OSDN Git Service

Daily bump.
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / tree-scalar-evolution.c
1 /* Scalar evolution detector.
2    Copyright (C) 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010
3    Free Software Foundation, Inc.
4    Contributed by Sebastian Pop <s.pop@laposte.net>
5
6 This file is part of GCC.
7
8 GCC is free software; you can redistribute it and/or modify it under
9 the terms of the GNU General Public License as published by the Free
10 Software Foundation; either version 3, or (at your option) any later
11 version.
12
13 GCC is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
14 WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
15 FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
16 for more details.
17
18 You should have received a copy of the GNU General Public License
19 along with GCC; see the file COPYING3.  If not see
20 <http://www.gnu.org/licenses/>.  */
21
22 /*
23    Description:
24
25    This pass analyzes the evolution of scalar variables in loop
26    structures.  The algorithm is based on the SSA representation,
27    and on the loop hierarchy tree.  This algorithm is not based on
28    the notion of versions of a variable, as it was the case for the
29    previous implementations of the scalar evolution algorithm, but
30    it assumes that each defined name is unique.
31
32    The notation used in this file is called "chains of recurrences",
33    and has been proposed by Eugene Zima, Robert Van Engelen, and
34    others for describing induction variables in programs.  For example
35    "b -> {0, +, 2}_1" means that the scalar variable "b" is equal to 0
36    when entering in the loop_1 and has a step 2 in this loop, in other
37    words "for (b = 0; b < N; b+=2);".  Note that the coefficients of
38    this chain of recurrence (or chrec [shrek]) can contain the name of
39    other variables, in which case they are called parametric chrecs.
40    For example, "b -> {a, +, 2}_1" means that the initial value of "b"
41    is the value of "a".  In most of the cases these parametric chrecs
42    are fully instantiated before their use because symbolic names can
43    hide some difficult cases such as self-references described later
44    (see the Fibonacci example).
45
46    A short sketch of the algorithm is:
47
48    Given a scalar variable to be analyzed, follow the SSA edge to
49    its definition:
50
51    - When the definition is a GIMPLE_ASSIGN: if the right hand side
52    (RHS) of the definition cannot be statically analyzed, the answer
53    of the analyzer is: "don't know".
54    Otherwise, for all the variables that are not yet analyzed in the
55    RHS, try to determine their evolution, and finally try to
56    evaluate the operation of the RHS that gives the evolution
57    function of the analyzed variable.
58
59    - When the definition is a condition-phi-node: determine the
60    evolution function for all the branches of the phi node, and
61    finally merge these evolutions (see chrec_merge).
62
63    - When the definition is a loop-phi-node: determine its initial
64    condition, that is the SSA edge defined in an outer loop, and
65    keep it symbolic.  Then determine the SSA edges that are defined
66    in the body of the loop.  Follow the inner edges until ending on
67    another loop-phi-node of the same analyzed loop.  If the reached
68    loop-phi-node is not the starting loop-phi-node, then we keep
69    this definition under a symbolic form.  If the reached
70    loop-phi-node is the same as the starting one, then we compute a
71    symbolic stride on the return path.  The result is then the
72    symbolic chrec {initial_condition, +, symbolic_stride}_loop.
73
74    Examples:
75
76    Example 1: Illustration of the basic algorithm.
77
78    | a = 3
79    | loop_1
80    |   b = phi (a, c)
81    |   c = b + 1
82    |   if (c > 10) exit_loop
83    | endloop
84
85    Suppose that we want to know the number of iterations of the
86    loop_1.  The exit_loop is controlled by a COND_EXPR (c > 10).  We
87    ask the scalar evolution analyzer two questions: what's the
88    scalar evolution (scev) of "c", and what's the scev of "10".  For
89    "10" the answer is "10" since it is a scalar constant.  For the
90    scalar variable "c", it follows the SSA edge to its definition,
91    "c = b + 1", and then asks again what's the scev of "b".
92    Following the SSA edge, we end on a loop-phi-node "b = phi (a,
93    c)", where the initial condition is "a", and the inner loop edge
94    is "c".  The initial condition is kept under a symbolic form (it
95    may be the case that the copy constant propagation has done its
96    work and we end with the constant "3" as one of the edges of the
97    loop-phi-node).  The update edge is followed to the end of the
98    loop, and until reaching again the starting loop-phi-node: b -> c
99    -> b.  At this point we have drawn a path from "b" to "b" from
100    which we compute the stride in the loop: in this example it is
101    "+1".  The resulting scev for "b" is "b -> {a, +, 1}_1".  Now
102    that the scev for "b" is known, it is possible to compute the
103    scev for "c", that is "c -> {a + 1, +, 1}_1".  In order to
104    determine the number of iterations in the loop_1, we have to
105    instantiate_parameters (loop_1, {a + 1, +, 1}_1), that gives after some
106    more analysis the scev {4, +, 1}_1, or in other words, this is
107    the function "f (x) = x + 4", where x is the iteration count of
108    the loop_1.  Now we have to solve the inequality "x + 4 > 10",
109    and take the smallest iteration number for which the loop is
110    exited: x = 7.  This loop runs from x = 0 to x = 7, and in total
111    there are 8 iterations.  In terms of loop normalization, we have
112    created a variable that is implicitly defined, "x" or just "_1",
113    and all the other analyzed scalars of the loop are defined in
114    function of this variable:
115
116    a -> 3
117    b -> {3, +, 1}_1
118    c -> {4, +, 1}_1
119
120    or in terms of a C program:
121
122    | a = 3
123    | for (x = 0; x <= 7; x++)
124    |   {
125    |     b = x + 3
126    |     c = x + 4
127    |   }
128
129    Example 2a: Illustration of the algorithm on nested loops.
130
131    | loop_1
132    |   a = phi (1, b)
133    |   c = a + 2
134    |   loop_2  10 times
135    |     b = phi (c, d)
136    |     d = b + 3
137    |   endloop
138    | endloop
139
140    For analyzing the scalar evolution of "a", the algorithm follows
141    the SSA edge into the loop's body: "a -> b".  "b" is an inner
142    loop-phi-node, and its analysis as in Example 1, gives:
143
144    b -> {c, +, 3}_2
145    d -> {c + 3, +, 3}_2
146
147    Following the SSA edge for the initial condition, we end on "c = a
148    + 2", and then on the starting loop-phi-node "a".  From this point,
149    the loop stride is computed: back on "c = a + 2" we get a "+2" in
150    the loop_1, then on the loop-phi-node "b" we compute the overall
151    effect of the inner loop that is "b = c + 30", and we get a "+30"
152    in the loop_1.  That means that the overall stride in loop_1 is
153    equal to "+32", and the result is:
154
155    a -> {1, +, 32}_1
156    c -> {3, +, 32}_1
157
158    Example 2b: Multivariate chains of recurrences.
159
160    | loop_1
161    |   k = phi (0, k + 1)
162    |   loop_2  4 times
163    |     j = phi (0, j + 1)
164    |     loop_3 4 times
165    |       i = phi (0, i + 1)
166    |       A[j + k] = ...
167    |     endloop
168    |   endloop
169    | endloop
170
171    Analyzing the access function of array A with
172    instantiate_parameters (loop_1, "j + k"), we obtain the
173    instantiation and the analysis of the scalar variables "j" and "k"
174    in loop_1.  This leads to the scalar evolution {4, +, 1}_1: the end
175    value of loop_2 for "j" is 4, and the evolution of "k" in loop_1 is
176    {0, +, 1}_1.  To obtain the evolution function in loop_3 and
177    instantiate the scalar variables up to loop_1, one has to use:
178    instantiate_scev (block_before_loop (loop_1), loop_3, "j + k").
179    The result of this call is {{0, +, 1}_1, +, 1}_2.
180
181    Example 3: Higher degree polynomials.
182
183    | loop_1
184    |   a = phi (2, b)
185    |   c = phi (5, d)
186    |   b = a + 1
187    |   d = c + a
188    | endloop
189
190    a -> {2, +, 1}_1
191    b -> {3, +, 1}_1
192    c -> {5, +, a}_1
193    d -> {5 + a, +, a}_1
194
195    instantiate_parameters (loop_1, {5, +, a}_1) -> {5, +, 2, +, 1}_1
196    instantiate_parameters (loop_1, {5 + a, +, a}_1) -> {7, +, 3, +, 1}_1
197
198    Example 4: Lucas, Fibonacci, or mixers in general.
199
200    | loop_1
201    |   a = phi (1, b)
202    |   c = phi (3, d)
203    |   b = c
204    |   d = c + a
205    | endloop
206
207    a -> (1, c)_1
208    c -> {3, +, a}_1
209
210    The syntax "(1, c)_1" stands for a PEELED_CHREC that has the
211    following semantics: during the first iteration of the loop_1, the
212    variable contains the value 1, and then it contains the value "c".
213    Note that this syntax is close to the syntax of the loop-phi-node:
214    "a -> (1, c)_1" vs. "a = phi (1, c)".
215
216    The symbolic chrec representation contains all the semantics of the
217    original code.  What is more difficult is to use this information.
218
219    Example 5: Flip-flops, or exchangers.
220
221    | loop_1
222    |   a = phi (1, b)
223    |   c = phi (3, d)
224    |   b = c
225    |   d = a
226    | endloop
227
228    a -> (1, c)_1
229    c -> (3, a)_1
230
231    Based on these symbolic chrecs, it is possible to refine this
232    information into the more precise PERIODIC_CHRECs:
233
234    a -> |1, 3|_1
235    c -> |3, 1|_1
236
237    This transformation is not yet implemented.
238
239    Further readings:
240
241    You can find a more detailed description of the algorithm in:
242    http://icps.u-strasbg.fr/~pop/DEA_03_Pop.pdf
243    http://icps.u-strasbg.fr/~pop/DEA_03_Pop.ps.gz.  But note that
244    this is a preliminary report and some of the details of the
245    algorithm have changed.  I'm working on a research report that
246    updates the description of the algorithms to reflect the design
247    choices used in this implementation.
248
249    A set of slides show a high level overview of the algorithm and run
250    an example through the scalar evolution analyzer:
251    http://cri.ensmp.fr/~pop/gcc/mar04/slides.pdf
252
253    The slides that I have presented at the GCC Summit'04 are available
254    at: http://cri.ensmp.fr/~pop/gcc/20040604/gccsummit-lno-spop.pdf
255 */
256
257 #include "config.h"
258 #include "system.h"
259 #include "coretypes.h"
260 #include "tm.h"
261 #include "ggc.h"
262 #include "tree.h"
263 #include "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   /* Verify we maintained the correct initial condition throughout
1646      possible conversions in the SSA chain.  */
1647   if (res != chrec_dont_know)
1648     {
1649       tree new_init = res;
1650       if (CONVERT_EXPR_P (res)
1651           && TREE_CODE (TREE_OPERAND (res, 0)) == POLYNOMIAL_CHREC)
1652         new_init = fold_convert (TREE_TYPE (res),
1653                                  CHREC_LEFT (TREE_OPERAND (res, 0)));
1654       else if (TREE_CODE (res) == POLYNOMIAL_CHREC)
1655         new_init = CHREC_LEFT (res);
1656       STRIP_USELESS_TYPE_CONVERSION (new_init);
1657       gcc_assert (TREE_CODE (new_init) != POLYNOMIAL_CHREC);
1658       if (!operand_equal_p (init_cond, new_init, 0))
1659         return chrec_dont_know;
1660     }
1661
1662   return res;
1663 }
1664
1665 /* This function merges the branches of a condition-phi-node,
1666    contained in the outermost loop, and whose arguments are already
1667    analyzed.  */
1668
1669 static tree
1670 interpret_condition_phi (struct loop *loop, gimple condition_phi)
1671 {
1672   int i, n = gimple_phi_num_args (condition_phi);
1673   tree res = chrec_not_analyzed_yet;
1674
1675   for (i = 0; i < n; i++)
1676     {
1677       tree branch_chrec;
1678
1679       if (backedge_phi_arg_p (condition_phi, i))
1680         {
1681           res = chrec_dont_know;
1682           break;
1683         }
1684
1685       branch_chrec = analyze_scalar_evolution
1686         (loop, PHI_ARG_DEF (condition_phi, i));
1687
1688       res = chrec_merge (res, branch_chrec);
1689     }
1690
1691   return res;
1692 }
1693
1694 /* Interpret the operation RHS1 OP RHS2.  If we didn't
1695    analyze this node before, follow the definitions until ending
1696    either on an analyzed GIMPLE_ASSIGN, or on a loop-phi-node.  On the
1697    return path, this function propagates evolutions (ala constant copy
1698    propagation).  OPND1 is not a GIMPLE expression because we could
1699    analyze the effect of an inner loop: see interpret_loop_phi.  */
1700
1701 static tree
1702 interpret_rhs_expr (struct loop *loop, gimple at_stmt,
1703                     tree type, tree rhs1, enum tree_code code, tree rhs2)
1704 {
1705   tree res, chrec1, chrec2;
1706
1707   if (get_gimple_rhs_class (code) == GIMPLE_SINGLE_RHS)
1708     {
1709       if (is_gimple_min_invariant (rhs1))
1710         return chrec_convert (type, rhs1, at_stmt);
1711
1712       if (code == SSA_NAME)
1713         return chrec_convert (type, analyze_scalar_evolution (loop, rhs1),
1714                               at_stmt);
1715
1716       if (code == ASSERT_EXPR)
1717         {
1718           rhs1 = ASSERT_EXPR_VAR (rhs1);
1719           return chrec_convert (type, analyze_scalar_evolution (loop, rhs1),
1720                                 at_stmt);
1721         }
1722
1723       return chrec_dont_know;
1724     }
1725
1726   switch (code)
1727     {
1728     case POINTER_PLUS_EXPR:
1729       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1730       chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1731       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1732       chrec2 = chrec_convert (sizetype, chrec2, at_stmt);
1733       res = chrec_fold_plus (type, chrec1, chrec2);
1734       break;
1735
1736     case PLUS_EXPR:
1737       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1738       chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1739       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1740       chrec2 = chrec_convert (type, chrec2, at_stmt);
1741       res = chrec_fold_plus (type, chrec1, chrec2);
1742       break;
1743
1744     case MINUS_EXPR:
1745       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1746       chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1747       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1748       chrec2 = chrec_convert (type, chrec2, at_stmt);
1749       res = chrec_fold_minus (type, chrec1, chrec2);
1750       break;
1751
1752     case NEGATE_EXPR:
1753       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1754       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1755       /* TYPE may be integer, real or complex, so use fold_convert.  */
1756       res = chrec_fold_multiply (type, chrec1,
1757                                  fold_convert (type, integer_minus_one_node));
1758       break;
1759
1760     case BIT_NOT_EXPR:
1761       /* Handle ~X as -1 - X.  */
1762       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1763       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1764       res = chrec_fold_minus (type,
1765                               fold_convert (type, integer_minus_one_node),
1766                               chrec1);
1767       break;
1768
1769     case MULT_EXPR:
1770       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1771       chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1772       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1773       chrec2 = chrec_convert (type, chrec2, at_stmt);
1774       res = chrec_fold_multiply (type, chrec1, chrec2);
1775       break;
1776
1777     CASE_CONVERT:
1778       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1779       res = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1780       break;
1781
1782     default:
1783       res = chrec_dont_know;
1784       break;
1785     }
1786
1787   return res;
1788 }
1789
1790 /* Interpret the expression EXPR.  */
1791
1792 static tree
1793 interpret_expr (struct loop *loop, gimple at_stmt, tree expr)
1794 {
1795   enum tree_code code;
1796   tree type = TREE_TYPE (expr), op0, op1;
1797
1798   if (automatically_generated_chrec_p (expr))
1799     return expr;
1800
1801   if (TREE_CODE (expr) == POLYNOMIAL_CHREC)
1802     return chrec_dont_know;
1803
1804   extract_ops_from_tree (expr, &code, &op0, &op1);
1805
1806   return interpret_rhs_expr (loop, at_stmt, type,
1807                              op0, code, op1);
1808 }
1809
1810 /* Interpret the rhs of the assignment STMT.  */
1811
1812 static tree
1813 interpret_gimple_assign (struct loop *loop, gimple stmt)
1814 {
1815   tree type = TREE_TYPE (gimple_assign_lhs (stmt));
1816   enum tree_code code = gimple_assign_rhs_code (stmt);
1817
1818   return interpret_rhs_expr (loop, stmt, type,
1819                              gimple_assign_rhs1 (stmt), code,
1820                              gimple_assign_rhs2 (stmt));
1821 }
1822
1823 \f
1824
1825 /* This section contains all the entry points:
1826    - number_of_iterations_in_loop,
1827    - analyze_scalar_evolution,
1828    - instantiate_parameters.
1829 */
1830
1831 /* Compute and return the evolution function in WRTO_LOOP, the nearest
1832    common ancestor of DEF_LOOP and USE_LOOP.  */
1833
1834 static tree
1835 compute_scalar_evolution_in_loop (struct loop *wrto_loop,
1836                                   struct loop *def_loop,
1837                                   tree ev)
1838 {
1839   tree res;
1840   if (def_loop == wrto_loop)
1841     return ev;
1842
1843   def_loop = superloop_at_depth (def_loop, loop_depth (wrto_loop) + 1);
1844   res = compute_overall_effect_of_inner_loop (def_loop, ev);
1845
1846   return analyze_scalar_evolution_1 (wrto_loop, res, chrec_not_analyzed_yet);
1847 }
1848
1849 /* Helper recursive function.  */
1850
1851 static tree
1852 analyze_scalar_evolution_1 (struct loop *loop, tree var, tree res)
1853 {
1854   tree type = TREE_TYPE (var);
1855   gimple def;
1856   basic_block bb;
1857   struct loop *def_loop;
1858
1859   if (loop == NULL || TREE_CODE (type) == VECTOR_TYPE)
1860     return chrec_dont_know;
1861
1862   if (TREE_CODE (var) != SSA_NAME)
1863     return interpret_expr (loop, NULL, var);
1864
1865   def = SSA_NAME_DEF_STMT (var);
1866   bb = gimple_bb (def);
1867   def_loop = bb ? bb->loop_father : NULL;
1868
1869   if (bb == NULL
1870       || !flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1871     {
1872       /* Keep the symbolic form.  */
1873       res = var;
1874       goto set_and_end;
1875     }
1876
1877   if (res != chrec_not_analyzed_yet)
1878     {
1879       if (loop != bb->loop_father)
1880         res = compute_scalar_evolution_in_loop
1881             (find_common_loop (loop, bb->loop_father), bb->loop_father, res);
1882
1883       goto set_and_end;
1884     }
1885
1886   if (loop != def_loop)
1887     {
1888       res = analyze_scalar_evolution_1 (def_loop, var, chrec_not_analyzed_yet);
1889       res = compute_scalar_evolution_in_loop (loop, def_loop, res);
1890
1891       goto set_and_end;
1892     }
1893
1894   switch (gimple_code (def))
1895     {
1896     case GIMPLE_ASSIGN:
1897       res = interpret_gimple_assign (loop, def);
1898       break;
1899
1900     case GIMPLE_PHI:
1901       if (loop_phi_node_p (def))
1902         res = interpret_loop_phi (loop, def);
1903       else
1904         res = interpret_condition_phi (loop, def);
1905       break;
1906
1907     default:
1908       res = chrec_dont_know;
1909       break;
1910     }
1911
1912  set_and_end:
1913
1914   /* Keep the symbolic form.  */
1915   if (res == chrec_dont_know)
1916     res = var;
1917
1918   if (loop == def_loop)
1919     set_scalar_evolution (block_before_loop (loop), var, res);
1920
1921   return res;
1922 }
1923
1924 /* Analyzes and returns the scalar evolution of the ssa_name VAR in
1925    LOOP.  LOOP is the loop in which the variable is used.
1926
1927    Example of use: having a pointer VAR to a SSA_NAME node, STMT a
1928    pointer to the statement that uses this variable, in order to
1929    determine the evolution function of the variable, use the following
1930    calls:
1931
1932    loop_p loop = loop_containing_stmt (stmt);
1933    tree chrec_with_symbols = analyze_scalar_evolution (loop, var);
1934    tree chrec_instantiated = instantiate_parameters (loop, chrec_with_symbols);
1935 */
1936
1937 tree
1938 analyze_scalar_evolution (struct loop *loop, tree var)
1939 {
1940   tree res;
1941
1942   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1943     {
1944       fprintf (dump_file, "(analyze_scalar_evolution \n");
1945       fprintf (dump_file, "  (loop_nb = %d)\n", loop->num);
1946       fprintf (dump_file, "  (scalar = ");
1947       print_generic_expr (dump_file, var, 0);
1948       fprintf (dump_file, ")\n");
1949     }
1950
1951   res = get_scalar_evolution (block_before_loop (loop), var);
1952   res = analyze_scalar_evolution_1 (loop, var, res);
1953
1954   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1955     fprintf (dump_file, ")\n");
1956
1957   return res;
1958 }
1959
1960 /* Analyze scalar evolution of use of VERSION in USE_LOOP with respect to
1961    WRTO_LOOP (which should be a superloop of USE_LOOP)
1962
1963    FOLDED_CASTS is set to true if resolve_mixers used
1964    chrec_convert_aggressive (TODO -- not really, we are way too conservative
1965    at the moment in order to keep things simple).
1966
1967    To illustrate the meaning of USE_LOOP and WRTO_LOOP, consider the following
1968    example:
1969
1970    for (i = 0; i < 100; i++)                    -- loop 1
1971      {
1972        for (j = 0; j < 100; j++)                -- loop 2
1973          {
1974            k1 = i;
1975            k2 = j;
1976
1977            use2 (k1, k2);
1978
1979            for (t = 0; t < 100; t++)            -- loop 3
1980              use3 (k1, k2);
1981
1982          }
1983        use1 (k1, k2);
1984      }
1985
1986    Both k1 and k2 are invariants in loop3, thus
1987      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop3, loop3, k1) = k1
1988      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop3, loop3, k2) = k2
1989
1990    As they are invariant, it does not matter whether we consider their
1991    usage in loop 3 or loop 2, hence
1992      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop2, loop3, k1) =
1993        analyze_scalar_evolution_in_loop (loop2, loop2, k1) = i
1994      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop2, loop3, k2) =
1995        analyze_scalar_evolution_in_loop (loop2, loop2, k2) = [0,+,1]_2
1996
1997    Similarly for their evolutions with respect to loop 1.  The values of K2
1998    in the use in loop 2 vary independently on loop 1, thus we cannot express
1999    the evolution with respect to loop 1:
2000      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop3, k1) =
2001        analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop2, k1) = [0,+,1]_1
2002      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop3, k2) =
2003        analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop2, k2) = dont_know
2004
2005    The value of k2 in the use in loop 1 is known, though:
2006      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop1, k1) = [0,+,1]_1
2007      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop1, k2) = 100
2008    */
2009
2010 static tree
2011 analyze_scalar_evolution_in_loop (struct loop *wrto_loop, struct loop *use_loop,
2012                                   tree version, bool *folded_casts)
2013 {
2014   bool val = false;
2015   tree ev = version, tmp;
2016
2017   /* We cannot just do
2018
2019      tmp = analyze_scalar_evolution (use_loop, version);
2020      ev = resolve_mixers (wrto_loop, tmp);
2021
2022      as resolve_mixers would query the scalar evolution with respect to
2023      wrto_loop.  For example, in the situation described in the function
2024      comment, suppose that wrto_loop = loop1, use_loop = loop3 and
2025      version = k2.  Then
2026
2027      analyze_scalar_evolution (use_loop, version) = k2
2028
2029      and resolve_mixers (loop1, k2) finds that the value of k2 in loop 1
2030      is 100, which is a wrong result, since we are interested in the
2031      value in loop 3.
2032
2033      Instead, we need to proceed from use_loop to wrto_loop loop by loop,
2034      each time checking that there is no evolution in the inner loop.  */
2035
2036   if (folded_casts)
2037     *folded_casts = false;
2038   while (1)
2039     {
2040       tmp = analyze_scalar_evolution (use_loop, ev);
2041       ev = resolve_mixers (use_loop, tmp);
2042
2043       if (folded_casts && tmp != ev)
2044         *folded_casts = true;
2045
2046       if (use_loop == wrto_loop)
2047         return ev;
2048
2049       /* If the value of the use changes in the inner loop, we cannot express
2050          its value in the outer loop (we might try to return interval chrec,
2051          but we do not have a user for it anyway)  */
2052       if (!no_evolution_in_loop_p (ev, use_loop->num, &val)
2053           || !val)
2054         return chrec_dont_know;
2055
2056       use_loop = loop_outer (use_loop);
2057     }
2058 }
2059
2060 /* Returns from CACHE the value for VERSION instantiated below
2061    INSTANTIATED_BELOW block.  */
2062
2063 static tree
2064 get_instantiated_value (htab_t cache, basic_block instantiated_below,
2065                         tree version)
2066 {
2067   struct scev_info_str *info, pattern;
2068
2069   pattern.var = version;
2070   pattern.instantiated_below = instantiated_below;
2071   info = (struct scev_info_str *) htab_find (cache, &pattern);
2072
2073   if (info)
2074     return info->chrec;
2075   else
2076     return NULL_TREE;
2077 }
2078
2079 /* Sets in CACHE the value of VERSION instantiated below basic block
2080    INSTANTIATED_BELOW to VAL.  */
2081
2082 static void
2083 set_instantiated_value (htab_t cache, basic_block instantiated_below,
2084                         tree version, tree val)
2085 {
2086   struct scev_info_str *info, pattern;
2087   PTR *slot;
2088
2089   pattern.var = version;
2090   pattern.instantiated_below = instantiated_below;
2091   slot = htab_find_slot (cache, &pattern, INSERT);
2092
2093   if (!*slot)
2094     *slot = new_scev_info_str (instantiated_below, version);
2095   info = (struct scev_info_str *) *slot;
2096   info->chrec = val;
2097 }
2098
2099 /* Return the closed_loop_phi node for VAR.  If there is none, return
2100    NULL_TREE.  */
2101
2102 static tree
2103 loop_closed_phi_def (tree var)
2104 {
2105   struct loop *loop;
2106   edge exit;
2107   gimple phi;
2108   gimple_stmt_iterator psi;
2109
2110   if (var == NULL_TREE
2111       || TREE_CODE (var) != SSA_NAME)
2112     return NULL_TREE;
2113
2114   loop = loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (var));
2115   exit = single_exit (loop);
2116   if (!exit)
2117     return NULL_TREE;
2118
2119   for (psi = gsi_start_phis (exit->dest); !gsi_end_p (psi); gsi_next (&psi))
2120     {
2121       phi = gsi_stmt (psi);
2122       if (PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi, exit) == var)
2123         return PHI_RESULT (phi);
2124     }
2125
2126   return NULL_TREE;
2127 }
2128
2129 static tree instantiate_scev_r (basic_block, struct loop *, tree, bool,
2130                                 htab_t, int);
2131
2132 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2133    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2134
2135    CHREC is an SSA_NAME to be instantiated.
2136
2137    CACHE is the cache of already instantiated values.
2138
2139    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2140    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2141    the chrec is preserved.
2142
2143    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2144    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2145
2146 static tree
2147 instantiate_scev_name (basic_block instantiate_below,
2148                        struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2149                        bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2150 {
2151   tree res;
2152   struct loop *def_loop;
2153   basic_block def_bb = gimple_bb (SSA_NAME_DEF_STMT (chrec));
2154
2155   /* A parameter (or loop invariant and we do not want to include
2156      evolutions in outer loops), nothing to do.  */
2157   if (!def_bb
2158       || loop_depth (def_bb->loop_father) == 0
2159       || dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, instantiate_below, def_bb))
2160     return chrec;
2161
2162   /* We cache the value of instantiated variable to avoid exponential
2163      time complexity due to reevaluations.  We also store the convenient
2164      value in the cache in order to prevent infinite recursion -- we do
2165      not want to instantiate the SSA_NAME if it is in a mixer
2166      structure.  This is used for avoiding the instantiation of
2167      recursively defined functions, such as:
2168
2169      | a_2 -> {0, +, 1, +, a_2}_1  */
2170
2171   res = get_instantiated_value (cache, instantiate_below, chrec);
2172   if (res)
2173     return res;
2174
2175   res = chrec_dont_know;
2176   set_instantiated_value (cache, instantiate_below, chrec, res);
2177
2178   def_loop = find_common_loop (evolution_loop, def_bb->loop_father);
2179
2180   /* If the analysis yields a parametric chrec, instantiate the
2181      result again.  */
2182   res = analyze_scalar_evolution (def_loop, chrec);
2183
2184   /* Don't instantiate loop-closed-ssa phi nodes.  */
2185   if (TREE_CODE (res) == SSA_NAME
2186       && (loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (res)) == NULL
2187           || (loop_depth (loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (res)))
2188               > loop_depth (def_loop))))
2189     {
2190       if (res == chrec)
2191         res = loop_closed_phi_def (chrec);
2192       else
2193         res = chrec;
2194
2195       if (res == NULL_TREE
2196           || !dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, instantiate_below,
2197                               gimple_bb (SSA_NAME_DEF_STMT (res))))
2198         res = chrec_dont_know;
2199     }
2200
2201   else if (res != chrec_dont_know)
2202     res = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop, res,
2203                               fold_conversions, cache, size_expr);
2204
2205   /* Store the correct value to the cache.  */
2206   set_instantiated_value (cache, instantiate_below, chrec, res);
2207   return res;
2208
2209 }
2210
2211 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2212    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2213
2214    CHREC is a polynomial chain of recurrence to be instantiated.
2215
2216    CACHE is the cache of already instantiated values.
2217
2218    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2219    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2220    the chrec is preserved.
2221
2222    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2223    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2224
2225 static tree
2226 instantiate_scev_poly (basic_block instantiate_below,
2227                        struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2228                        bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2229 {
2230   tree op1;
2231   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2232                                  CHREC_LEFT (chrec), fold_conversions, cache,
2233                                  size_expr);
2234   if (op0 == chrec_dont_know)
2235     return chrec_dont_know;
2236
2237   op1 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2238                             CHREC_RIGHT (chrec), fold_conversions, cache,
2239                             size_expr);
2240   if (op1 == chrec_dont_know)
2241     return chrec_dont_know;
2242
2243   if (CHREC_LEFT (chrec) != op0
2244       || CHREC_RIGHT (chrec) != op1)
2245     {
2246       unsigned var = CHREC_VARIABLE (chrec);
2247
2248       /* When the instantiated stride or base has an evolution in an
2249          innermost loop, return chrec_dont_know, as this is not a
2250          valid SCEV representation.  In the reduced testcase for
2251          PR40281 we would have {0, +, {1, +, 1}_2}_1 that has no
2252          meaning.  */
2253       if ((tree_is_chrec (op0) && CHREC_VARIABLE (op0) > var)
2254           || (tree_is_chrec (op1) && CHREC_VARIABLE (op1) > var))
2255         return chrec_dont_know;
2256
2257       op1 = chrec_convert_rhs (chrec_type (op0), op1, NULL);
2258       chrec = build_polynomial_chrec (var, op0, op1);
2259     }
2260
2261   return chrec;
2262 }
2263
2264 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2265    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2266
2267    "C0 CODE C1" is a binary expression of type TYPE to be instantiated.
2268
2269    CACHE is the cache of already instantiated values.
2270
2271    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2272    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2273    the chrec is preserved.
2274
2275    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2276    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2277
2278 static tree
2279 instantiate_scev_binary (basic_block instantiate_below,
2280                          struct loop *evolution_loop, tree chrec, enum tree_code code,
2281                          tree type, tree c0, tree c1,
2282                          bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2283 {
2284   tree op1;
2285   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2286                                  c0, fold_conversions, cache,
2287                                  size_expr);
2288   if (op0 == chrec_dont_know)
2289     return chrec_dont_know;
2290
2291   op1 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2292                             c1, fold_conversions, cache,
2293                             size_expr);
2294   if (op1 == chrec_dont_know)
2295     return chrec_dont_know;
2296
2297   if (c0 != op0
2298       || c1 != op1)
2299     {
2300       op0 = chrec_convert (type, op0, NULL);
2301       op1 = chrec_convert_rhs (type, op1, NULL);
2302
2303       switch (code)
2304         {
2305         case POINTER_PLUS_EXPR:
2306         case PLUS_EXPR:
2307           return chrec_fold_plus (type, op0, op1);
2308
2309         case MINUS_EXPR:
2310           return chrec_fold_minus (type, op0, op1);
2311
2312         case MULT_EXPR:
2313           return chrec_fold_multiply (type, op0, op1);
2314
2315         default:
2316           gcc_unreachable ();
2317         }
2318     }
2319
2320   return chrec ? chrec : fold_build2 (code, type, c0, c1);
2321 }
2322
2323 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2324    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2325
2326    "CHREC" that stands for a convert expression "(TYPE) OP" is to be
2327    instantiated.
2328
2329    CACHE is the cache of already instantiated values.
2330
2331    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2332    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2333    the chrec is preserved.
2334
2335    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2336    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2337
2338 static tree
2339 instantiate_scev_convert (basic_block instantiate_below,
2340                           struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2341                           tree type, tree op,
2342                           bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2343 {
2344   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop, op,
2345                                  fold_conversions, cache, size_expr);
2346
2347   if (op0 == chrec_dont_know)
2348     return chrec_dont_know;
2349
2350   if (fold_conversions)
2351     {
2352       tree tmp = chrec_convert_aggressive (type, op0);
2353       if (tmp)
2354         return tmp;
2355     }
2356
2357   if (chrec && op0 == op)
2358     return chrec;
2359
2360   /* If we used chrec_convert_aggressive, we can no longer assume that
2361      signed chrecs do not overflow, as chrec_convert does, so avoid
2362      calling it in that case.  */
2363   if (fold_conversions)
2364     return fold_convert (type, op0);
2365
2366   return chrec_convert (type, op0, NULL);
2367 }
2368
2369 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2370    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2371
2372    CHREC is a BIT_NOT_EXPR or a NEGATE_EXPR expression to be instantiated.
2373    Handle ~X as -1 - X.
2374    Handle -X as -1 * X.
2375
2376    CACHE is the cache of already instantiated values.
2377
2378    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2379    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2380    the chrec is preserved.
2381
2382    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2383    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2384
2385 static tree
2386 instantiate_scev_not (basic_block instantiate_below,
2387                       struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2388                       enum tree_code code, tree type, tree op,
2389                       bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2390 {
2391   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop, op,
2392                                  fold_conversions, cache, size_expr);
2393
2394   if (op0 == chrec_dont_know)
2395     return chrec_dont_know;
2396
2397   if (op != op0)
2398     {
2399       op0 = chrec_convert (type, op0, NULL);
2400
2401       switch (code)
2402         {
2403         case BIT_NOT_EXPR:
2404           return chrec_fold_minus
2405             (type, fold_convert (type, integer_minus_one_node), op0);
2406
2407         case NEGATE_EXPR:
2408           return chrec_fold_multiply
2409             (type, fold_convert (type, integer_minus_one_node), op0);
2410
2411         default:
2412           gcc_unreachable ();
2413         }
2414     }
2415
2416   return chrec ? chrec : fold_build1 (code, type, op0);
2417 }
2418
2419 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2420    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2421
2422    CHREC is an expression with 3 operands to be instantiated.
2423
2424    CACHE is the cache of already instantiated values.
2425
2426    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2427    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2428    the chrec is preserved.
2429
2430    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2431    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2432
2433 static tree
2434 instantiate_scev_3 (basic_block instantiate_below,
2435                     struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2436                     bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2437 {
2438   tree op1, op2;
2439   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2440                                  TREE_OPERAND (chrec, 0),
2441                                  fold_conversions, cache, size_expr);
2442   if (op0 == chrec_dont_know)
2443     return chrec_dont_know;
2444
2445   op1 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2446                             TREE_OPERAND (chrec, 1),
2447                             fold_conversions, cache, size_expr);
2448   if (op1 == chrec_dont_know)
2449     return chrec_dont_know;
2450
2451   op2 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2452                             TREE_OPERAND (chrec, 2),
2453                             fold_conversions, cache, size_expr);
2454   if (op2 == chrec_dont_know)
2455     return chrec_dont_know;
2456
2457   if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0)
2458       && op1 == TREE_OPERAND (chrec, 1)
2459       && op2 == TREE_OPERAND (chrec, 2))
2460     return chrec;
2461
2462   return fold_build3 (TREE_CODE (chrec),
2463                       TREE_TYPE (chrec), op0, op1, op2);
2464 }
2465
2466 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2467    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2468
2469    CHREC is an expression with 2 operands to be instantiated.
2470
2471    CACHE is the cache of already instantiated values.
2472
2473    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2474    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2475    the chrec is preserved.
2476
2477    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2478    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2479
2480 static tree
2481 instantiate_scev_2 (basic_block instantiate_below,
2482                     struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2483                     bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2484 {
2485   tree op1;
2486   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2487                                  TREE_OPERAND (chrec, 0),
2488                                  fold_conversions, cache, size_expr);
2489   if (op0 == chrec_dont_know)
2490     return chrec_dont_know;
2491
2492   op1 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2493                             TREE_OPERAND (chrec, 1),
2494                             fold_conversions, cache, size_expr);
2495   if (op1 == chrec_dont_know)
2496     return chrec_dont_know;
2497
2498   if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0)
2499       && op1 == TREE_OPERAND (chrec, 1))
2500     return chrec;
2501
2502   return fold_build2 (TREE_CODE (chrec), TREE_TYPE (chrec), op0, op1);
2503 }
2504
2505 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2506    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2507
2508    CHREC is an expression with 2 operands to be instantiated.
2509
2510    CACHE is the cache of already instantiated values.
2511
2512    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2513    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2514    the chrec is preserved.
2515
2516    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2517    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2518
2519 static tree
2520 instantiate_scev_1 (basic_block instantiate_below,
2521                     struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2522                     bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2523 {
2524   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2525                                  TREE_OPERAND (chrec, 0),
2526                                  fold_conversions, cache, size_expr);
2527
2528   if (op0 == chrec_dont_know)
2529     return chrec_dont_know;
2530
2531   if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0))
2532     return chrec;
2533
2534   return fold_build1 (TREE_CODE (chrec), TREE_TYPE (chrec), op0);
2535 }
2536
2537 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2538    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2539
2540    CHREC is the scalar evolution to instantiate.
2541
2542    CACHE is the cache of already instantiated values.
2543
2544    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2545    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2546    the chrec is preserved.
2547
2548    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2549    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2550
2551 static tree
2552 instantiate_scev_r (basic_block instantiate_below,
2553                     struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2554                     bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2555 {
2556   /* Give up if the expression is larger than the MAX that we allow.  */
2557   if (size_expr++ > PARAM_VALUE (PARAM_SCEV_MAX_EXPR_SIZE))
2558     return chrec_dont_know;
2559
2560   if (automatically_generated_chrec_p (chrec)
2561       || is_gimple_min_invariant (chrec))
2562     return chrec;
2563
2564   switch (TREE_CODE (chrec))
2565     {
2566     case SSA_NAME:
2567       return instantiate_scev_name (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2568                                     fold_conversions, cache, size_expr);
2569
2570     case POLYNOMIAL_CHREC:
2571       return instantiate_scev_poly (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2572                                     fold_conversions, cache, size_expr);
2573
2574     case POINTER_PLUS_EXPR:
2575     case PLUS_EXPR:
2576     case MINUS_EXPR:
2577     case MULT_EXPR:
2578       return instantiate_scev_binary (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2579                                       TREE_CODE (chrec), chrec_type (chrec),
2580                                       TREE_OPERAND (chrec, 0),
2581                                       TREE_OPERAND (chrec, 1),
2582                                       fold_conversions, cache, size_expr);
2583
2584     CASE_CONVERT:
2585       return instantiate_scev_convert (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2586                                        TREE_TYPE (chrec), TREE_OPERAND (chrec, 0),
2587                                        fold_conversions, cache, size_expr);
2588
2589     case NEGATE_EXPR:
2590     case BIT_NOT_EXPR:
2591       return instantiate_scev_not (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2592                                    TREE_CODE (chrec), TREE_TYPE (chrec),
2593                                    TREE_OPERAND (chrec, 0),
2594                                    fold_conversions, cache, size_expr);
2595
2596     case SCEV_NOT_KNOWN:
2597       return chrec_dont_know;
2598
2599     case SCEV_KNOWN:
2600       return chrec_known;
2601
2602     default:
2603       break;
2604     }
2605
2606   if (VL_EXP_CLASS_P (chrec))
2607     return chrec_dont_know;
2608
2609   switch (TREE_CODE_LENGTH (TREE_CODE (chrec)))
2610     {
2611     case 3:
2612       return instantiate_scev_3 (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2613                                  fold_conversions, cache, size_expr);
2614
2615     case 2:
2616       return instantiate_scev_2 (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2617                                  fold_conversions, cache, size_expr);
2618
2619     case 1:
2620       return instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2621                                  fold_conversions, cache, size_expr);
2622
2623     case 0:
2624       return chrec;
2625
2626     default:
2627       break;
2628     }
2629
2630   /* Too complicated to handle.  */
2631   return chrec_dont_know;
2632 }
2633
2634 /* Analyze all the parameters of the chrec that were left under a
2635    symbolic form.  INSTANTIATE_BELOW is the basic block that stops the
2636    recursive instantiation of parameters: a parameter is a variable
2637    that is defined in a basic block that dominates INSTANTIATE_BELOW or
2638    a function parameter.  */
2639
2640 tree
2641 instantiate_scev (basic_block instantiate_below, struct loop *evolution_loop,
2642                   tree chrec)
2643 {
2644   tree res;
2645   htab_t cache = htab_create (10, hash_scev_info, eq_scev_info, del_scev_info);
2646
2647   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2648     {
2649       fprintf (dump_file, "(instantiate_scev \n");
2650       fprintf (dump_file, "  (instantiate_below = %d)\n", instantiate_below->index);
2651       fprintf (dump_file, "  (evolution_loop = %d)\n", evolution_loop->num);
2652       fprintf (dump_file, "  (chrec = ");
2653       print_generic_expr (dump_file, chrec, 0);
2654       fprintf (dump_file, ")\n");
2655     }
2656
2657   res = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop, chrec, false,
2658                             cache, 0);
2659
2660   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2661     {
2662       fprintf (dump_file, "  (res = ");
2663       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
2664       fprintf (dump_file, "))\n");
2665     }
2666
2667   htab_delete (cache);
2668
2669   return res;
2670 }
2671
2672 /* Similar to instantiate_parameters, but does not introduce the
2673    evolutions in outer loops for LOOP invariants in CHREC, and does not
2674    care about causing overflows, as long as they do not affect value
2675    of an expression.  */
2676
2677 tree
2678 resolve_mixers (struct loop *loop, tree chrec)
2679 {
2680   htab_t cache = htab_create (10, hash_scev_info, eq_scev_info, del_scev_info);
2681   tree ret = instantiate_scev_r (block_before_loop (loop), loop, chrec, true,
2682                                  cache, 0);
2683   htab_delete (cache);
2684   return ret;
2685 }
2686
2687 /* Entry point for the analysis of the number of iterations pass.
2688    This function tries to safely approximate the number of iterations
2689    the loop will run.  When this property is not decidable at compile
2690    time, the result is chrec_dont_know.  Otherwise the result is
2691    a scalar or a symbolic parameter.
2692
2693    Example of analysis: suppose that the loop has an exit condition:
2694
2695    "if (b > 49) goto end_loop;"
2696
2697    and that in a previous analysis we have determined that the
2698    variable 'b' has an evolution function:
2699
2700    "EF = {23, +, 5}_2".
2701
2702    When we evaluate the function at the point 5, i.e. the value of the
2703    variable 'b' after 5 iterations in the loop, we have EF (5) = 48,
2704    and EF (6) = 53.  In this case the value of 'b' on exit is '53' and
2705    the loop body has been executed 6 times.  */
2706
2707 tree
2708 number_of_latch_executions (struct loop *loop)
2709 {
2710   tree res, type;
2711   edge exit;
2712   struct tree_niter_desc niter_desc;
2713
2714   /* Determine whether the number_of_iterations_in_loop has already
2715      been computed.  */
2716   res = loop->nb_iterations;
2717   if (res)
2718     return res;
2719   res = chrec_dont_know;
2720
2721   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2722     fprintf (dump_file, "(number_of_iterations_in_loop\n");
2723
2724   exit = single_exit (loop);
2725   if (!exit)
2726     goto end;
2727
2728   if (!number_of_iterations_exit (loop, exit, &niter_desc, false))
2729     goto end;
2730
2731   type = TREE_TYPE (niter_desc.niter);
2732   if (integer_nonzerop (niter_desc.may_be_zero))
2733     res = build_int_cst (type, 0);
2734   else if (integer_zerop (niter_desc.may_be_zero))
2735     res = niter_desc.niter;
2736   else
2737     res = chrec_dont_know;
2738
2739 end:
2740   return set_nb_iterations_in_loop (loop, res);
2741 }
2742
2743 /* Returns the number of executions of the exit condition of LOOP,
2744    i.e., the number by one higher than number_of_latch_executions.
2745    Note that unlike number_of_latch_executions, this number does
2746    not necessarily fit in the unsigned variant of the type of
2747    the control variable -- if the number of iterations is a constant,
2748    we return chrec_dont_know if adding one to number_of_latch_executions
2749    overflows; however, in case the number of iterations is symbolic
2750    expression, the caller is responsible for dealing with this
2751    the possible overflow.  */
2752
2753 tree
2754 number_of_exit_cond_executions (struct loop *loop)
2755 {
2756   tree ret = number_of_latch_executions (loop);
2757   tree type = chrec_type (ret);
2758
2759   if (chrec_contains_undetermined (ret))
2760     return ret;
2761
2762   ret = chrec_fold_plus (type, ret, build_int_cst (type, 1));
2763   if (TREE_CODE (ret) == INTEGER_CST
2764       && TREE_OVERFLOW (ret))
2765     return chrec_dont_know;
2766
2767   return ret;
2768 }
2769
2770 /* One of the drivers for testing the scalar evolutions analysis.
2771    This function computes the number of iterations for all the loops
2772    from the EXIT_CONDITIONS array.  */
2773
2774 static void
2775 number_of_iterations_for_all_loops (VEC(gimple,heap) **exit_conditions)
2776 {
2777   unsigned int i;
2778   unsigned nb_chrec_dont_know_loops = 0;
2779   unsigned nb_static_loops = 0;
2780   gimple cond;
2781
2782   for (i = 0; VEC_iterate (gimple, *exit_conditions, i, cond); i++)
2783     {
2784       tree res = number_of_latch_executions (loop_containing_stmt (cond));
2785       if (chrec_contains_undetermined (res))
2786         nb_chrec_dont_know_loops++;
2787       else
2788         nb_static_loops++;
2789     }
2790
2791   if (dump_file)
2792     {
2793       fprintf (dump_file, "\n(\n");
2794       fprintf (dump_file, "-----------------------------------------\n");
2795       fprintf (dump_file, "%d\tnb_chrec_dont_know_loops\n", nb_chrec_dont_know_loops);
2796       fprintf (dump_file, "%d\tnb_static_loops\n", nb_static_loops);
2797       fprintf (dump_file, "%d\tnb_total_loops\n", number_of_loops ());
2798       fprintf (dump_file, "-----------------------------------------\n");
2799       fprintf (dump_file, ")\n\n");
2800
2801       print_loops (dump_file, 3);
2802     }
2803 }
2804
2805 \f
2806
2807 /* Counters for the stats.  */
2808
2809 struct chrec_stats
2810 {
2811   unsigned nb_chrecs;
2812   unsigned nb_affine;
2813   unsigned nb_affine_multivar;
2814   unsigned nb_higher_poly;
2815   unsigned nb_chrec_dont_know;
2816   unsigned nb_undetermined;
2817 };
2818
2819 /* Reset the counters.  */
2820
2821 static inline void
2822 reset_chrecs_counters (struct chrec_stats *stats)
2823 {
2824   stats->nb_chrecs = 0;
2825   stats->nb_affine = 0;
2826   stats->nb_affine_multivar = 0;
2827   stats->nb_higher_poly = 0;
2828   stats->nb_chrec_dont_know = 0;
2829   stats->nb_undetermined = 0;
2830 }
2831
2832 /* Dump the contents of a CHREC_STATS structure.  */
2833
2834 static void
2835 dump_chrecs_stats (FILE *file, struct chrec_stats *stats)
2836 {
2837   fprintf (file, "\n(\n");
2838   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2839   fprintf (file, "%d\taffine univariate chrecs\n", stats->nb_affine);
2840   fprintf (file, "%d\taffine multivariate chrecs\n", stats->nb_affine_multivar);
2841   fprintf (file, "%d\tdegree greater than 2 polynomials\n",
2842            stats->nb_higher_poly);
2843   fprintf (file, "%d\tchrec_dont_know chrecs\n", stats->nb_chrec_dont_know);
2844   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2845   fprintf (file, "%d\ttotal chrecs\n", stats->nb_chrecs);
2846   fprintf (file, "%d\twith undetermined coefficients\n",
2847            stats->nb_undetermined);
2848   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2849   fprintf (file, "%d\tchrecs in the scev database\n",
2850            (int) htab_elements (scalar_evolution_info));
2851   fprintf (file, "%d\tsets in the scev database\n", nb_set_scev);
2852   fprintf (file, "%d\tgets in the scev database\n", nb_get_scev);
2853   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2854   fprintf (file, ")\n\n");
2855 }
2856
2857 /* Gather statistics about CHREC.  */
2858
2859 static void
2860 gather_chrec_stats (tree chrec, struct chrec_stats *stats)
2861 {
2862   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2863     {
2864       fprintf (dump_file, "(classify_chrec ");
2865       print_generic_expr (dump_file, chrec, 0);
2866       fprintf (dump_file, "\n");
2867     }
2868
2869   stats->nb_chrecs++;
2870
2871   if (chrec == NULL_TREE)
2872     {
2873       stats->nb_undetermined++;
2874       return;
2875     }
2876
2877   switch (TREE_CODE (chrec))
2878     {
2879     case POLYNOMIAL_CHREC:
2880       if (evolution_function_is_affine_p (chrec))
2881         {
2882           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2883             fprintf (dump_file, "  affine_univariate\n");
2884           stats->nb_affine++;
2885         }
2886       else if (evolution_function_is_affine_multivariate_p (chrec, 0))
2887         {
2888           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2889             fprintf (dump_file, "  affine_multivariate\n");
2890           stats->nb_affine_multivar++;
2891         }
2892       else
2893         {
2894           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2895             fprintf (dump_file, "  higher_degree_polynomial\n");
2896           stats->nb_higher_poly++;
2897         }
2898
2899       break;
2900
2901     default:
2902       break;
2903     }
2904
2905   if (chrec_contains_undetermined (chrec))
2906     {
2907       if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2908         fprintf (dump_file, "  undetermined\n");
2909       stats->nb_undetermined++;
2910     }
2911
2912   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2913     fprintf (dump_file, ")\n");
2914 }
2915
2916 /* One of the drivers for testing the scalar evolutions analysis.
2917    This function analyzes the scalar evolution of all the scalars
2918    defined as loop phi nodes in one of the loops from the
2919    EXIT_CONDITIONS array.
2920
2921    TODO Optimization: A loop is in canonical form if it contains only
2922    a single scalar loop phi node.  All the other scalars that have an
2923    evolution in the loop are rewritten in function of this single
2924    index.  This allows the parallelization of the loop.  */
2925
2926 static void
2927 analyze_scalar_evolution_for_all_loop_phi_nodes (VEC(gimple,heap) **exit_conditions)
2928 {
2929   unsigned int i;
2930   struct chrec_stats stats;
2931   gimple cond, phi;
2932   gimple_stmt_iterator psi;
2933
2934   reset_chrecs_counters (&stats);
2935
2936   for (i = 0; VEC_iterate (gimple, *exit_conditions, i, cond); i++)
2937     {
2938       struct loop *loop;
2939       basic_block bb;
2940       tree chrec;
2941
2942       loop = loop_containing_stmt (cond);
2943       bb = loop->header;
2944
2945       for (psi = gsi_start_phis (bb); !gsi_end_p (psi); gsi_next (&psi))
2946         {
2947           phi = gsi_stmt (psi);
2948           if (is_gimple_reg (PHI_RESULT (phi)))
2949             {
2950               chrec = instantiate_parameters
2951                         (loop,
2952                          analyze_scalar_evolution (loop, PHI_RESULT (phi)));
2953
2954               if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2955                 gather_chrec_stats (chrec, &stats);
2956             }
2957         }
2958     }
2959
2960   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2961     dump_chrecs_stats (dump_file, &stats);
2962 }
2963
2964 /* Callback for htab_traverse, gathers information on chrecs in the
2965    hashtable.  */
2966
2967 static int
2968 gather_stats_on_scev_database_1 (void **slot, void *stats)
2969 {
2970   struct scev_info_str *entry = (struct scev_info_str *) *slot;
2971
2972   gather_chrec_stats (entry->chrec, (struct chrec_stats *) stats);
2973
2974   return 1;
2975 }
2976
2977 /* Classify the chrecs of the whole database.  */
2978
2979 void
2980 gather_stats_on_scev_database (void)
2981 {
2982   struct chrec_stats stats;
2983
2984   if (!dump_file)
2985     return;
2986
2987   reset_chrecs_counters (&stats);
2988
2989   htab_traverse (scalar_evolution_info, gather_stats_on_scev_database_1,
2990                  &stats);
2991
2992   dump_chrecs_stats (dump_file, &stats);
2993 }
2994
2995 \f
2996
2997 /* Initializer.  */
2998
2999 static void
3000 initialize_scalar_evolutions_analyzer (void)
3001 {
3002   /* The elements below are unique.  */
3003   if (chrec_dont_know == NULL_TREE)
3004     {
3005       chrec_not_analyzed_yet = NULL_TREE;
3006       chrec_dont_know = make_node (SCEV_NOT_KNOWN);
3007       chrec_known = make_node (SCEV_KNOWN);
3008       TREE_TYPE (chrec_dont_know) = void_type_node;
3009       TREE_TYPE (chrec_known) = void_type_node;
3010     }
3011 }
3012
3013 /* Initialize the analysis of scalar evolutions for LOOPS.  */
3014
3015 void
3016 scev_initialize (void)
3017 {
3018   loop_iterator li;
3019   struct loop *loop;
3020
3021   scalar_evolution_info = htab_create_alloc (100,
3022                                              hash_scev_info,
3023                                              eq_scev_info,
3024                                              del_scev_info,
3025                                              ggc_calloc,
3026                                              ggc_free);
3027
3028   initialize_scalar_evolutions_analyzer ();
3029
3030   FOR_EACH_LOOP (li, loop, 0)
3031     {
3032       loop->nb_iterations = NULL_TREE;
3033     }
3034 }
3035
3036 /* Cleans up the information cached by the scalar evolutions analysis
3037    in the hash table.  */
3038
3039 void
3040 scev_reset_htab (void)
3041 {
3042   if (!scalar_evolution_info)
3043     return;
3044
3045   htab_empty (scalar_evolution_info);
3046 }
3047
3048 /* Cleans up the information cached by the scalar evolutions analysis
3049    in the hash table and in the loop->nb_iterations.  */
3050
3051 void
3052 scev_reset (void)
3053 {
3054   loop_iterator li;
3055   struct loop *loop;
3056
3057   scev_reset_htab ();
3058
3059   if (!current_loops)
3060     return;
3061
3062   FOR_EACH_LOOP (li, loop, 0)
3063     {
3064       loop->nb_iterations = NULL_TREE;
3065     }
3066 }
3067
3068 /* Checks whether use of OP in USE_LOOP behaves as a simple affine iv with
3069    respect to WRTO_LOOP and returns its base and step in IV if possible
3070    (see analyze_scalar_evolution_in_loop for more details on USE_LOOP
3071    and WRTO_LOOP).  If ALLOW_NONCONSTANT_STEP is true, we want step to be
3072    invariant in LOOP.  Otherwise we require it to be an integer constant.
3073
3074    IV->no_overflow is set to true if we are sure the iv cannot overflow (e.g.
3075    because it is computed in signed arithmetics).  Consequently, adding an
3076    induction variable
3077
3078    for (i = IV->base; ; i += IV->step)
3079
3080    is only safe if IV->no_overflow is false, or TYPE_OVERFLOW_UNDEFINED is
3081    false for the type of the induction variable, or you can prove that i does
3082    not wrap by some other argument.  Otherwise, this might introduce undefined
3083    behavior, and
3084
3085    for (i = iv->base; ; i = (type) ((unsigned type) i + (unsigned type) iv->step))
3086
3087    must be used instead.  */
3088
3089 bool
3090 simple_iv (struct loop *wrto_loop, struct loop *use_loop, tree op,
3091            affine_iv *iv, bool allow_nonconstant_step)
3092 {
3093   tree type, ev;
3094   bool folded_casts;
3095
3096   iv->base = NULL_TREE;
3097   iv->step = NULL_TREE;
3098   iv->no_overflow = false;
3099
3100   type = TREE_TYPE (op);
3101   if (TREE_CODE (type) != INTEGER_TYPE
3102       && TREE_CODE (type) != POINTER_TYPE)
3103     return false;
3104
3105   ev = analyze_scalar_evolution_in_loop (wrto_loop, use_loop, op,
3106                                          &folded_casts);
3107   if (chrec_contains_undetermined (ev)
3108       || chrec_contains_symbols_defined_in_loop (ev, wrto_loop->num))
3109     return false;
3110
3111   if (tree_does_not_contain_chrecs (ev))
3112     {
3113       iv->base = ev;
3114       iv->step = build_int_cst (TREE_TYPE (ev), 0);
3115       iv->no_overflow = true;
3116       return true;
3117     }
3118
3119   if (TREE_CODE (ev) != POLYNOMIAL_CHREC
3120       || CHREC_VARIABLE (ev) != (unsigned) wrto_loop->num)
3121     return false;
3122
3123   iv->step = CHREC_RIGHT (ev);
3124   if ((!allow_nonconstant_step && TREE_CODE (iv->step) != INTEGER_CST)
3125       || tree_contains_chrecs (iv->step, NULL))
3126     return false;
3127
3128   iv->base = CHREC_LEFT (ev);
3129   if (tree_contains_chrecs (iv->base, NULL))
3130     return false;
3131
3132   iv->no_overflow = !folded_casts && TYPE_OVERFLOW_UNDEFINED (type);
3133
3134   return true;
3135 }
3136
3137 /* Runs the analysis of scalar evolutions.  */
3138
3139 void
3140 scev_analysis (void)
3141 {
3142   VEC(gimple,heap) *exit_conditions;
3143
3144   exit_conditions = VEC_alloc (gimple, heap, 37);
3145   select_loops_exit_conditions (&exit_conditions);
3146
3147   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
3148     analyze_scalar_evolution_for_all_loop_phi_nodes (&exit_conditions);
3149
3150   number_of_iterations_for_all_loops (&exit_conditions);
3151   VEC_free (gimple, heap, exit_conditions);
3152 }
3153
3154 /* Finalize the scalar evolution analysis.  */
3155
3156 void
3157 scev_finalize (void)
3158 {
3159   if (!scalar_evolution_info)
3160     return;
3161   htab_delete (scalar_evolution_info);
3162   scalar_evolution_info = NULL;
3163 }
3164
3165 /* Returns true if the expression EXPR is considered to be too expensive
3166    for scev_const_prop.  */
3167
3168 bool
3169 expression_expensive_p (tree expr)
3170 {
3171   enum tree_code code;
3172
3173   if (is_gimple_val (expr))
3174     return false;
3175
3176   code = TREE_CODE (expr);
3177   if (code == TRUNC_DIV_EXPR
3178       || code == CEIL_DIV_EXPR
3179       || code == FLOOR_DIV_EXPR
3180       || code == ROUND_DIV_EXPR
3181       || code == TRUNC_MOD_EXPR
3182       || code == CEIL_MOD_EXPR
3183       || code == FLOOR_MOD_EXPR
3184       || code == ROUND_MOD_EXPR
3185       || code == EXACT_DIV_EXPR)
3186     {
3187       /* Division by power of two is usually cheap, so we allow it.
3188          Forbid anything else.  */
3189       if (!integer_pow2p (TREE_OPERAND (expr, 1)))
3190         return true;
3191     }
3192
3193   switch (TREE_CODE_CLASS (code))
3194     {
3195     case tcc_binary:
3196     case tcc_comparison:
3197       if (expression_expensive_p (TREE_OPERAND (expr, 1)))
3198         return true;
3199
3200       /* Fallthru.  */
3201     case tcc_unary:
3202       return expression_expensive_p (TREE_OPERAND (expr, 0));
3203
3204     default:
3205       return true;
3206     }
3207 }
3208
3209 /* Replace ssa names for that scev can prove they are constant by the
3210    appropriate constants.  Also perform final value replacement in loops,
3211    in case the replacement expressions are cheap.
3212
3213    We only consider SSA names defined by phi nodes; rest is left to the
3214    ordinary constant propagation pass.  */
3215
3216 unsigned int
3217 scev_const_prop (void)
3218 {
3219   basic_block bb;
3220   tree name, type, ev;
3221   gimple phi, ass;
3222   struct loop *loop, *ex_loop;
3223   bitmap ssa_names_to_remove = NULL;
3224   unsigned i;
3225   loop_iterator li;
3226   gimple_stmt_iterator psi;
3227
3228   if (number_of_loops () <= 1)
3229     return 0;
3230
3231   FOR_EACH_BB (bb)
3232     {
3233       loop = bb->loop_father;
3234
3235       for (psi = gsi_start_phis (bb); !gsi_end_p (psi); gsi_next (&psi))
3236         {
3237           phi = gsi_stmt (psi);
3238           name = PHI_RESULT (phi);
3239
3240           if (!is_gimple_reg (name))
3241             continue;
3242
3243           type = TREE_TYPE (name);
3244
3245           if (!POINTER_TYPE_P (type)
3246               && !INTEGRAL_TYPE_P (type))
3247             continue;
3248
3249           ev = resolve_mixers (loop, analyze_scalar_evolution (loop, name));
3250           if (!is_gimple_min_invariant (ev)
3251               || !may_propagate_copy (name, ev))
3252             continue;
3253
3254           /* Replace the uses of the name.  */
3255           if (name != ev)
3256             replace_uses_by (name, ev);
3257
3258           if (!ssa_names_to_remove)
3259             ssa_names_to_remove = BITMAP_ALLOC (NULL);
3260           bitmap_set_bit (ssa_names_to_remove, SSA_NAME_VERSION (name));
3261         }
3262     }
3263
3264   /* Remove the ssa names that were replaced by constants.  We do not
3265      remove them directly in the previous cycle, since this
3266      invalidates scev cache.  */
3267   if (ssa_names_to_remove)
3268     {
3269       bitmap_iterator bi;
3270
3271       EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (ssa_names_to_remove, 0, i, bi)
3272         {
3273           gimple_stmt_iterator psi;
3274           name = ssa_name (i);
3275           phi = SSA_NAME_DEF_STMT (name);
3276
3277           gcc_assert (gimple_code (phi) == GIMPLE_PHI);
3278           psi = gsi_for_stmt (phi);
3279           remove_phi_node (&psi, true);
3280         }
3281
3282       BITMAP_FREE (ssa_names_to_remove);
3283       scev_reset ();
3284     }
3285
3286   /* Now the regular final value replacement.  */
3287   FOR_EACH_LOOP (li, loop, LI_FROM_INNERMOST)
3288     {
3289       edge exit;
3290       tree def, rslt, niter;
3291       gimple_stmt_iterator bsi;
3292
3293       /* If we do not know exact number of iterations of the loop, we cannot
3294          replace the final value.  */
3295       exit = single_exit (loop);
3296       if (!exit)
3297         continue;
3298
3299       niter = number_of_latch_executions (loop);
3300       if (niter == chrec_dont_know)
3301         continue;
3302
3303       /* Ensure that it is possible to insert new statements somewhere.  */
3304       if (!single_pred_p (exit->dest))
3305         split_loop_exit_edge (exit);
3306       bsi = gsi_after_labels (exit->dest);
3307
3308       ex_loop = superloop_at_depth (loop,
3309                                     loop_depth (exit->dest->loop_father) + 1);
3310
3311       for (psi = gsi_start_phis (exit->dest); !gsi_end_p (psi); )
3312         {
3313           phi = gsi_stmt (psi);
3314           rslt = PHI_RESULT (phi);
3315           def = PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi, exit);
3316           if (!is_gimple_reg (def))
3317             {
3318               gsi_next (&psi);
3319               continue;
3320             }
3321
3322           if (!POINTER_TYPE_P (TREE_TYPE (def))
3323               && !INTEGRAL_TYPE_P (TREE_TYPE (def)))
3324             {
3325               gsi_next (&psi);
3326               continue;
3327             }
3328
3329           def = analyze_scalar_evolution_in_loop (ex_loop, loop, def, NULL);
3330           def = compute_overall_effect_of_inner_loop (ex_loop, def);
3331           if (!tree_does_not_contain_chrecs (def)
3332               || chrec_contains_symbols_defined_in_loop (def, ex_loop->num)
3333               /* Moving the computation from the loop may prolong life range
3334                  of some ssa names, which may cause problems if they appear
3335                  on abnormal edges.  */
3336               || contains_abnormal_ssa_name_p (def)
3337               /* Do not emit expensive expressions.  The rationale is that
3338                  when someone writes a code like
3339
3340                  while (n > 45) n -= 45;
3341
3342                  he probably knows that n is not large, and does not want it
3343                  to be turned into n %= 45.  */
3344               || expression_expensive_p (def))
3345             {
3346               gsi_next (&psi);
3347               continue;
3348             }
3349
3350           /* Eliminate the PHI node and replace it by a computation outside
3351              the loop.  */
3352           def = unshare_expr (def);
3353           remove_phi_node (&psi, false);
3354
3355           def = force_gimple_operand_gsi (&bsi, def, false, NULL_TREE,
3356                                           true, GSI_SAME_STMT);
3357           ass = gimple_build_assign (rslt, def);
3358           gsi_insert_before (&bsi, ass, GSI_SAME_STMT);
3359         }
3360     }
3361   return 0;
3362 }
3363
3364 #include "gt-tree-scalar-evolution.h"