OSDN Git Service

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