OSDN Git Service

* tree-loop-linear.c (linear_transform_loops): Use single_exit accessor
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / tree-scalar-evolution.c
1 /* Scalar evolution detector.
2    Copyright (C) 2003, 2004, 2005 Free Software Foundation, Inc.
3    Contributed by Sebastian Pop <s.pop@laposte.net>
4
5 This file is part of GCC.
6
7 GCC is free software; you can redistribute it and/or modify it under
8 the terms of the GNU General Public License as published by the Free
9 Software Foundation; either version 2, or (at your option) any later
10 version.
11
12 GCC is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
13 WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
14 FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
15 for more details.
16
17 You should have received a copy of the GNU General Public License
18 along with GCC; see the file COPYING.  If not, write to the Free
19 Software Foundation, 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA
20 02110-1301, USA.  */
21
22 /* 
23    Description: 
24    
25    This pass analyzes the evolution of scalar variables in loop
26    structures.  The algorithm is based on the SSA representation,
27    and on the loop hierarchy tree.  This algorithm is not based on
28    the notion of versions of a variable, as it was the case for the
29    previous implementations of the scalar evolution algorithm, but
30    it assumes that each defined name is unique.
31
32    The notation used in this file is called "chains of recurrences",
33    and has been proposed by Eugene Zima, Robert Van Engelen, and
34    others for describing induction variables in programs.  For example
35    "b -> {0, +, 2}_1" means that the scalar variable "b" is equal to 0
36    when entering in the loop_1 and has a step 2 in this loop, in other
37    words "for (b = 0; b < N; b+=2);".  Note that the coefficients of
38    this chain of recurrence (or chrec [shrek]) can contain the name of
39    other variables, in which case they are called parametric chrecs.
40    For example, "b -> {a, +, 2}_1" means that the initial value of "b"
41    is the value of "a".  In most of the cases these parametric chrecs
42    are fully instantiated before their use because symbolic names can
43    hide some difficult cases such as self-references described later
44    (see the Fibonacci example).
45    
46    A short sketch of the algorithm is:
47      
48    Given a scalar variable to be analyzed, follow the SSA edge to
49    its definition:
50      
51    - When the definition is a MODIFY_EXPR: if the right hand side
52    (RHS) of the definition cannot be statically analyzed, the answer
53    of the analyzer is: "don't know".  
54    Otherwise, for all the variables that are not yet analyzed in the
55    RHS, try to determine their evolution, and finally try to
56    evaluate the operation of the RHS that gives the evolution
57    function of the analyzed variable.
58
59    - When the definition is a condition-phi-node: determine the
60    evolution function for all the branches of the phi node, and
61    finally merge these evolutions (see chrec_merge).
62
63    - When the definition is a loop-phi-node: determine its initial
64    condition, that is the SSA edge defined in an outer loop, and
65    keep it symbolic.  Then determine the SSA edges that are defined
66    in the body of the loop.  Follow the inner edges until ending on
67    another loop-phi-node of the same analyzed loop.  If the reached
68    loop-phi-node is not the starting loop-phi-node, then we keep
69    this definition under a symbolic form.  If the reached
70    loop-phi-node is the same as the starting one, then we compute a
71    symbolic stride on the return path.  The result is then the
72    symbolic chrec {initial_condition, +, symbolic_stride}_loop.
73
74    Examples:
75    
76    Example 1: Illustration of the basic algorithm.
77    
78    | a = 3
79    | loop_1
80    |   b = phi (a, c)
81    |   c = b + 1
82    |   if (c > 10) exit_loop
83    | endloop
84    
85    Suppose that we want to know the number of iterations of the
86    loop_1.  The exit_loop is controlled by a COND_EXPR (c > 10).  We
87    ask the scalar evolution analyzer two questions: what's the
88    scalar evolution (scev) of "c", and what's the scev of "10".  For
89    "10" the answer is "10" since it is a scalar constant.  For the
90    scalar variable "c", it follows the SSA edge to its definition,
91    "c = b + 1", and then asks again what's the scev of "b".
92    Following the SSA edge, we end on a loop-phi-node "b = phi (a,
93    c)", where the initial condition is "a", and the inner loop edge
94    is "c".  The initial condition is kept under a symbolic form (it
95    may be the case that the copy constant propagation has done its
96    work and we end with the constant "3" as one of the edges of the
97    loop-phi-node).  The update edge is followed to the end of the
98    loop, and until reaching again the starting loop-phi-node: b -> c
99    -> b.  At this point we have drawn a path from "b" to "b" from
100    which we compute the stride in the loop: in this example it is
101    "+1".  The resulting scev for "b" is "b -> {a, +, 1}_1".  Now
102    that the scev for "b" is known, it is possible to compute the
103    scev for "c", that is "c -> {a + 1, +, 1}_1".  In order to
104    determine the number of iterations in the loop_1, we have to
105    instantiate_parameters ({a + 1, +, 1}_1), that gives after some
106    more analysis the scev {4, +, 1}_1, or in other words, this is
107    the function "f (x) = x + 4", where x is the iteration count of
108    the loop_1.  Now we have to solve the inequality "x + 4 > 10",
109    and take the smallest iteration number for which the loop is
110    exited: x = 7.  This loop runs from x = 0 to x = 7, and in total
111    there are 8 iterations.  In terms of loop normalization, we have
112    created a variable that is implicitly defined, "x" or just "_1",
113    and all the other analyzed scalars of the loop are defined in
114    function of this variable:
115    
116    a -> 3
117    b -> {3, +, 1}_1
118    c -> {4, +, 1}_1
119      
120    or in terms of a C program: 
121      
122    | a = 3
123    | for (x = 0; x <= 7; x++)
124    |   {
125    |     b = x + 3
126    |     c = x + 4
127    |   }
128      
129    Example 2: Illustration of the algorithm on nested loops.
130      
131    | loop_1
132    |   a = phi (1, b)
133    |   c = a + 2
134    |   loop_2  10 times
135    |     b = phi (c, d)
136    |     d = b + 3
137    |   endloop
138    | endloop
139      
140    For analyzing the scalar evolution of "a", the algorithm follows
141    the SSA edge into the loop's body: "a -> b".  "b" is an inner
142    loop-phi-node, and its analysis as in Example 1, gives: 
143      
144    b -> {c, +, 3}_2
145    d -> {c + 3, +, 3}_2
146      
147    Following the SSA edge for the initial condition, we end on "c = a
148    + 2", and then on the starting loop-phi-node "a".  From this point,
149    the loop stride is computed: back on "c = a + 2" we get a "+2" in
150    the loop_1, then on the loop-phi-node "b" we compute the overall
151    effect of the inner loop that is "b = c + 30", and we get a "+30"
152    in the loop_1.  That means that the overall stride in loop_1 is
153    equal to "+32", and the result is: 
154      
155    a -> {1, +, 32}_1
156    c -> {3, +, 32}_1
157      
158    Example 3: Higher degree polynomials.
159      
160    | loop_1
161    |   a = phi (2, b)
162    |   c = phi (5, d)
163    |   b = a + 1
164    |   d = c + a
165    | endloop
166      
167    a -> {2, +, 1}_1
168    b -> {3, +, 1}_1
169    c -> {5, +, a}_1
170    d -> {5 + a, +, a}_1
171      
172    instantiate_parameters ({5, +, a}_1) -> {5, +, 2, +, 1}_1
173    instantiate_parameters ({5 + a, +, a}_1) -> {7, +, 3, +, 1}_1
174      
175    Example 4: Lucas, Fibonacci, or mixers in general.
176      
177    | loop_1
178    |   a = phi (1, b)
179    |   c = phi (3, d)
180    |   b = c
181    |   d = c + a
182    | endloop
183      
184    a -> (1, c)_1
185    c -> {3, +, a}_1
186      
187    The syntax "(1, c)_1" stands for a PEELED_CHREC that has the
188    following semantics: during the first iteration of the loop_1, the
189    variable contains the value 1, and then it contains the value "c".
190    Note that this syntax is close to the syntax of the loop-phi-node:
191    "a -> (1, c)_1" vs. "a = phi (1, c)".
192      
193    The symbolic chrec representation contains all the semantics of the
194    original code.  What is more difficult is to use this information.
195      
196    Example 5: Flip-flops, or exchangers.
197      
198    | loop_1
199    |   a = phi (1, b)
200    |   c = phi (3, d)
201    |   b = c
202    |   d = a
203    | endloop
204      
205    a -> (1, c)_1
206    c -> (3, a)_1
207      
208    Based on these symbolic chrecs, it is possible to refine this
209    information into the more precise PERIODIC_CHRECs: 
210      
211    a -> |1, 3|_1
212    c -> |3, 1|_1
213      
214    This transformation is not yet implemented.
215      
216    Further readings:
217    
218    You can find a more detailed description of the algorithm in:
219    http://icps.u-strasbg.fr/~pop/DEA_03_Pop.pdf
220    http://icps.u-strasbg.fr/~pop/DEA_03_Pop.ps.gz.  But note that
221    this is a preliminary report and some of the details of the
222    algorithm have changed.  I'm working on a research report that
223    updates the description of the algorithms to reflect the design
224    choices used in this implementation.
225      
226    A set of slides show a high level overview of the algorithm and run
227    an example through the scalar evolution analyzer:
228    http://cri.ensmp.fr/~pop/gcc/mar04/slides.pdf
229
230    The slides that I have presented at the GCC Summit'04 are available
231    at: http://cri.ensmp.fr/~pop/gcc/20040604/gccsummit-lno-spop.pdf
232 */
233
234 #include "config.h"
235 #include "system.h"
236 #include "coretypes.h"
237 #include "tm.h"
238 #include "ggc.h"
239 #include "tree.h"
240 #include "real.h"
241
242 /* These RTL headers are needed for basic-block.h.  */
243 #include "rtl.h"
244 #include "basic-block.h"
245 #include "diagnostic.h"
246 #include "tree-flow.h"
247 #include "tree-dump.h"
248 #include "timevar.h"
249 #include "cfgloop.h"
250 #include "tree-chrec.h"
251 #include "tree-scalar-evolution.h"
252 #include "tree-pass.h"
253 #include "flags.h"
254 #include "params.h"
255
256 static tree analyze_scalar_evolution_1 (struct loop *, tree, tree);
257 static tree resolve_mixers (struct loop *, tree);
258
259 /* The cached information about a ssa name VAR, claiming that inside LOOP,
260    the value of VAR can be expressed as CHREC.  */
261
262 struct scev_info_str
263 {
264   tree var;
265   tree chrec;
266 };
267
268 /* Counters for the scev database.  */
269 static unsigned nb_set_scev = 0;
270 static unsigned nb_get_scev = 0;
271
272 /* The following trees are unique elements.  Thus the comparison of
273    another element to these elements should be done on the pointer to
274    these trees, and not on their value.  */
275
276 /* The SSA_NAMEs that are not yet analyzed are qualified with NULL_TREE.  */
277 tree chrec_not_analyzed_yet;
278
279 /* Reserved to the cases where the analyzer has detected an
280    undecidable property at compile time.  */
281 tree chrec_dont_know;
282
283 /* When the analyzer has detected that a property will never
284    happen, then it qualifies it with chrec_known.  */
285 tree chrec_known;
286
287 static bitmap already_instantiated;
288
289 static htab_t scalar_evolution_info;
290
291 \f
292 /* Constructs a new SCEV_INFO_STR structure.  */
293
294 static inline struct scev_info_str *
295 new_scev_info_str (tree var)
296 {
297   struct scev_info_str *res;
298   
299   res = XNEW (struct scev_info_str);
300   res->var = var;
301   res->chrec = chrec_not_analyzed_yet;
302   
303   return res;
304 }
305
306 /* Computes a hash function for database element ELT.  */
307
308 static hashval_t
309 hash_scev_info (const void *elt)
310 {
311   return SSA_NAME_VERSION (((struct scev_info_str *) elt)->var);
312 }
313
314 /* Compares database elements E1 and E2.  */
315
316 static int
317 eq_scev_info (const void *e1, const void *e2)
318 {
319   const struct scev_info_str *elt1 = (const struct scev_info_str *) e1;
320   const struct scev_info_str *elt2 = (const struct scev_info_str *) e2;
321
322   return elt1->var == elt2->var;
323 }
324
325 /* Deletes database element E.  */
326
327 static void
328 del_scev_info (void *e)
329 {
330   free (e);
331 }
332
333 /* Get the index corresponding to VAR in the current LOOP.  If
334    it's the first time we ask for this VAR, then we return
335    chrec_not_analyzed_yet for this VAR and return its index.  */
336
337 static tree *
338 find_var_scev_info (tree var)
339 {
340   struct scev_info_str *res;
341   struct scev_info_str tmp;
342   PTR *slot;
343
344   tmp.var = var;
345   slot = htab_find_slot (scalar_evolution_info, &tmp, INSERT);
346
347   if (!*slot)
348     *slot = new_scev_info_str (var);
349   res = (struct scev_info_str *) *slot;
350
351   return &res->chrec;
352 }
353
354 /* Return true when CHREC contains symbolic names defined in
355    LOOP_NB.  */
356
357 bool 
358 chrec_contains_symbols_defined_in_loop (tree chrec, unsigned loop_nb)
359 {
360   if (chrec == NULL_TREE)
361     return false;
362
363   if (TREE_INVARIANT (chrec))
364     return false;
365
366   if (TREE_CODE (chrec) == VAR_DECL
367       || TREE_CODE (chrec) == PARM_DECL
368       || TREE_CODE (chrec) == FUNCTION_DECL
369       || TREE_CODE (chrec) == LABEL_DECL
370       || TREE_CODE (chrec) == RESULT_DECL
371       || TREE_CODE (chrec) == FIELD_DECL)
372     return true;
373
374   if (TREE_CODE (chrec) == SSA_NAME)
375     {
376       tree def = SSA_NAME_DEF_STMT (chrec);
377       struct loop *def_loop = loop_containing_stmt (def);
378       struct loop *loop = current_loops->parray[loop_nb];
379
380       if (def_loop == NULL)
381         return false;
382
383       if (loop == def_loop || flow_loop_nested_p (loop, def_loop))
384         return true;
385
386       return false;
387     }
388
389   switch (TREE_CODE_LENGTH (TREE_CODE (chrec)))
390     {
391     case 3:
392       if (chrec_contains_symbols_defined_in_loop (TREE_OPERAND (chrec, 2), 
393                                                   loop_nb))
394         return true;
395
396     case 2:
397       if (chrec_contains_symbols_defined_in_loop (TREE_OPERAND (chrec, 1), 
398                                                   loop_nb))
399         return true;
400
401     case 1:
402       if (chrec_contains_symbols_defined_in_loop (TREE_OPERAND (chrec, 0), 
403                                                   loop_nb))
404         return true;
405
406     default:
407       return false;
408     }
409 }
410
411 /* Return true when PHI is a loop-phi-node.  */
412
413 static bool
414 loop_phi_node_p (tree phi)
415 {
416   /* The implementation of this function is based on the following
417      property: "all the loop-phi-nodes of a loop are contained in the
418      loop's header basic block".  */
419
420   return loop_containing_stmt (phi)->header == bb_for_stmt (phi);
421 }
422
423 /* Compute the scalar evolution for EVOLUTION_FN after crossing LOOP.
424    In general, in the case of multivariate evolutions we want to get
425    the evolution in different loops.  LOOP specifies the level for
426    which to get the evolution.
427    
428    Example:
429    
430    | for (j = 0; j < 100; j++)
431    |   {
432    |     for (k = 0; k < 100; k++)
433    |       {
434    |         i = k + j;   - Here the value of i is a function of j, k. 
435    |       }
436    |      ... = i         - Here the value of i is a function of j. 
437    |   }
438    | ... = i              - Here the value of i is a scalar.  
439    
440    Example:  
441    
442    | i_0 = ...
443    | loop_1 10 times
444    |   i_1 = phi (i_0, i_2)
445    |   i_2 = i_1 + 2
446    | endloop
447     
448    This loop has the same effect as:
449    LOOP_1 has the same effect as:
450     
451    | i_1 = i_0 + 20
452    
453    The overall effect of the loop, "i_0 + 20" in the previous example, 
454    is obtained by passing in the parameters: LOOP = 1, 
455    EVOLUTION_FN = {i_0, +, 2}_1.
456 */
457  
458 static tree 
459 compute_overall_effect_of_inner_loop (struct loop *loop, tree evolution_fn)
460 {
461   bool val = false;
462
463   if (evolution_fn == chrec_dont_know)
464     return chrec_dont_know;
465
466   else if (TREE_CODE (evolution_fn) == POLYNOMIAL_CHREC)
467     {
468       if (CHREC_VARIABLE (evolution_fn) >= (unsigned) loop->num)
469         {
470           struct loop *inner_loop = 
471             current_loops->parray[CHREC_VARIABLE (evolution_fn)];
472           tree nb_iter = number_of_iterations_in_loop (inner_loop);
473
474           if (nb_iter == chrec_dont_know)
475             return chrec_dont_know;
476           else
477             {
478               tree res;
479               tree type = chrec_type (nb_iter);
480
481               /* Number of iterations is off by one (the ssa name we
482                  analyze must be defined before the exit).  */
483               nb_iter = chrec_fold_minus (type, nb_iter,
484                                           build_int_cst (type, 1));
485               
486               /* evolution_fn is the evolution function in LOOP.  Get
487                  its value in the nb_iter-th iteration.  */
488               res = chrec_apply (inner_loop->num, evolution_fn, nb_iter);
489               
490               /* Continue the computation until ending on a parent of LOOP.  */
491               return compute_overall_effect_of_inner_loop (loop, res);
492             }
493         }
494       else
495         return evolution_fn;
496      }
497   
498   /* If the evolution function is an invariant, there is nothing to do.  */
499   else if (no_evolution_in_loop_p (evolution_fn, loop->num, &val) && val)
500     return evolution_fn;
501   
502   else
503     return chrec_dont_know;
504 }
505
506 /* Determine whether the CHREC is always positive/negative.  If the expression
507    cannot be statically analyzed, return false, otherwise set the answer into
508    VALUE.  */
509
510 bool
511 chrec_is_positive (tree chrec, bool *value)
512 {
513   bool value0, value1, value2;
514   tree type, end_value, nb_iter;
515   
516   switch (TREE_CODE (chrec))
517     {
518     case POLYNOMIAL_CHREC:
519       if (!chrec_is_positive (CHREC_LEFT (chrec), &value0)
520           || !chrec_is_positive (CHREC_RIGHT (chrec), &value1))
521         return false;
522      
523       /* FIXME -- overflows.  */
524       if (value0 == value1)
525         {
526           *value = value0;
527           return true;
528         }
529
530       /* Otherwise the chrec is under the form: "{-197, +, 2}_1",
531          and the proof consists in showing that the sign never
532          changes during the execution of the loop, from 0 to
533          loop->nb_iterations.  */
534       if (!evolution_function_is_affine_p (chrec))
535         return false;
536
537       nb_iter = number_of_iterations_in_loop
538         (current_loops->parray[CHREC_VARIABLE (chrec)]);
539
540       if (chrec_contains_undetermined (nb_iter))
541         return false;
542
543       type = chrec_type (nb_iter);
544       nb_iter = chrec_fold_minus (type, nb_iter, build_int_cst (type, 1));
545
546 #if 0
547       /* TODO -- If the test is after the exit, we may decrease the number of
548          iterations by one.  */
549       if (after_exit)
550         nb_iter = chrec_fold_minus (type, nb_iter, build_int_cst (type, 1));
551 #endif
552
553       end_value = chrec_apply (CHREC_VARIABLE (chrec), chrec, nb_iter);
554               
555       if (!chrec_is_positive (end_value, &value2))
556         return false;
557         
558       *value = value0;
559       return value0 == value1;
560       
561     case INTEGER_CST:
562       *value = (tree_int_cst_sgn (chrec) == 1);
563       return true;
564       
565     default:
566       return false;
567     }
568 }
569
570 /* Associate CHREC to SCALAR.  */
571
572 static void
573 set_scalar_evolution (tree scalar, tree chrec)
574 {
575   tree *scalar_info;
576  
577   if (TREE_CODE (scalar) != SSA_NAME)
578     return;
579
580   scalar_info = find_var_scev_info (scalar);
581   
582   if (dump_file)
583     {
584       if (dump_flags & TDF_DETAILS)
585         {
586           fprintf (dump_file, "(set_scalar_evolution \n");
587           fprintf (dump_file, "  (scalar = ");
588           print_generic_expr (dump_file, scalar, 0);
589           fprintf (dump_file, ")\n  (scalar_evolution = ");
590           print_generic_expr (dump_file, chrec, 0);
591           fprintf (dump_file, "))\n");
592         }
593       if (dump_flags & TDF_STATS)
594         nb_set_scev++;
595     }
596   
597   *scalar_info = chrec;
598 }
599
600 /* Retrieve the chrec associated to SCALAR in the LOOP.  */
601
602 static tree
603 get_scalar_evolution (tree scalar)
604 {
605   tree res;
606   
607   if (dump_file)
608     {
609       if (dump_flags & TDF_DETAILS)
610         {
611           fprintf (dump_file, "(get_scalar_evolution \n");
612           fprintf (dump_file, "  (scalar = ");
613           print_generic_expr (dump_file, scalar, 0);
614           fprintf (dump_file, ")\n");
615         }
616       if (dump_flags & TDF_STATS)
617         nb_get_scev++;
618     }
619   
620   switch (TREE_CODE (scalar))
621     {
622     case SSA_NAME:
623       res = *find_var_scev_info (scalar);
624       break;
625
626     case REAL_CST:
627     case INTEGER_CST:
628       res = scalar;
629       break;
630
631     default:
632       res = chrec_not_analyzed_yet;
633       break;
634     }
635   
636   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
637     {
638       fprintf (dump_file, "  (scalar_evolution = ");
639       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
640       fprintf (dump_file, "))\n");
641     }
642   
643   return res;
644 }
645
646 /* Helper function for add_to_evolution.  Returns the evolution
647    function for an assignment of the form "a = b + c", where "a" and
648    "b" are on the strongly connected component.  CHREC_BEFORE is the
649    information that we already have collected up to this point.
650    TO_ADD is the evolution of "c".  
651    
652    When CHREC_BEFORE has an evolution part in LOOP_NB, add to this
653    evolution the expression TO_ADD, otherwise construct an evolution
654    part for this loop.  */
655
656 static tree
657 add_to_evolution_1 (unsigned loop_nb, tree chrec_before, tree to_add,
658                     tree at_stmt)
659 {
660   tree type, left, right;
661
662   switch (TREE_CODE (chrec_before))
663     {
664     case POLYNOMIAL_CHREC:
665       if (CHREC_VARIABLE (chrec_before) <= loop_nb)
666         {
667           unsigned var;
668
669           type = chrec_type (chrec_before);
670           
671           /* When there is no evolution part in this loop, build it.  */
672           if (CHREC_VARIABLE (chrec_before) < loop_nb)
673             {
674               var = loop_nb;
675               left = chrec_before;
676               right = SCALAR_FLOAT_TYPE_P (type)
677                 ? build_real (type, dconst0)
678                 : build_int_cst (type, 0);
679             }
680           else
681             {
682               var = CHREC_VARIABLE (chrec_before);
683               left = CHREC_LEFT (chrec_before);
684               right = CHREC_RIGHT (chrec_before);
685             }
686
687           to_add = chrec_convert (type, to_add, at_stmt);
688           right = chrec_convert (type, right, at_stmt);
689           right = chrec_fold_plus (type, right, to_add);
690           return build_polynomial_chrec (var, left, right);
691         }
692       else
693         {
694           /* Search the evolution in LOOP_NB.  */
695           left = add_to_evolution_1 (loop_nb, CHREC_LEFT (chrec_before),
696                                      to_add, at_stmt);
697           right = CHREC_RIGHT (chrec_before);
698           right = chrec_convert (chrec_type (left), right, at_stmt);
699           return build_polynomial_chrec (CHREC_VARIABLE (chrec_before),
700                                          left, right);
701         }
702       
703     default:
704       /* These nodes do not depend on a loop.  */
705       if (chrec_before == chrec_dont_know)
706         return chrec_dont_know;
707
708       left = chrec_before;
709       right = chrec_convert (chrec_type (left), to_add, at_stmt);
710       return build_polynomial_chrec (loop_nb, left, right);
711     }
712 }
713
714 /* Add TO_ADD to the evolution part of CHREC_BEFORE in the dimension
715    of LOOP_NB.  
716    
717    Description (provided for completeness, for those who read code in
718    a plane, and for my poor 62 bytes brain that would have forgotten
719    all this in the next two or three months):
720    
721    The algorithm of translation of programs from the SSA representation
722    into the chrecs syntax is based on a pattern matching.  After having
723    reconstructed the overall tree expression for a loop, there are only
724    two cases that can arise:
725    
726    1. a = loop-phi (init, a + expr)
727    2. a = loop-phi (init, expr)
728    
729    where EXPR is either a scalar constant with respect to the analyzed
730    loop (this is a degree 0 polynomial), or an expression containing
731    other loop-phi definitions (these are higher degree polynomials).
732    
733    Examples:
734    
735    1. 
736    | init = ...
737    | loop_1
738    |   a = phi (init, a + 5)
739    | endloop
740    
741    2. 
742    | inita = ...
743    | initb = ...
744    | loop_1
745    |   a = phi (inita, 2 * b + 3)
746    |   b = phi (initb, b + 1)
747    | endloop
748    
749    For the first case, the semantics of the SSA representation is: 
750    
751    | a (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} expr (j)
752    
753    that is, there is a loop index "x" that determines the scalar value
754    of the variable during the loop execution.  During the first
755    iteration, the value is that of the initial condition INIT, while
756    during the subsequent iterations, it is the sum of the initial
757    condition with the sum of all the values of EXPR from the initial
758    iteration to the before last considered iteration.  
759    
760    For the second case, the semantics of the SSA program is:
761    
762    | a (x) = init, if x = 0;
763    |         expr (x - 1), otherwise.
764    
765    The second case corresponds to the PEELED_CHREC, whose syntax is
766    close to the syntax of a loop-phi-node: 
767    
768    | phi (init, expr)  vs.  (init, expr)_x
769    
770    The proof of the translation algorithm for the first case is a
771    proof by structural induction based on the degree of EXPR.  
772    
773    Degree 0:
774    When EXPR is a constant with respect to the analyzed loop, or in
775    other words when EXPR is a polynomial of degree 0, the evolution of
776    the variable A in the loop is an affine function with an initial
777    condition INIT, and a step EXPR.  In order to show this, we start
778    from the semantics of the SSA representation:
779    
780    f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} expr (j)
781    
782    and since "expr (j)" is a constant with respect to "j",
783    
784    f (x) = init + x * expr 
785    
786    Finally, based on the semantics of the pure sum chrecs, by
787    identification we get the corresponding chrecs syntax:
788    
789    f (x) = init * \binom{x}{0} + expr * \binom{x}{1} 
790    f (x) -> {init, +, expr}_x
791    
792    Higher degree:
793    Suppose that EXPR is a polynomial of degree N with respect to the
794    analyzed loop_x for which we have already determined that it is
795    written under the chrecs syntax:
796    
797    | expr (x)  ->  {b_0, +, b_1, +, ..., +, b_{n-1}} (x)
798    
799    We start from the semantics of the SSA program:
800    
801    | f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} expr (j)
802    |
803    | f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} 
804    |                (b_0 * \binom{j}{0} + ... + b_{n-1} * \binom{j}{n-1})
805    |
806    | f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} 
807    |                \sum_{k = 0}^{n - 1} (b_k * \binom{j}{k}) 
808    |
809    | f (x) = init + \sum_{k = 0}^{n - 1} 
810    |                (b_k * \sum_{j = 0}^{x - 1} \binom{j}{k}) 
811    |
812    | f (x) = init + \sum_{k = 0}^{n - 1} 
813    |                (b_k * \binom{x}{k + 1}) 
814    |
815    | f (x) = init + b_0 * \binom{x}{1} + ... 
816    |              + b_{n-1} * \binom{x}{n} 
817    |
818    | f (x) = init * \binom{x}{0} + b_0 * \binom{x}{1} + ... 
819    |                             + b_{n-1} * \binom{x}{n} 
820    |
821    
822    And finally from the definition of the chrecs syntax, we identify:
823    | f (x)  ->  {init, +, b_0, +, ..., +, b_{n-1}}_x 
824    
825    This shows the mechanism that stands behind the add_to_evolution
826    function.  An important point is that the use of symbolic
827    parameters avoids the need of an analysis schedule.
828    
829    Example:
830    
831    | inita = ...
832    | initb = ...
833    | loop_1 
834    |   a = phi (inita, a + 2 + b)
835    |   b = phi (initb, b + 1)
836    | endloop
837    
838    When analyzing "a", the algorithm keeps "b" symbolically:
839    
840    | a  ->  {inita, +, 2 + b}_1
841    
842    Then, after instantiation, the analyzer ends on the evolution:
843    
844    | a  ->  {inita, +, 2 + initb, +, 1}_1
845
846 */
847
848 static tree 
849 add_to_evolution (unsigned loop_nb, tree chrec_before, enum tree_code code,
850                   tree to_add, tree at_stmt)
851 {
852   tree type = chrec_type (to_add);
853   tree res = NULL_TREE;
854   
855   if (to_add == NULL_TREE)
856     return chrec_before;
857   
858   /* TO_ADD is either a scalar, or a parameter.  TO_ADD is not
859      instantiated at this point.  */
860   if (TREE_CODE (to_add) == POLYNOMIAL_CHREC)
861     /* This should not happen.  */
862     return chrec_dont_know;
863   
864   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
865     {
866       fprintf (dump_file, "(add_to_evolution \n");
867       fprintf (dump_file, "  (loop_nb = %d)\n", loop_nb);
868       fprintf (dump_file, "  (chrec_before = ");
869       print_generic_expr (dump_file, chrec_before, 0);
870       fprintf (dump_file, ")\n  (to_add = ");
871       print_generic_expr (dump_file, to_add, 0);
872       fprintf (dump_file, ")\n");
873     }
874
875   if (code == MINUS_EXPR)
876     to_add = chrec_fold_multiply (type, to_add, SCALAR_FLOAT_TYPE_P (type)
877                                   ? build_real (type, dconstm1)
878                                   : build_int_cst_type (type, -1));
879
880   res = add_to_evolution_1 (loop_nb, chrec_before, to_add, at_stmt);
881
882   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
883     {
884       fprintf (dump_file, "  (res = ");
885       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
886       fprintf (dump_file, "))\n");
887     }
888
889   return res;
890 }
891
892 /* Helper function.  */
893
894 static inline tree
895 set_nb_iterations_in_loop (struct loop *loop, 
896                            tree res)
897 {
898   tree type = chrec_type (res);
899
900   res = chrec_fold_plus (type, res, build_int_cst (type, 1));
901
902   /* FIXME HWI: However we want to store one iteration less than the
903      count of the loop in order to be compatible with the other
904      nb_iter computations in loop-iv.  This also allows the
905      representation of nb_iters that are equal to MAX_INT.  */
906   if (TREE_CODE (res) == INTEGER_CST
907       && (TREE_INT_CST_LOW (res) == 0
908           || TREE_OVERFLOW (res)))
909     res = chrec_dont_know;
910   
911   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
912     {
913       fprintf (dump_file, "  (set_nb_iterations_in_loop = ");
914       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
915       fprintf (dump_file, "))\n");
916     }
917   
918   loop->nb_iterations = res;
919   return res;
920 }
921
922 \f
923
924 /* This section selects the loops that will be good candidates for the
925    scalar evolution analysis.  For the moment, greedily select all the
926    loop nests we could analyze.  */
927
928 /* Return true when it is possible to analyze the condition expression
929    EXPR.  */
930
931 static bool
932 analyzable_condition (tree expr)
933 {
934   tree condition;
935   
936   if (TREE_CODE (expr) != COND_EXPR)
937     return false;
938   
939   condition = TREE_OPERAND (expr, 0);
940   
941   switch (TREE_CODE (condition))
942     {
943     case SSA_NAME:
944       return true;
945       
946     case LT_EXPR:
947     case LE_EXPR:
948     case GT_EXPR:
949     case GE_EXPR:
950     case EQ_EXPR:
951     case NE_EXPR:
952       return true;
953       
954     default:
955       return false;
956     }
957   
958   return false;
959 }
960
961 /* For a loop with a single exit edge, return the COND_EXPR that
962    guards the exit edge.  If the expression is too difficult to
963    analyze, then give up.  */
964
965 tree 
966 get_loop_exit_condition (struct loop *loop)
967 {
968   tree res = NULL_TREE;
969   edge exit_edge = single_exit (loop);
970   
971   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
972     fprintf (dump_file, "(get_loop_exit_condition \n  ");
973   
974   if (exit_edge)
975     {
976       tree expr;
977       
978       expr = last_stmt (exit_edge->src);
979       if (analyzable_condition (expr))
980         res = expr;
981     }
982   
983   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
984     {
985       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
986       fprintf (dump_file, ")\n");
987     }
988   
989   return res;
990 }
991
992 /* Recursively determine and enqueue the exit conditions for a loop.  */
993
994 static void 
995 get_exit_conditions_rec (struct loop *loop, 
996                          VEC(tree,heap) **exit_conditions)
997 {
998   if (!loop)
999     return;
1000   
1001   /* Recurse on the inner loops, then on the next (sibling) loops.  */
1002   get_exit_conditions_rec (loop->inner, exit_conditions);
1003   get_exit_conditions_rec (loop->next, exit_conditions);
1004   
1005   if (single_exit (loop))
1006     {
1007       tree loop_condition = get_loop_exit_condition (loop);
1008       
1009       if (loop_condition)
1010         VEC_safe_push (tree, heap, *exit_conditions, loop_condition);
1011     }
1012 }
1013
1014 /* Select the candidate loop nests for the analysis.  This function
1015    initializes the EXIT_CONDITIONS array.  */
1016
1017 static void
1018 select_loops_exit_conditions (struct loops *loops, 
1019                               VEC(tree,heap) **exit_conditions)
1020 {
1021   struct loop *function_body = loops->parray[0];
1022   
1023   get_exit_conditions_rec (function_body->inner, exit_conditions);
1024 }
1025
1026 \f
1027 /* Depth first search algorithm.  */
1028
1029 typedef enum t_bool {
1030   t_false,
1031   t_true,
1032   t_dont_know
1033 } t_bool;
1034
1035
1036 static t_bool follow_ssa_edge (struct loop *loop, tree, tree, tree *, int);
1037
1038 /* Follow the ssa edge into the right hand side RHS of an assignment.
1039    Return true if the strongly connected component has been found.  */
1040
1041 static t_bool
1042 follow_ssa_edge_in_rhs (struct loop *loop, tree at_stmt, tree rhs, 
1043                         tree halting_phi, tree *evolution_of_loop, int limit)
1044 {
1045   t_bool res = t_false;
1046   tree rhs0, rhs1;
1047   tree type_rhs = TREE_TYPE (rhs);
1048   tree evol;
1049   
1050   /* The RHS is one of the following cases:
1051      - an SSA_NAME, 
1052      - an INTEGER_CST,
1053      - a PLUS_EXPR, 
1054      - a MINUS_EXPR,
1055      - an ASSERT_EXPR,
1056      - other cases are not yet handled.  */
1057   switch (TREE_CODE (rhs))
1058     {
1059     case NOP_EXPR:
1060       /* This assignment is under the form "a_1 = (cast) rhs.  */
1061       res = follow_ssa_edge_in_rhs (loop, at_stmt, TREE_OPERAND (rhs, 0),
1062                                     halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1063       *evolution_of_loop = chrec_convert (TREE_TYPE (rhs),
1064                                           *evolution_of_loop, at_stmt);
1065       break;
1066
1067     case INTEGER_CST:
1068       /* This assignment is under the form "a_1 = 7".  */
1069       res = t_false;
1070       break;
1071       
1072     case SSA_NAME:
1073       /* This assignment is under the form: "a_1 = b_2".  */
1074       res = follow_ssa_edge 
1075         (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs), halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1076       break;
1077       
1078     case PLUS_EXPR:
1079       /* This case is under the form "rhs0 + rhs1".  */
1080       rhs0 = TREE_OPERAND (rhs, 0);
1081       rhs1 = TREE_OPERAND (rhs, 1);
1082       STRIP_TYPE_NOPS (rhs0);
1083       STRIP_TYPE_NOPS (rhs1);
1084
1085       if (TREE_CODE (rhs0) == SSA_NAME)
1086         {
1087           if (TREE_CODE (rhs1) == SSA_NAME)
1088             {
1089               /* Match an assignment under the form: 
1090                  "a = b + c".  */
1091               evol = *evolution_of_loop;
1092               res = follow_ssa_edge 
1093                 (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs0), halting_phi, 
1094                  &evol, limit);
1095               
1096               if (res == t_true)
1097                 *evolution_of_loop = add_to_evolution 
1098                   (loop->num, 
1099                    chrec_convert (type_rhs, evol, at_stmt), 
1100                    PLUS_EXPR, rhs1, at_stmt);
1101               
1102               else if (res == t_false)
1103                 {
1104                   res = follow_ssa_edge 
1105                     (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs1), halting_phi, 
1106                      evolution_of_loop, limit);
1107                   
1108                   if (res == t_true)
1109                     *evolution_of_loop = add_to_evolution 
1110                       (loop->num, 
1111                        chrec_convert (type_rhs, *evolution_of_loop, at_stmt), 
1112                        PLUS_EXPR, rhs0, at_stmt);
1113
1114                   else if (res == t_dont_know)
1115                     *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1116                 }
1117
1118               else if (res == t_dont_know)
1119                 *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1120             }
1121           
1122           else
1123             {
1124               /* Match an assignment under the form: 
1125                  "a = b + ...".  */
1126               res = follow_ssa_edge 
1127                 (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs0), halting_phi, 
1128                  evolution_of_loop, limit);
1129               if (res == t_true)
1130                 *evolution_of_loop = add_to_evolution 
1131                   (loop->num, chrec_convert (type_rhs, *evolution_of_loop,
1132                                              at_stmt),
1133                    PLUS_EXPR, rhs1, at_stmt);
1134
1135               else if (res == t_dont_know)
1136                 *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1137             }
1138         }
1139       
1140       else if (TREE_CODE (rhs1) == SSA_NAME)
1141         {
1142           /* Match an assignment under the form: 
1143              "a = ... + c".  */
1144           res = follow_ssa_edge 
1145             (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs1), halting_phi, 
1146              evolution_of_loop, limit);
1147           if (res == t_true)
1148             *evolution_of_loop = add_to_evolution 
1149               (loop->num, chrec_convert (type_rhs, *evolution_of_loop,
1150                                          at_stmt),
1151                PLUS_EXPR, rhs0, at_stmt);
1152
1153           else if (res == t_dont_know)
1154             *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1155         }
1156
1157       else
1158         /* Otherwise, match an assignment under the form: 
1159            "a = ... + ...".  */
1160         /* And there is nothing to do.  */
1161         res = t_false;
1162       
1163       break;
1164       
1165     case MINUS_EXPR:
1166       /* This case is under the form "opnd0 = rhs0 - rhs1".  */
1167       rhs0 = TREE_OPERAND (rhs, 0);
1168       rhs1 = TREE_OPERAND (rhs, 1);
1169       STRIP_TYPE_NOPS (rhs0);
1170       STRIP_TYPE_NOPS (rhs1);
1171
1172       if (TREE_CODE (rhs0) == SSA_NAME)
1173         {
1174           /* Match an assignment under the form: 
1175              "a = b - ...".  */
1176           res = follow_ssa_edge (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs0), halting_phi, 
1177                                  evolution_of_loop, limit);
1178           if (res == t_true)
1179             *evolution_of_loop = add_to_evolution 
1180               (loop->num, chrec_convert (type_rhs, *evolution_of_loop, at_stmt),
1181                MINUS_EXPR, rhs1, at_stmt);
1182
1183           else if (res == t_dont_know)
1184             *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1185         }
1186       else
1187         /* Otherwise, match an assignment under the form: 
1188            "a = ... - ...".  */
1189         /* And there is nothing to do.  */
1190         res = t_false;
1191       
1192       break;
1193     
1194     case ASSERT_EXPR:
1195       {
1196         /* This assignment is of the form: "a_1 = ASSERT_EXPR <a_2, ...>"
1197            It must be handled as a copy assignment of the form a_1 = a_2.  */
1198         tree op0 = ASSERT_EXPR_VAR (rhs);
1199         if (TREE_CODE (op0) == SSA_NAME)
1200           res = follow_ssa_edge (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (op0),
1201                                  halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1202         else
1203           res = t_false;
1204         break;
1205       }
1206
1207
1208     default:
1209       res = t_false;
1210       break;
1211     }
1212   
1213   return res;
1214 }
1215
1216 /* Checks whether the I-th argument of a PHI comes from a backedge.  */
1217
1218 static bool
1219 backedge_phi_arg_p (tree phi, int i)
1220 {
1221   edge e = PHI_ARG_EDGE (phi, i);
1222
1223   /* We would in fact like to test EDGE_DFS_BACK here, but we do not care
1224      about updating it anywhere, and this should work as well most of the
1225      time.  */
1226   if (e->flags & EDGE_IRREDUCIBLE_LOOP)
1227     return true;
1228
1229   return false;
1230 }
1231
1232 /* Helper function for one branch of the condition-phi-node.  Return
1233    true if the strongly connected component has been found following
1234    this path.  */
1235
1236 static inline t_bool
1237 follow_ssa_edge_in_condition_phi_branch (int i,
1238                                          struct loop *loop, 
1239                                          tree condition_phi, 
1240                                          tree halting_phi,
1241                                          tree *evolution_of_branch,
1242                                          tree init_cond, int limit)
1243 {
1244   tree branch = PHI_ARG_DEF (condition_phi, i);
1245   *evolution_of_branch = chrec_dont_know;
1246
1247   /* Do not follow back edges (they must belong to an irreducible loop, which
1248      we really do not want to worry about).  */
1249   if (backedge_phi_arg_p (condition_phi, i))
1250     return t_false;
1251
1252   if (TREE_CODE (branch) == SSA_NAME)
1253     {
1254       *evolution_of_branch = init_cond;
1255       return follow_ssa_edge (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (branch), halting_phi, 
1256                               evolution_of_branch, limit);
1257     }
1258
1259   /* This case occurs when one of the condition branches sets 
1260      the variable to a constant: i.e. a phi-node like
1261      "a_2 = PHI <a_7(5), 2(6)>;".  
1262          
1263      FIXME:  This case have to be refined correctly: 
1264      in some cases it is possible to say something better than
1265      chrec_dont_know, for example using a wrap-around notation.  */
1266   return t_false;
1267 }
1268
1269 /* This function merges the branches of a condition-phi-node in a
1270    loop.  */
1271
1272 static t_bool
1273 follow_ssa_edge_in_condition_phi (struct loop *loop,
1274                                   tree condition_phi, 
1275                                   tree halting_phi, 
1276                                   tree *evolution_of_loop, int limit)
1277 {
1278   int i;
1279   tree init = *evolution_of_loop;
1280   tree evolution_of_branch;
1281   t_bool res = follow_ssa_edge_in_condition_phi_branch (0, loop, condition_phi,
1282                                                         halting_phi,
1283                                                         &evolution_of_branch,
1284                                                         init, limit);
1285   if (res == t_false || res == t_dont_know)
1286     return res;
1287
1288   *evolution_of_loop = evolution_of_branch;
1289
1290   for (i = 1; i < PHI_NUM_ARGS (condition_phi); i++)
1291     {
1292       /* Quickly give up when the evolution of one of the branches is
1293          not known.  */
1294       if (*evolution_of_loop == chrec_dont_know)
1295         return t_true;
1296
1297       res = follow_ssa_edge_in_condition_phi_branch (i, loop, condition_phi,
1298                                                      halting_phi,
1299                                                      &evolution_of_branch,
1300                                                      init, limit);
1301       if (res == t_false || res == t_dont_know)
1302         return res;
1303
1304       *evolution_of_loop = chrec_merge (*evolution_of_loop,
1305                                         evolution_of_branch);
1306     }
1307   
1308   return t_true;
1309 }
1310
1311 /* Follow an SSA edge in an inner loop.  It computes the overall
1312    effect of the loop, and following the symbolic initial conditions,
1313    it follows the edges in the parent loop.  The inner loop is
1314    considered as a single statement.  */
1315
1316 static t_bool
1317 follow_ssa_edge_inner_loop_phi (struct loop *outer_loop,
1318                                 tree loop_phi_node, 
1319                                 tree halting_phi,
1320                                 tree *evolution_of_loop, int limit)
1321 {
1322   struct loop *loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1323   tree ev = analyze_scalar_evolution (loop, PHI_RESULT (loop_phi_node));
1324
1325   /* Sometimes, the inner loop is too difficult to analyze, and the
1326      result of the analysis is a symbolic parameter.  */
1327   if (ev == PHI_RESULT (loop_phi_node))
1328     {
1329       t_bool res = t_false;
1330       int i;
1331
1332       for (i = 0; i < PHI_NUM_ARGS (loop_phi_node); i++)
1333         {
1334           tree arg = PHI_ARG_DEF (loop_phi_node, i);
1335           basic_block bb;
1336
1337           /* Follow the edges that exit the inner loop.  */
1338           bb = PHI_ARG_EDGE (loop_phi_node, i)->src;
1339           if (!flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1340             res = follow_ssa_edge_in_rhs (outer_loop, loop_phi_node,
1341                                           arg, halting_phi,
1342                                           evolution_of_loop, limit);
1343           if (res == t_true)
1344             break;
1345         }
1346
1347       /* If the path crosses this loop-phi, give up.  */
1348       if (res == t_true)
1349         *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1350
1351       return res;
1352     }
1353
1354   /* Otherwise, compute the overall effect of the inner loop.  */
1355   ev = compute_overall_effect_of_inner_loop (loop, ev);
1356   return follow_ssa_edge_in_rhs (outer_loop, loop_phi_node, ev, halting_phi,
1357                                  evolution_of_loop, limit);
1358 }
1359
1360 /* Follow an SSA edge from a loop-phi-node to itself, constructing a
1361    path that is analyzed on the return walk.  */
1362
1363 static t_bool
1364 follow_ssa_edge (struct loop *loop, tree def, tree halting_phi,
1365                  tree *evolution_of_loop, int limit)
1366 {
1367   struct loop *def_loop;
1368   
1369   if (TREE_CODE (def) == NOP_EXPR)
1370     return t_false;
1371   
1372   /* Give up if the path is longer than the MAX that we allow.  */
1373   if (limit++ > PARAM_VALUE (PARAM_SCEV_MAX_EXPR_SIZE))
1374     return t_dont_know;
1375   
1376   def_loop = loop_containing_stmt (def);
1377   
1378   switch (TREE_CODE (def))
1379     {
1380     case PHI_NODE:
1381       if (!loop_phi_node_p (def))
1382         /* DEF is a condition-phi-node.  Follow the branches, and
1383            record their evolutions.  Finally, merge the collected
1384            information and set the approximation to the main
1385            variable.  */
1386         return follow_ssa_edge_in_condition_phi 
1387           (loop, def, halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1388
1389       /* When the analyzed phi is the halting_phi, the
1390          depth-first search is over: we have found a path from
1391          the halting_phi to itself in the loop.  */
1392       if (def == halting_phi)
1393         return t_true;
1394           
1395       /* Otherwise, the evolution of the HALTING_PHI depends
1396          on the evolution of another loop-phi-node, i.e. the
1397          evolution function is a higher degree polynomial.  */
1398       if (def_loop == loop)
1399         return t_false;
1400           
1401       /* Inner loop.  */
1402       if (flow_loop_nested_p (loop, def_loop))
1403         return follow_ssa_edge_inner_loop_phi 
1404           (loop, def, halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1405
1406       /* Outer loop.  */
1407       return t_false;
1408
1409     case MODIFY_EXPR:
1410       return follow_ssa_edge_in_rhs (loop, def,
1411                                      TREE_OPERAND (def, 1), 
1412                                      halting_phi, 
1413                                      evolution_of_loop, limit);
1414       
1415     default:
1416       /* At this level of abstraction, the program is just a set
1417          of MODIFY_EXPRs and PHI_NODEs.  In principle there is no
1418          other node to be handled.  */
1419       return t_false;
1420     }
1421 }
1422
1423 \f
1424
1425 /* Given a LOOP_PHI_NODE, this function determines the evolution
1426    function from LOOP_PHI_NODE to LOOP_PHI_NODE in the loop.  */
1427
1428 static tree
1429 analyze_evolution_in_loop (tree loop_phi_node, 
1430                            tree init_cond)
1431 {
1432   int i;
1433   tree evolution_function = chrec_not_analyzed_yet;
1434   struct loop *loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1435   basic_block bb;
1436   
1437   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1438     {
1439       fprintf (dump_file, "(analyze_evolution_in_loop \n");
1440       fprintf (dump_file, "  (loop_phi_node = ");
1441       print_generic_expr (dump_file, loop_phi_node, 0);
1442       fprintf (dump_file, ")\n");
1443     }
1444   
1445   for (i = 0; i < PHI_NUM_ARGS (loop_phi_node); i++)
1446     {
1447       tree arg = PHI_ARG_DEF (loop_phi_node, i);
1448       tree ssa_chain, ev_fn;
1449       t_bool res;
1450
1451       /* Select the edges that enter the loop body.  */
1452       bb = PHI_ARG_EDGE (loop_phi_node, i)->src;
1453       if (!flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1454         continue;
1455       
1456       if (TREE_CODE (arg) == SSA_NAME)
1457         {
1458           ssa_chain = SSA_NAME_DEF_STMT (arg);
1459
1460           /* Pass in the initial condition to the follow edge function.  */
1461           ev_fn = init_cond;
1462           res = follow_ssa_edge (loop, ssa_chain, loop_phi_node, &ev_fn, 0);
1463         }
1464       else
1465         res = t_false;
1466               
1467       /* When it is impossible to go back on the same
1468          loop_phi_node by following the ssa edges, the
1469          evolution is represented by a peeled chrec, i.e. the
1470          first iteration, EV_FN has the value INIT_COND, then
1471          all the other iterations it has the value of ARG.  
1472          For the moment, PEELED_CHREC nodes are not built.  */
1473       if (res != t_true)
1474         ev_fn = chrec_dont_know;
1475       
1476       /* When there are multiple back edges of the loop (which in fact never
1477          happens currently, but nevertheless), merge their evolutions.  */
1478       evolution_function = chrec_merge (evolution_function, ev_fn);
1479     }
1480   
1481   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1482     {
1483       fprintf (dump_file, "  (evolution_function = ");
1484       print_generic_expr (dump_file, evolution_function, 0);
1485       fprintf (dump_file, "))\n");
1486     }
1487   
1488   return evolution_function;
1489 }
1490
1491 /* Given a loop-phi-node, return the initial conditions of the
1492    variable on entry of the loop.  When the CCP has propagated
1493    constants into the loop-phi-node, the initial condition is
1494    instantiated, otherwise the initial condition is kept symbolic.
1495    This analyzer does not analyze the evolution outside the current
1496    loop, and leaves this task to the on-demand tree reconstructor.  */
1497
1498 static tree 
1499 analyze_initial_condition (tree loop_phi_node)
1500 {
1501   int i;
1502   tree init_cond = chrec_not_analyzed_yet;
1503   struct loop *loop = bb_for_stmt (loop_phi_node)->loop_father;
1504   
1505   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1506     {
1507       fprintf (dump_file, "(analyze_initial_condition \n");
1508       fprintf (dump_file, "  (loop_phi_node = \n");
1509       print_generic_expr (dump_file, loop_phi_node, 0);
1510       fprintf (dump_file, ")\n");
1511     }
1512   
1513   for (i = 0; i < PHI_NUM_ARGS (loop_phi_node); i++)
1514     {
1515       tree branch = PHI_ARG_DEF (loop_phi_node, i);
1516       basic_block bb = PHI_ARG_EDGE (loop_phi_node, i)->src;
1517       
1518       /* When the branch is oriented to the loop's body, it does
1519          not contribute to the initial condition.  */
1520       if (flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1521         continue;
1522
1523       if (init_cond == chrec_not_analyzed_yet)
1524         {
1525           init_cond = branch;
1526           continue;
1527         }
1528
1529       if (TREE_CODE (branch) == SSA_NAME)
1530         {
1531           init_cond = chrec_dont_know;
1532           break;
1533         }
1534
1535       init_cond = chrec_merge (init_cond, branch);
1536     }
1537
1538   /* Ooops -- a loop without an entry???  */
1539   if (init_cond == chrec_not_analyzed_yet)
1540     init_cond = chrec_dont_know;
1541
1542   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1543     {
1544       fprintf (dump_file, "  (init_cond = ");
1545       print_generic_expr (dump_file, init_cond, 0);
1546       fprintf (dump_file, "))\n");
1547     }
1548   
1549   return init_cond;
1550 }
1551
1552 /* Analyze the scalar evolution for LOOP_PHI_NODE.  */
1553
1554 static tree 
1555 interpret_loop_phi (struct loop *loop, tree loop_phi_node)
1556 {
1557   tree res;
1558   struct loop *phi_loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1559   tree init_cond;
1560   
1561   if (phi_loop != loop)
1562     {
1563       struct loop *subloop;
1564       tree evolution_fn = analyze_scalar_evolution
1565         (phi_loop, PHI_RESULT (loop_phi_node));
1566
1567       /* Dive one level deeper.  */
1568       subloop = superloop_at_depth (phi_loop, loop->depth + 1);
1569
1570       /* Interpret the subloop.  */
1571       res = compute_overall_effect_of_inner_loop (subloop, evolution_fn);
1572       return res;
1573     }
1574
1575   /* Otherwise really interpret the loop phi.  */
1576   init_cond = analyze_initial_condition (loop_phi_node);
1577   res = analyze_evolution_in_loop (loop_phi_node, init_cond);
1578
1579   return res;
1580 }
1581
1582 /* This function merges the branches of a condition-phi-node,
1583    contained in the outermost loop, and whose arguments are already
1584    analyzed.  */
1585
1586 static tree
1587 interpret_condition_phi (struct loop *loop, tree condition_phi)
1588 {
1589   int i;
1590   tree res = chrec_not_analyzed_yet;
1591   
1592   for (i = 0; i < PHI_NUM_ARGS (condition_phi); i++)
1593     {
1594       tree branch_chrec;
1595       
1596       if (backedge_phi_arg_p (condition_phi, i))
1597         {
1598           res = chrec_dont_know;
1599           break;
1600         }
1601
1602       branch_chrec = analyze_scalar_evolution
1603         (loop, PHI_ARG_DEF (condition_phi, i));
1604       
1605       res = chrec_merge (res, branch_chrec);
1606     }
1607
1608   return res;
1609 }
1610
1611 /* Interpret the right hand side of a modify_expr OPND1.  If we didn't
1612    analyze this node before, follow the definitions until ending
1613    either on an analyzed modify_expr, or on a loop-phi-node.  On the
1614    return path, this function propagates evolutions (ala constant copy
1615    propagation).  OPND1 is not a GIMPLE expression because we could
1616    analyze the effect of an inner loop: see interpret_loop_phi.  */
1617
1618 static tree
1619 interpret_rhs_modify_expr (struct loop *loop, tree at_stmt,
1620                            tree opnd1, tree type)
1621 {
1622   tree res, opnd10, opnd11, chrec10, chrec11;
1623
1624   if (is_gimple_min_invariant (opnd1))
1625     return chrec_convert (type, opnd1, at_stmt);
1626
1627   switch (TREE_CODE (opnd1))
1628     {
1629     case PLUS_EXPR:
1630       opnd10 = TREE_OPERAND (opnd1, 0);
1631       opnd11 = TREE_OPERAND (opnd1, 1);
1632       chrec10 = analyze_scalar_evolution (loop, opnd10);
1633       chrec11 = analyze_scalar_evolution (loop, opnd11);
1634       chrec10 = chrec_convert (type, chrec10, at_stmt);
1635       chrec11 = chrec_convert (type, chrec11, at_stmt);
1636       res = chrec_fold_plus (type, chrec10, chrec11);
1637       break;
1638       
1639     case MINUS_EXPR:
1640       opnd10 = TREE_OPERAND (opnd1, 0);
1641       opnd11 = TREE_OPERAND (opnd1, 1);
1642       chrec10 = analyze_scalar_evolution (loop, opnd10);
1643       chrec11 = analyze_scalar_evolution (loop, opnd11);
1644       chrec10 = chrec_convert (type, chrec10, at_stmt);
1645       chrec11 = chrec_convert (type, chrec11, at_stmt);
1646       res = chrec_fold_minus (type, chrec10, chrec11);
1647       break;
1648
1649     case NEGATE_EXPR:
1650       opnd10 = TREE_OPERAND (opnd1, 0);
1651       chrec10 = analyze_scalar_evolution (loop, opnd10);
1652       chrec10 = chrec_convert (type, chrec10, at_stmt);
1653       /* TYPE may be integer, real or complex, so use fold_convert.  */
1654       res = chrec_fold_multiply (type, chrec10,
1655                                  fold_convert (type, integer_minus_one_node));
1656       break;
1657
1658     case MULT_EXPR:
1659       opnd10 = TREE_OPERAND (opnd1, 0);
1660       opnd11 = TREE_OPERAND (opnd1, 1);
1661       chrec10 = analyze_scalar_evolution (loop, opnd10);
1662       chrec11 = analyze_scalar_evolution (loop, opnd11);
1663       chrec10 = chrec_convert (type, chrec10, at_stmt);
1664       chrec11 = chrec_convert (type, chrec11, at_stmt);
1665       res = chrec_fold_multiply (type, chrec10, chrec11);
1666       break;
1667       
1668     case SSA_NAME:
1669       res = chrec_convert (type, analyze_scalar_evolution (loop, opnd1),
1670                            at_stmt);
1671       break;
1672
1673     case ASSERT_EXPR:
1674       opnd10 = ASSERT_EXPR_VAR (opnd1);
1675       res = chrec_convert (type, analyze_scalar_evolution (loop, opnd10),
1676                            at_stmt);
1677       break;
1678       
1679     case NOP_EXPR:
1680     case CONVERT_EXPR:
1681       opnd10 = TREE_OPERAND (opnd1, 0);
1682       chrec10 = analyze_scalar_evolution (loop, opnd10);
1683       res = chrec_convert (type, chrec10, at_stmt);
1684       break;
1685       
1686     default:
1687       res = chrec_dont_know;
1688       break;
1689     }
1690   
1691   return res;
1692 }
1693
1694 \f
1695
1696 /* This section contains all the entry points: 
1697    - number_of_iterations_in_loop,
1698    - analyze_scalar_evolution,
1699    - instantiate_parameters.
1700 */
1701
1702 /* Compute and return the evolution function in WRTO_LOOP, the nearest
1703    common ancestor of DEF_LOOP and USE_LOOP.  */
1704
1705 static tree 
1706 compute_scalar_evolution_in_loop (struct loop *wrto_loop, 
1707                                   struct loop *def_loop, 
1708                                   tree ev)
1709 {
1710   tree res;
1711   if (def_loop == wrto_loop)
1712     return ev;
1713
1714   def_loop = superloop_at_depth (def_loop, wrto_loop->depth + 1);
1715   res = compute_overall_effect_of_inner_loop (def_loop, ev);
1716
1717   return analyze_scalar_evolution_1 (wrto_loop, res, chrec_not_analyzed_yet);
1718 }
1719
1720 /* Folds EXPR, if it is a cast to pointer, assuming that the created
1721    polynomial_chrec does not wrap.  */
1722
1723 static tree
1724 fold_used_pointer_cast (tree expr)
1725 {
1726   tree op;
1727   tree type, inner_type;
1728
1729   if (TREE_CODE (expr) != NOP_EXPR && TREE_CODE (expr) != CONVERT_EXPR)
1730     return expr;
1731
1732   op = TREE_OPERAND (expr, 0);
1733   if (TREE_CODE (op) != POLYNOMIAL_CHREC)
1734     return expr;
1735
1736   type = TREE_TYPE (expr);
1737   inner_type = TREE_TYPE (op);
1738
1739   if (!INTEGRAL_TYPE_P (inner_type)
1740       || TYPE_PRECISION (inner_type) != TYPE_PRECISION (type))
1741     return expr;
1742
1743   return build_polynomial_chrec (CHREC_VARIABLE (op),
1744                 chrec_convert (type, CHREC_LEFT (op), NULL_TREE),
1745                 chrec_convert (type, CHREC_RIGHT (op), NULL_TREE));
1746 }
1747
1748 /* Returns true if EXPR is an expression corresponding to offset of pointer
1749    in p + offset.  */
1750
1751 static bool
1752 pointer_offset_p (tree expr)
1753 {
1754   if (TREE_CODE (expr) == INTEGER_CST)
1755     return true;
1756
1757   if ((TREE_CODE (expr) == NOP_EXPR || TREE_CODE (expr) == CONVERT_EXPR)
1758       && INTEGRAL_TYPE_P (TREE_TYPE (TREE_OPERAND (expr, 0))))
1759     return true;
1760
1761   return false;
1762 }
1763
1764 /* EXPR is a scalar evolution of a pointer that is dereferenced or used in
1765    comparison.  This means that it must point to a part of some object in
1766    memory, which enables us to argue about overflows and possibly simplify
1767    the EXPR.  AT_STMT is the statement in which this conversion has to be
1768    performed.  Returns the simplified value.
1769
1770    Currently, for
1771
1772    int i, n;
1773    int *p;
1774
1775    for (i = -n; i < n; i++)
1776      *(p + i) = ...;
1777
1778    We generate the following code (assuming that size of int and size_t is
1779    4 bytes):
1780
1781    for (i = -n; i < n; i++)
1782      {
1783        size_t tmp1, tmp2;
1784        int *tmp3, *tmp4;
1785
1786        tmp1 = (size_t) i;       (1)
1787        tmp2 = 4 * tmp1;         (2)
1788        tmp3 = (int *) tmp2;     (3)
1789        tmp4 = p + tmp3;         (4)
1790
1791        *tmp4 = ...;
1792      }
1793
1794    We in general assume that pointer arithmetics does not overflow (since its
1795    behavior is undefined in that case).  One of the problems is that our
1796    translation does not capture this property very well -- (int *) is
1797    considered unsigned, hence the computation in (4) does overflow if i is
1798    negative.
1799
1800    This impreciseness creates complications in scev analysis.  The scalar
1801    evolution of i is [-n, +, 1].  Since int and size_t have the same precision
1802    (in this example), and size_t is unsigned (so we do not care about
1803    overflows), we succeed to derive that scev of tmp1 is [(size_t) -n, +, 1]
1804    and scev of tmp2 is [4 * (size_t) -n, +, 4].  With tmp3, we run into
1805    problem -- [(int *) (4 * (size_t) -n), +, 4] wraps, and since we on several
1806    places assume that this is not the case for scevs with pointer type, we
1807    cannot use this scev for tmp3; hence, its scev is
1808    (int *) [(4 * (size_t) -n), +, 4], and scev of tmp4 is
1809    p + (int *) [(4 * (size_t) -n), +, 4].  Most of the optimizers are unable to
1810    work with scevs of this shape.
1811
1812    However, since tmp4 is dereferenced, all its values must belong to a single
1813    object, and taking into account that the precision of int * and size_t is
1814    the same, it is impossible for its scev to wrap.  Hence, we can derive that
1815    its evolution is [p + (int *) (4 * (size_t) -n), +, 4], which the optimizers
1816    can work with.
1817
1818    ??? Maybe we should use different representation for pointer arithmetics,
1819    however that is a long-term project with a lot of potential for creating
1820    bugs.  */
1821
1822 static tree
1823 fold_used_pointer (tree expr, tree at_stmt)
1824 {
1825   tree op0, op1, new0, new1;
1826   enum tree_code code = TREE_CODE (expr);
1827
1828   if (code == PLUS_EXPR
1829       || code == MINUS_EXPR)
1830     {
1831       op0 = TREE_OPERAND (expr, 0);
1832       op1 = TREE_OPERAND (expr, 1);
1833
1834       if (pointer_offset_p (op1))
1835         {
1836           new0 = fold_used_pointer (op0, at_stmt);
1837           new1 = fold_used_pointer_cast (op1);
1838         }
1839       else if (code == PLUS_EXPR && pointer_offset_p (op0))
1840         {
1841           new0 = fold_used_pointer_cast (op0);
1842           new1 = fold_used_pointer (op1, at_stmt);
1843         }
1844       else
1845         return expr;
1846
1847       if (new0 == op0 && new1 == op1)
1848         return expr;
1849
1850       new0 = chrec_convert (TREE_TYPE (expr), new0, at_stmt);
1851       new1 = chrec_convert (TREE_TYPE (expr), new1, at_stmt);
1852
1853       if (code == PLUS_EXPR)
1854         expr = chrec_fold_plus (TREE_TYPE (expr), new0, new1);
1855       else
1856         expr = chrec_fold_minus (TREE_TYPE (expr), new0, new1);
1857
1858       return expr;
1859     }
1860   else
1861     return fold_used_pointer_cast (expr);
1862 }
1863
1864 /* Returns true if PTR is dereferenced, or used in comparison.  */
1865
1866 static bool
1867 pointer_used_p (tree ptr)
1868 {
1869   use_operand_p use_p;
1870   imm_use_iterator imm_iter;
1871   tree stmt, rhs;
1872   struct ptr_info_def *pi = get_ptr_info (ptr);
1873   var_ann_t v_ann = var_ann (SSA_NAME_VAR (ptr));
1874
1875   /* Check whether the pointer has a memory tag; if it does, it is
1876      (or at least used to be) dereferenced.  */
1877   if ((pi != NULL && pi->name_mem_tag != NULL)
1878       || v_ann->symbol_mem_tag)
1879     return true;
1880
1881   FOR_EACH_IMM_USE_FAST (use_p, imm_iter, ptr)
1882     {
1883       stmt = USE_STMT (use_p);
1884       if (TREE_CODE (stmt) == COND_EXPR)
1885         return true;
1886
1887       if (TREE_CODE (stmt) != MODIFY_EXPR)
1888         continue;
1889
1890       rhs = TREE_OPERAND (stmt, 1);
1891       if (!COMPARISON_CLASS_P (rhs))
1892         continue;
1893
1894       if (TREE_OPERAND (stmt, 0) == ptr
1895           || TREE_OPERAND (stmt, 1) == ptr)
1896         return true;
1897     }
1898
1899   return false;
1900 }
1901
1902 /* Helper recursive function.  */
1903
1904 static tree
1905 analyze_scalar_evolution_1 (struct loop *loop, tree var, tree res)
1906 {
1907   tree def, type = TREE_TYPE (var);
1908   basic_block bb;
1909   struct loop *def_loop;
1910
1911   if (loop == NULL || TREE_CODE (type) == VECTOR_TYPE)
1912     return chrec_dont_know;
1913
1914   if (TREE_CODE (var) != SSA_NAME)
1915     return interpret_rhs_modify_expr (loop, NULL_TREE, var, type);
1916
1917   def = SSA_NAME_DEF_STMT (var);
1918   bb = bb_for_stmt (def);
1919   def_loop = bb ? bb->loop_father : NULL;
1920
1921   if (bb == NULL
1922       || !flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1923     {
1924       /* Keep the symbolic form.  */
1925       res = var;
1926       goto set_and_end;
1927     }
1928
1929   if (res != chrec_not_analyzed_yet)
1930     {
1931       if (loop != bb->loop_father)
1932         res = compute_scalar_evolution_in_loop 
1933             (find_common_loop (loop, bb->loop_father), bb->loop_father, res);
1934
1935       goto set_and_end;
1936     }
1937
1938   if (loop != def_loop)
1939     {
1940       res = analyze_scalar_evolution_1 (def_loop, var, chrec_not_analyzed_yet);
1941       res = compute_scalar_evolution_in_loop (loop, def_loop, res);
1942
1943       goto set_and_end;
1944     }
1945
1946   switch (TREE_CODE (def))
1947     {
1948     case MODIFY_EXPR:
1949       res = interpret_rhs_modify_expr (loop, def, TREE_OPERAND (def, 1), type);
1950
1951       if (POINTER_TYPE_P (type)
1952           && !automatically_generated_chrec_p (res)
1953           && pointer_used_p (var))
1954         res = fold_used_pointer (res, def);
1955       break;
1956
1957     case PHI_NODE:
1958       if (loop_phi_node_p (def))
1959         res = interpret_loop_phi (loop, def);
1960       else
1961         res = interpret_condition_phi (loop, def);
1962       break;
1963
1964     default:
1965       res = chrec_dont_know;
1966       break;
1967     }
1968
1969  set_and_end:
1970
1971   /* Keep the symbolic form.  */
1972   if (res == chrec_dont_know)
1973     res = var;
1974
1975   if (loop == def_loop)
1976     set_scalar_evolution (var, res);
1977
1978   return res;
1979 }
1980
1981 /* Entry point for the scalar evolution analyzer.
1982    Analyzes and returns the scalar evolution of the ssa_name VAR.
1983    LOOP_NB is the identifier number of the loop in which the variable
1984    is used.
1985    
1986    Example of use: having a pointer VAR to a SSA_NAME node, STMT a
1987    pointer to the statement that uses this variable, in order to
1988    determine the evolution function of the variable, use the following
1989    calls:
1990    
1991    unsigned loop_nb = loop_containing_stmt (stmt)->num;
1992    tree chrec_with_symbols = analyze_scalar_evolution (loop_nb, var);
1993    tree chrec_instantiated = instantiate_parameters 
1994    (loop_nb, chrec_with_symbols);
1995 */
1996
1997 tree 
1998 analyze_scalar_evolution (struct loop *loop, tree var)
1999 {
2000   tree res;
2001
2002   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2003     {
2004       fprintf (dump_file, "(analyze_scalar_evolution \n");
2005       fprintf (dump_file, "  (loop_nb = %d)\n", loop->num);
2006       fprintf (dump_file, "  (scalar = ");
2007       print_generic_expr (dump_file, var, 0);
2008       fprintf (dump_file, ")\n");
2009     }
2010
2011   res = analyze_scalar_evolution_1 (loop, var, get_scalar_evolution (var));
2012
2013   if (TREE_CODE (var) == SSA_NAME && res == chrec_dont_know)
2014     res = var;
2015
2016   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2017     fprintf (dump_file, ")\n");
2018
2019   return res;
2020 }
2021
2022 /* Analyze scalar evolution of use of VERSION in USE_LOOP with respect to
2023    WRTO_LOOP (which should be a superloop of both USE_LOOP and definition
2024    of VERSION).
2025
2026    FOLDED_CASTS is set to true if resolve_mixers used
2027    chrec_convert_aggressive (TODO -- not really, we are way too conservative
2028    at the moment in order to keep things simple).  */
2029
2030 static tree
2031 analyze_scalar_evolution_in_loop (struct loop *wrto_loop, struct loop *use_loop,
2032                                   tree version, bool *folded_casts)
2033 {
2034   bool val = false;
2035   tree ev = version, tmp;
2036
2037   if (folded_casts)
2038     *folded_casts = false;
2039   while (1)
2040     {
2041       tmp = analyze_scalar_evolution (use_loop, ev);
2042       ev = resolve_mixers (use_loop, tmp);
2043
2044       if (folded_casts && tmp != ev)
2045         *folded_casts = true;
2046
2047       if (use_loop == wrto_loop)
2048         return ev;
2049
2050       /* If the value of the use changes in the inner loop, we cannot express
2051          its value in the outer loop (we might try to return interval chrec,
2052          but we do not have a user for it anyway)  */
2053       if (!no_evolution_in_loop_p (ev, use_loop->num, &val)
2054           || !val)
2055         return chrec_dont_know;
2056
2057       use_loop = use_loop->outer;
2058     }
2059 }
2060
2061 /* Returns instantiated value for VERSION in CACHE.  */
2062
2063 static tree
2064 get_instantiated_value (htab_t cache, tree version)
2065 {
2066   struct scev_info_str *info, pattern;
2067   
2068   pattern.var = version;
2069   info = (struct scev_info_str *) htab_find (cache, &pattern);
2070
2071   if (info)
2072     return info->chrec;
2073   else
2074     return NULL_TREE;
2075 }
2076
2077 /* Sets instantiated value for VERSION to VAL in CACHE.  */
2078
2079 static void
2080 set_instantiated_value (htab_t cache, tree version, tree val)
2081 {
2082   struct scev_info_str *info, pattern;
2083   PTR *slot;
2084   
2085   pattern.var = version;
2086   slot = htab_find_slot (cache, &pattern, INSERT);
2087
2088   if (!*slot)
2089     *slot = new_scev_info_str (version);
2090   info = (struct scev_info_str *) *slot;
2091   info->chrec = val;
2092 }
2093
2094 /* Return the closed_loop_phi node for VAR.  If there is none, return
2095    NULL_TREE.  */
2096
2097 static tree
2098 loop_closed_phi_def (tree var)
2099 {
2100   struct loop *loop;
2101   edge exit;
2102   tree phi;
2103
2104   if (var == NULL_TREE
2105       || TREE_CODE (var) != SSA_NAME)
2106     return NULL_TREE;
2107
2108   loop = loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (var));
2109   exit = single_exit (loop);
2110   if (!exit)
2111     return NULL_TREE;
2112
2113   for (phi = phi_nodes (exit->dest); phi; phi = PHI_CHAIN (phi))
2114     if (PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi, exit) == var)
2115       return PHI_RESULT (phi);
2116
2117   return NULL_TREE;
2118 }
2119
2120 /* Analyze all the parameters of the chrec that were left under a symbolic form,
2121    with respect to LOOP.  CHREC is the chrec to instantiate.  CACHE is the cache
2122    of already instantiated values.  FLAGS modify the way chrecs are
2123    instantiated.  SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to
2124    be instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2125
2126 /* Values for FLAGS.  */
2127 enum
2128 {
2129   INSERT_SUPERLOOP_CHRECS = 1,  /* Loop invariants are replaced with chrecs
2130                                    in outer loops.  */
2131   FOLD_CONVERSIONS = 2          /* The conversions that may wrap in
2132                                    signed/pointer type are folded, as long as the
2133                                    value of the chrec is preserved.  */
2134 };
2135   
2136 static tree
2137 instantiate_parameters_1 (struct loop *loop, tree chrec, int flags, htab_t cache,
2138                           int size_expr)
2139 {
2140   tree res, op0, op1, op2;
2141   basic_block def_bb;
2142   struct loop *def_loop;
2143   tree type = chrec_type (chrec);
2144
2145   /* Give up if the expression is larger than the MAX that we allow.  */
2146   if (size_expr++ > PARAM_VALUE (PARAM_SCEV_MAX_EXPR_SIZE))
2147     return chrec_dont_know;
2148
2149   if (automatically_generated_chrec_p (chrec)
2150       || is_gimple_min_invariant (chrec))
2151     return chrec;
2152
2153   switch (TREE_CODE (chrec))
2154     {
2155     case SSA_NAME:
2156       def_bb = bb_for_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (chrec));
2157
2158       /* A parameter (or loop invariant and we do not want to include
2159          evolutions in outer loops), nothing to do.  */
2160       if (!def_bb
2161           || (!(flags & INSERT_SUPERLOOP_CHRECS)
2162               && !flow_bb_inside_loop_p (loop, def_bb)))
2163         return chrec;
2164
2165       /* We cache the value of instantiated variable to avoid exponential
2166          time complexity due to reevaluations.  We also store the convenient
2167          value in the cache in order to prevent infinite recursion -- we do
2168          not want to instantiate the SSA_NAME if it is in a mixer
2169          structure.  This is used for avoiding the instantiation of
2170          recursively defined functions, such as: 
2171
2172          | a_2 -> {0, +, 1, +, a_2}_1  */
2173
2174       res = get_instantiated_value (cache, chrec);
2175       if (res)
2176         return res;
2177
2178       /* Store the convenient value for chrec in the structure.  If it
2179          is defined outside of the loop, we may just leave it in symbolic
2180          form, otherwise we need to admit that we do not know its behavior
2181          inside the loop.  */
2182       res = !flow_bb_inside_loop_p (loop, def_bb) ? chrec : chrec_dont_know;
2183       set_instantiated_value (cache, chrec, res);
2184
2185       /* To make things even more complicated, instantiate_parameters_1
2186          calls analyze_scalar_evolution that may call # of iterations
2187          analysis that may in turn call instantiate_parameters_1 again.
2188          To prevent the infinite recursion, keep also the bitmap of
2189          ssa names that are being instantiated globally.  */
2190       if (bitmap_bit_p (already_instantiated, SSA_NAME_VERSION (chrec)))
2191         return res;
2192
2193       def_loop = find_common_loop (loop, def_bb->loop_father);
2194
2195       /* If the analysis yields a parametric chrec, instantiate the
2196          result again.  */
2197       bitmap_set_bit (already_instantiated, SSA_NAME_VERSION (chrec));
2198       res = analyze_scalar_evolution (def_loop, chrec);
2199
2200       /* Don't instantiate loop-closed-ssa phi nodes.  */
2201       if (TREE_CODE (res) == SSA_NAME
2202           && (loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (res)) == NULL
2203               || (loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (res))->depth
2204                   > def_loop->depth)))
2205         {
2206           if (res == chrec)
2207             res = loop_closed_phi_def (chrec);
2208           else
2209             res = chrec;
2210
2211           if (res == NULL_TREE)
2212             res = chrec_dont_know;
2213         }
2214
2215       else if (res != chrec_dont_know)
2216         res = instantiate_parameters_1 (loop, res, flags, cache, size_expr);
2217
2218       bitmap_clear_bit (already_instantiated, SSA_NAME_VERSION (chrec));
2219
2220       /* Store the correct value to the cache.  */
2221       set_instantiated_value (cache, chrec, res);
2222       return res;
2223
2224     case POLYNOMIAL_CHREC:
2225       op0 = instantiate_parameters_1 (loop, CHREC_LEFT (chrec),
2226                                       flags, cache, size_expr);
2227       if (op0 == chrec_dont_know)
2228         return chrec_dont_know;
2229
2230       op1 = instantiate_parameters_1 (loop, CHREC_RIGHT (chrec),
2231                                       flags, cache, size_expr);
2232       if (op1 == chrec_dont_know)
2233         return chrec_dont_know;
2234
2235       if (CHREC_LEFT (chrec) != op0
2236           || CHREC_RIGHT (chrec) != op1)
2237         {
2238           op1 = chrec_convert (chrec_type (op0), op1, NULL_TREE);
2239           chrec = build_polynomial_chrec (CHREC_VARIABLE (chrec), op0, op1);
2240         }
2241       return chrec;
2242
2243     case PLUS_EXPR:
2244       op0 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 0),
2245                                       flags, cache, size_expr);
2246       if (op0 == chrec_dont_know)
2247         return chrec_dont_know;
2248
2249       op1 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 1),
2250                                       flags, cache, size_expr);
2251       if (op1 == chrec_dont_know)
2252         return chrec_dont_know;
2253
2254       if (TREE_OPERAND (chrec, 0) != op0
2255           || TREE_OPERAND (chrec, 1) != op1)
2256         {
2257           op0 = chrec_convert (type, op0, NULL_TREE);
2258           op1 = chrec_convert (type, op1, NULL_TREE);
2259           chrec = chrec_fold_plus (type, op0, op1);
2260         }
2261       return chrec;
2262
2263     case MINUS_EXPR:
2264       op0 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 0),
2265                                       flags, cache, size_expr);
2266       if (op0 == chrec_dont_know)
2267         return chrec_dont_know;
2268
2269       op1 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 1),
2270                                       flags, cache, size_expr);
2271       if (op1 == chrec_dont_know)
2272         return chrec_dont_know;
2273
2274       if (TREE_OPERAND (chrec, 0) != op0
2275           || TREE_OPERAND (chrec, 1) != op1)
2276         {
2277           op0 = chrec_convert (type, op0, NULL_TREE);
2278           op1 = chrec_convert (type, op1, NULL_TREE);
2279           chrec = chrec_fold_minus (type, op0, op1);
2280         }
2281       return chrec;
2282
2283     case MULT_EXPR:
2284       op0 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 0),
2285                                       flags, cache, size_expr);
2286       if (op0 == chrec_dont_know)
2287         return chrec_dont_know;
2288
2289       op1 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 1),
2290                                       flags, cache, size_expr);
2291       if (op1 == chrec_dont_know)
2292         return chrec_dont_know;
2293
2294       if (TREE_OPERAND (chrec, 0) != op0
2295           || TREE_OPERAND (chrec, 1) != op1)
2296         {
2297           op0 = chrec_convert (type, op0, NULL_TREE);
2298           op1 = chrec_convert (type, op1, NULL_TREE);
2299           chrec = chrec_fold_multiply (type, op0, op1);
2300         }
2301       return chrec;
2302
2303     case NOP_EXPR:
2304     case CONVERT_EXPR:
2305     case NON_LVALUE_EXPR:
2306       op0 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 0),
2307                                       flags, cache, size_expr);
2308       if (op0 == chrec_dont_know)
2309         return chrec_dont_know;
2310
2311       if (flags & FOLD_CONVERSIONS)
2312         {
2313           tree tmp = chrec_convert_aggressive (TREE_TYPE (chrec), op0);
2314           if (tmp)
2315             return tmp;
2316         }
2317
2318       if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0))
2319         return chrec;
2320
2321       /* If we used chrec_convert_aggressive, we can no longer assume that
2322          signed chrecs do not overflow, as chrec_convert does, so avoid
2323          calling it in that case.  */
2324       if (flags & FOLD_CONVERSIONS)
2325         return fold_convert (TREE_TYPE (chrec), op0);
2326
2327       return chrec_convert (TREE_TYPE (chrec), op0, NULL_TREE);
2328
2329     case SCEV_NOT_KNOWN:
2330       return chrec_dont_know;
2331
2332     case SCEV_KNOWN:
2333       return chrec_known;
2334                                      
2335     default:
2336       break;
2337     }
2338
2339   switch (TREE_CODE_LENGTH (TREE_CODE (chrec)))
2340     {
2341     case 3:
2342       op0 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 0),
2343                                       flags, cache, size_expr);
2344       if (op0 == chrec_dont_know)
2345         return chrec_dont_know;
2346
2347       op1 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 1),
2348                                       flags, cache, size_expr);
2349       if (op1 == chrec_dont_know)
2350         return chrec_dont_know;
2351
2352       op2 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 2),
2353                                       flags, cache, size_expr);
2354       if (op2 == chrec_dont_know)
2355         return chrec_dont_know;
2356
2357       if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0)
2358           && op1 == TREE_OPERAND (chrec, 1)
2359           && op2 == TREE_OPERAND (chrec, 2))
2360         return chrec;
2361
2362       return fold_build3 (TREE_CODE (chrec),
2363                           TREE_TYPE (chrec), op0, op1, op2);
2364
2365     case 2:
2366       op0 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 0),
2367                                       flags, cache, size_expr);
2368       if (op0 == chrec_dont_know)
2369         return chrec_dont_know;
2370
2371       op1 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 1),
2372                                       flags, cache, size_expr);
2373       if (op1 == chrec_dont_know)
2374         return chrec_dont_know;
2375
2376       if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0)
2377           && op1 == TREE_OPERAND (chrec, 1))
2378         return chrec;
2379       return fold_build2 (TREE_CODE (chrec), TREE_TYPE (chrec), op0, op1);
2380             
2381     case 1:
2382       op0 = instantiate_parameters_1 (loop, TREE_OPERAND (chrec, 0),
2383                                       flags, cache, size_expr);
2384       if (op0 == chrec_dont_know)
2385         return chrec_dont_know;
2386       if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0))
2387         return chrec;
2388       return fold_build1 (TREE_CODE (chrec), TREE_TYPE (chrec), op0);
2389
2390     case 0:
2391       return chrec;
2392
2393     default:
2394       break;
2395     }
2396
2397   /* Too complicated to handle.  */
2398   return chrec_dont_know;
2399 }
2400
2401 /* Analyze all the parameters of the chrec that were left under a
2402    symbolic form.  LOOP is the loop in which symbolic names have to
2403    be analyzed and instantiated.  */
2404
2405 tree
2406 instantiate_parameters (struct loop *loop,
2407                         tree chrec)
2408 {
2409   tree res;
2410   htab_t cache = htab_create (10, hash_scev_info, eq_scev_info, del_scev_info);
2411
2412   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2413     {
2414       fprintf (dump_file, "(instantiate_parameters \n");
2415       fprintf (dump_file, "  (loop_nb = %d)\n", loop->num);
2416       fprintf (dump_file, "  (chrec = ");
2417       print_generic_expr (dump_file, chrec, 0);
2418       fprintf (dump_file, ")\n");
2419     }
2420  
2421   res = instantiate_parameters_1 (loop, chrec, INSERT_SUPERLOOP_CHRECS, cache,
2422                                   0);
2423
2424   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2425     {
2426       fprintf (dump_file, "  (res = ");
2427       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
2428       fprintf (dump_file, "))\n");
2429     }
2430
2431   htab_delete (cache);
2432   
2433   return res;
2434 }
2435
2436 /* Similar to instantiate_parameters, but does not introduce the
2437    evolutions in outer loops for LOOP invariants in CHREC, and does not
2438    care about causing overflows, as long as they do not affect value
2439    of an expression.  */
2440
2441 static tree
2442 resolve_mixers (struct loop *loop, tree chrec)
2443 {
2444   htab_t cache = htab_create (10, hash_scev_info, eq_scev_info, del_scev_info);
2445   tree ret = instantiate_parameters_1 (loop, chrec, FOLD_CONVERSIONS, cache, 0);
2446   htab_delete (cache);
2447   return ret;
2448 }
2449
2450 /* Entry point for the analysis of the number of iterations pass.  
2451    This function tries to safely approximate the number of iterations
2452    the loop will run.  When this property is not decidable at compile
2453    time, the result is chrec_dont_know.  Otherwise the result is
2454    a scalar or a symbolic parameter.
2455    
2456    Example of analysis: suppose that the loop has an exit condition:
2457    
2458    "if (b > 49) goto end_loop;"
2459    
2460    and that in a previous analysis we have determined that the
2461    variable 'b' has an evolution function:
2462    
2463    "EF = {23, +, 5}_2".  
2464    
2465    When we evaluate the function at the point 5, i.e. the value of the
2466    variable 'b' after 5 iterations in the loop, we have EF (5) = 48,
2467    and EF (6) = 53.  In this case the value of 'b' on exit is '53' and
2468    the loop body has been executed 6 times.  */
2469
2470 tree 
2471 number_of_iterations_in_loop (struct loop *loop)
2472 {
2473   tree res, type;
2474   edge exit;
2475   struct tree_niter_desc niter_desc;
2476
2477   /* Determine whether the number_of_iterations_in_loop has already
2478      been computed.  */
2479   res = loop->nb_iterations;
2480   if (res)
2481     return res;
2482   res = chrec_dont_know;
2483
2484   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2485     fprintf (dump_file, "(number_of_iterations_in_loop\n");
2486   
2487   exit = single_exit (loop);
2488   if (!exit)
2489     goto end;
2490
2491   if (!number_of_iterations_exit (loop, exit, &niter_desc, false))
2492     goto end;
2493
2494   type = TREE_TYPE (niter_desc.niter);
2495   if (integer_nonzerop (niter_desc.may_be_zero))
2496     res = build_int_cst (type, 0);
2497   else if (integer_zerop (niter_desc.may_be_zero))
2498     res = niter_desc.niter;
2499   else
2500     res = chrec_dont_know;
2501
2502 end:
2503   return set_nb_iterations_in_loop (loop, res);
2504 }
2505
2506 /* One of the drivers for testing the scalar evolutions analysis.
2507    This function computes the number of iterations for all the loops
2508    from the EXIT_CONDITIONS array.  */
2509
2510 static void 
2511 number_of_iterations_for_all_loops (VEC(tree,heap) **exit_conditions)
2512 {
2513   unsigned int i;
2514   unsigned nb_chrec_dont_know_loops = 0;
2515   unsigned nb_static_loops = 0;
2516   tree cond;
2517   
2518   for (i = 0; VEC_iterate (tree, *exit_conditions, i, cond); i++)
2519     {
2520       tree res = number_of_iterations_in_loop (loop_containing_stmt (cond));
2521       if (chrec_contains_undetermined (res))
2522         nb_chrec_dont_know_loops++;
2523       else
2524         nb_static_loops++;
2525     }
2526   
2527   if (dump_file)
2528     {
2529       fprintf (dump_file, "\n(\n");
2530       fprintf (dump_file, "-----------------------------------------\n");
2531       fprintf (dump_file, "%d\tnb_chrec_dont_know_loops\n", nb_chrec_dont_know_loops);
2532       fprintf (dump_file, "%d\tnb_static_loops\n", nb_static_loops);
2533       fprintf (dump_file, "%d\tnb_total_loops\n", current_loops->num);
2534       fprintf (dump_file, "-----------------------------------------\n");
2535       fprintf (dump_file, ")\n\n");
2536       
2537       print_loop_ir (dump_file);
2538     }
2539 }
2540
2541 \f
2542
2543 /* Counters for the stats.  */
2544
2545 struct chrec_stats 
2546 {
2547   unsigned nb_chrecs;
2548   unsigned nb_affine;
2549   unsigned nb_affine_multivar;
2550   unsigned nb_higher_poly;
2551   unsigned nb_chrec_dont_know;
2552   unsigned nb_undetermined;
2553 };
2554
2555 /* Reset the counters.  */
2556
2557 static inline void
2558 reset_chrecs_counters (struct chrec_stats *stats)
2559 {
2560   stats->nb_chrecs = 0;
2561   stats->nb_affine = 0;
2562   stats->nb_affine_multivar = 0;
2563   stats->nb_higher_poly = 0;
2564   stats->nb_chrec_dont_know = 0;
2565   stats->nb_undetermined = 0;
2566 }
2567
2568 /* Dump the contents of a CHREC_STATS structure.  */
2569
2570 static void
2571 dump_chrecs_stats (FILE *file, struct chrec_stats *stats)
2572 {
2573   fprintf (file, "\n(\n");
2574   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2575   fprintf (file, "%d\taffine univariate chrecs\n", stats->nb_affine);
2576   fprintf (file, "%d\taffine multivariate chrecs\n", stats->nb_affine_multivar);
2577   fprintf (file, "%d\tdegree greater than 2 polynomials\n", 
2578            stats->nb_higher_poly);
2579   fprintf (file, "%d\tchrec_dont_know chrecs\n", stats->nb_chrec_dont_know);
2580   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2581   fprintf (file, "%d\ttotal chrecs\n", stats->nb_chrecs);
2582   fprintf (file, "%d\twith undetermined coefficients\n", 
2583            stats->nb_undetermined);
2584   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2585   fprintf (file, "%d\tchrecs in the scev database\n", 
2586            (int) htab_elements (scalar_evolution_info));
2587   fprintf (file, "%d\tsets in the scev database\n", nb_set_scev);
2588   fprintf (file, "%d\tgets in the scev database\n", nb_get_scev);
2589   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2590   fprintf (file, ")\n\n");
2591 }
2592
2593 /* Gather statistics about CHREC.  */
2594
2595 static void
2596 gather_chrec_stats (tree chrec, struct chrec_stats *stats)
2597 {
2598   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2599     {
2600       fprintf (dump_file, "(classify_chrec ");
2601       print_generic_expr (dump_file, chrec, 0);
2602       fprintf (dump_file, "\n");
2603     }
2604   
2605   stats->nb_chrecs++;
2606   
2607   if (chrec == NULL_TREE)
2608     {
2609       stats->nb_undetermined++;
2610       return;
2611     }
2612   
2613   switch (TREE_CODE (chrec))
2614     {
2615     case POLYNOMIAL_CHREC:
2616       if (evolution_function_is_affine_p (chrec))
2617         {
2618           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2619             fprintf (dump_file, "  affine_univariate\n");
2620           stats->nb_affine++;
2621         }
2622       else if (evolution_function_is_affine_multivariate_p (chrec))
2623         {
2624           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2625             fprintf (dump_file, "  affine_multivariate\n");
2626           stats->nb_affine_multivar++;
2627         }
2628       else
2629         {
2630           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2631             fprintf (dump_file, "  higher_degree_polynomial\n");
2632           stats->nb_higher_poly++;
2633         }
2634       
2635       break;
2636
2637     default:
2638       break;
2639     }
2640   
2641   if (chrec_contains_undetermined (chrec))
2642     {
2643       if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2644         fprintf (dump_file, "  undetermined\n");
2645       stats->nb_undetermined++;
2646     }
2647   
2648   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2649     fprintf (dump_file, ")\n");
2650 }
2651
2652 /* One of the drivers for testing the scalar evolutions analysis.
2653    This function analyzes the scalar evolution of all the scalars
2654    defined as loop phi nodes in one of the loops from the
2655    EXIT_CONDITIONS array.  
2656    
2657    TODO Optimization: A loop is in canonical form if it contains only
2658    a single scalar loop phi node.  All the other scalars that have an
2659    evolution in the loop are rewritten in function of this single
2660    index.  This allows the parallelization of the loop.  */
2661
2662 static void 
2663 analyze_scalar_evolution_for_all_loop_phi_nodes (VEC(tree,heap) **exit_conditions)
2664 {
2665   unsigned int i;
2666   struct chrec_stats stats;
2667   tree cond;
2668   
2669   reset_chrecs_counters (&stats);
2670   
2671   for (i = 0; VEC_iterate (tree, *exit_conditions, i, cond); i++)
2672     {
2673       struct loop *loop;
2674       basic_block bb;
2675       tree phi, chrec;
2676       
2677       loop = loop_containing_stmt (cond);
2678       bb = loop->header;
2679       
2680       for (phi = phi_nodes (bb); phi; phi = PHI_CHAIN (phi))
2681         if (is_gimple_reg (PHI_RESULT (phi)))
2682           {
2683             chrec = instantiate_parameters 
2684               (loop, 
2685                analyze_scalar_evolution (loop, PHI_RESULT (phi)));
2686             
2687             if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2688               gather_chrec_stats (chrec, &stats);
2689           }
2690     }
2691   
2692   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2693     dump_chrecs_stats (dump_file, &stats);
2694 }
2695
2696 /* Callback for htab_traverse, gathers information on chrecs in the
2697    hashtable.  */
2698
2699 static int
2700 gather_stats_on_scev_database_1 (void **slot, void *stats)
2701 {
2702   struct scev_info_str *entry = (struct scev_info_str *) *slot;
2703
2704   gather_chrec_stats (entry->chrec, (struct chrec_stats *) stats);
2705
2706   return 1;
2707 }
2708
2709 /* Classify the chrecs of the whole database.  */
2710
2711 void 
2712 gather_stats_on_scev_database (void)
2713 {
2714   struct chrec_stats stats;
2715   
2716   if (!dump_file)
2717     return;
2718   
2719   reset_chrecs_counters (&stats);
2720  
2721   htab_traverse (scalar_evolution_info, gather_stats_on_scev_database_1,
2722                  &stats);
2723
2724   dump_chrecs_stats (dump_file, &stats);
2725 }
2726
2727 \f
2728
2729 /* Initializer.  */
2730
2731 static void
2732 initialize_scalar_evolutions_analyzer (void)
2733 {
2734   /* The elements below are unique.  */
2735   if (chrec_dont_know == NULL_TREE)
2736     {
2737       chrec_not_analyzed_yet = NULL_TREE;
2738       chrec_dont_know = make_node (SCEV_NOT_KNOWN);
2739       chrec_known = make_node (SCEV_KNOWN);
2740       TREE_TYPE (chrec_dont_know) = void_type_node;
2741       TREE_TYPE (chrec_known) = void_type_node;
2742     }
2743 }
2744
2745 /* Initialize the analysis of scalar evolutions for LOOPS.  */
2746
2747 void
2748 scev_initialize (struct loops *loops)
2749 {
2750   unsigned i;
2751   current_loops = loops;
2752
2753   scalar_evolution_info = htab_create (100, hash_scev_info,
2754                                        eq_scev_info, del_scev_info);
2755   already_instantiated = BITMAP_ALLOC (NULL);
2756   
2757   initialize_scalar_evolutions_analyzer ();
2758
2759   for (i = 1; i < loops->num; i++)
2760     if (loops->parray[i])
2761       loops->parray[i]->nb_iterations = NULL_TREE;
2762 }
2763
2764 /* Cleans up the information cached by the scalar evolutions analysis.  */
2765
2766 void
2767 scev_reset (void)
2768 {
2769   unsigned i;
2770   struct loop *loop;
2771
2772   if (!scalar_evolution_info || !current_loops)
2773     return;
2774
2775   htab_empty (scalar_evolution_info);
2776   for (i = 1; i < current_loops->num; i++)
2777     {
2778       loop = current_loops->parray[i];
2779       if (loop)
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->no_overflow = true;
2817       return true;
2818     }
2819
2820   if (TREE_CODE (ev) != POLYNOMIAL_CHREC
2821       || CHREC_VARIABLE (ev) != (unsigned) loop->num)
2822     return false;
2823
2824   iv->step = CHREC_RIGHT (ev);
2825   if (allow_nonconstant_step)
2826     {
2827       if (tree_contains_chrecs (iv->step, NULL)
2828           || chrec_contains_symbols_defined_in_loop (iv->step, loop->num))
2829         return false;
2830     }
2831   else if (TREE_CODE (iv->step) != INTEGER_CST)
2832     return false;
2833
2834   iv->base = CHREC_LEFT (ev);
2835   if (tree_contains_chrecs (iv->base, NULL)
2836       || chrec_contains_symbols_defined_in_loop (iv->base, loop->num))
2837     return false;
2838
2839   iv->no_overflow = (!folded_casts
2840                      && !flag_wrapv
2841                      && !TYPE_UNSIGNED (type));
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 (current_loops, &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
2895   if (!current_loops)
2896     return 0;
2897
2898   FOR_EACH_BB (bb)
2899     {
2900       loop = bb->loop_father;
2901
2902       for (phi = phi_nodes (bb); phi; phi = PHI_CHAIN (phi))
2903         {
2904           name = PHI_RESULT (phi);
2905
2906           if (!is_gimple_reg (name))
2907             continue;
2908
2909           type = TREE_TYPE (name);
2910
2911           if (!POINTER_TYPE_P (type)
2912               && !INTEGRAL_TYPE_P (type))
2913             continue;
2914
2915           ev = resolve_mixers (loop, analyze_scalar_evolution (loop, name));
2916           if (!is_gimple_min_invariant (ev)
2917               || !may_propagate_copy (name, ev))
2918             continue;
2919
2920           /* Replace the uses of the name.  */
2921           if (name != ev)
2922             replace_uses_by (name, ev);
2923
2924           if (!ssa_names_to_remove)
2925             ssa_names_to_remove = BITMAP_ALLOC (NULL);
2926           bitmap_set_bit (ssa_names_to_remove, SSA_NAME_VERSION (name));
2927         }
2928     }
2929
2930   /* Remove the ssa names that were replaced by constants.  We do not remove them
2931      directly in the previous cycle, since this invalidates scev cache.  */
2932   if (ssa_names_to_remove)
2933     {
2934       bitmap_iterator bi;
2935       unsigned i;
2936
2937       EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (ssa_names_to_remove, 0, i, bi)
2938         {
2939           name = ssa_name (i);
2940           phi = SSA_NAME_DEF_STMT (name);
2941
2942           gcc_assert (TREE_CODE (phi) == PHI_NODE);
2943           remove_phi_node (phi, NULL);
2944         }
2945
2946       BITMAP_FREE (ssa_names_to_remove);
2947       scev_reset ();
2948     }
2949
2950   /* Now the regular final value replacement.  */
2951   for (i = current_loops->num - 1; i > 0; i--)
2952     {
2953       edge exit;
2954       tree def, rslt, ass, niter;
2955       block_stmt_iterator bsi;
2956
2957       loop = current_loops->parray[i];
2958       if (!loop)
2959         continue;
2960
2961       /* If we do not know exact number of iterations of the loop, we cannot
2962          replace the final value.  */
2963       exit = single_exit (loop);
2964       if (!exit)
2965         continue;
2966
2967       niter = number_of_iterations_in_loop (loop);
2968       if (niter == chrec_dont_know
2969           /* If computing the number of iterations is expensive, it may be
2970              better not to introduce computations involving it.  */
2971           || expression_expensive_p (niter))
2972         continue;
2973
2974       /* Ensure that it is possible to insert new statements somewhere.  */
2975       if (!single_pred_p (exit->dest))
2976         split_loop_exit_edge (exit);
2977       tree_block_label (exit->dest);
2978       bsi = bsi_after_labels (exit->dest);
2979
2980       ex_loop = superloop_at_depth (loop, exit->dest->loop_father->depth + 1);
2981
2982       for (phi = phi_nodes (exit->dest); phi; phi = next_phi)
2983         {
2984           next_phi = PHI_CHAIN (phi);
2985           rslt = PHI_RESULT (phi);
2986           def = PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi, exit);
2987           if (!is_gimple_reg (def))
2988             continue;
2989
2990           if (!POINTER_TYPE_P (TREE_TYPE (def))
2991               && !INTEGRAL_TYPE_P (TREE_TYPE (def)))
2992             continue;
2993
2994           def = analyze_scalar_evolution_in_loop (ex_loop, loop, def, NULL);
2995           def = compute_overall_effect_of_inner_loop (ex_loop, def);
2996           if (!tree_does_not_contain_chrecs (def)
2997               || chrec_contains_symbols_defined_in_loop (def, ex_loop->num)
2998               /* Moving the computation from the loop may prolong life range
2999                  of some ssa names, which may cause problems if they appear
3000                  on abnormal edges.  */
3001               || contains_abnormal_ssa_name_p (def))
3002             continue;
3003
3004           /* Eliminate the phi node and replace it by a computation outside
3005              the loop.  */
3006           def = unshare_expr (def);
3007           SET_PHI_RESULT (phi, NULL_TREE);
3008           remove_phi_node (phi, NULL_TREE);
3009
3010           ass = build2 (MODIFY_EXPR, void_type_node, rslt, NULL_TREE);
3011           SSA_NAME_DEF_STMT (rslt) = ass;
3012           {
3013             block_stmt_iterator dest = bsi;
3014             bsi_insert_before (&dest, ass, BSI_NEW_STMT);
3015             def = force_gimple_operand_bsi (&dest, def, false, NULL_TREE);
3016           }
3017           TREE_OPERAND (ass, 1) = def;
3018           update_stmt (ass);
3019         }
3020     }
3021   return 0;
3022 }