_father;
3054
3055       for (psi = gsi_start_phis (bb); !gsi_end_p (psi); gsi_next (&psi))
3056         {
3057           phi = gsi_stmt (psi);
3058           name = PHI_RESULT (phi);
3059
3060           if (!is_gimple_reg (name))
3061             continue;
3062
3063           type = TREE_TYPE (name);
3064
3065           if (!POINTER_TYPE_P (type)
3066               && !INTEGRAL_TYPE_P (type))
3067             continue;
3068
3069           ev = resolve_mixers (loop, analyze_scalar_evolution (loop, name));
3070           if (!is_gimple_min_invariant (ev)
3071               || !may_propagate_copy (name, ev))
3072             continue;
3073
3074           /* Replace the uses of the name.  */
3075           if (name != ev)
3076             replace_uses_by (name, ev);
3077
3078           if (!ssa_names_to_remove)
3079             ssa_names_to_remove = BITMAP_ALLOC (NULL);
3080           bitmap_set_bit (ssa_names_to_remove, SSA_NAME_VERSION (name));
3081         }
3082     }
3083
3084   /* Remove the ssa names that were replaced by constants.  We do not
3085      remove them directly in the previous cycle, since this
3086      invalidates scev cache.  */
3087   if (ssa_names_to_remove)
3088     {
3089       bitmap_iterator bi;
3090
3091       EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (ssa_names_to_remove, 0, i, bi)
3092         {
3093           gimple_stmt_iterator psi;
3094           name = ssa_name (i);
3095           phi = SSA_NAME_DEF_STMT (name);
3096
3097           gcc_assert (gimple_code (phi) == GIMPLE_PHI);
3098           psi = gsi_for_stmt (phi);
3099           remove_phi_node (&psi, true);
3100         }
3101
3102       BITMAP_FREE (ssa_names_to_remove);
3103       scev_reset ();
3104     }
3105
3106   /* Now the regular final value replacement.  */
3107   FOR_EACH_LOOP (li, loop, LI_FROM_INNERMOST)
3108     {
3109       edge exit;
3110       tree def, rslt, niter;
3111       gimple_stmt_iterator bsi;
3112
3113       /* If we do not know exact number of iterations of the loop, we cannot
3114          replace the final value.  */
3115       exit = single_exit (loop);
3116       if (!exit)
3117         continue;
3118
3119       niter = number_of_latch_executions (loop);
3120       if (niter == chrec_dont_know)
3121         continue;
3122
3123       /* Ensure that it is possible to insert new statements somewhere.  */
3124       if (!single_pred_p (exit->dest))
3125         split_loop_exit_edge (exit);
3126       bsi = gsi_after_labels (exit->dest);
3127
3128       ex_loop = superloop_at_depth (loop,
3129                                     loop_depth (exit->dest->loop_father) + 1);
3130
3131       for (psi = gsi_start_phis (exit->dest); !gsi_end_p (psi); )
3132         {
3133           phi = gsi_stmt (psi);
3134           rslt = PHI_RESULT (phi);
3135           def = PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi, exit);
3136           if (!is_gimple_reg (def))
3137             {
3138               gsi_next (&psi);
3139               continue;
3140             }
3141
3142           if (!POINTER_TYPE_P (TREE_TYPE (def))
3143               && !INTEGRAL_TYPE_P (TREE_TYPE (def)))
3144             {
3145               gsi_next (&psi);
3146               continue;
3147             }
3148
3149           def = analyze_scalar_evolution_in_loop (ex_loop, loop, def, NULL);
3150           def = compute_overall_effect_of_inner_loop (ex_loop, def);
3151           if (!tree_does_not_contain_chrecs (def)
3152               || chrec_contains_symbols_defined_in_loop (def, ex_loop->num)
3153               /* Moving the computation from the loop may prolong life range
3154                  of some ssa names, which may cause problems if they appear
3155                  on abnormal edges.  */
3156               || contains_abnormal_ssa_name_p (def)
3157               /* Do not emit expensive expressions.  The rationale is that
3158                  when someone writes a code like
3159
3160                  while (n > 45) n -= 45;
3161
3162                  he probably knows that n is not large, and does not want it
3163                  to be turned into n %= 45.  */
3164               || expression_expensive_p (def))
3165             {
3166               gsi_next (&psi);
3167               continue;
3168             }
3169
3170           /* Eliminate the PHI node and replace it by a computation outside
3171              the loop.  */
3172           def = unshare_expr (def);
3173           remove_phi_node (&psi, false);
3174
3175           def = force_gimple_operand_gsi (&bsi, def, false, NULL_TREE,
3176                                           true, GSI_SAME_STMT);
3177           ass = gimple_build_assign (rslt, def);
3178           gsi_insert_before (&bsi, ass, GSI_SAME_STMT);
3179         }
3180     }
3181   return 0;
3182 }
3183
3184 #include "gt-tree-scalar-evolution.h"