OSDN Git Service

./:
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / tree-scalar-evolution.c
1 /* Scalar evolution detector.
2    Copyright (C) 2003, 2004, 2005, 2006, 2007 Free Software Foundation, Inc.
3    Contributed by Sebastian Pop <s.pop@laposte.net>
4
5 This file is part of GCC.
6
7 GCC is free software; you can redistribute it and/or modify it under
8 the terms of the GNU General Public License as published by the Free
9 Software Foundation; either version 2, or (at your option) any later
10 version.
11
12 GCC is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
13 WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
14 FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
15 for more details.
16
17 You should have received a copy of the GNU General Public License
18 along with GCC; see the file COPYING.  If not, write to the Free
19 Software Foundation, 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA
20 02110-1301, USA.  */
21
22 /* 
23    Description: 
24    
25    This pass analyzes the evolution of scalar variables in loop
26    structures.  The algorithm is based on the SSA representation,
27    and on the loop hierarchy tree.  This algorithm is not based on
28    the notion of versions of a variable, as it was the case for the
29    previous implementations of the scalar evolution algorithm, but
30    it assumes that each defined name is unique.
31
32    The notation used in this file is called "chains of recurrences",
33    and has been proposed by Eugene Zima, Robert Van Engelen, and
34    others for describing induction variables in programs.  For example
35    "b -> {0, +, 2}_1" means that the scalar variable "b" is equal to 0
36    when entering in the loop_1 and has a step 2 in this loop, in other
37    words "for (b = 0; b < N; b+=2);".  Note that the coefficients of
38    this chain of recurrence (or chrec [shrek]) can contain the name of
39    other variables, in which case they are called parametric chrecs.
40    For example, "b -> {a, +, 2}_1" means that the initial value of "b"
41    is the value of "a".  In most of the cases these parametric chrecs
42    are fully instantiated before their use because symbolic names can
43    hide some difficult cases such as self-references described later
44    (see the Fibonacci example).
45    
46    A short sketch of the algorithm is:
47      
48    Given a scalar variable to be analyzed, follow the SSA edge to
49    its definition:
50      
51    - When the definition is a GIMPLE_MODIFY_STMT: if the right hand side
52    (RHS) of the definition cannot be statically analyzed, the answer
53    of the analyzer is: "don't know".  
54    Otherwise, for all the variables that are not yet analyzed in the
55    RHS, try to determine their evolution, and finally try to
56    evaluate the operation of the RHS that gives the evolution
57    function of the analyzed variable.
58
59    - When the definition is a condition-phi-node: determine the
60    evolution function for all the branches of the phi node, and
61    finally merge these evolutions (see chrec_merge).
62
63    - When the definition is a loop-phi-node: determine its initial
64    condition, that is the SSA edge defined in an outer loop, and
65    keep it symbolic.  Then determine the SSA edges that are defined
66    in the body of the loop.  Follow the inner edges until ending on
67    another loop-phi-node of the same analyzed loop.  If the reached
68    loop-phi-node is not the starting loop-phi-node, then we keep
69    this definition under a symbolic form.  If the reached
70    loop-phi-node is the same as the starting one, then we compute a
71    symbolic stride on the return path.  The result is then the
72    symbolic chrec {initial_condition, +, symbolic_stride}_loop.
73
74    Examples:
75    
76    Example 1: Illustration of the basic algorithm.
77    
78    | a = 3
79    | loop_1
80    |   b = phi (a, c)
81    |   c = b + 1
82    |   if (c > 10) exit_loop
83    | endloop
84    
85    Suppose that we want to know the number of iterations of the
86    loop_1.  The exit_loop is controlled by a COND_EXPR (c > 10).  We
87    ask the scalar evolution analyzer two questions: what's the
88    scalar evolution (scev) of "c", and what's the scev of "10".  For
89    "10" the answer is "10" since it is a scalar constant.  For the
90    scalar variable "c", it follows the SSA edge to its definition,
91    "c = b + 1", and then asks again what's the scev of "b".
92    Following the SSA edge, we end on a loop-phi-node "b = phi (a,
93    c)", where the initial condition is "a", and the inner loop edge
94    is "c".  The initial condition is kept under a symbolic form (it
95    may be the case that the copy constant propagation has done its
96    work and we end with the constant "3" as one of the edges of the
97    loop-phi-node).  The update edge is followed to the end of the
98    loop, and until reaching again the starting loop-phi-node: b -> c
99    -> b.  At this point we have drawn a path from "b" to "b" from
100    which we compute the stride in the loop: in this example it is
101    "+1".  The resulting scev for "b" is "b -> {a, +, 1}_1".  Now
102    that the scev for "b" is known, it is possible to compute the
103    scev for "c", that is "c -> {a + 1, +, 1}_1".  In order to
104    determine the number of iterations in the loop_1, we have to
105    instantiate_parameters ({a + 1, +, 1}_1), that gives after some
106    more analysis the scev {4, +, 1}_1, or in other words, this is
107    the function "f (x) = x + 4", where x is the iteration count of
108    the loop_1.  Now we have to solve the inequality "x + 4 > 10",
109    and take the smallest iteration number for which the loop is
110    exited: x = 7.  This loop runs from x = 0 to x = 7, and in total
111    there are 8 iterations.  In terms of loop normalization, we have
112    created a variable that is implicitly defined, "x" or just "_1",
113    and all the other analyzed scalars of the loop are defined in
114    function of this variable:
115    
116    a -> 3
117    b -> {3, +, 1}_1
118    c -> {4, +, 1}_1
119      
120    or in terms of a C program: 
121      
122    | a = 3
123    | for (x = 0; x <= 7; x++)
124    |   {
125    |     b = x + 3
126    |     c = x + 4
127    |   }
128      
129    Example 2: Illustration of the algorithm on nested loops.
130      
131    | loop_1
132    |   a = phi (1, b)
133    |   c = a + 2
134    |   loop_2  10 times
135    |     b = phi (c, d)
136    |     d = b + 3
137    |   endloop
138    | endloop
139      
140    For analyzing the scalar evolution of "a", the algorithm follows
141    the SSA edge into the loop's body: "a -> b".  "b" is an inner
142    loop-phi-node, and its analysis as in Example 1, gives: 
143      
144    b -> {c, +, 3}_2
145    d -> {c + 3, +, 3}_2
146      
147    Following the SSA edge for the initial condition, we end on "c = a
148    + 2", and then on the starting loop-phi-node "a".  From this point,
149    the loop stride is computed: back on "c = a + 2" we get a "+2" in
150    the loop_1, then on the loop-phi-node "b" we compute the overall
151    effect of the inner loop that is "b = c + 30", and we get a "+30"
152    in the loop_1.  That means that the overall stride in loop_1 is
153    equal to "+32", and the result is: 
154      
155    a -> {1, +, 32}_1
156    c -> {3, +, 32}_1
157      
158    Example 3: Higher degree polynomials.
159      
160    | loop_1
161    |   a = phi (2, b)
162    |   c = phi (5, d)
163    |   b = a + 1
164    |   d = c + a
165    | endloop
166      
167    a -> {2, +, 1}_1
168    b -> {3, +, 1}_1
169    c -> {5, +, a}_1
170    d -> {5 + a, +, a}_1
171      
172    instantiate_parameters ({5, +, a}_1) -> {5, +, 2, +, 1}_1
173    instantiate_parameters ({5 + a, +, a}_1) -> {7, +, 3, +, 1}_1
174      
175    Example 4: Lucas, Fibonacci, or mixers in general.
176      
177    | loop_1
178    |   a = phi (1, b)
179    |   c = phi (3, d)
180    |   b = c
181    |   d = c + a
182    | endloop
183      
184    a -> (1, c)_1
185    c -> {3, +, a}_1
186      
187    The syntax "(1, c)_1" stands for a PEELED_CHREC that has the
188    following semantics: during the first iteration of the loop_1, the
189    variable contains the value 1, and then it contains the value "c".
190    Note that this syntax is close to the syntax of the loop-phi-node:
191    "a -> (1, c)_1" vs. "a = phi (1, c)".
192      
193    The symbolic chrec representation contains all the semantics of the
194    original code.  What is more difficult is to use this information.
195      
196    Example 5: Flip-flops, or exchangers.
197      
198    | loop_1
199    |   a = phi (1, b)
200    |   c = phi (3, d)
201    |   b = c
202    |   d = a
203    | endloop
204      
205    a -> (1, c)_1
206    c -> (3, a)_1
207      
208    Based on these symbolic chrecs, it is possible to refine this
209    information into the more precise PERIODIC_CHRECs: 
210      
211    a -> |1, 3|_1
212    c -> |3, 1|_1
213      
214    This transformation is not yet implemented.
215      
216    Further readings:
217    
218    You can find a more detailed description of the algorithm in:
219    http://icps.u-strasbg.fr/~pop/DEA_03_Pop.pdf
220    http://icps.u-strasbg.fr/~pop/DEA_03_Pop.ps.gz.  But note that
221    this is a preliminary report and some of the details of the
222    algorithm have changed.  I'm working on a research report that
223    updates the description of the algorithms to reflect the design
224    choices used in this implementation.
225      
226    A set of slides show a high level overview of the algorithm and run
227    an example through the scalar evolution analyzer:
228    http://cri.ensmp.fr/~pop/gcc/mar04/slides.pdf
229
230    The slides that I have presented at the GCC Summit'04 are available
231    at: http://cri.ensmp.fr/~pop/gcc/20040604/gccsummit-lno-spop.pdf
232 */
233
234 #include "config.h"
235 #include "system.h"
236 #include "coretypes.h"
237 #include "tm.h"
238 #include "ggc.h"
239 #include "tree.h"
240 #include "real.h"
241
242 /* These RTL headers are needed for basic-block.h.  */
243 #include "rtl.h"
244 #include "basic-block.h"
245 #include "diagnostic.h"
246 #include "tree-flow.h"
247 #include "tree-dump.h"
248 #include "timevar.h"
249 #include "cfgloop.h"
250 #include "tree-chrec.h"
251 #include "tree-scalar-evolution.h"
252 #include "tree-pass.h"
253 #include "flags.h"
254 #include "params.h"
255
256 static tree analyze_scalar_evolution_1 (struct loop *, tree, tree);
257 static tree resolve_mixers (struct loop *, tree);
258
259 /* The cached information about a ssa name VAR, claiming that inside LOOP,
260    the value of VAR can be expressed as CHREC.  */
261
262 struct scev_info_str
263 {
264   tree var;
265   tree chrec;
266 };
267
268 /* Counters for the scev database.  */
269 static unsigned nb_set_scev = 0;
270 static unsigned nb_get_scev = 0;
271
272 /* The following trees are unique elements.  Thus the comparison of
273    another element to these elements should be done on the pointer to
274    these trees, and not on their value.  */
275
276 /* The SSA_NAMEs that are not yet analyzed are qualified with NULL_TREE.  */
277 tree chrec_not_analyzed_yet;
278
279 /* Reserved to the cases where the analyzer has detected an
280    undecidable property at compile time.  */
281 tree chrec_dont_know;
282
283 /* When the analyzer has detected that a property will never
284    happen, then it qualifies it with chrec_known.  */
285 tree chrec_known;
286
287 static bitmap already_instantiated;
288
289 static htab_t scalar_evolution_info;
290
291 \f
292 /* Constructs a new SCEV_INFO_STR structure.  */
293
294 static inline struct scev_info_str *
295 new_scev_info_str (tree var)
296 {
297   struct scev_info_str *res;
298   
299   res = XNEW (struct scev_info_str);
300   res->var = var;
301   res->chrec = chrec_not_analyzed_yet;
302   
303   return res;
304 }
305
306 /* Computes a hash function for database element ELT.  */
307
308 static hashval_t
309 hash_scev_info (const void *elt)
310 {
311   return SSA_NAME_VERSION (((struct scev_info_str *) elt)->var);
312 }
313
314 /* Compares database elements E1 and E2.  */
315
316 static int
317 eq_scev_info (const void *e1, const void *e2)
318 {
319   const struct scev_info_str *elt1 = (const struct scev_info_str *) e1;
320   const struct scev_info_str *elt2 = (const struct scev_info_str *) e2;
321
322   return elt1->var == elt2->var;
323 }
324
325 /* Deletes database element E.  */
326
327 static void
328 del_scev_info (void *e)
329 {
330   free (e);
331 }
332
333 /* Get the index corresponding to VAR in the current LOOP.  If
334    it's the first time we ask for this VAR, then we return
335    chrec_not_analyzed_yet for this VAR and return its index.  */
336
337 static tree *
338 find_var_scev_info (tree var)
339 {
340   struct scev_info_str *res;
341   struct scev_info_str tmp;
342   PTR *slot;
343
344   tmp.var = var;
345   slot = htab_find_slot (scalar_evolution_info, &tmp, INSERT);
346
347   if (!*slot)
348     *slot = new_scev_info_str (var);
349   res = (struct scev_info_str *) *slot;
350
351   return &res->chrec;
352 }
353
354 /* Return true when CHREC contains symbolic names defined in
355    LOOP_NB.  */
356
357 bool 
358 chrec_contains_symbols_defined_in_loop (tree chrec, unsigned loop_nb)
359 {
360   if (chrec == NULL_TREE)
361     return false;
362
363   if (TREE_INVARIANT (chrec))
364     return false;
365
366   if (TREE_CODE (chrec) == VAR_DECL
367       || TREE_CODE (chrec) == PARM_DECL
368       || TREE_CODE (chrec) == FUNCTION_DECL
369       || TREE_CODE (chrec) == LABEL_DECL
370       || TREE_CODE (chrec) == RESULT_DECL
371       || TREE_CODE (chrec) == FIELD_DECL)
372     return true;
373
374   if (TREE_CODE (chrec) == SSA_NAME)
375     {
376       tree def = SSA_NAME_DEF_STMT (chrec);
377       struct loop *def_loop = loop_containing_stmt (def);
378       struct loop *loop = get_loop (loop_nb);
379
380       if (def_loop == NULL)
381         return false;
382
383       if (loop == def_loop || flow_loop_nested_p (loop, def_loop))
384         return true;
385
386       return false;
387     }
388
389   switch (TREE_CODE_LENGTH (TREE_CODE (chrec)))
390     {
391     case 3:
392       if (chrec_contains_symbols_defined_in_loop (TREE_OPERAND (chrec, 2), 
393                                                   loop_nb))
394         return true;
395
396     case 2:
397       if (chrec_contains_symbols_defined_in_loop (TREE_OPERAND (chrec, 1), 
398                                                   loop_nb))
399         return true;
400
401     case 1:
402       if (chrec_contains_symbols_defined_in_loop (TREE_OPERAND (chrec, 0), 
403                                                   loop_nb))
404         return true;
405
406     default:
407       return false;
408     }
409 }
410
411 /* Return true when PHI is a loop-phi-node.  */
412
413 static bool
414 loop_phi_node_p (tree phi)
415 {
416   /* The implementation of this function is based on the following
417      property: "all the loop-phi-nodes of a loop are contained in the
418      loop's header basic block".  */
419
420   return loop_containing_stmt (phi)->header == bb_for_stmt (phi);
421 }
422
423 /* Compute the scalar evolution for EVOLUTION_FN after crossing LOOP.
424    In general, in the case of multivariate evolutions we want to get
425    the evolution in different loops.  LOOP specifies the level for
426    which to get the evolution.
427    
428    Example:
429    
430    | for (j = 0; j < 100; j++)
431    |   {
432    |     for (k = 0; k < 100; k++)
433    |       {
434    |         i = k + j;   - Here the value of i is a function of j, k. 
435    |       }
436    |      ... = i         - Here the value of i is a function of j. 
437    |   }
438    | ... = i              - Here the value of i is a scalar.  
439    
440    Example:  
441    
442    | i_0 = ...
443    | loop_1 10 times
444    |   i_1 = phi (i_0, i_2)
445    |   i_2 = i_1 + 2
446    | endloop
447     
448    This loop has the same effect as:
449    LOOP_1 has the same effect as:
450     
451    | i_1 = i_0 + 20
452    
453    The overall effect of the loop, "i_0 + 20" in the previous example, 
454    is obtained by passing in the parameters: LOOP = 1, 
455    EVOLUTION_FN = {i_0, +, 2}_1.
456 */
457  
458 static tree 
459 compute_overall_effect_of_inner_loop (struct loop *loop, tree evolution_fn)
460 {
461   bool val = false;
462
463   if (evolution_fn == chrec_dont_know)
464     return chrec_dont_know;
465
466   else if (TREE_CODE (evolution_fn) == POLYNOMIAL_CHREC)
467     {
468       if (CHREC_VARIABLE (evolution_fn) >= (unsigned) loop->num)
469         {
470           struct loop *inner_loop = get_chrec_loop (evolution_fn);
471           tree nb_iter = number_of_latch_executions (inner_loop);
472
473           if (nb_iter == chrec_dont_know)
474             return chrec_dont_know;
475           else
476             {
477               tree res;
478
479               /* evolution_fn is the evolution function in LOOP.  Get
480                  its value in the nb_iter-th iteration.  */
481               res = chrec_apply (inner_loop->num, evolution_fn, nb_iter);
482               
483               /* Continue the computation until ending on a parent of LOOP.  */
484               return compute_overall_effect_of_inner_loop (loop, res);
485             }
486         }
487       else
488         return evolution_fn;
489      }
490   
491   /* If the evolution function is an invariant, there is nothing to do.  */
492   else if (no_evolution_in_loop_p (evolution_fn, loop->num, &val) && val)
493     return evolution_fn;
494   
495   else
496     return chrec_dont_know;
497 }
498
499 /* Determine whether the CHREC is always positive/negative.  If the expression
500    cannot be statically analyzed, return false, otherwise set the answer into
501    VALUE.  */
502
503 bool
504 chrec_is_positive (tree chrec, bool *value)
505 {
506   bool value0, value1, value2;
507   tree end_value, nb_iter;
508   
509   switch (TREE_CODE (chrec))
510     {
511     case POLYNOMIAL_CHREC:
512       if (!chrec_is_positive (CHREC_LEFT (chrec), &value0)
513           || !chrec_is_positive (CHREC_RIGHT (chrec), &value1))
514         return false;
515      
516       /* FIXME -- overflows.  */
517       if (value0 == value1)
518         {
519           *value = value0;
520           return true;
521         }
522
523       /* Otherwise the chrec is under the form: "{-197, +, 2}_1",
524          and the proof consists in showing that the sign never
525          changes during the execution of the loop, from 0 to
526          loop->nb_iterations.  */
527       if (!evolution_function_is_affine_p (chrec))
528         return false;
529
530       nb_iter = number_of_latch_executions (get_chrec_loop (chrec));
531       if (chrec_contains_undetermined (nb_iter))
532         return false;
533
534 #if 0
535       /* TODO -- If the test is after the exit, we may decrease the number of
536          iterations by one.  */
537       if (after_exit)
538         nb_iter = chrec_fold_minus (type, nb_iter, build_int_cst (type, 1));
539 #endif
540
541       end_value = chrec_apply (CHREC_VARIABLE (chrec), chrec, nb_iter);
542               
543       if (!chrec_is_positive (end_value, &value2))
544         return false;
545         
546       *value = value0;
547       return value0 == value1;
548       
549     case INTEGER_CST:
550       *value = (tree_int_cst_sgn (chrec) == 1);
551       return true;
552       
553     default:
554       return false;
555     }
556 }
557
558 /* Associate CHREC to SCALAR.  */
559
560 static void
561 set_scalar_evolution (tree scalar, tree chrec)
562 {
563   tree *scalar_info;
564  
565   if (TREE_CODE (scalar) != SSA_NAME)
566     return;
567
568   scalar_info = find_var_scev_info (scalar);
569   
570   if (dump_file)
571     {
572       if (dump_flags & TDF_DETAILS)
573         {
574           fprintf (dump_file, "(set_scalar_evolution \n");
575           fprintf (dump_file, "  (scalar = ");
576           print_generic_expr (dump_file, scalar, 0);
577           fprintf (dump_file, ")\n  (scalar_evolution = ");
578           print_generic_expr (dump_file, chrec, 0);
579           fprintf (dump_file, "))\n");
580         }
581       if (dump_flags & TDF_STATS)
582         nb_set_scev++;
583     }
584   
585   *scalar_info = chrec;
586 }
587
588 /* Retrieve the chrec associated to SCALAR in the LOOP.  */
589
590 static tree
591 get_scalar_evolution (tree scalar)
592 {
593   tree res;
594   
595   if (dump_file)
596     {
597       if (dump_flags & TDF_DETAILS)
598         {
599           fprintf (dump_file, "(get_scalar_evolution \n");
600           fprintf (dump_file, "  (scalar = ");
601           print_generic_expr (dump_file, scalar, 0);
602           fprintf (dump_file, ")\n");
603         }
604       if (dump_flags & TDF_STATS)
605         nb_get_scev++;
606     }
607   
608   switch (TREE_CODE (scalar))
609     {
610     case SSA_NAME:
611       res = *find_var_scev_info (scalar);
612       break;
613
614     case REAL_CST:
615     case INTEGER_CST:
616       res = scalar;
617       break;
618
619     default:
620       res = chrec_not_analyzed_yet;
621       break;
622     }
623   
624   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
625     {
626       fprintf (dump_file, "  (scalar_evolution = ");
627       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
628       fprintf (dump_file, "))\n");
629     }
630   
631   return res;
632 }
633
634 /* Helper function for add_to_evolution.  Returns the evolution
635    function for an assignment of the form "a = b + c", where "a" and
636    "b" are on the strongly connected component.  CHREC_BEFORE is the
637    information that we already have collected up to this point.
638    TO_ADD is the evolution of "c".  
639    
640    When CHREC_BEFORE has an evolution part in LOOP_NB, add to this
641    evolution the expression TO_ADD, otherwise construct an evolution
642    part for this loop.  */
643
644 static tree
645 add_to_evolution_1 (unsigned loop_nb, tree chrec_before, tree to_add,
646                     tree at_stmt)
647 {
648   tree type, left, right;
649
650   switch (TREE_CODE (chrec_before))
651     {
652     case POLYNOMIAL_CHREC:
653       if (CHREC_VARIABLE (chrec_before) <= loop_nb)
654         {
655           unsigned var;
656
657           type = chrec_type (chrec_before);
658           
659           /* When there is no evolution part in this loop, build it.  */
660           if (CHREC_VARIABLE (chrec_before) < loop_nb)
661             {
662               var = loop_nb;
663               left = chrec_before;
664               right = SCALAR_FLOAT_TYPE_P (type)
665                 ? build_real (type, dconst0)
666                 : build_int_cst (type, 0);
667             }
668           else
669             {
670               var = CHREC_VARIABLE (chrec_before);
671               left = CHREC_LEFT (chrec_before);
672               right = CHREC_RIGHT (chrec_before);
673             }
674
675           to_add = chrec_convert (type, to_add, at_stmt);
676           right = chrec_convert (type, right, at_stmt);
677           right = chrec_fold_plus (type, right, to_add);
678           return build_polynomial_chrec (var, left, right);
679         }
680       else
681         {
682           /* Search the evolution in LOOP_NB.  */
683           left = add_to_evolution_1 (loop_nb, CHREC_LEFT (chrec_before),
684                                      to_add, at_stmt);
685           right = CHREC_RIGHT (chrec_before);
686           right = chrec_convert (chrec_type (left), right, at_stmt);
687           return build_polynomial_chrec (CHREC_VARIABLE (chrec_before),
688                                          left, right);
689         }
690       
691     default:
692       /* These nodes do not depend on a loop.  */
693       if (chrec_before == chrec_dont_know)
694         return chrec_dont_know;
695
696       left = chrec_before;
697       right = chrec_convert (chrec_type (left), to_add, at_stmt);
698       return build_polynomial_chrec (loop_nb, left, right);
699     }
700 }
701
702 /* Add TO_ADD to the evolution part of CHREC_BEFORE in the dimension
703    of LOOP_NB.  
704    
705    Description (provided for completeness, for those who read code in
706    a plane, and for my poor 62 bytes brain that would have forgotten
707    all this in the next two or three months):
708    
709    The algorithm of translation of programs from the SSA representation
710    into the chrecs syntax is based on a pattern matching.  After having
711    reconstructed the overall tree expression for a loop, there are only
712    two cases that can arise:
713    
714    1. a = loop-phi (init, a + expr)
715    2. a = loop-phi (init, expr)
716    
717    where EXPR is either a scalar constant with respect to the analyzed
718    loop (this is a degree 0 polynomial), or an expression containing
719    other loop-phi definitions (these are higher degree polynomials).
720    
721    Examples:
722    
723    1. 
724    | init = ...
725    | loop_1
726    |   a = phi (init, a + 5)
727    | endloop
728    
729    2. 
730    | inita = ...
731    | initb = ...
732    | loop_1
733    |   a = phi (inita, 2 * b + 3)
734    |   b = phi (initb, b + 1)
735    | endloop
736    
737    For the first case, the semantics of the SSA representation is: 
738    
739    | a (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} expr (j)
740    
741    that is, there is a loop index "x" that determines the scalar value
742    of the variable during the loop execution.  During the first
743    iteration, the value is that of the initial condition INIT, while
744    during the subsequent iterations, it is the sum of the initial
745    condition with the sum of all the values of EXPR from the initial
746    iteration to the before last considered iteration.  
747    
748    For the second case, the semantics of the SSA program is:
749    
750    | a (x) = init, if x = 0;
751    |         expr (x - 1), otherwise.
752    
753    The second case corresponds to the PEELED_CHREC, whose syntax is
754    close to the syntax of a loop-phi-node: 
755    
756    | phi (init, expr)  vs.  (init, expr)_x
757    
758    The proof of the translation algorithm for the first case is a
759    proof by structural induction based on the degree of EXPR.  
760    
761    Degree 0:
762    When EXPR is a constant with respect to the analyzed loop, or in
763    other words when EXPR is a polynomial of degree 0, the evolution of
764    the variable A in the loop is an affine function with an initial
765    condition INIT, and a step EXPR.  In order to show this, we start
766    from the semantics of the SSA representation:
767    
768    f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} expr (j)
769    
770    and since "expr (j)" is a constant with respect to "j",
771    
772    f (x) = init + x * expr 
773    
774    Finally, based on the semantics of the pure sum chrecs, by
775    identification we get the corresponding chrecs syntax:
776    
777    f (x) = init * \binom{x}{0} + expr * \binom{x}{1} 
778    f (x) -> {init, +, expr}_x
779    
780    Higher degree:
781    Suppose that EXPR is a polynomial of degree N with respect to the
782    analyzed loop_x for which we have already determined that it is
783    written under the chrecs syntax:
784    
785    | expr (x)  ->  {b_0, +, b_1, +, ..., +, b_{n-1}} (x)
786    
787    We start from the semantics of the SSA program:
788    
789    | f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} expr (j)
790    |
791    | f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} 
792    |                (b_0 * \binom{j}{0} + ... + b_{n-1} * \binom{j}{n-1})
793    |
794    | f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} 
795    |                \sum_{k = 0}^{n - 1} (b_k * \binom{j}{k}) 
796    |
797    | f (x) = init + \sum_{k = 0}^{n - 1} 
798    |                (b_k * \sum_{j = 0}^{x - 1} \binom{j}{k}) 
799    |
800    | f (x) = init + \sum_{k = 0}^{n - 1} 
801    |                (b_k * \binom{x}{k + 1}) 
802    |
803    | f (x) = init + b_0 * \binom{x}{1} + ... 
804    |              + b_{n-1} * \binom{x}{n} 
805    |
806    | f (x) = init * \binom{x}{0} + b_0 * \binom{x}{1} + ... 
807    |                             + b_{n-1} * \binom{x}{n} 
808    |
809    
810    And finally from the definition of the chrecs syntax, we identify:
811    | f (x)  ->  {init, +, b_0, +, ..., +, b_{n-1}}_x 
812    
813    This shows the mechanism that stands behind the add_to_evolution
814    function.  An important point is that the use of symbolic
815    parameters avoids the need of an analysis schedule.
816    
817    Example:
818    
819    | inita = ...
820    | initb = ...
821    | loop_1 
822    |   a = phi (inita, a + 2 + b)
823    |   b = phi (initb, b + 1)
824    | endloop
825    
826    When analyzing "a", the algorithm keeps "b" symbolically:
827    
828    | a  ->  {inita, +, 2 + b}_1
829    
830    Then, after instantiation, the analyzer ends on the evolution:
831    
832    | a  ->  {inita, +, 2 + initb, +, 1}_1
833
834 */
835
836 static tree 
837 add_to_evolution (unsigned loop_nb, tree chrec_before, enum tree_code code,
838                   tree to_add, tree at_stmt)
839 {
840   tree type = chrec_type (to_add);
841   tree res = NULL_TREE;
842   
843   if (to_add == NULL_TREE)
844     return chrec_before;
845   
846   /* TO_ADD is either a scalar, or a parameter.  TO_ADD is not
847      instantiated at this point.  */
848   if (TREE_CODE (to_add) == POLYNOMIAL_CHREC)
849     /* This should not happen.  */
850     return chrec_dont_know;
851   
852   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
853     {
854       fprintf (dump_file, "(add_to_evolution \n");
855       fprintf (dump_file, "  (loop_nb = %d)\n", loop_nb);
856       fprintf (dump_file, "  (chrec_before = ");
857       print_generic_expr (dump_file, chrec_before, 0);
858       fprintf (dump_file, ")\n  (to_add = ");
859       print_generic_expr (dump_file, to_add, 0);
860       fprintf (dump_file, ")\n");
861     }
862
863   if (code == MINUS_EXPR)
864     to_add = chrec_fold_multiply (type, to_add, SCALAR_FLOAT_TYPE_P (type)
865                                   ? build_real (type, dconstm1)
866                                   : build_int_cst_type (type, -1));
867
868   res = add_to_evolution_1 (loop_nb, chrec_before, to_add, at_stmt);
869
870   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
871     {
872       fprintf (dump_file, "  (res = ");
873       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
874       fprintf (dump_file, "))\n");
875     }
876
877   return res;
878 }
879
880 /* Helper function.  */
881
882 static inline tree
883 set_nb_iterations_in_loop (struct loop *loop, 
884                            tree res)
885 {
886   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
887     {
888       fprintf (dump_file, "  (set_nb_iterations_in_loop = ");
889       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
890       fprintf (dump_file, "))\n");
891     }
892   
893   loop->nb_iterations = res;
894   return res;
895 }
896
897 \f
898
899 /* This section selects the loops that will be good candidates for the
900    scalar evolution analysis.  For the moment, greedily select all the
901    loop nests we could analyze.  */
902
903 /* Return true when it is possible to analyze the condition expression
904    EXPR.  */
905
906 static bool
907 analyzable_condition (tree expr)
908 {
909   tree condition;
910   
911   if (TREE_CODE (expr) != COND_EXPR)
912     return false;
913   
914   condition = TREE_OPERAND (expr, 0);
915   
916   switch (TREE_CODE (condition))
917     {
918     case SSA_NAME:
919       return true;
920       
921     case LT_EXPR:
922     case LE_EXPR:
923     case GT_EXPR:
924     case GE_EXPR:
925     case EQ_EXPR:
926     case NE_EXPR:
927       return true;
928       
929     default:
930       return false;
931     }
932   
933   return false;
934 }
935
936 /* For a loop with a single exit edge, return the COND_EXPR that
937    guards the exit edge.  If the expression is too difficult to
938    analyze, then give up.  */
939
940 tree 
941 get_loop_exit_condition (struct loop *loop)
942 {
943   tree res = NULL_TREE;
944   edge exit_edge = single_exit (loop);
945   
946   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
947     fprintf (dump_file, "(get_loop_exit_condition \n  ");
948   
949   if (exit_edge)
950     {
951       tree expr;
952       
953       expr = last_stmt (exit_edge->src);
954       if (analyzable_condition (expr))
955         res = expr;
956     }
957   
958   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
959     {
960       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
961       fprintf (dump_file, ")\n");
962     }
963   
964   return res;
965 }
966
967 /* Recursively determine and enqueue the exit conditions for a loop.  */
968
969 static void 
970 get_exit_conditions_rec (struct loop *loop, 
971                          VEC(tree,heap) **exit_conditions)
972 {
973   if (!loop)
974     return;
975   
976   /* Recurse on the inner loops, then on the next (sibling) loops.  */
977   get_exit_conditions_rec (loop->inner, exit_conditions);
978   get_exit_conditions_rec (loop->next, exit_conditions);
979   
980   if (single_exit (loop))
981     {
982       tree loop_condition = get_loop_exit_condition (loop);
983       
984       if (loop_condition)
985         VEC_safe_push (tree, heap, *exit_conditions, loop_condition);
986     }
987 }
988
989 /* Select the candidate loop nests for the analysis.  This function
990    initializes the EXIT_CONDITIONS array.  */
991
992 static void
993 select_loops_exit_conditions (VEC(tree,heap) **exit_conditions)
994 {
995   struct loop *function_body = current_loops->tree_root;
996   
997   get_exit_conditions_rec (function_body->inner, exit_conditions);
998 }
999
1000 \f
1001 /* Depth first search algorithm.  */
1002
1003 typedef enum t_bool {
1004   t_false,
1005   t_true,
1006   t_dont_know
1007 } t_bool;
1008
1009
1010 static t_bool follow_ssa_edge (struct loop *loop, tree, tree, tree *, int);
1011
1012 /* Follow the ssa edge into the right hand side RHS of an assignment.
1013    Return true if the strongly connected component has been found.  */
1014
1015 static t_bool
1016 follow_ssa_edge_in_rhs (struct loop *loop, tree at_stmt, tree rhs, 
1017                         tree halting_phi, tree *evolution_of_loop, int limit)
1018 {
1019   t_bool res = t_false;
1020   tree rhs0, rhs1;
1021   tree type_rhs = TREE_TYPE (rhs);
1022   tree evol;
1023   
1024   /* The RHS is one of the following cases:
1025      - an SSA_NAME, 
1026      - an INTEGER_CST,
1027      - a PLUS_EXPR, 
1028      - a MINUS_EXPR,
1029      - an ASSERT_EXPR,
1030      - other cases are not yet handled.  */
1031   switch (TREE_CODE (rhs))
1032     {
1033     case NOP_EXPR:
1034       /* This assignment is under the form "a_1 = (cast) rhs.  */
1035       res = follow_ssa_edge_in_rhs (loop, at_stmt, TREE_OPERAND (rhs, 0),
1036                                     halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1037       *evolution_of_loop = chrec_convert (TREE_TYPE (rhs),
1038                                           *evolution_of_loop, at_stmt);
1039       break;
1040
1041     case INTEGER_CST:
1042       /* This assignment is under the form "a_1 = 7".  */
1043       res = t_false;
1044       break;
1045       
1046     case SSA_NAME:
1047       /* This assignment is under the form: "a_1 = b_2".  */
1048       res = follow_ssa_edge 
1049         (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs), halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1050       break;
1051       
1052     case PLUS_EXPR:
1053       /* This case is under the form "rhs0 + rhs1".  */
1054       rhs0 = TREE_OPERAND (rhs, 0);
1055       rhs1 = TREE_OPERAND (rhs, 1);
1056       STRIP_TYPE_NOPS (rhs0);
1057       STRIP_TYPE_NOPS (rhs1);
1058
1059       if (TREE_CODE (rhs0) == SSA_NAME)
1060         {
1061           if (TREE_CODE (rhs1) == SSA_NAME)
1062             {
1063               /* Match an assignment under the form: 
1064                  "a = b + c".  */
1065               evol = *evolution_of_loop;
1066               res = follow_ssa_edge 
1067                 (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs0), halting_phi, 
1068                  &evol, limit);
1069               
1070               if (res == t_true)
1071                 *evolution_of_loop = add_to_evolution 
1072                   (loop->num, 
1073                    chrec_convert (type_rhs, evol, at_stmt), 
1074                    PLUS_EXPR, rhs1, at_stmt);
1075               
1076               else if (res == t_false)
1077                 {
1078                   res = follow_ssa_edge 
1079                     (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs1), halting_phi, 
1080                      evolution_of_loop, limit);
1081                   
1082                   if (res == t_true)
1083                     *evolution_of_loop = add_to_evolution 
1084                       (loop->num, 
1085                        chrec_convert (type_rhs, *evolution_of_loop, at_stmt), 
1086                        PLUS_EXPR, rhs0, at_stmt);
1087
1088                   else if (res == t_dont_know)
1089                     *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1090                 }
1091
1092               else if (res == t_dont_know)
1093                 *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1094             }
1095           
1096           else
1097             {
1098               /* Match an assignment under the form: 
1099                  "a = b + ...".  */
1100               res = follow_ssa_edge 
1101                 (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs0), halting_phi, 
1102                  evolution_of_loop, limit);
1103               if (res == t_true)
1104                 *evolution_of_loop = add_to_evolution 
1105                   (loop->num, chrec_convert (type_rhs, *evolution_of_loop,
1106                                              at_stmt),
1107                    PLUS_EXPR, rhs1, at_stmt);
1108
1109               else if (res == t_dont_know)
1110                 *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1111             }
1112         }
1113       
1114       else if (TREE_CODE (rhs1) == SSA_NAME)
1115         {
1116           /* Match an assignment under the form: 
1117              "a = ... + c".  */
1118           res = follow_ssa_edge 
1119             (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs1), halting_phi, 
1120              evolution_of_loop, limit);
1121           if (res == t_true)
1122             *evolution_of_loop = add_to_evolution 
1123               (loop->num, chrec_convert (type_rhs, *evolution_of_loop,
1124                                          at_stmt),
1125                PLUS_EXPR, rhs0, at_stmt);
1126
1127           else if (res == t_dont_know)
1128             *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1129         }
1130
1131       else
1132         /* Otherwise, match an assignment under the form: 
1133            "a = ... + ...".  */
1134         /* And there is nothing to do.  */
1135         res = t_false;
1136       
1137       break;
1138       
1139     case MINUS_EXPR:
1140       /* This case is under the form "opnd0 = rhs0 - rhs1".  */
1141       rhs0 = TREE_OPERAND (rhs, 0);
1142       rhs1 = TREE_OPERAND (rhs, 1);
1143       STRIP_TYPE_NOPS (rhs0);
1144       STRIP_TYPE_NOPS (rhs1);
1145
1146       if (TREE_CODE (rhs0) == SSA_NAME)
1147         {
1148           /* Match an assignment under the form: 
1149              "a = b - ...".  */
1150           res = follow_ssa_edge (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs0), halting_phi, 
1151                                  evolution_of_loop, limit);
1152           if (res == t_true)
1153             *evolution_of_loop = add_to_evolution 
1154               (loop->num, chrec_convert (type_rhs, *evolution_of_loop, at_stmt),
1155                MINUS_EXPR, rhs1, at_stmt);
1156
1157           else if (res == t_dont_know)
1158             *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1159         }
1160       else
1161         /* Otherwise, match an assignment under the form: 
1162            "a = ... - ...".  */
1163         /* And there is nothing to do.  */
1164         res = t_false;
1165       
1166       break;
1167     
1168     case ASSERT_EXPR:
1169       {
1170         /* This assignment is of the form: "a_1 = ASSERT_EXPR <a_2, ...>"
1171            It must be handled as a copy assignment of the form a_1 = a_2.  */
1172         tree op0 = ASSERT_EXPR_VAR (rhs);
1173         if (TREE_CODE (op0) == SSA_NAME)
1174           res = follow_ssa_edge (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (op0),
1175                                  halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1176         else
1177           res = t_false;
1178         break;
1179       }
1180
1181
1182     default:
1183       res = t_false;
1184       break;
1185     }
1186   
1187   return res;
1188 }
1189
1190 /* Checks whether the I-th argument of a PHI comes from a backedge.  */
1191
1192 static bool
1193 backedge_phi_arg_p (tree phi, int i)
1194 {
1195   edge e = PHI_ARG_EDGE (phi, i);
1196
1197   /* We would in fact like to test EDGE_DFS_BACK here, but we do not care
1198      about updating it anywhere, and this should work as well most of the
1199      time.  */
1200   if (e->flags & EDGE_IRREDUCIBLE_LOOP)
1201     return true;
1202
1203   return false;
1204 }
1205
1206 /* Helper function for one branch of the condition-phi-node.  Return
1207    true if the strongly connected component has been found following
1208    this path.  */
1209
1210 static inline t_bool
1211 follow_ssa_edge_in_condition_phi_branch (int i,
1212                                          struct loop *loop, 
1213                                          tree condition_phi, 
1214                                          tree halting_phi,
1215                                          tree *evolution_of_branch,
1216                                          tree init_cond, int limit)
1217 {
1218   tree branch = PHI_ARG_DEF (condition_phi, i);
1219   *evolution_of_branch = chrec_dont_know;
1220
1221   /* Do not follow back edges (they must belong to an irreducible loop, which
1222      we really do not want to worry about).  */
1223   if (backedge_phi_arg_p (condition_phi, i))
1224     return t_false;
1225
1226   if (TREE_CODE (branch) == SSA_NAME)
1227     {
1228       *evolution_of_branch = init_cond;
1229       return follow_ssa_edge (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (branch), halting_phi, 
1230                               evolution_of_branch, limit);
1231     }
1232
1233   /* This case occurs when one of the condition branches sets 
1234      the variable to a constant: i.e. a phi-node like
1235      "a_2 = PHI <a_7(5), 2(6)>;".  
1236          
1237      FIXME:  This case have to be refined correctly: 
1238      in some cases it is possible to say something better than
1239      chrec_dont_know, for example using a wrap-around notation.  */
1240   return t_false;
1241 }
1242
1243 /* This function merges the branches of a condition-phi-node in a
1244    loop.  */
1245
1246 static t_bool
1247 follow_ssa_edge_in_condition_phi (struct loop *loop,
1248                                   tree condition_phi, 
1249                                   tree halting_phi, 
1250                                   tree *evolution_of_loop, int limit)
1251 {
1252   int i;
1253   tree init = *evolution_of_loop;
1254   tree evolution_of_branch;
1255   t_bool res = follow_ssa_edge_in_condition_phi_branch (0, loop, condition_phi,
1256                                                         halting_phi,
1257                                                         &evolution_of_branch,
1258                                                         init, limit);
1259   if (res == t_false || res == t_dont_know)
1260     return res;
1261
1262   *evolution_of_loop = evolution_of_branch;
1263
1264   for (i = 1; i < PHI_NUM_ARGS (condition_phi); i++)
1265     {
1266       /* Quickly give up when the evolution of one of the branches is
1267          not known.  */
1268       if (*evolution_of_loop == chrec_dont_know)
1269         return t_true;
1270
1271       res = follow_ssa_edge_in_condition_phi_branch (i, loop, condition_phi,
1272                                                      halting_phi,
1273                                                      &evolution_of_branch,
1274                                                      init, limit);
1275       if (res == t_false || res == t_dont_know)
1276         return res;
1277
1278       *evolution_of_loop = chrec_merge (*evolution_of_loop,
1279                                         evolution_of_branch);
1280     }
1281   
1282   return t_true;
1283 }
1284
1285 /* Follow an SSA edge in an inner loop.  It computes the overall
1286    effect of the loop, and following the symbolic initial conditions,
1287    it follows the edges in the parent loop.  The inner loop is
1288    considered as a single statement.  */
1289
1290 static t_bool
1291 follow_ssa_edge_inner_loop_phi (struct loop *outer_loop,
1292                                 tree loop_phi_node, 
1293                                 tree halting_phi,
1294                                 tree *evolution_of_loop, int limit)
1295 {
1296   struct loop *loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1297   tree ev = analyze_scalar_evolution (loop, PHI_RESULT (loop_phi_node));
1298
1299   /* Sometimes, the inner loop is too difficult to analyze, and the
1300      result of the analysis is a symbolic parameter.  */
1301   if (ev == PHI_RESULT (loop_phi_node))
1302     {
1303       t_bool res = t_false;
1304       int i;
1305
1306       for (i = 0; i < PHI_NUM_ARGS (loop_phi_node); i++)
1307         {
1308           tree arg = PHI_ARG_DEF (loop_phi_node, i);
1309           basic_block bb;
1310
1311           /* Follow the edges that exit the inner loop.  */
1312           bb = PHI_ARG_EDGE (loop_phi_node, i)->src;
1313           if (!flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1314             res = follow_ssa_edge_in_rhs (outer_loop, loop_phi_node,
1315                                           arg, halting_phi,
1316                                           evolution_of_loop, limit);
1317           if (res == t_true)
1318             break;
1319         }
1320
1321       /* If the path crosses this loop-phi, give up.  */
1322       if (res == t_true)
1323         *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1324
1325       return res;
1326     }
1327
1328   /* Otherwise, compute the overall effect of the inner loop.  */
1329   ev = compute_overall_effect_of_inner_loop (loop, ev);
1330   return follow_ssa_edge_in_rhs (outer_loop, loop_phi_node, ev, halting_phi,
1331                                  evolution_of_loop, limit);
1332 }
1333
1334 /* Follow an SSA edge from a loop-phi-node to itself, constructing a
1335    path that is analyzed on the return walk.  */
1336
1337 static t_bool
1338 follow_ssa_edge (struct loop *loop, tree def, tree halting_phi,
1339                  tree *evolution_of_loop, int limit)
1340 {
1341   struct loop *def_loop;
1342   
1343   if (TREE_CODE (def) == NOP_EXPR)
1344     return t_false;
1345   
1346   /* Give up if the path is longer than the MAX that we allow.  */
1347   if (limit++ > PARAM_VALUE (PARAM_SCEV_MAX_EXPR_SIZE))
1348     return t_dont_know;
1349   
1350   def_loop = loop_containing_stmt (def);
1351   
1352   switch (TREE_CODE (def))
1353     {
1354     case PHI_NODE:
1355       if (!loop_phi_node_p (def))
1356         /* DEF is a condition-phi-node.  Follow the branches, and
1357            record their evolutions.  Finally, merge the collected
1358            information and set the approximation to the main
1359            variable.  */
1360         return follow_ssa_edge_in_condition_phi 
1361           (loop, def, halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1362
1363       /* When the analyzed phi is the halting_phi, the
1364          depth-first search is over: we have found a path from
1365          the halting_phi to itself in the loop.  */
1366       if (def == halting_phi)
1367         return t_true;
1368           
1369       /* Otherwise, the evolution of the HALTING_PHI depends
1370          on the evolution of another loop-phi-node, i.e. the
1371          evolution function is a higher degree polynomial.  */
1372       if (def_loop == loop)
1373         return t_false;
1374           
1375       /* Inner loop.  */
1376       if (flow_loop_nested_p (loop, def_loop))
1377         return follow_ssa_edge_inner_loop_phi 
1378           (loop, def, halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1379
1380       /* Outer loop.  */
1381       return t_false;
1382
1383     case GIMPLE_MODIFY_STMT:
1384       return follow_ssa_edge_in_rhs (loop, def,
1385                                      GIMPLE_STMT_OPERAND (def, 1), 
1386                                      halting_phi, 
1387                                      evolution_of_loop, limit);
1388       
1389     default:
1390       /* At this level of abstraction, the program is just a set
1391          of GIMPLE_MODIFY_STMTs and PHI_NODEs.  In principle there is no
1392          other node to be handled.  */
1393       return t_false;
1394     }
1395 }
1396
1397 \f
1398
1399 /* Given a LOOP_PHI_NODE, this function determines the evolution
1400    function from LOOP_PHI_NODE to LOOP_PHI_NODE in the loop.  */
1401
1402 static tree
1403 analyze_evolution_in_loop (tree loop_phi_node, 
1404                            tree init_cond)
1405 {
1406   int i;
1407   tree evolution_function = chrec_not_analyzed_yet;
1408   struct loop *loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1409   basic_block bb;
1410   
1411   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1412     {
1413       fprintf (dump_file, "(analyze_evolution_in_loop \n");
1414       fprintf (dump_file, "  (loop_phi_node = ");
1415       print_generic_expr (dump_file, loop_phi_node, 0);
1416       fprintf (dump_file, ")\n");
1417     }
1418   
1419   for (i = 0; i < PHI_NUM_ARGS (loop_phi_node); i++)
1420     {
1421       tree arg = PHI_ARG_DEF (loop_phi_node, i);
1422       tree ssa_chain, ev_fn;
1423       t_bool res;
1424
1425       /* Select the edges that enter the loop body.  */
1426       bb = PHI_ARG_EDGE (loop_phi_node, i)->src;
1427       if (!flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1428         continue;
1429       
1430       if (TREE_CODE (arg) == SSA_NAME)
1431         {
1432           ssa_chain = SSA_NAME_DEF_STMT (arg);
1433
1434           /* Pass in the initial condition to the follow edge function.  */
1435           ev_fn = init_cond;
1436           res = follow_ssa_edge (loop, ssa_chain, loop_phi_node, &ev_fn, 0);
1437         }
1438       else
1439         res = t_false;
1440               
1441       /* When it is impossible to go back on the same
1442          loop_phi_node by following the ssa edges, the
1443          evolution is represented by a peeled chrec, i.e. the
1444          first iteration, EV_FN has the value INIT_COND, then
1445          all the other iterations it has the value of ARG.  
1446          For the moment, PEELED_CHREC nodes are not built.  */
1447       if (res != t_true)
1448         ev_fn = chrec_dont_know;
1449       
1450       /* When there are multiple back edges of the loop (which in fact never
1451          happens currently, but nevertheless), merge their evolutions.  */
1452       evolution_function = chrec_merge (evolution_function, ev_fn);
1453     }
1454   
1455   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1456     {
1457       fprintf (dump_file, "  (evolution_function = ");
1458       print_generic_expr (dump_file, evolution_function, 0);
1459       fprintf (dump_file, "))\n");
1460     }
1461   
1462   return evolution_function;
1463 }
1464
1465 /* Given a loop-phi-node, return the initial conditions of the
1466    variable on entry of the loop.  When the CCP has propagated
1467    constants into the loop-phi-node, the initial condition is
1468    instantiated, otherwise the initial condition is kept symbolic.
1469    This analyzer does not analyze the evolution outside the current
1470    loop, and leaves this task to the on-demand tree reconstructor.  */
1471
1472 static tree 
1473 analyze_initial_condition (tree loop_phi_node)
1474 {
1475   int i;
1476   tree init_cond = chrec_not_analyzed_yet;
1477   struct loop *loop = bb_for_stmt (loop_phi_node)->loop_father;
1478   
1479   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1480     {
1481       fprintf (dump_file, "(analyze_initial_condition \n");
1482       fprintf (dump_file, "  (loop_phi_node = \n");
1483       print_generic_expr (dump_file, loop_phi_node, 0);
1484       fprintf (dump_file, ")\n");
1485     }
1486   
1487   for (i = 0; i < PHI_NUM_ARGS (loop_phi_node); i++)
1488     {
1489       tree branch = PHI_ARG_DEF (loop_phi_node, i);
1490       basic_block bb = PHI_ARG_EDGE (loop_phi_node, i)->src;
1491       
1492       /* When the branch is oriented to the loop's body, it does
1493          not contribute to the initial condition.  */
1494       if (flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1495         continue;
1496
1497       if (init_cond == chrec_not_analyzed_yet)
1498         {
1499           init_cond = branch;
1500           continue;
1501         }
1502
1503       if (TREE_CODE (branch) == SSA_NAME)
1504         {
1505           init_cond = chrec_dont_know;
1506           break;
1507         }
1508
1509       init_cond = chrec_merge (init_cond, branch);
1510     }
1511
1512   /* Ooops -- a loop without an entry???  */
1513   if (init_cond == chrec_not_analyzed_yet)
1514     init_cond = chrec_dont_know;
1515
1516   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1517     {
1518       fprintf (dump_file, "  (init_cond = ");
1519       print_generic_expr (dump_file, init_cond, 0);
1520       fprintf (dump_file, "))\n");
1521     }
1522   
1523   return init_cond;
1524 }
1525
1526 /* Analyze the scalar evolution for LOOP_PHI_NODE.  */
1527
1528 static tree 
1529 interpret_loop_phi (struct loop *loop, tree loop_phi_node)
1530 {
1531   tree res;
1532   struct loop *phi_loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1533   tree init_cond;
1534   
1535   if (phi_loop != loop)
1536     {
1537       struct loop *subloop;
1538       tree evolution_fn = analyze_scalar_evolution
1539         (phi_loop, PHI_RESULT (loop_phi_node));
1540
1541       /* Dive one level deeper.  */
1542       subloop = superloop_at_depth (phi_loop, loop->depth + 1);
1543
1544       /* Interpret the subloop.  */
1545       res = compute_overall_effect_of_inner_loop (subloop, evolution_fn);
1546       return res;
1547     }
1548
1549   /* Otherwise really interpret the loop phi.  */
1550   init_cond = analyze_initial_condition (loop_phi_node);
1551   res = analyze_evolution_in_loop (loop_phi_node, init_cond);
1552
1553   return res;
1554 }
1555
1556 /* This function merges the branches of a condition-phi-node,
1557    contained in the outermost loop, and whose arguments are already
1558    analyzed.  */
1559
1560 static tree
1561 interpret_condition_phi (struct loop *loop, tree condition_phi)
1562 {
1563   int i;
1564   tree res = chrec_not_analyzed_yet;
1565   
1566   for (i = 0; i < PHI_NUM_ARGS (condition_phi); i++)
1567     {
1568       tree branch_chrec;
1569       
1570       if (backedge_phi_arg_p (condition_phi, i))
1571         {
1572           res = chrec_dont_know;
1573           break;
1574         }
1575
1576       branch_chrec = analyze_scalar_evolution
1577         (loop, PHI_ARG_DEF (condition_phi, i));
1578       
1579       res = chrec_merge (res, branch_chrec);
1580     }
1581
1582   return res;
1583 }
1584
1585 /* Interpret the right hand side of a GIMPLE_MODIFY_STMT OPND1.  If we didn't
1586    analyze this node before, follow the definitions until ending
1587    either on an analyzed GIMPLE_MODIFY_STMT, or on a loop-phi-node.  On the
1588    return path, this function propagates evolutions (ala constant copy
1589    propagation).  OPND1 is not a GIMPLE expression because we could
1590    analyze the effect of an inner loop: see interpret_loop_phi.  */
1591
1592 static tree
1593 interpret_rhs_modify_stmt (struct loop *loop, tree at_stmt,
1594                                   tree opnd1, tree type)
1595 {
1596   tree res, opnd10, opnd11, chrec10, chrec11;
1597
1598   if (is_gimple_min_invariant (opnd1))
1599     return chrec_convert (type, opnd1, at_stmt);
1600
1601   switch (TREE_CODE (opnd1))
1602     {
1603     case PLUS_EXPR:
1604       opnd10 = TREE_OPERAND (opnd1, 0);
1605       opnd11 = TREE_OPERAND (opnd1, 1);
1606       chrec10 = analyze_scalar_evolution (loop, opnd10);
1607       chrec11 = analyze_scalar_evolution (loop, opnd11);
1608       chrec10 = chrec_convert (type, chrec10, at_stmt);
1609       chrec11 = chrec_convert (type, chrec11, at_stmt);
1610       res = chrec_fold_plus (type, chrec10, chrec11);
1611       break;
1612       
1613     case MINUS_EXPR:
1614       opnd10 = TREE_OPERAND (opnd1, 0);
1615       opnd11 = TREE_OPERAND (opnd1, 1);
1616       chrec10 = analyze_scalar_evolution (loop, opnd10);
1617       chrec11 = analyze_scalar_evolution (loop, opnd11);
1618       chrec10 = chrec_convert (type, chrec10, at_stmt);
1619       chrec11 = chrec_convert (type, chrec11, at_stmt);
1620       res = chrec_fold_minus (type, chrec10, chrec11);
1621       break;
1622
1623     case NEGATE_EXPR:
1624       opnd10 = TREE_OPERAND (opnd1, 0);
1625       chrec10 = analyze_scalar_evolution (loop, opnd10);
1626       chrec10 = chrec_convert (type, chrec10, at_stmt);
1627       /* TYPE may be integer, real or complex, so use fold_convert.  */
1628       res = chrec_fold_multiply (type, chrec10,
1629                                  fold_convert (type, integer_minus_one_node));
1630       break;
1631
1632     case MULT_EXPR:
1633       opnd10 = TREE_OPERAND (opnd1, 0);
1634       opnd11 = TREE_OPERAND (opnd1, 1);
1635       chrec10 = analyze_scalar_evolution (loop, opnd10);
1636       chrec11 = analyze_scalar_evolution (loop, opnd11);
1637       chrec10 = chrec_convert (type, chrec10, at_stmt);
1638       chrec11 = chrec_convert (type, chrec11, at_stmt);
1639       res = chrec_fold_multiply (type, chrec10, chrec11);
1640       break;
1641       
1642     case SSA_NAME:
1643       res = chrec_convert (type, analyze_scalar_evolution (loop, opnd1),
1644                            at_stmt);
1645       break;
1646
1647     case ASSERT_EXPR:
1648       opnd10 = ASSERT_EXPR_VAR (opnd1);
1649       res = chrec_convert (type, analyze_scalar_evolution (loop, opnd10),
1650                            at_stmt);
1651       break;
1652       
1653     case NOP_EXPR:
1654     case CONVERT_EXPR:
1655       opnd10 = TREE_OPERAND (opnd1, 0);
1656       chrec10 = analyze_scalar_evolution (loop, opnd10);
1657       res = chrec_convert (type, chrec10, at_stmt);
1658       break;
1659       
1660     default:
1661       res = chrec_dont_know;
1662       break;
1663     }
1664   
1665   return res;
1666 }
1667
1668 \f
1669
1670 /* This section contains all the entry points: 
1671    - number_of_iterations_in_loop,
1672    - analyze_scalar_evolution,
1673    - instantiate_parameters.
1674 */
1675
1676 /* Compute and return the evolution function in WRTO_LOOP, the nearest
1677    common ancestor of DEF_LOOP and USE_LOOP.  */
1678
1679 static tree 
1680 compute_scalar_evolution_in_loop (struct loop *wrto_loop, 
1681                                   struct loop *def_loop, 
1682                                   tree ev)
1683 {
1684   tree res;
1685   if (def_loop == wrto_loop)
1686     return ev;
1687
1688   def_loop = superloop_at_depth (def_loop, wrto_loop->depth + 1);
1689   res = compute_overall_effect_of_inner_loop (def_loop, ev);
1690
1691   return analyze_scalar_evolution_1 (wrto_loop, res, chrec_not_analyzed_yet);
1692 }
1693
1694 /* Folds EXPR, if it is a cast to pointer, assuming that the created
1695    polynomial_chrec does not wrap.  */
1696
1697 static tree
1698 fold_used_pointer_cast (tree expr)
1699 {
1700   tree op;
1701   tree type, inner_type;
1702
1703   if (TREE_CODE (expr) != NOP_EXPR && TREE_CODE (expr) != CONVERT_EXPR)
1704     return expr;
1705
1706   op = TREE_OPERAND (expr, 0);
1707   if (TREE_CODE (op) != POLYNOMIAL_CHREC)
1708     return expr;
1709
1710   type = TREE_TYPE (expr);
1711   inner_type = TREE_TYPE (op);
1712
1713   if (!INTEGRAL_TYPE_P (inner_type)
1714       || TYPE_PRECISION (inner_type) != TYPE_PRECISION (type))
1715     return expr;
1716
1717   return build_polynomial_chrec (CHREC_VARIABLE (op),
1718                 chrec_convert (type, CHREC_LEFT (op), NULL_TREE),
1719                 chrec_convert (type, CHREC_RIGHT (op), NULL_TREE));
1720 }
1721
1722 /* Returns true if EXPR is an expression corresponding to offset of pointer
1723    in p + offset.  */
1724
1725 static bool
1726 pointer_offset_p (tree expr)
1727 {
1728   if (TREE_CODE (expr) == INTEGER_CST)
1729     return true;
1730
1731   if ((TREE_CODE (expr) == NOP_EXPR || TREE_CODE (expr) == CONVERT_EXPR)
1732       && INTEGRAL_TYPE_P (TREE_TYPE (TREE_OPERAND (expr, 0))))
1733     return true;
1734
1735   return false;
1736 }
1737
1738 /* EXPR is a scalar evolution of a pointer that is dereferenced or used in
1739    comparison.  This means that it must point to a part of some object in
1740    memory, which enables us to argue about overflows and possibly simplify
1741    the EXPR.  AT_STMT is the statement in which this conversion has to be
1742    performed.  Returns the simplified value.
1743
1744    Currently, for
1745
1746    int i, n;
1747    int *p;
1748
1749    for (i = -n; i < n; i++)
1750      *(p + i) = ...;
1751
1752    We generate the following code (assuming that size of int and size_t is
1753    4 bytes):
1754
1755    for (i = -n; i < n; i++)
1756      {
1757        size_t tmp1, tmp2;
1758        int *tmp3, *tmp4;
1759
1760        tmp1 = (size_t) i;       (1)
1761        tmp2 = 4 * tmp1;         (2)
1762        tmp3 = (int *) tmp2;     (3)
1763        tmp4 = p + tmp3;         (4)
1764
1765        *tmp4 = ...;
1766      }
1767
1768    We in general assume that pointer arithmetics does not overflow (since its
1769    behavior is undefined in that case).  One of the problems is that our
1770    translation does not capture this property very well -- (int *) is
1771    considered unsigned, hence the computation in (4) does overflow if i is
1772    negative.
1773
1774    This impreciseness creates complications in scev analysis.  The scalar
1775    evolution of i is [-n, +, 1].  Since int and size_t have the same precision
1776    (in this example), and size_t is unsigned (so we do not care about
1777    overflows), we succeed to derive that scev of tmp1 is [(size_t) -n, +, 1]
1778    and scev of tmp2 is [4 * (size_t) -n, +, 4].  With tmp3, we run into
1779    problem -- [(int *) (4 * (size_t) -n), +, 4] wraps, and since we on several
1780    places assume that this is not the case for scevs with pointer type, we
1781    cannot use this scev for tmp3; hence, its scev is
1782    (int *) [(4 * (size_t) -n), +, 4], and scev of tmp4 is
1783    p + (int *) [(4 * (size_t) -n), +, 4].  Most of the optimizers are unable to
1784    work with scevs of this shape.
1785
1786    However, since tmp4 is dereferenced, all its values must belong to a single
1787    object, and taking into account that the precision of int * and size_t is
1788    the same, it is impossible for its scev to wrap.  Hence, we can derive that
1789    its evolution is [p + (int *) (4 * (size_t) -n), +, 4], which the optimizers
1790    can work with.
1791
1792    ??? Maybe we should use different representation for pointer arithmetics,
1793    however that is a long-term project with a lot of potential for creating
1794    bugs.  */
1795
1796 static tree
1797 fold_used_pointer (tree expr, tree at_stmt)
1798 {
1799   tree op0, op1, new0, new1;
1800   enum tree_code code = TREE_CODE (expr);
1801
1802   if (code == PLUS_EXPR
1803       || code == MINUS_EXPR)
1804     {
1805       op0 = TREE_OPERAND (expr, 0);
1806       op1 = TREE_OPERAND (expr, 1);
1807
1808       if (pointer_offset_p (op1))
1809         {
1810           new0 = fold_used_pointer (op0, at_stmt);
1811           new1 = fold_used_pointer_cast (op1);
1812         }
1813       else if (code == PLUS_EXPR && pointer_offset_p (op0))
1814         {
1815           new0 = fold_used_pointer_cast (op0);
1816           new1 = fold_used_pointer (op1, at_stmt);
1817         }
1818       else
1819         return expr;
1820
1821       if (new0 == op0 && new1 == op1)
1822         return expr;
1823
1824       new0 = chrec_convert (TREE_TYPE (expr), new0, at_stmt);
1825       new1 = chrec_convert (TREE_TYPE (expr), new1, at_stmt);
1826
1827       if (code == PLUS_EXPR)
1828         expr = chrec_fold_plus (TREE_TYPE (expr), new0, new1);
1829       else
1830         expr = chrec_fold_minus (TREE_TYPE (expr), new0, new1);
1831
1832       return expr;
1833     }
1834   else
1835     return fold_used_pointer_cast (expr);
1836 }
1837
1838 /* Returns true if PTR is dereferenced, or used in comparison.  */
1839
1840 static bool
1841 pointer_used_p (tree ptr)
1842 {
1843   use_operand_p use_p;
1844   imm_use_iterator imm_iter;
1845   tree stmt, rhs;
1846   struct ptr_info_def *pi = get_ptr_info (ptr);
1847
1848   /* Check whether the pointer has a memory tag; if it does, it is
1849      (or at least used to be) dereferenced.  */
1850   if ((pi != NULL && pi->name_mem_tag != NULL)
1851       || symbol_mem_tag (SSA_NAME_VAR (ptr)))
1852     return true;
1853
1854   FOR_EACH_IMM_USE_FAST (use_p, imm_iter, ptr)
1855     {
1856       stmt = USE_STMT (use_p);
1857       if (TREE_CODE (stmt) == COND_EXPR)
1858         return true;
1859
1860       if (TREE_CODE (stmt) != GIMPLE_MODIFY_STMT)
1861         continue;
1862
1863       rhs = GIMPLE_STMT_OPERAND (stmt, 1);
1864       if (!COMPARISON_CLASS_P (rhs))
1865         continue;
1866
1867       if (GIMPLE_STMT_OPERAND (stmt, 0) == ptr
1868           || GIMPLE_STMT_OPERAND (stmt, 1) == ptr)
1869         return true;
1870     }
1871
1872   return false;
1873 }
1874
1875 /* Helper recursive function.  */
1876
1877 static tree
1878 analyze_scalar_evolution_1 (struct loop *loop, tree var, tree res)
1879 {
1880   tree def, type = TREE_TYPE (var);
1881   basic_block bb;
1882   struct loop *def_loop;
1883
1884   if (loop == NULL || TREE_CODE (type) == VECTOR_TYPE)
1885     return chrec_dont_know;
1886
1887   if (TREE_CODE (var) != SSA_NAME)
1888     return interpret_rhs_modify_stmt (loop, NULL_TREE, var, type);
1889
1890   def = SSA_NAME_DEF_STMT (var);
1891   bb = bb_for_stmt (def);
1892   def_loop = bb ? bb->loop_father : NULL;
1893
1894   if (bb == NULL
1895       || !flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1896     {
1897       /* Keep the symbolic form.  */
1898       res = var;
1899       goto set_and_end;
1900     }
1901
1902   if (res != chrec_not_analyzed_yet)
1903     {
1904       if (loop != bb->loop_father)
1905         res = compute_scalar_evolution_in_loop 
1906             (find_common_loop (loop, bb->loop_father), bb->loop_father, res);
1907
1908       goto set_and_end;
1909     }
1910
1911   if (loop != def_loop)
1912     {
1913       res = analyze_scalar_evolution_1 (def_loop, var, chrec_not_analyzed_yet);
1914       res = compute_scalar_evolution_in_loop (loop, def_loop, res);
1915
1916       goto set_and_end;
1917     }
1918
1919   switch (TREE_CODE (def))
1920     {
1921     case GIMPLE_MODIFY_STMT:
1922       res = interpret_rhs_modify_stmt (loop, def,
1923                                        GIMPLE_STMT_OPERAND (def, 1), type);
1924
1925       if (POINTER_TYPE_P (type)
1926           && !automatically_generated_chrec_p (res)
1927           && pointer_used_p (var))
1928         res = fold_used_pointer (res, def);
1929       break;
1930
1931     case PHI_NODE:
1932       if (loop_phi_node_p (def))
1933         res = interpret_loop_phi (loop, def);
1934       else
1935         res = interpret_condition_phi (loop, def);
1936       break;
1937
1938     default:
1939       res = chrec_dont_know;
1940       break;
1941     }
1942
1943  set_and_end:
1944
1945   /* Keep the symbolic form.  */
1946   if (res == chrec_dont_know)
1947     res = var;
1948
1949   if (loop == def_loop)
1950     set_scalar_evolution (var, res);
1951
1952   return res;
1953 }
1954
1955 /* Entry point for the scalar evolution analyzer.
1956    Analyzes and returns the scalar evolution of the ssa_name VAR.
1957    LOOP_NB is the identifier number of the loop in which the variable
1958    is used.
1959    
1960    Example of use: having a pointer VAR to a SSA_NAME node, STMT a
1961    pointer to the statement that uses this variable, in order to
1962    determine the evolution function of the variable, use the following
1963    calls:
1964    
1965    unsigned loop_nb = loop_containing_stmt (stmt)->num;
1966    tree chrec_with_symbols = analyze_scalar_evolution (loop_nb, var);
1967    tree chrec_instantiated = instantiate_parameters 
1968    (loop_nb, chrec_with_symbols);
1969 */
1970
1971 tree 
1972 analyze_scalar_evolution (struct loop *loop, tree var)
1973 {
1974   tree res;
1975
1976   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1977     {
1978       fprintf (dump_file, "(analyze_scalar_evolution \n");
1979       fprintf (dump_file, "  (loop_nb = %d)\n", loop->num);
1980       fprintf (dump_file, "  (scalar = ");
1981       print_generic_expr (dump_file, var, 0);
1982       fprintf (dump_file, ")\n");
1983     }
1984
1985   res = analyze_scalar_evolution_1 (loop, var, get_scalar_evolution (var));
1986
1987   if (TREE_CODE (var) == SSA_NAME && res == chrec_dont_know)
1988     res = var;
1989
1990   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1991     fprintf (dump_file, ")\n");
1992
1993   return res;
1994 }
1995
1996 /* Analyze scalar evolution of use of VERSION in USE_LOOP with respect to
1997    WRTO_LOOP (which should be a superloop of both USE_LOOP and definition
1998    of VERSION).
1999
2000    FOLDED_CASTS is set to true if resolve_mixers used
2001    chrec_convert_aggressive (TODO -- not really, we are way too conservative
2002    at the moment in order to keep things simple).  */
2003
2004 static tree
2005 analyze_scalar_evolution_in_loop (struct loop *wrto_loop, struct loop *use_loop,
2006                                   tree version, bool *folded_casts)
2007 {
2008   bool val = false;
2009   tree ev = version, tmp;
2010
2011   if (folded_casts)
2012     *folded_casts = false;
2013   while (1)
2014     {
2015       tmp = analyze_scalar_evolution (use_loop, ev);
2016       ev = resolve_mixers (use_loop, tmp);
2017
2018       if (folded_casts && tmp != ev)
2019         *folded_casts = true;
2020
2021       if (use_loop == wrto_loop)
2022         return ev;
2023
2024       /* If the value of the use changes in the inner loop, we cannot express
2025          its value in the outer loop (we might try to return interval chrec,
2026          but we do not have a user for it anyway)  */
2027       if (!no_evolution_in_loop_p (ev, use_loop->num, &val)
2028           || !val)
2029         return chrec_dont_know;
2030
2031       use_loop = use_loop->outer;
2032     }
2033 }
2034
2035 /* Returns instantiated value for VERSION in CACHE.  */
2036
2037 static tree
2038 get_instantiated_value (htab_t cache, tree version)
2039 {
2040   struct scev_info_str *info, pattern;
2041   
2042   pattern.var = version;
2043   info = (struct scev_info_str *) htab_find (cache, &pattern);
2044
2045   if (info)
2046     return info->chrec;
2047   else
2048     return NULL_TREE;
2049 }
2050
2051 /* Sets instantiated value for VERSION to VAL in CACHE.  */
2052
2053 static void
2054 set_instantiated_value (htab_t cache, tree version, tree val)
2055 {
2056   struct scev_info_str *info, pattern;
2057   PTR *slot;
2058   
2059   pattern.var = version;
2060   slot = htab_find_slot (cache, &pattern, INSERT);
2061
2062   if (!*slot)
2063     *slot = new_scev_info_str (version);
2064   info = (struct scev_info_str *) *slot;
2065   info->chrec = val;
2066 }
2067
2068 /* Return the closed_loop_phi node for VAR.  If there is none, return
2069    NULL_TREE.  */
2070
2071 static tree
2072 loop_closed_phi_def (tree var)
2073 {
2074   struct loop *loop;
2075   edge exit;
2076   tree phi;
2077
2078   if (var == NULL_TREE
2079       || TREE_CODE (var) != SSA_NAME)
2080     return NULL_TREE;
2081
2082   loop = loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (var));
2083   exit = single_exit (loop);
2084   if (!exit)
2085     return NULL_TREE;
2086
2087   for (phi = phi_nodes (exit->dest); phi; phi = PHI_CHAIN (phi))
2088     if (PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi, exit) == var)
2089       return PHI_RESULT (phi);
2090
2091   return NULL_TREE;
2092 }
2093
2094 /* Analyze all the parameters of the chrec that were left under a symbolic form,
2095    with respect to LOOP.  CHREC is the chrec to instantiate.  CACHE is the cache
2096    of already instantiated values.  FLAGS modify the way chrecs are
2097    instantiated.  SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to
2098    be instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2099
2100 /* Values for FLAGS.  */
2101 enum
2102 {
2103   INSERT_SUPERLOOP_CHRECS = 1,  /* Loop invariants are replaced with chrecs
2104                                    in outer loops.  */
2105   FOLD_CONVERSIONS = 2          /* The conversions that may wrap in
2106                                    signed/pointer type are folded, as long as the
2107                                    value of the chrec is preserved.  */
2108 };
2109   
2110 static tree
2111 instantiate_parameters_1 (struct loop *loop, tree chrec, int flags, htab_t cache,
2112                           int size_expr)
2113 {
2114   tree res, op0, op1, op2;
2115   basic_block def_bb;
2116   struct loop *def_loop;
2117   tree type = chrec_type (chrec);
2118
2119   /* Give up if the expression is larger than the MAX that we allow.  */
2120   if (size_expr++ > PARAM_VALUE (PARAM_SCEV_MAX_EXPR_SIZE))
2121     return chrec_dont_know;
2122
2123   if (automatically_generated_chrec_p (chrec)
2124       || is_gimple_min_invariant (chrec))
2125     return chrec;
2126
2127   switch (TREE_CODE (chrec))
2128     {
2129     case SSA_NAME:
2130       def_bb = bb_for_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (chrec));
2131
2132       /* A parameter (or loop invariant and we do not want to include
2133          evolutions in outer loops), nothing to do.  */
2134       if (!def_bb
2135           || (!(flags & INSERT_SUPERLOOP_CHRECS)
2136               && !flow_bb_inside_loop_p (loop, def_bb)))
2137         return chrec;
2138
2139       /* We cache the value of instantiated variable to avoid exponential
2140          time complexity due to reevaluations.  We also store the convenient
2141          value in the cache in order to prevent infinite recursion -- we do
2142          not want to instantiate the SSA_NAME if it is in a mixer
2143          structure.  This is used for avoiding the instantiation of
2144          recursively defined functions, such as: 
2145
2146          | a_2 -> {0, +, 1, +, a_2}_1  */
2147
2148       res = get_instantiated_value (cache, chrec);
2149       if (res)
2150         return res;
2151
2152       /* Store the convenient value for chrec in the structure.  If it
2153          is defined outside of the loop, we may just leave it in symbolic
2154          form, otherwise we need to admit that we do not know its behavior
2155          inside the loop.  */
2156       res = !flow_bb_inside_loop_p (loop, def_bb) ? chrec : chrec_dont_know;
2157       set_instantiated_value (cache, chrec, res);
2158
2159       /* To make things even more complicated, instantiate_parameters_1
2160          calls analyze_scalar_evolution that may call # of iterations
2161          analysis that may in turn call instantiate_parameters_1 again.
2162          To prevent the infinite recursion, keep also the bitmap of
2163          ssa names that are being instantiated globally.  */
2164       if (bitmap_bit_p (already_instantiated, SSA_NAME_VERSION (chrec)))
2165         return res;
2166
2167       def_loop = find_common_loop (loop, def_bb->loop_father);
2168
2169       /* If the analysis yields a parametric chrec, instantiate the
2170          result again.  */
2171       bitmap_set_bit (already_instantiated, SSA_NAME_VERSION (chrec));
2172       res = analyze_scalar_evolution (def_loop, chrec);
2173
2174       /* Don't instantiate loop-closed-ssa phi nodes.  */
2175       if (TREE_CODE (res) == SSA_NAME
2176           && (loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (res)) == NULL
2177               || (loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (res))->depth
2178                   > def_loop->depth)))
2179         {
2180           if (res == chrec)
2181             res = loop_closed_phi_def (chrec);
2182           else
2183             res = chrec;
2184
2185           if (res == NULL_TREE)
2186             res = chrec_dont_know;
2187         }
2188
2189       else if (res != chrec_dont_know)
2190         res = instantiate_parameters_1 (loop, res, flags, cache, size_expr);
2191
2192       bitmap_clear_bit (already_instantiated, SSA_NAME_VERSION (chrec));
2193
2194       /* Store the correct value to the cache.  */
2195       set_instantiated_value (cache, chrec, res);
2196       return res;
2197
2198     case POLYNOMIAL_CHREC:
2199       op0 = instantiate_parameters_1 (loop, CHREC_LEFT (chrec),
2200                                       flags, cache, size_expr);
2201       if (op0 == chrec_dont_know)
2202         return chrec_dont_know;
2203
2204       op1 = instantiate_parameters_1 (loop, CHREC_RIGHT (chrec),
2205                                       flags, cache, size_expr);
2206       if (op1 == chrec_dont_know)
2207         return chrec_dont_know;
2208
2209       if (CHREC_LEFT (chrec) != op0
2210           || CHREC_RIGHT (chrec) != op1)
2211         {
2212           op1 = chrec_convert (chrec_type (op0), op1, NULL_TREE);
2213           chrec = build_polynomial_chrec (CHREC_VARIABLE (chrec), op0, op1);
2214         }
2215       return chrec;
2216
2217     case PLUS_EXPR:
2218       op0 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 0),
2219                                       flags, cache, size_expr);
2220       if (op0 == chrec_dont_know)
2221         return chrec_dont_know;
2222
2223       op1 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 1),
2224                                       flags, cache, size_expr);
2225       if (op1 == chrec_dont_know)
2226         return chrec_dont_know;
2227
2228       if (TREE_OPERAND (chrec, 0) != op0
2229           || TREE_OPERAND (chrec, 1) != op1)
2230         {
2231           op0 = chrec_convert (type, op0, NULL_TREE);
2232           op1 = chrec_convert (type, op1, NULL_TREE);
2233           chrec = chrec_fold_plus (type, op0, op1);
2234         }
2235       return chrec;
2236
2237     case MINUS_EXPR:
2238       op0 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 0),
2239                                       flags, cache, size_expr);
2240       if (op0 == chrec_dont_know)
2241         return chrec_dont_know;
2242
2243       op1 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 1),
2244                                       flags, cache, size_expr);
2245       if (op1 == chrec_dont_know)
2246         return chrec_dont_know;
2247
2248       if (TREE_OPERAND (chrec, 0) != op0
2249           || TREE_OPERAND (chrec, 1) != op1)
2250         {
2251           op0 = chrec_convert (type, op0, NULL_TREE);
2252           op1 = chrec_convert (type, op1, NULL_TREE);
2253           chrec = chrec_fold_minus (type, op0, op1);
2254         }
2255       return chrec;
2256
2257     case MULT_EXPR:
2258       op0 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 0),
2259                                       flags, cache, size_expr);
2260       if (op0 == chrec_dont_know)
2261         return chrec_dont_know;
2262
2263       op1 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 1),
2264                                       flags, cache, size_expr);
2265       if (op1 == chrec_dont_know)
2266         return chrec_dont_know;
2267
2268       if (TREE_OPERAND (chrec, 0) != op0
2269           || TREE_OPERAND (chrec, 1) != op1)
2270         {
2271           op0 = chrec_convert (type, op0, NULL_TREE);
2272           op1 = chrec_convert (type, op1, NULL_TREE);
2273           chrec = chrec_fold_multiply (type, op0, op1);
2274         }
2275       return chrec;
2276
2277     case NOP_EXPR:
2278     case CONVERT_EXPR:
2279     case NON_LVALUE_EXPR:
2280       op0 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 0),
2281                                       flags, cache, size_expr);
2282       if (op0 == chrec_dont_know)
2283         return chrec_dont_know;
2284
2285       if (flags & FOLD_CONVERSIONS)
2286         {
2287           tree tmp = chrec_convert_aggressive (TREE_TYPE (chrec), op0);
2288           if (tmp)
2289             return tmp;
2290         }
2291
2292       if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0))
2293         return chrec;
2294
2295       /* If we used chrec_convert_aggressive, we can no longer assume that
2296          signed chrecs do not overflow, as chrec_convert does, so avoid
2297          calling it in that case.  */
2298       if (flags & FOLD_CONVERSIONS)
2299         return fold_convert (TREE_TYPE (chrec), op0);
2300
2301       return chrec_convert (TREE_TYPE (chrec), op0, NULL_TREE);
2302
2303     case SCEV_NOT_KNOWN:
2304       return chrec_dont_know;
2305
2306     case SCEV_KNOWN:
2307       return chrec_known;
2308                                      
2309     default:
2310       break;
2311     }
2312
2313   switch (TREE_CODE_LENGTH (TREE_CODE (chrec)))
2314     {
2315     case 3:
2316       op0 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 0),
2317                                       flags, cache, size_expr);
2318       if (op0 == chrec_dont_know)
2319         return chrec_dont_know;
2320
2321       op1 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 1),
2322                                       flags, cache, size_expr);
2323       if (op1 == chrec_dont_know)
2324         return chrec_dont_know;
2325
2326       op2 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 2),
2327                                       flags, cache, size_expr);
2328       if (op2 == chrec_dont_know)
2329         return chrec_dont_know;
2330
2331       if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0)
2332           && op1 == TREE_OPERAND (chrec, 1)
2333           && op2 == TREE_OPERAND (chrec, 2))
2334         return chrec;
2335
2336       return fold_build3 (TREE_CODE (chrec),
2337                           TREE_TYPE (chrec), op0, op1, op2);
2338
2339     case 2:
2340       op0 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 0),
2341                                       flags, cache, size_expr);
2342       if (op0 == chrec_dont_know)
2343         return chrec_dont_know;
2344
2345       op1 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 1),
2346                                       flags, cache, size_expr);
2347       if (op1 == chrec_dont_know)
2348         return chrec_dont_know;
2349
2350       if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0)
2351           && op1 == TREE_OPERAND (chrec, 1))
2352         return chrec;
2353       return fold_build2 (TREE_CODE (chrec), TREE_TYPE (chrec), op0, op1);
2354             
2355     case 1:
2356       op0 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 0),
2357                                       flags, cache, size_expr);
2358       if (op0 == chrec_dont_know)
2359         return chrec_dont_know;
2360       if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0))
2361         return chrec;
2362       return fold_build1 (TREE_CODE (chrec), TREE_TYPE (chrec), op0);
2363
2364     case 0:
2365       return chrec;
2366
2367     default:
2368       break;
2369     }
2370
2371   /* Too complicated to handle.  */
2372   return chrec_dont_know;
2373 }
2374
2375 /* Analyze all the parameters of the chrec that were left under a
2376    symbolic form.  LOOP is the loop in which symbolic names have to
2377    be analyzed and instantiated.  */
2378
2379 tree
2380 instantiate_parameters (struct loop *loop,
2381                         tree chrec)
2382 {
2383   tree res;
2384   htab_t cache = htab_create (10, hash_scev_info, eq_scev_info, del_scev_info);
2385
2386   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2387     {
2388       fprintf (dump_file, "(instantiate_parameters \n");
2389       fprintf (dump_file, "  (loop_nb = %d)\n", loop->num);
2390       fprintf (dump_file, "  (chrec = ");
2391       print_generic_expr (dump_file, chrec, 0);
2392       fprintf (dump_file, ")\n");
2393     }
2394  
2395   res = instantiate_parameters_1 (loop, chrec, INSERT_SUPERLOOP_CHRECS, cache,
2396                                   0);
2397
2398   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2399     {
2400       fprintf (dump_file, "  (res = ");
2401       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
2402       fprintf (dump_file, "))\n");
2403     }
2404
2405   htab_delete (cache);
2406   
2407   return res;
2408 }
2409
2410 /* Similar to instantiate_parameters, but does not introduce the
2411    evolutions in outer loops for LOOP invariants in CHREC, and does not
2412    care about causing overflows, as long as they do not affect value
2413    of an expression.  */
2414
2415 static tree
2416 resolve_mixers (struct loop *loop, tree chrec)
2417 {
2418   htab_t cache = htab_create (10, hash_scev_info, eq_scev_info, del_scev_info);
2419   tree ret = instantiate_parameters_1 (loop, chrec, FOLD_CONVERSIONS, cache, 0);
2420   htab_delete (cache);
2421   return ret;
2422 }
2423
2424 /* Entry point for the analysis of the number of iterations pass.  
2425    This function tries to safely approximate the number of iterations
2426    the loop will run.  When this property is not decidable at compile
2427    time, the result is chrec_dont_know.  Otherwise the result is
2428    a scalar or a symbolic parameter.
2429    
2430    Example of analysis: suppose that the loop has an exit condition:
2431    
2432    "if (b > 49) goto end_loop;"
2433    
2434    and that in a previous analysis we have determined that the
2435    variable 'b' has an evolution function:
2436    
2437    "EF = {23, +, 5}_2".  
2438    
2439    When we evaluate the function at the point 5, i.e. the value of the
2440    variable 'b' after 5 iterations in the loop, we have EF (5) = 48,
2441    and EF (6) = 53.  In this case the value of 'b' on exit is '53' and
2442    the loop body has been executed 6 times.  */
2443
2444 tree 
2445 number_of_latch_executions (struct loop *loop)
2446 {
2447   tree res, type;
2448   edge exit;
2449   struct tree_niter_desc niter_desc;
2450
2451   /* Determine whether the number_of_iterations_in_loop has already
2452      been computed.  */
2453   res = loop->nb_iterations;
2454   if (res)
2455     return res;
2456   res = chrec_dont_know;
2457
2458   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2459     fprintf (dump_file, "(number_of_iterations_in_loop\n");
2460   
2461   exit = single_exit (loop);
2462   if (!exit)
2463     goto end;
2464
2465   if (!number_of_iterations_exit (loop, exit, &niter_desc, false))
2466     goto end;
2467
2468   type = TREE_TYPE (niter_desc.niter);
2469   if (integer_nonzerop (niter_desc.may_be_zero))
2470     res = build_int_cst (type, 0);
2471   else if (integer_zerop (niter_desc.may_be_zero))
2472     res = niter_desc.niter;
2473   else
2474     res = chrec_dont_know;
2475
2476 end:
2477   return set_nb_iterations_in_loop (loop, res);
2478 }
2479
2480 /* Returns the number of executions of the exit condition of LOOP,
2481    i.e., the number by one higher than number_of_latch_executions.
2482    Note that unline number_of_latch_executions, this number does
2483    not necessarily fit in the unsigned variant of the type of
2484    the control variable -- if the number of iterations is a constant,
2485    we return chrec_dont_know if adding one to number_of_latch_executions
2486    overflows; however, in case the number of iterations is symbolic
2487    expression, the caller is responsible for dealing with this
2488    the possible overflow.  */
2489
2490 tree 
2491 number_of_exit_cond_executions (struct loop *loop)
2492 {
2493   tree ret = number_of_latch_executions (loop);
2494   tree type = chrec_type (ret);
2495
2496   if (chrec_contains_undetermined (ret))
2497     return ret;
2498
2499   ret = chrec_fold_plus (type, ret, build_int_cst (type, 1));
2500   if (TREE_CODE (ret) == INTEGER_CST
2501       && TREE_OVERFLOW (ret))
2502     return chrec_dont_know;
2503
2504   return ret;
2505 }
2506
2507 /* One of the drivers for testing the scalar evolutions analysis.
2508    This function computes the number of iterations for all the loops
2509    from the EXIT_CONDITIONS array.  */
2510
2511 static void 
2512 number_of_iterations_for_all_loops (VEC(tree,heap) **exit_conditions)
2513 {
2514   unsigned int i;
2515   unsigned nb_chrec_dont_know_loops = 0;
2516   unsigned nb_static_loops = 0;
2517   tree cond;
2518   
2519   for (i = 0; VEC_iterate (tree, *exit_conditions, i, cond); i++)
2520     {
2521       tree res = number_of_latch_executions (loop_containing_stmt (cond));
2522       if (chrec_contains_undetermined (res))
2523         nb_chrec_dont_know_loops++;
2524       else
2525         nb_static_loops++;
2526     }
2527   
2528   if (dump_file)
2529     {
2530       fprintf (dump_file, "\n(\n");
2531       fprintf (dump_file, "-----------------------------------------\n");
2532       fprintf (dump_file, "%d\tnb_chrec_dont_know_loops\n", nb_chrec_dont_know_loops);
2533       fprintf (dump_file, "%d\tnb_static_loops\n", nb_static_loops);
2534       fprintf (dump_file, "%d\tnb_total_loops\n", number_of_loops ());
2535       fprintf (dump_file, "-----------------------------------------\n");
2536       fprintf (dump_file, ")\n\n");
2537       
2538       print_loop_ir (dump_file);
2539     }
2540 }
2541
2542 \f
2543
2544 /* Counters for the stats.  */
2545
2546 struct chrec_stats 
2547 {
2548   unsigned nb_chrecs;
2549   unsigned nb_affine;
2550   unsigned nb_affine_multivar;
2551   unsigned nb_higher_poly;
2552   unsigned nb_chrec_dont_know;
2553   unsigned nb_undetermined;
2554 };
2555
2556 /* Reset the counters.  */
2557
2558 static inline void
2559 reset_chrecs_counters (struct chrec_stats *stats)
2560 {
2561   stats->nb_chrecs = 0;
2562   stats->nb_affine = 0;
2563   stats->nb_affine_multivar = 0;
2564   stats->nb_higher_poly = 0;
2565   stats->nb_chrec_dont_know = 0;
2566   stats->nb_undetermined = 0;
2567 }
2568
2569 /* Dump the contents of a CHREC_STATS structure.  */
2570
2571 static void
2572 dump_chrecs_stats (FILE *file, struct chrec_stats *stats)
2573 {
2574   fprintf (file, "\n(\n");
2575   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2576   fprintf (file, "%d\taffine univariate chrecs\n", stats->nb_affine);
2577   fprintf (file, "%d\taffine multivariate chrecs\n", stats->nb_affine_multivar);
2578   fprintf (file, "%d\tdegree greater than 2 polynomials\n", 
2579            stats->nb_higher_poly);
2580   fprintf (file, "%d\tchrec_dont_know chrecs\n", stats->nb_chrec_dont_know);
2581   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2582   fprintf (file, "%d\ttotal chrecs\n", stats->nb_chrecs);
2583   fprintf (file, "%d\twith undetermined coefficients\n", 
2584            stats->nb_undetermined);
2585   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2586   fprintf (file, "%d\tchrecs in the scev database\n", 
2587            (int) htab_elements (scalar_evolution_info));
2588   fprintf (file, "%d\tsets in the scev database\n", nb_set_scev);
2589   fprintf (file, "%d\tgets in the scev database\n", nb_get_scev);
2590   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2591   fprintf (file, ")\n\n");
2592 }
2593
2594 /* Gather statistics about CHREC.  */
2595
2596 static void
2597 gather_chrec_stats (tree chrec, struct chrec_stats *stats)
2598 {
2599   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2600     {
2601       fprintf (dump_file, "(classify_chrec ");
2602       print_generic_expr (dump_file, chrec, 0);
2603       fprintf (dump_file, "\n");
2604     }
2605   
2606   stats->nb_chrecs++;
2607   
2608   if (chrec == NULL_TREE)
2609     {
2610       stats->nb_undetermined++;
2611       return;
2612     }
2613   
2614   switch (TREE_CODE (chrec))
2615     {
2616     case POLYNOMIAL_CHREC:
2617       if (evolution_function_is_affine_p (chrec))
2618         {
2619           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2620             fprintf (dump_file, "  affine_univariate\n");
2621           stats->nb_affine++;
2622         }
2623       else if (evolution_function_is_affine_multivariate_p (chrec))
2624         {
2625           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2626             fprintf (dump_file, "  affine_multivariate\n");
2627           stats->nb_affine_multivar++;
2628         }
2629       else
2630         {
2631           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2632             fprintf (dump_file, "  higher_degree_polynomial\n");
2633           stats->nb_higher_poly++;
2634         }
2635       
2636       break;
2637
2638     default:
2639       break;
2640     }
2641   
2642   if (chrec_contains_undetermined (chrec))
2643     {
2644       if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2645         fprintf (dump_file, "  undetermined\n");
2646       stats->nb_undetermined++;
2647     }
2648   
2649   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2650     fprintf (dump_file, ")\n");
2651 }
2652
2653 /* One of the drivers for testing the scalar evolutions analysis.
2654    This function analyzes the scalar evolution of all the scalars
2655    defined as loop phi nodes in one of the loops from the
2656    EXIT_CONDITIONS array.  
2657    
2658    TODO Optimization: A loop is in canonical form if it contains only
2659    a single scalar loop phi node.  All the other scalars that have an
2660    evolution in the loop are rewritten in function of this single
2661    index.  This allows the parallelization of the loop.  */
2662
2663 static void 
2664 analyze_scalar_evolution_for_all_loop_phi_nodes (VEC(tree,heap) **exit_conditions)
2665 {
2666   unsigned int i;
2667   struct chrec_stats stats;
2668   tree cond;
2669   
2670   reset_chrecs_counters (&stats);
2671   
2672   for (i = 0; VEC_iterate (tree, *exit_conditions, i, cond); i++)
2673     {
2674       struct loop *loop;
2675       basic_block bb;
2676       tree phi, chrec;
2677       
2678       loop = loop_containing_stmt (cond);
2679       bb = loop->header;
2680       
2681       for (phi = phi_nodes (bb); phi; phi = PHI_CHAIN (phi))
2682         if (is_gimple_reg (PHI_RESULT (phi)))
2683           {
2684             chrec = instantiate_parameters 
2685               (loop, 
2686                analyze_scalar_evolution (loop, PHI_RESULT (phi)));
2687             
2688             if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2689               gather_chrec_stats (chrec, &stats);
2690           }
2691     }
2692   
2693   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2694     dump_chrecs_stats (dump_file, &stats);
2695 }
2696
2697 /* Callback for htab_traverse, gathers information on chrecs in the
2698    hashtable.  */
2699
2700 static int
2701 gather_stats_on_scev_database_1 (void **slot, void *stats)
2702 {
2703   struct scev_info_str *entry = (struct scev_info_str *) *slot;
2704
2705   gather_chrec_stats (entry->chrec, (struct chrec_stats *) stats);
2706
2707   return 1;
2708 }
2709
2710 /* Classify the chrecs of the whole database.  */
2711
2712 void 
2713 gather_stats_on_scev_database (void)
2714 {
2715   struct chrec_stats stats;
2716   
2717   if (!dump_file)
2718     return;
2719   
2720   reset_chrecs_counters (&stats);
2721  
2722   htab_traverse (scalar_evolution_info, gather_stats_on_scev_database_1,
2723                  &stats);
2724
2725   dump_chrecs_stats (dump_file, &stats);
2726 }
2727
2728 \f
2729
2730 /* Initializer.  */
2731
2732 static void
2733 initialize_scalar_evolutions_analyzer (void)
2734 {
2735   /* The elements below are unique.  */
2736   if (chrec_dont_know == NULL_TREE)
2737     {
2738       chrec_not_analyzed_yet = NULL_TREE;
2739       chrec_dont_know = make_node (SCEV_NOT_KNOWN);
2740       chrec_known = make_node (SCEV_KNOWN);
2741       TREE_TYPE (chrec_dont_know) = void_type_node;
2742       TREE_TYPE (chrec_known) = void_type_node;
2743     }
2744 }
2745
2746 /* Initialize the analysis of scalar evolutions for LOOPS.  */
2747
2748 void
2749 scev_initialize (void)
2750 {
2751   loop_iterator li;
2752   struct loop *loop;
2753
2754   scalar_evolution_info = htab_create (100, hash_scev_info,
2755                                        eq_scev_info, del_scev_info);
2756   already_instantiated = BITMAP_ALLOC (NULL);
2757   
2758   initialize_scalar_evolutions_analyzer ();
2759
2760   FOR_EACH_LOOP (li, loop, 0)
2761     {
2762       loop->nb_iterations = NULL_TREE;
2763     }
2764 }
2765
2766 /* Cleans up the information cached by the scalar evolutions analysis.  */
2767
2768 void
2769 scev_reset (void)
2770 {
2771   loop_iterator li;
2772   struct loop *loop;
2773
2774   if (!scalar_evolution_info || !current_loops)
2775     return;
2776
2777   htab_empty (scalar_evolution_info);
2778   FOR_EACH_LOOP (li, loop, 0)
2779     {
2780       loop->nb_iterations = NULL_TREE;
2781     }
2782 }
2783
2784 /* Checks whether OP behaves as a simple affine iv of LOOP in STMT and returns
2785    its base and step in IV if possible.  If ALLOW_NONCONSTANT_STEP is true, we
2786    want step to be invariant in LOOP.  Otherwise we require it to be an
2787    integer constant.  IV->no_overflow is set to true if we are sure the iv cannot
2788    overflow (e.g.  because it is computed in signed arithmetics).  */
2789
2790 bool
2791 simple_iv (struct loop *loop, tree stmt, tree op, affine_iv *iv,
2792            bool allow_nonconstant_step)
2793 {
2794   basic_block bb = bb_for_stmt (stmt);
2795   tree type, ev;
2796   bool folded_casts;
2797
2798   iv->base = NULL_TREE;
2799   iv->step = NULL_TREE;
2800   iv->no_overflow = false;
2801
2802   type = TREE_TYPE (op);
2803   if (TREE_CODE (type) != INTEGER_TYPE
2804       && TREE_CODE (type) != POINTER_TYPE)
2805     return false;
2806
2807   ev = analyze_scalar_evolution_in_loop (loop, bb->loop_father, op,
2808                                          &folded_casts);
2809   if (chrec_contains_undetermined (ev))
2810     return false;
2811
2812   if (tree_does_not_contain_chrecs (ev)
2813       && !chrec_contains_symbols_defined_in_loop (ev, loop->num))
2814     {
2815       iv->base = ev;
2816       iv->step = build_int_cst (TREE_TYPE (ev), 0);
2817       iv->no_overflow = true;
2818       return true;
2819     }
2820
2821   if (TREE_CODE (ev) != POLYNOMIAL_CHREC
2822       || CHREC_VARIABLE (ev) != (unsigned) loop->num)
2823     return false;
2824
2825   iv->step = CHREC_RIGHT (ev);
2826   if (allow_nonconstant_step)
2827     {
2828       if (tree_contains_chrecs (iv->step, NULL)
2829           || chrec_contains_symbols_defined_in_loop (iv->step, loop->num))
2830         return false;
2831     }
2832   else if (TREE_CODE (iv->step) != INTEGER_CST)
2833     return false;
2834
2835   iv->base = CHREC_LEFT (ev);
2836   if (tree_contains_chrecs (iv->base, NULL)
2837       || chrec_contains_symbols_defined_in_loop (iv->base, loop->num))
2838     return false;
2839
2840   iv->no_overflow = !folded_casts && TYPE_OVERFLOW_UNDEFINED (type);
2841
2842   return true;
2843 }
2844
2845 /* Runs the analysis of scalar evolutions.  */
2846
2847 void
2848 scev_analysis (void)
2849 {
2850   VEC(tree,heap) *exit_conditions;
2851   
2852   exit_conditions = VEC_alloc (tree, heap, 37);
2853   select_loops_exit_conditions (&exit_conditions);
2854
2855   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2856     analyze_scalar_evolution_for_all_loop_phi_nodes (&exit_conditions);
2857   
2858   number_of_iterations_for_all_loops (&exit_conditions);
2859   VEC_free (tree, heap, exit_conditions);
2860 }
2861
2862 /* Finalize the scalar evolution analysis.  */
2863
2864 void
2865 scev_finalize (void)
2866 {
2867   htab_delete (scalar_evolution_info);
2868   BITMAP_FREE (already_instantiated);
2869 }
2870
2871 /* Returns true if EXPR looks expensive.  */
2872
2873 static bool
2874 expression_expensive_p (tree expr)
2875 {
2876   return force_expr_to_var_cost (expr) >= target_spill_cost;
2877 }
2878
2879 /* Replace ssa names for that scev can prove they are constant by the
2880    appropriate constants.  Also perform final value replacement in loops,
2881    in case the replacement expressions are cheap.
2882    
2883    We only consider SSA names defined by phi nodes; rest is left to the
2884    ordinary constant propagation pass.  */
2885
2886 unsigned int
2887 scev_const_prop (void)
2888 {
2889   basic_block bb;
2890   tree name, phi, next_phi, type, ev;
2891   struct loop *loop, *ex_loop;
2892   bitmap ssa_names_to_remove = NULL;
2893   unsigned i;
2894   loop_iterator li;
2895
2896   if (!current_loops)
2897     return 0;
2898
2899   FOR_EACH_BB (bb)
2900     {
2901       loop = bb->loop_father;
2902
2903       for (phi = phi_nodes (bb); phi; phi = PHI_CHAIN (phi))
2904         {
2905           name = PHI_RESULT (phi);
2906
2907           if (!is_gimple_reg (name))
2908             continue;
2909
2910           type = TREE_TYPE (name);
2911
2912           if (!POINTER_TYPE_P (type)
2913               && !INTEGRAL_TYPE_P (type))
2914             continue;
2915
2916           ev = resolve_mixers (loop, analyze_scalar_evolution (loop, name));
2917           if (!is_gimple_min_invariant (ev)
2918               || !may_propagate_copy (name, ev))
2919             continue;
2920
2921           /* Replace the uses of the name.  */
2922           if (name != ev)
2923             replace_uses_by (name, ev);
2924
2925           if (!ssa_names_to_remove)
2926             ssa_names_to_remove = BITMAP_ALLOC (NULL);
2927           bitmap_set_bit (ssa_names_to_remove, SSA_NAME_VERSION (name));
2928         }
2929     }
2930
2931   /* Remove the ssa names that were replaced by constants.  We do not
2932      remove them directly in the previous cycle, since this
2933      invalidates scev cache.  */
2934   if (ssa_names_to_remove)
2935     {
2936       bitmap_iterator bi;
2937
2938       EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (ssa_names_to_remove, 0, i, bi)
2939         {
2940           name = ssa_name (i);
2941           phi = SSA_NAME_DEF_STMT (name);
2942
2943           gcc_assert (TREE_CODE (phi) == PHI_NODE);
2944           remove_phi_node (phi, NULL, true);
2945         }
2946
2947       BITMAP_FREE (ssa_names_to_remove);
2948       scev_reset ();
2949     }
2950
2951   /* Now the regular final value replacement.  */
2952   FOR_EACH_LOOP (li, loop, LI_FROM_INNERMOST)
2953     {
2954       edge exit;
2955       tree def, rslt, ass, niter;
2956       block_stmt_iterator bsi;
2957
2958       /* If we do not know exact number of iterations of the loop, we cannot
2959          replace the final value.  */
2960       exit = single_exit (loop);
2961       if (!exit)
2962         continue;
2963
2964       niter = number_of_latch_executions (loop);
2965       if (niter == chrec_dont_know
2966           /* If computing the number of iterations is expensive, it may be
2967              better not to introduce computations involving it.  */
2968           || expression_expensive_p (niter))
2969         continue;
2970
2971       /* Ensure that it is possible to insert new statements somewhere.  */
2972       if (!single_pred_p (exit->dest))
2973         split_loop_exit_edge (exit);
2974       tree_block_label (exit->dest);
2975       bsi = bsi_after_labels (exit->dest);
2976
2977       ex_loop = superloop_at_depth (loop, exit->dest->loop_father->depth + 1);
2978
2979       for (phi = phi_nodes (exit->dest); phi; phi = next_phi)
2980         {
2981           next_phi = PHI_CHAIN (phi);
2982           rslt = PHI_RESULT (phi);
2983           def = PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi, exit);
2984           if (!is_gimple_reg (def))
2985             continue;
2986
2987           if (!POINTER_TYPE_P (TREE_TYPE (def))
2988               && !INTEGRAL_TYPE_P (TREE_TYPE (def)))
2989             continue;
2990
2991           def = analyze_scalar_evolution_in_loop (ex_loop, loop, def, NULL);
2992           def = compute_overall_effect_of_inner_loop (ex_loop, def);
2993           if (!tree_does_not_contain_chrecs (def)
2994               || chrec_contains_symbols_defined_in_loop (def, ex_loop->num)
2995               /* Moving the computation from the loop may prolong life range
2996                  of some ssa names, which may cause problems if they appear
2997                  on abnormal edges.  */
2998               || contains_abnormal_ssa_name_p (def))
2999             continue;
3000
3001           /* Eliminate the PHI node and replace it by a computation outside
3002              the loop.  */
3003           def = unshare_expr (def);
3004           remove_phi_node (phi, NULL_TREE, false);
3005
3006           ass = build2 (GIMPLE_MODIFY_STMT, void_type_node, rslt, NULL_TREE);
3007           SSA_NAME_DEF_STMT (rslt) = ass;
3008           {
3009             block_stmt_iterator dest = bsi;
3010             bsi_insert_before (&dest, ass, BSI_NEW_STMT);
3011             def = force_gimple_operand_bsi (&dest, def, false, NULL_TREE);
3012           }
3013           GIMPLE_STMT_OPERAND (ass, 1) = def;
3014           update_stmt (ass);
3015         }
3016     }
3017   return 0;
3018 }