OSDN Git Service

Add NIOS2 support. Code from SourceyG++.
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / tree-scalar-evolution.c
1 /* Scalar evolution detector.
2    Copyright (C) 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010
3    Free Software Foundation, Inc.
4    Contributed by Sebastian Pop <s.pop@laposte.net>
5
6 This file is part of GCC.
7
8 GCC is free software; you can redistribute it and/or modify it under
9 the terms of the GNU General Public License as published by the Free
10 Software Foundation; either version 3, or (at your option) any later
11 version.
12
13 GCC is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
14 WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
15 FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
16 for more details.
17
18 You should have received a copy of the GNU General Public License
19 along with GCC; see the file COPYING3.  If not see
20 <http://www.gnu.org/licenses/>.  */
21
22 /*
23    Description:
24
25    This pass analyzes the evolution of scalar variables in loop
26    structures.  The algorithm is based on the SSA representation,
27    and on the loop hierarchy tree.  This algorithm is not based on
28    the notion of versions of a variable, as it was the case for the
29    previous implementations of the scalar evolution algorithm, but
30    it assumes that each defined name is unique.
31
32    The notation used in this file is called "chains of recurrences",
33    and has been proposed by Eugene Zima, Robert Van Engelen, and
34    others for describing induction variables in programs.  For example
35    "b -> {0, +, 2}_1" means that the scalar variable "b" is equal to 0
36    when entering in the loop_1 and has a step 2 in this loop, in other
37    words "for (b = 0; b < N; b+=2);".  Note that the coefficients of
38    this chain of recurrence (or chrec [shrek]) can contain the name of
39    other variables, in which case they are called parametric chrecs.
40    For example, "b -> {a, +, 2}_1" means that the initial value of "b"
41    is the value of "a".  In most of the cases these parametric chrecs
42    are fully instantiated before their use because symbolic names can
43    hide some difficult cases such as self-references described later
44    (see the Fibonacci example).
45
46    A short sketch of the algorithm is:
47
48    Given a scalar variable to be analyzed, follow the SSA edge to
49    its definition:
50
51    - When the definition is a GIMPLE_ASSIGN: if the right hand side
52    (RHS) of the definition cannot be statically analyzed, the answer
53    of the analyzer is: "don't know".
54    Otherwise, for all the variables that are not yet analyzed in the
55    RHS, try to determine their evolution, and finally try to
56    evaluate the operation of the RHS that gives the evolution
57    function of the analyzed variable.
58
59    - When the definition is a condition-phi-node: determine the
60    evolution function for all the branches of the phi node, and
61    finally merge these evolutions (see chrec_merge).
62
63    - When the definition is a loop-phi-node: determine its initial
64    condition, that is the SSA edge defined in an outer loop, and
65    keep it symbolic.  Then determine the SSA edges that are defined
66    in the body of the loop.  Follow the inner edges until ending on
67    another loop-phi-node of the same analyzed loop.  If the reached
68    loop-phi-node is not the starting loop-phi-node, then we keep
69    this definition under a symbolic form.  If the reached
70    loop-phi-node is the same as the starting one, then we compute a
71    symbolic stride on the return path.  The result is then the
72    symbolic chrec {initial_condition, +, symbolic_stride}_loop.
73
74    Examples:
75
76    Example 1: Illustration of the basic algorithm.
77
78    | a = 3
79    | loop_1
80    |   b = phi (a, c)
81    |   c = b + 1
82    |   if (c > 10) exit_loop
83    | endloop
84
85    Suppose that we want to know the number of iterations of the
86    loop_1.  The exit_loop is controlled by a COND_EXPR (c > 10).  We
87    ask the scalar evolution analyzer two questions: what's the
88    scalar evolution (scev) of "c", and what's the scev of "10".  For
89    "10" the answer is "10" since it is a scalar constant.  For the
90    scalar variable "c", it follows the SSA edge to its definition,
91    "c = b + 1", and then asks again what's the scev of "b".
92    Following the SSA edge, we end on a loop-phi-node "b = phi (a,
93    c)", where the initial condition is "a", and the inner loop edge
94    is "c".  The initial condition is kept under a symbolic form (it
95    may be the case that the copy constant propagation has done its
96    work and we end with the constant "3" as one of the edges of the
97    loop-phi-node).  The update edge is followed to the end of the
98    loop, and until reaching again the starting loop-phi-node: b -> c
99    -> b.  At this point we have drawn a path from "b" to "b" from
100    which we compute the stride in the loop: in this example it is
101    "+1".  The resulting scev for "b" is "b -> {a, +, 1}_1".  Now
102    that the scev for "b" is known, it is possible to compute the
103    scev for "c", that is "c -> {a + 1, +, 1}_1".  In order to
104    determine the number of iterations in the loop_1, we have to
105    instantiate_parameters (loop_1, {a + 1, +, 1}_1), that gives after some
106    more analysis the scev {4, +, 1}_1, or in other words, this is
107    the function "f (x) = x + 4", where x is the iteration count of
108    the loop_1.  Now we have to solve the inequality "x + 4 > 10",
109    and take the smallest iteration number for which the loop is
110    exited: x = 7.  This loop runs from x = 0 to x = 7, and in total
111    there are 8 iterations.  In terms of loop normalization, we have
112    created a variable that is implicitly defined, "x" or just "_1",
113    and all the other analyzed scalars of the loop are defined in
114    function of this variable:
115
116    a -> 3
117    b -> {3, +, 1}_1
118    c -> {4, +, 1}_1
119
120    or in terms of a C program:
121
122    | a = 3
123    | for (x = 0; x <= 7; x++)
124    |   {
125    |     b = x + 3
126    |     c = x + 4
127    |   }
128
129    Example 2a: Illustration of the algorithm on nested loops.
130
131    | loop_1
132    |   a = phi (1, b)
133    |   c = a + 2
134    |   loop_2  10 times
135    |     b = phi (c, d)
136    |     d = b + 3
137    |   endloop
138    | endloop
139
140    For analyzing the scalar evolution of "a", the algorithm follows
141    the SSA edge into the loop's body: "a -> b".  "b" is an inner
142    loop-phi-node, and its analysis as in Example 1, gives:
143
144    b -> {c, +, 3}_2
145    d -> {c + 3, +, 3}_2
146
147    Following the SSA edge for the initial condition, we end on "c = a
148    + 2", and then on the starting loop-phi-node "a".  From this point,
149    the loop stride is computed: back on "c = a + 2" we get a "+2" in
150    the loop_1, then on the loop-phi-node "b" we compute the overall
151    effect of the inner loop that is "b = c + 30", and we get a "+30"
152    in the loop_1.  That means that the overall stride in loop_1 is
153    equal to "+32", and the result is:
154
155    a -> {1, +, 32}_1
156    c -> {3, +, 32}_1
157
158    Example 2b: Multivariate chains of recurrences.
159
160    | loop_1
161    |   k = phi (0, k + 1)
162    |   loop_2  4 times
163    |     j = phi (0, j + 1)
164    |     loop_3 4 times
165    |       i = phi (0, i + 1)
166    |       A[j + k] = ...
167    |     endloop
168    |   endloop
169    | endloop
170
171    Analyzing the access function of array A with
172    instantiate_parameters (loop_1, "j + k"), we obtain the
173    instantiation and the analysis of the scalar variables "j" and "k"
174    in loop_1.  This leads to the scalar evolution {4, +, 1}_1: the end
175    value of loop_2 for "j" is 4, and the evolution of "k" in loop_1 is
176    {0, +, 1}_1.  To obtain the evolution function in loop_3 and
177    instantiate the scalar variables up to loop_1, one has to use:
178    instantiate_scev (block_before_loop (loop_1), loop_3, "j + k").
179    The result of this call is {{0, +, 1}_1, +, 1}_2.
180
181    Example 3: Higher degree polynomials.
182
183    | loop_1
184    |   a = phi (2, b)
185    |   c = phi (5, d)
186    |   b = a + 1
187    |   d = c + a
188    | endloop
189
190    a -> {2, +, 1}_1
191    b -> {3, +, 1}_1
192    c -> {5, +, a}_1
193    d -> {5 + a, +, a}_1
194
195    instantiate_parameters (loop_1, {5, +, a}_1) -> {5, +, 2, +, 1}_1
196    instantiate_parameters (loop_1, {5 + a, +, a}_1) -> {7, +, 3, +, 1}_1
197
198    Example 4: Lucas, Fibonacci, or mixers in general.
199
200    | loop_1
201    |   a = phi (1, b)
202    |   c = phi (3, d)
203    |   b = c
204    |   d = c + a
205    | endloop
206
207    a -> (1, c)_1
208    c -> {3, +, a}_1
209
210    The syntax "(1, c)_1" stands for a PEELED_CHREC that has the
211    following semantics: during the first iteration of the loop_1, the
212    variable contains the value 1, and then it contains the value "c".
213    Note that this syntax is close to the syntax of the loop-phi-node:
214    "a -> (1, c)_1" vs. "a = phi (1, c)".
215
216    The symbolic chrec representation contains all the semantics of the
217    original code.  What is more difficult is to use this information.
218
219    Example 5: Flip-flops, or exchangers.
220
221    | loop_1
222    |   a = phi (1, b)
223    |   c = phi (3, d)
224    |   b = c
225    |   d = a
226    | endloop
227
228    a -> (1, c)_1
229    c -> (3, a)_1
230
231    Based on these symbolic chrecs, it is possible to refine this
232    information into the more precise PERIODIC_CHRECs:
233
234    a -> |1, 3|_1
235    c -> |3, 1|_1
236
237    This transformation is not yet implemented.
238
239    Further readings:
240
241    You can find a more detailed description of the algorithm in:
242    http://icps.u-strasbg.fr/~pop/DEA_03_Pop.pdf
243    http://icps.u-strasbg.fr/~pop/DEA_03_Pop.ps.gz.  But note that
244    this is a preliminary report and some of the details of the
245    algorithm have changed.  I'm working on a research report that
246    updates the description of the algorithms to reflect the design
247    choices used in this implementation.
248
249    A set of slides show a high level overview of the algorithm and run
250    an example through the scalar evolution analyzer:
251    http://cri.ensmp.fr/~pop/gcc/mar04/slides.pdf
252
253    The slides that I have presented at the GCC Summit'04 are available
254    at: http://cri.ensmp.fr/~pop/gcc/20040604/gccsummit-lno-spop.pdf
255 */
256
257 #include "config.h"
258 #include "system.h"
259 #include "coretypes.h"
260 #include "tm.h"
261 #include "ggc.h"
262 #include "tree.h"
263 #include "basic-block.h"
264 #include "diagnostic.h"
265 #include "tree-pretty-print.h"
266 #include "gimple-pretty-print.h"
267 #include "tree-flow.h"
268 #include "tree-dump.h"
269 #include "timevar.h"
270 #include "cfgloop.h"
271 #include "tree-chrec.h"
272 #include "tree-scalar-evolution.h"
273 #include "tree-pass.h"
274 #include "flags.h"
275 #include "params.h"
276
277 static tree analyze_scalar_evolution_1 (struct loop *, tree, tree);
278
279 /* The cached information about an SSA name VAR, claiming that below
280    basic block INSTANTIATED_BELOW, the value of VAR can be expressed
281    as CHREC.  */
282
283 struct GTY(()) scev_info_str {
284   basic_block instantiated_below;
285   tree var;
286   tree chrec;
287 };
288
289 /* Counters for the scev database.  */
290 static unsigned nb_set_scev = 0;
291 static unsigned nb_get_scev = 0;
292
293 /* The following trees are unique elements.  Thus the comparison of
294    another element to these elements should be done on the pointer to
295    these trees, and not on their value.  */
296
297 /* The SSA_NAMEs that are not yet analyzed are qualified with NULL_TREE.  */
298 tree chrec_not_analyzed_yet;
299
300 /* Reserved to the cases where the analyzer has detected an
301    undecidable property at compile time.  */
302 tree chrec_dont_know;
303
304 /* When the analyzer has detected that a property will never
305    happen, then it qualifies it with chrec_known.  */
306 tree chrec_known;
307
308 static GTY ((param_is (struct scev_info_str))) htab_t scalar_evolution_info;
309
310 \f
311 /* Constructs a new SCEV_INFO_STR structure for VAR and INSTANTIATED_BELOW.  */
312
313 static inline struct scev_info_str *
314 new_scev_info_str (basic_block instantiated_below, tree var)
315 {
316   struct scev_info_str *res;
317
318   res = GGC_NEW (struct scev_info_str);
319   res->var = var;
320   res->chrec = chrec_not_analyzed_yet;
321   res->instantiated_below = instantiated_below;
322
323   return res;
324 }
325
326 /* Computes a hash function for database element ELT.  */
327
328 static hashval_t
329 hash_scev_info (const void *elt)
330 {
331   return SSA_NAME_VERSION (((const struct scev_info_str *) elt)->var);
332 }
333
334 /* Compares database elements E1 and E2.  */
335
336 static int
337 eq_scev_info (const void *e1, const void *e2)
338 {
339   const struct scev_info_str *elt1 = (const struct scev_info_str *) e1;
340   const struct scev_info_str *elt2 = (const struct scev_info_str *) e2;
341
342   return (elt1->var == elt2->var
343           && elt1->instantiated_below == elt2->instantiated_below);
344 }
345
346 /* Deletes database element E.  */
347
348 static void
349 del_scev_info (void *e)
350 {
351   ggc_free (e);
352 }
353
354 /* Get the scalar evolution of VAR for INSTANTIATED_BELOW basic block.
355    A first query on VAR returns chrec_not_analyzed_yet.  */
356
357 static tree *
358 find_var_scev_info (basic_block instantiated_below, tree var)
359 {
360   struct scev_info_str *res;
361   struct scev_info_str tmp;
362   PTR *slot;
363
364   tmp.var = var;
365   tmp.instantiated_below = instantiated_below;
366   slot = htab_find_slot (scalar_evolution_info, &tmp, INSERT);
367
368   if (!*slot)
369     *slot = new_scev_info_str (instantiated_below, var);
370   res = (struct scev_info_str *) *slot;
371
372   return &res->chrec;
373 }
374
375 /* Return true when CHREC contains symbolic names defined in
376    LOOP_NB.  */
377
378 bool
379 chrec_contains_symbols_defined_in_loop (const_tree chrec, unsigned loop_nb)
380 {
381   int i, n;
382
383   if (chrec == NULL_TREE)
384     return false;
385
386   if (is_gimple_min_invariant (chrec))
387     return false;
388
389   if (TREE_CODE (chrec) == VAR_DECL
390       || TREE_CODE (chrec) == PARM_DECL
391       || TREE_CODE (chrec) == FUNCTION_DECL
392       || TREE_CODE (chrec) == LABEL_DECL
393       || TREE_CODE (chrec) == RESULT_DECL
394       || TREE_CODE (chrec) == FIELD_DECL)
395     return true;
396
397   if (TREE_CODE (chrec) == SSA_NAME)
398     {
399       gimple def = SSA_NAME_DEF_STMT (chrec);
400       struct loop *def_loop = loop_containing_stmt (def);
401       struct loop *loop = get_loop (loop_nb);
402
403       if (def_loop == NULL)
404         return false;
405
406       if (loop == def_loop || flow_loop_nested_p (loop, def_loop))
407         return true;
408
409       return false;
410     }
411
412   n = TREE_OPERAND_LENGTH (chrec);
413   for (i = 0; i < n; i++)
414     if (chrec_contains_symbols_defined_in_loop (TREE_OPERAND (chrec, i),
415                                                 loop_nb))
416       return true;
417   return false;
418 }
419
420 /* Return true when PHI is a loop-phi-node.  */
421
422 static bool
423 loop_phi_node_p (gimple phi)
424 {
425   /* The implementation of this function is based on the following
426      property: "all the loop-phi-nodes of a loop are contained in the
427      loop's header basic block".  */
428
429   return loop_containing_stmt (phi)->header == gimple_bb (phi);
430 }
431
432 /* Compute the scalar evolution for EVOLUTION_FN after crossing LOOP.
433    In general, in the case of multivariate evolutions we want to get
434    the evolution in different loops.  LOOP specifies the level for
435    which to get the evolution.
436
437    Example:
438
439    | for (j = 0; j < 100; j++)
440    |   {
441    |     for (k = 0; k < 100; k++)
442    |       {
443    |         i = k + j;   - Here the value of i is a function of j, k.
444    |       }
445    |      ... = i         - Here the value of i is a function of j.
446    |   }
447    | ... = i              - Here the value of i is a scalar.
448
449    Example:
450
451    | i_0 = ...
452    | loop_1 10 times
453    |   i_1 = phi (i_0, i_2)
454    |   i_2 = i_1 + 2
455    | endloop
456
457    This loop has the same effect as:
458    LOOP_1 has the same effect as:
459
460    | i_1 = i_0 + 20
461
462    The overall effect of the loop, "i_0 + 20" in the previous example,
463    is obtained by passing in the parameters: LOOP = 1,
464    EVOLUTION_FN = {i_0, +, 2}_1.
465 */
466
467 tree
468 compute_overall_effect_of_inner_loop (struct loop *loop, tree evolution_fn)
469 {
470   bool val = false;
471
472   if (evolution_fn == chrec_dont_know)
473     return chrec_dont_know;
474
475   else if (TREE_CODE (evolution_fn) == POLYNOMIAL_CHREC)
476     {
477       struct loop *inner_loop = get_chrec_loop (evolution_fn);
478
479       if (inner_loop == loop
480           || flow_loop_nested_p (loop, inner_loop))
481         {
482           tree nb_iter = number_of_latch_executions (inner_loop);
483
484           if (nb_iter == chrec_dont_know)
485             return chrec_dont_know;
486           else
487             {
488               tree res;
489
490               /* evolution_fn is the evolution function in LOOP.  Get
491                  its value in the nb_iter-th iteration.  */
492               res = chrec_apply (inner_loop->num, evolution_fn, nb_iter);
493
494               if (chrec_contains_symbols_defined_in_loop (res, loop->num))
495                 res = instantiate_parameters (loop, res);
496
497               /* Continue the computation until ending on a parent of LOOP.  */
498               return compute_overall_effect_of_inner_loop (loop, res);
499             }
500         }
501       else
502         return evolution_fn;
503      }
504
505   /* If the evolution function is an invariant, there is nothing to do.  */
506   else if (no_evolution_in_loop_p (evolution_fn, loop->num, &val) && val)
507     return evolution_fn;
508
509   else
510     return chrec_dont_know;
511 }
512
513 /* Determine whether the CHREC is always positive/negative.  If the expression
514    cannot be statically analyzed, return false, otherwise set the answer into
515    VALUE.  */
516
517 bool
518 chrec_is_positive (tree chrec, bool *value)
519 {
520   bool value0, value1, value2;
521   tree end_value, nb_iter;
522
523   switch (TREE_CODE (chrec))
524     {
525     case POLYNOMIAL_CHREC:
526       if (!chrec_is_positive (CHREC_LEFT (chrec), &value0)
527           || !chrec_is_positive (CHREC_RIGHT (chrec), &value1))
528         return false;
529
530       /* FIXME -- overflows.  */
531       if (value0 == value1)
532         {
533           *value = value0;
534           return true;
535         }
536
537       /* Otherwise the chrec is under the form: "{-197, +, 2}_1",
538          and the proof consists in showing that the sign never
539          changes during the execution of the loop, from 0 to
540          loop->nb_iterations.  */
541       if (!evolution_function_is_affine_p (chrec))
542         return false;
543
544       nb_iter = number_of_latch_executions (get_chrec_loop (chrec));
545       if (chrec_contains_undetermined (nb_iter))
546         return false;
547
548 #if 0
549       /* TODO -- If the test is after the exit, we may decrease the number of
550          iterations by one.  */
551       if (after_exit)
552         nb_iter = chrec_fold_minus (type, nb_iter, build_int_cst (type, 1));
553 #endif
554
555       end_value = chrec_apply (CHREC_VARIABLE (chrec), chrec, nb_iter);
556
557       if (!chrec_is_positive (end_value, &value2))
558         return false;
559
560       *value = value0;
561       return value0 == value1;
562
563     case INTEGER_CST:
564       *value = (tree_int_cst_sgn (chrec) == 1);
565       return true;
566
567     default:
568       return false;
569     }
570 }
571
572 /* Associate CHREC to SCALAR.  */
573
574 static void
575 set_scalar_evolution (basic_block instantiated_below, tree scalar, tree chrec)
576 {
577   tree *scalar_info;
578
579   if (TREE_CODE (scalar) != SSA_NAME)
580     return;
581
582   scalar_info = find_var_scev_info (instantiated_below, scalar);
583
584   if (dump_file)
585     {
586       if (dump_flags & TDF_DETAILS)
587         {
588           fprintf (dump_file, "(set_scalar_evolution \n");
589           fprintf (dump_file, "  instantiated_below = %d \n",
590                    instantiated_below->index);
591           fprintf (dump_file, "  (scalar = ");
592           print_generic_expr (dump_file, scalar, 0);
593           fprintf (dump_file, ")\n  (scalar_evolution = ");
594           print_generic_expr (dump_file, chrec, 0);
595           fprintf (dump_file, "))\n");
596         }
597       if (dump_flags & TDF_STATS)
598         nb_set_scev++;
599     }
600
601   *scalar_info = chrec;
602 }
603
604 /* Retrieve the chrec associated to SCALAR instantiated below
605    INSTANTIATED_BELOW block.  */
606
607 static tree
608 get_scalar_evolution (basic_block instantiated_below, tree scalar)
609 {
610   tree res;
611
612   if (dump_file)
613     {
614       if (dump_flags & TDF_DETAILS)
615         {
616           fprintf (dump_file, "(get_scalar_evolution \n");
617           fprintf (dump_file, "  (scalar = ");
618           print_generic_expr (dump_file, scalar, 0);
619           fprintf (dump_file, ")\n");
620         }
621       if (dump_flags & TDF_STATS)
622         nb_get_scev++;
623     }
624
625   switch (TREE_CODE (scalar))
626     {
627     case SSA_NAME:
628       res = *find_var_scev_info (instantiated_below, scalar);
629       break;
630
631     case REAL_CST:
632     case FIXED_CST:
633     case INTEGER_CST:
634       res = scalar;
635       break;
636
637     default:
638       res = chrec_not_analyzed_yet;
639       break;
640     }
641
642   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
643     {
644       fprintf (dump_file, "  (scalar_evolution = ");
645       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
646       fprintf (dump_file, "))\n");
647     }
648
649   return res;
650 }
651
652 /* Helper function for add_to_evolution.  Returns the evolution
653    function for an assignment of the form "a = b + c", where "a" and
654    "b" are on the strongly connected component.  CHREC_BEFORE is the
655    information that we already have collected up to this point.
656    TO_ADD is the evolution of "c".
657
658    When CHREC_BEFORE has an evolution part in LOOP_NB, add to this
659    evolution the expression TO_ADD, otherwise construct an evolution
660    part for this loop.  */
661
662 static tree
663 add_to_evolution_1 (unsigned loop_nb, tree chrec_before, tree to_add,
664                     gimple at_stmt)
665 {
666   tree type, left, right;
667   struct loop *loop = get_loop (loop_nb), *chloop;
668
669   switch (TREE_CODE (chrec_before))
670     {
671     case POLYNOMIAL_CHREC:
672       chloop = get_chrec_loop (chrec_before);
673       if (chloop == loop
674           || flow_loop_nested_p (chloop, loop))
675         {
676           unsigned var;
677
678           type = chrec_type (chrec_before);
679
680           /* When there is no evolution part in this loop, build it.  */
681           if (chloop != loop)
682             {
683               var = loop_nb;
684               left = chrec_before;
685               right = SCALAR_FLOAT_TYPE_P (type)
686                 ? build_real (type, dconst0)
687                 : build_int_cst (type, 0);
688             }
689           else
690             {
691               var = CHREC_VARIABLE (chrec_before);
692               left = CHREC_LEFT (chrec_before);
693               right = CHREC_RIGHT (chrec_before);
694             }
695
696           to_add = chrec_convert (type, to_add, at_stmt);
697           right = chrec_convert_rhs (type, right, at_stmt);
698           right = chrec_fold_plus (chrec_type (right), right, to_add);
699           return build_polynomial_chrec (var, left, right);
700         }
701       else
702         {
703           gcc_assert (flow_loop_nested_p (loop, chloop));
704
705           /* Search the evolution in LOOP_NB.  */
706           left = add_to_evolution_1 (loop_nb, CHREC_LEFT (chrec_before),
707                                      to_add, at_stmt);
708           right = CHREC_RIGHT (chrec_before);
709           right = chrec_convert_rhs (chrec_type (left), right, at_stmt);
710           return build_polynomial_chrec (CHREC_VARIABLE (chrec_before),
711                                          left, right);
712         }
713
714     default:
715       /* These nodes do not depend on a loop.  */
716       if (chrec_before == chrec_dont_know)
717         return chrec_dont_know;
718
719       left = chrec_before;
720       right = chrec_convert_rhs (chrec_type (left), to_add, at_stmt);
721       return build_polynomial_chrec (loop_nb, left, right);
722     }
723 }
724
725 /* Add TO_ADD to the evolution part of CHREC_BEFORE in the dimension
726    of LOOP_NB.
727
728    Description (provided for completeness, for those who read code in
729    a plane, and for my poor 62 bytes brain that would have forgotten
730    all this in the next two or three months):
731
732    The algorithm of translation of programs from the SSA representation
733    into the chrecs syntax is based on a pattern matching.  After having
734    reconstructed the overall tree expression for a loop, there are only
735    two cases that can arise:
736
737    1. a = loop-phi (init, a + expr)
738    2. a = loop-phi (init, expr)
739
740    where EXPR is either a scalar constant with respect to the analyzed
741    loop (this is a degree 0 polynomial), or an expression containing
742    other loop-phi definitions (these are higher degree polynomials).
743
744    Examples:
745
746    1.
747    | init = ...
748    | loop_1
749    |   a = phi (init, a + 5)
750    | endloop
751
752    2.
753    | inita = ...
754    | initb = ...
755    | loop_1
756    |   a = phi (inita, 2 * b + 3)
757    |   b = phi (initb, b + 1)
758    | endloop
759
760    For the first case, the semantics of the SSA representation is:
761
762    | a (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} expr (j)
763
764    that is, there is a loop index "x" that determines the scalar value
765    of the variable during the loop execution.  During the first
766    iteration, the value is that of the initial condition INIT, while
767    during the subsequent iterations, it is the sum of the initial
768    condition with the sum of all the values of EXPR from the initial
769    iteration to the before last considered iteration.
770
771    For the second case, the semantics of the SSA program is:
772
773    | a (x) = init, if x = 0;
774    |         expr (x - 1), otherwise.
775
776    The second case corresponds to the PEELED_CHREC, whose syntax is
777    close to the syntax of a loop-phi-node:
778
779    | phi (init, expr)  vs.  (init, expr)_x
780
781    The proof of the translation algorithm for the first case is a
782    proof by structural induction based on the degree of EXPR.
783
784    Degree 0:
785    When EXPR is a constant with respect to the analyzed loop, or in
786    other words when EXPR is a polynomial of degree 0, the evolution of
787    the variable A in the loop is an affine function with an initial
788    condition INIT, and a step EXPR.  In order to show this, we start
789    from the semantics of the SSA representation:
790
791    f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} expr (j)
792
793    and since "expr (j)" is a constant with respect to "j",
794
795    f (x) = init + x * expr
796
797    Finally, based on the semantics of the pure sum chrecs, by
798    identification we get the corresponding chrecs syntax:
799
800    f (x) = init * \binom{x}{0} + expr * \binom{x}{1}
801    f (x) -> {init, +, expr}_x
802
803    Higher degree:
804    Suppose that EXPR is a polynomial of degree N with respect to the
805    analyzed loop_x for which we have already determined that it is
806    written under the chrecs syntax:
807
808    | expr (x)  ->  {b_0, +, b_1, +, ..., +, b_{n-1}} (x)
809
810    We start from the semantics of the SSA program:
811
812    | f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1} expr (j)
813    |
814    | f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1}
815    |                (b_0 * \binom{j}{0} + ... + b_{n-1} * \binom{j}{n-1})
816    |
817    | f (x) = init + \sum_{j = 0}^{x - 1}
818    |                \sum_{k = 0}^{n - 1} (b_k * \binom{j}{k})
819    |
820    | f (x) = init + \sum_{k = 0}^{n - 1}
821    |                (b_k * \sum_{j = 0}^{x - 1} \binom{j}{k})
822    |
823    | f (x) = init + \sum_{k = 0}^{n - 1}
824    |                (b_k * \binom{x}{k + 1})
825    |
826    | f (x) = init + b_0 * \binom{x}{1} + ...
827    |              + b_{n-1} * \binom{x}{n}
828    |
829    | f (x) = init * \binom{x}{0} + b_0 * \binom{x}{1} + ...
830    |                             + b_{n-1} * \binom{x}{n}
831    |
832
833    And finally from the definition of the chrecs syntax, we identify:
834    | f (x)  ->  {init, +, b_0, +, ..., +, b_{n-1}}_x
835
836    This shows the mechanism that stands behind the add_to_evolution
837    function.  An important point is that the use of symbolic
838    parameters avoids the need of an analysis schedule.
839
840    Example:
841
842    | inita = ...
843    | initb = ...
844    | loop_1
845    |   a = phi (inita, a + 2 + b)
846    |   b = phi (initb, b + 1)
847    | endloop
848
849    When analyzing "a", the algorithm keeps "b" symbolically:
850
851    | a  ->  {inita, +, 2 + b}_1
852
853    Then, after instantiation, the analyzer ends on the evolution:
854
855    | a  ->  {inita, +, 2 + initb, +, 1}_1
856
857 */
858
859 static tree
860 add_to_evolution (unsigned loop_nb, tree chrec_before, enum tree_code code,
861                   tree to_add, gimple at_stmt)
862 {
863   tree type = chrec_type (to_add);
864   tree res = NULL_TREE;
865
866   if (to_add == NULL_TREE)
867     return chrec_before;
868
869   /* TO_ADD is either a scalar, or a parameter.  TO_ADD is not
870      instantiated at this point.  */
871   if (TREE_CODE (to_add) == POLYNOMIAL_CHREC)
872     /* This should not happen.  */
873     return chrec_dont_know;
874
875   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
876     {
877       fprintf (dump_file, "(add_to_evolution \n");
878       fprintf (dump_file, "  (loop_nb = %d)\n", loop_nb);
879       fprintf (dump_file, "  (chrec_before = ");
880       print_generic_expr (dump_file, chrec_before, 0);
881       fprintf (dump_file, ")\n  (to_add = ");
882       print_generic_expr (dump_file, to_add, 0);
883       fprintf (dump_file, ")\n");
884     }
885
886   if (code == MINUS_EXPR)
887     to_add = chrec_fold_multiply (type, to_add, SCALAR_FLOAT_TYPE_P (type)
888                                   ? build_real (type, dconstm1)
889                                   : build_int_cst_type (type, -1));
890
891   res = add_to_evolution_1 (loop_nb, chrec_before, to_add, at_stmt);
892
893   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
894     {
895       fprintf (dump_file, "  (res = ");
896       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
897       fprintf (dump_file, "))\n");
898     }
899
900   return res;
901 }
902
903 /* Helper function.  */
904
905 static inline tree
906 set_nb_iterations_in_loop (struct loop *loop,
907                            tree res)
908 {
909   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
910     {
911       fprintf (dump_file, "  (set_nb_iterations_in_loop = ");
912       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
913       fprintf (dump_file, "))\n");
914     }
915
916   loop->nb_iterations = res;
917   return res;
918 }
919
920 \f
921
922 /* This section selects the loops that will be good candidates for the
923    scalar evolution analysis.  For the moment, greedily select all the
924    loop nests we could analyze.  */
925
926 /* For a loop with a single exit edge, return the COND_EXPR that
927    guards the exit edge.  If the expression is too difficult to
928    analyze, then give up.  */
929
930 gimple
931 get_loop_exit_condition (const struct loop *loop)
932 {
933   gimple res = NULL;
934   edge exit_edge = single_exit (loop);
935
936   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
937     fprintf (dump_file, "(get_loop_exit_condition \n  ");
938
939   if (exit_edge)
940     {
941       gimple stmt;
942
943       stmt = last_stmt (exit_edge->src);
944       if (gimple_code (stmt) == GIMPLE_COND)
945         res = stmt;
946     }
947
948   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
949     {
950       print_gimple_stmt (dump_file, res, 0, 0);
951       fprintf (dump_file, ")\n");
952     }
953
954   return res;
955 }
956
957 /* Recursively determine and enqueue the exit conditions for a loop.  */
958
959 static void
960 get_exit_conditions_rec (struct loop *loop,
961                          VEC(gimple,heap) **exit_conditions)
962 {
963   if (!loop)
964     return;
965
966   /* Recurse on the inner loops, then on the next (sibling) loops.  */
967   get_exit_conditions_rec (loop->inner, exit_conditions);
968   get_exit_conditions_rec (loop->next, exit_conditions);
969
970   if (single_exit (loop))
971     {
972       gimple loop_condition = get_loop_exit_condition (loop);
973
974       if (loop_condition)
975         VEC_safe_push (gimple, heap, *exit_conditions, loop_condition);
976     }
977 }
978
979 /* Select the candidate loop nests for the analysis.  This function
980    initializes the EXIT_CONDITIONS array.  */
981
982 static void
983 select_loops_exit_conditions (VEC(gimple,heap) **exit_conditions)
984 {
985   struct loop *function_body = current_loops->tree_root;
986
987   get_exit_conditions_rec (function_body->inner, exit_conditions);
988 }
989
990 \f
991 /* Depth first search algorithm.  */
992
993 typedef enum t_bool {
994   t_false,
995   t_true,
996   t_dont_know
997 } t_bool;
998
999
1000 static t_bool follow_ssa_edge (struct loop *loop, gimple, gimple, tree *, int);
1001
1002 /* Follow the ssa edge into the binary expression RHS0 CODE RHS1.
1003    Return true if the strongly connected component has been found.  */
1004
1005 static t_bool
1006 follow_ssa_edge_binary (struct loop *loop, gimple at_stmt,
1007                         tree type, tree rhs0, enum tree_code code, tree rhs1,
1008                         gimple halting_phi, tree *evolution_of_loop, int limit)
1009 {
1010   t_bool res = t_false;
1011   tree evol;
1012
1013   switch (code)
1014     {
1015     case POINTER_PLUS_EXPR:
1016     case PLUS_EXPR:
1017       if (TREE_CODE (rhs0) == SSA_NAME)
1018         {
1019           if (TREE_CODE (rhs1) == SSA_NAME)
1020             {
1021               /* Match an assignment under the form:
1022                  "a = b + c".  */
1023
1024               /* We want only assignments of form "name + name" contribute to
1025                  LIMIT, as the other cases do not necessarily contribute to
1026                  the complexity of the expression.  */
1027               limit++;
1028
1029               evol = *evolution_of_loop;
1030               res = follow_ssa_edge
1031                 (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs0), halting_phi, &evol, limit);
1032
1033               if (res == t_true)
1034                 *evolution_of_loop = add_to_evolution
1035                   (loop->num,
1036                    chrec_convert (type, evol, at_stmt),
1037                    code, rhs1, at_stmt);
1038
1039               else if (res == t_false)
1040                 {
1041                   res = follow_ssa_edge
1042                     (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs1), halting_phi,
1043                      evolution_of_loop, limit);
1044
1045                   if (res == t_true)
1046                     *evolution_of_loop = add_to_evolution
1047                       (loop->num,
1048                        chrec_convert (type, *evolution_of_loop, at_stmt),
1049                        code, rhs0, at_stmt);
1050
1051                   else if (res == t_dont_know)
1052                     *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1053                 }
1054
1055               else if (res == t_dont_know)
1056                 *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1057             }
1058
1059           else
1060             {
1061               /* Match an assignment under the form:
1062                  "a = b + ...".  */
1063               res = follow_ssa_edge
1064                 (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs0), halting_phi,
1065                  evolution_of_loop, limit);
1066               if (res == t_true)
1067                 *evolution_of_loop = add_to_evolution
1068                   (loop->num, chrec_convert (type, *evolution_of_loop,
1069                                              at_stmt),
1070                    code, rhs1, at_stmt);
1071
1072               else if (res == t_dont_know)
1073                 *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1074             }
1075         }
1076
1077       else if (TREE_CODE (rhs1) == SSA_NAME)
1078         {
1079           /* Match an assignment under the form:
1080              "a = ... + c".  */
1081           res = follow_ssa_edge
1082             (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs1), halting_phi,
1083              evolution_of_loop, limit);
1084           if (res == t_true)
1085             *evolution_of_loop = add_to_evolution
1086               (loop->num, chrec_convert (type, *evolution_of_loop,
1087                                          at_stmt),
1088                code, rhs0, at_stmt);
1089
1090           else if (res == t_dont_know)
1091             *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1092         }
1093
1094       else
1095         /* Otherwise, match an assignment under the form:
1096            "a = ... + ...".  */
1097         /* And there is nothing to do.  */
1098         res = t_false;
1099       break;
1100
1101     case MINUS_EXPR:
1102       /* This case is under the form "opnd0 = rhs0 - rhs1".  */
1103       if (TREE_CODE (rhs0) == SSA_NAME)
1104         {
1105           /* Match an assignment under the form:
1106              "a = b - ...".  */
1107
1108           /* We want only assignments of form "name - name" contribute to
1109              LIMIT, as the other cases do not necessarily contribute to
1110              the complexity of the expression.  */
1111           if (TREE_CODE (rhs1) == SSA_NAME)
1112             limit++;
1113
1114           res = follow_ssa_edge (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs0), halting_phi,
1115                                  evolution_of_loop, limit);
1116           if (res == t_true)
1117             *evolution_of_loop = add_to_evolution
1118               (loop->num, chrec_convert (type, *evolution_of_loop, at_stmt),
1119                MINUS_EXPR, rhs1, at_stmt);
1120
1121           else if (res == t_dont_know)
1122             *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1123         }
1124       else
1125         /* Otherwise, match an assignment under the form:
1126            "a = ... - ...".  */
1127         /* And there is nothing to do.  */
1128         res = t_false;
1129       break;
1130
1131     default:
1132       res = t_false;
1133     }
1134
1135   return res;
1136 }
1137
1138 /* Follow the ssa edge into the expression EXPR.
1139    Return true if the strongly connected component has been found.  */
1140
1141 static t_bool
1142 follow_ssa_edge_expr (struct loop *loop, gimple at_stmt, tree expr,
1143                       gimple halting_phi, tree *evolution_of_loop, int limit)
1144 {
1145   enum tree_code code = TREE_CODE (expr);
1146   tree type = TREE_TYPE (expr), rhs0, rhs1;
1147   t_bool res;
1148
1149   /* The EXPR is one of the following cases:
1150      - an SSA_NAME,
1151      - an INTEGER_CST,
1152      - a PLUS_EXPR,
1153      - a POINTER_PLUS_EXPR,
1154      - a MINUS_EXPR,
1155      - an ASSERT_EXPR,
1156      - other cases are not yet handled.  */
1157
1158   switch (code)
1159     {
1160     CASE_CONVERT:
1161       /* This assignment is under the form "a_1 = (cast) rhs.  */
1162       res = follow_ssa_edge_expr (loop, at_stmt, TREE_OPERAND (expr, 0),
1163                                   halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1164       *evolution_of_loop = chrec_convert (type, *evolution_of_loop, at_stmt);
1165       break;
1166
1167     case INTEGER_CST:
1168       /* This assignment is under the form "a_1 = 7".  */
1169       res = t_false;
1170       break;
1171
1172     case SSA_NAME:
1173       /* This assignment is under the form: "a_1 = b_2".  */
1174       res = follow_ssa_edge
1175         (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (expr), halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1176       break;
1177
1178     case POINTER_PLUS_EXPR:
1179     case PLUS_EXPR:
1180     case MINUS_EXPR:
1181       /* This case is under the form "rhs0 +- rhs1".  */
1182       rhs0 = TREE_OPERAND (expr, 0);
1183       rhs1 = TREE_OPERAND (expr, 1);
1184       type = TREE_TYPE (rhs0);
1185       STRIP_USELESS_TYPE_CONVERSION (rhs0);
1186       STRIP_USELESS_TYPE_CONVERSION (rhs1);
1187       res = follow_ssa_edge_binary (loop, at_stmt, type, rhs0, code, rhs1,
1188                                     halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1189       break;
1190
1191     case ASSERT_EXPR:
1192       /* This assignment is of the form: "a_1 = ASSERT_EXPR <a_2, ...>"
1193          It must be handled as a copy assignment of the form a_1 = a_2.  */
1194       rhs0 = ASSERT_EXPR_VAR (expr);
1195       if (TREE_CODE (rhs0) == SSA_NAME)
1196         res = follow_ssa_edge (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (rhs0),
1197                                halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1198       else
1199         res = t_false;
1200       break;
1201
1202     default:
1203       res = t_false;
1204       break;
1205     }
1206
1207   return res;
1208 }
1209
1210 /* Follow the ssa edge into the right hand side of an assignment STMT.
1211    Return true if the strongly connected component has been found.  */
1212
1213 static t_bool
1214 follow_ssa_edge_in_rhs (struct loop *loop, gimple stmt,
1215                         gimple halting_phi, tree *evolution_of_loop, int limit)
1216 {
1217   enum tree_code code = gimple_assign_rhs_code (stmt);
1218   tree type = gimple_expr_type (stmt), rhs1, rhs2;
1219   t_bool res;
1220
1221   switch (code)
1222     {
1223     CASE_CONVERT:
1224       /* This assignment is under the form "a_1 = (cast) rhs.  */
1225       res = follow_ssa_edge_expr (loop, stmt, gimple_assign_rhs1 (stmt),
1226                                   halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1227       *evolution_of_loop = chrec_convert (type, *evolution_of_loop, stmt);
1228       break;
1229
1230     case POINTER_PLUS_EXPR:
1231     case PLUS_EXPR:
1232     case MINUS_EXPR:
1233       rhs1 = gimple_assign_rhs1 (stmt);
1234       rhs2 = gimple_assign_rhs2 (stmt);
1235       type = TREE_TYPE (rhs1);
1236       res = follow_ssa_edge_binary (loop, stmt, type, rhs1, code, rhs2,
1237                                     halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1238       break;
1239
1240     default:
1241       if (get_gimple_rhs_class (code) == GIMPLE_SINGLE_RHS)
1242         res = follow_ssa_edge_expr (loop, stmt, gimple_assign_rhs1 (stmt),
1243                                     halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1244       else
1245         res = t_false;
1246       break;
1247     }
1248
1249   return res;
1250 }
1251
1252 /* Checks whether the I-th argument of a PHI comes from a backedge.  */
1253
1254 static bool
1255 backedge_phi_arg_p (gimple phi, int i)
1256 {
1257   const_edge e = gimple_phi_arg_edge (phi, i);
1258
1259   /* We would in fact like to test EDGE_DFS_BACK here, but we do not care
1260      about updating it anywhere, and this should work as well most of the
1261      time.  */
1262   if (e->flags & EDGE_IRREDUCIBLE_LOOP)
1263     return true;
1264
1265   return false;
1266 }
1267
1268 /* Helper function for one branch of the condition-phi-node.  Return
1269    true if the strongly connected component has been found following
1270    this path.  */
1271
1272 static inline t_bool
1273 follow_ssa_edge_in_condition_phi_branch (int i,
1274                                          struct loop *loop,
1275                                          gimple condition_phi,
1276                                          gimple halting_phi,
1277                                          tree *evolution_of_branch,
1278                                          tree init_cond, int limit)
1279 {
1280   tree branch = PHI_ARG_DEF (condition_phi, i);
1281   *evolution_of_branch = chrec_dont_know;
1282
1283   /* Do not follow back edges (they must belong to an irreducible loop, which
1284      we really do not want to worry about).  */
1285   if (backedge_phi_arg_p (condition_phi, i))
1286     return t_false;
1287
1288   if (TREE_CODE (branch) == SSA_NAME)
1289     {
1290       *evolution_of_branch = init_cond;
1291       return follow_ssa_edge (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (branch), halting_phi,
1292                               evolution_of_branch, limit);
1293     }
1294
1295   /* This case occurs when one of the condition branches sets
1296      the variable to a constant: i.e. a phi-node like
1297      "a_2 = PHI <a_7(5), 2(6)>;".
1298
1299      FIXME:  This case have to be refined correctly:
1300      in some cases it is possible to say something better than
1301      chrec_dont_know, for example using a wrap-around notation.  */
1302   return t_false;
1303 }
1304
1305 /* This function merges the branches of a condition-phi-node in a
1306    loop.  */
1307
1308 static t_bool
1309 follow_ssa_edge_in_condition_phi (struct loop *loop,
1310                                   gimple condition_phi,
1311                                   gimple halting_phi,
1312                                   tree *evolution_of_loop, int limit)
1313 {
1314   int i, n;
1315   tree init = *evolution_of_loop;
1316   tree evolution_of_branch;
1317   t_bool res = follow_ssa_edge_in_condition_phi_branch (0, loop, condition_phi,
1318                                                         halting_phi,
1319                                                         &evolution_of_branch,
1320                                                         init, limit);
1321   if (res == t_false || res == t_dont_know)
1322     return res;
1323
1324   *evolution_of_loop = evolution_of_branch;
1325
1326   n = gimple_phi_num_args (condition_phi);
1327   for (i = 1; i < n; i++)
1328     {
1329       /* Quickly give up when the evolution of one of the branches is
1330          not known.  */
1331       if (*evolution_of_loop == chrec_dont_know)
1332         return t_true;
1333
1334       /* Increase the limit by the PHI argument number to avoid exponential
1335          time and memory complexity.  */
1336       res = follow_ssa_edge_in_condition_phi_branch (i, loop, condition_phi,
1337                                                      halting_phi,
1338                                                      &evolution_of_branch,
1339                                                      init, limit + i);
1340       if (res == t_false || res == t_dont_know)
1341         return res;
1342
1343       *evolution_of_loop = chrec_merge (*evolution_of_loop,
1344                                         evolution_of_branch);
1345     }
1346
1347   return t_true;
1348 }
1349
1350 /* Follow an SSA edge in an inner loop.  It computes the overall
1351    effect of the loop, and following the symbolic initial conditions,
1352    it follows the edges in the parent loop.  The inner loop is
1353    considered as a single statement.  */
1354
1355 static t_bool
1356 follow_ssa_edge_inner_loop_phi (struct loop *outer_loop,
1357                                 gimple loop_phi_node,
1358                                 gimple halting_phi,
1359                                 tree *evolution_of_loop, int limit)
1360 {
1361   struct loop *loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1362   tree ev = analyze_scalar_evolution (loop, PHI_RESULT (loop_phi_node));
1363
1364   /* Sometimes, the inner loop is too difficult to analyze, and the
1365      result of the analysis is a symbolic parameter.  */
1366   if (ev == PHI_RESULT (loop_phi_node))
1367     {
1368       t_bool res = t_false;
1369       int i, n = gimple_phi_num_args (loop_phi_node);
1370
1371       for (i = 0; i < n; i++)
1372         {
1373           tree arg = PHI_ARG_DEF (loop_phi_node, i);
1374           basic_block bb;
1375
1376           /* Follow the edges that exit the inner loop.  */
1377           bb = gimple_phi_arg_edge (loop_phi_node, i)->src;
1378           if (!flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1379             res = follow_ssa_edge_expr (outer_loop, loop_phi_node,
1380                                         arg, halting_phi,
1381                                         evolution_of_loop, limit);
1382           if (res == t_true)
1383             break;
1384         }
1385
1386       /* If the path crosses this loop-phi, give up.  */
1387       if (res == t_true)
1388         *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1389
1390       return res;
1391     }
1392
1393   /* Otherwise, compute the overall effect of the inner loop.  */
1394   ev = compute_overall_effect_of_inner_loop (loop, ev);
1395   return follow_ssa_edge_expr (outer_loop, loop_phi_node, ev, halting_phi,
1396                                evolution_of_loop, limit);
1397 }
1398
1399 /* Follow an SSA edge from a loop-phi-node to itself, constructing a
1400    path that is analyzed on the return walk.  */
1401
1402 static t_bool
1403 follow_ssa_edge (struct loop *loop, gimple def, gimple halting_phi,
1404                  tree *evolution_of_loop, int limit)
1405 {
1406   struct loop *def_loop;
1407
1408   if (gimple_nop_p (def))
1409     return t_false;
1410
1411   /* Give up if the path is longer than the MAX that we allow.  */
1412   if (limit > PARAM_VALUE (PARAM_SCEV_MAX_EXPR_SIZE))
1413     return t_dont_know;
1414
1415   def_loop = loop_containing_stmt (def);
1416
1417   switch (gimple_code (def))
1418     {
1419     case GIMPLE_PHI:
1420       if (!loop_phi_node_p (def))
1421         /* DEF is a condition-phi-node.  Follow the branches, and
1422            record their evolutions.  Finally, merge the collected
1423            information and set the approximation to the main
1424            variable.  */
1425         return follow_ssa_edge_in_condition_phi
1426           (loop, def, halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1427
1428       /* When the analyzed phi is the halting_phi, the
1429          depth-first search is over: we have found a path from
1430          the halting_phi to itself in the loop.  */
1431       if (def == halting_phi)
1432         return t_true;
1433
1434       /* Otherwise, the evolution of the HALTING_PHI depends
1435          on the evolution of another loop-phi-node, i.e. the
1436          evolution function is a higher degree polynomial.  */
1437       if (def_loop == loop)
1438         return t_false;
1439
1440       /* Inner loop.  */
1441       if (flow_loop_nested_p (loop, def_loop))
1442         return follow_ssa_edge_inner_loop_phi
1443           (loop, def, halting_phi, evolution_of_loop, limit + 1);
1444
1445       /* Outer loop.  */
1446       return t_false;
1447
1448     case GIMPLE_ASSIGN:
1449       return follow_ssa_edge_in_rhs (loop, def, halting_phi,
1450                                      evolution_of_loop, limit);
1451
1452     default:
1453       /* At this level of abstraction, the program is just a set
1454          of GIMPLE_ASSIGNs and PHI_NODEs.  In principle there is no
1455          other node to be handled.  */
1456       return t_false;
1457     }
1458 }
1459
1460 \f
1461
1462 /* Given a LOOP_PHI_NODE, this function determines the evolution
1463    function from LOOP_PHI_NODE to LOOP_PHI_NODE in the loop.  */
1464
1465 static tree
1466 analyze_evolution_in_loop (gimple loop_phi_node,
1467                            tree init_cond)
1468 {
1469   int i, n = gimple_phi_num_args (loop_phi_node);
1470   tree evolution_function = chrec_not_analyzed_yet;
1471   struct loop *loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1472   basic_block bb;
1473
1474   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1475     {
1476       fprintf (dump_file, "(analyze_evolution_in_loop \n");
1477       fprintf (dump_file, "  (loop_phi_node = ");
1478       print_gimple_stmt (dump_file, loop_phi_node, 0, 0);
1479       fprintf (dump_file, ")\n");
1480     }
1481
1482   for (i = 0; i < n; i++)
1483     {
1484       tree arg = PHI_ARG_DEF (loop_phi_node, i);
1485       gimple ssa_chain;
1486       tree ev_fn;
1487       t_bool res;
1488
1489       /* Select the edges that enter the loop body.  */
1490       bb = gimple_phi_arg_edge (loop_phi_node, i)->src;
1491       if (!flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1492         continue;
1493
1494       if (TREE_CODE (arg) == SSA_NAME)
1495         {
1496           bool val = false;
1497
1498           ssa_chain = SSA_NAME_DEF_STMT (arg);
1499
1500           /* Pass in the initial condition to the follow edge function.  */
1501           ev_fn = init_cond;
1502           res = follow_ssa_edge (loop, ssa_chain, loop_phi_node, &ev_fn, 0);
1503
1504           /* If ev_fn has no evolution in the inner loop, and the
1505              init_cond is not equal to ev_fn, then we have an
1506              ambiguity between two possible values, as we cannot know
1507              the number of iterations at this point.  */
1508           if (TREE_CODE (ev_fn) != POLYNOMIAL_CHREC
1509               && no_evolution_in_loop_p (ev_fn, loop->num, &val) && val
1510               && !operand_equal_p (init_cond, ev_fn, 0))
1511             ev_fn = chrec_dont_know;
1512         }
1513       else
1514         res = t_false;
1515
1516       /* When it is impossible to go back on the same
1517          loop_phi_node by following the ssa edges, the
1518          evolution is represented by a peeled chrec, i.e. the
1519          first iteration, EV_FN has the value INIT_COND, then
1520          all the other iterations it has the value of ARG.
1521          For the moment, PEELED_CHREC nodes are not built.  */
1522       if (res != t_true)
1523         ev_fn = chrec_dont_know;
1524
1525       /* When there are multiple back edges of the loop (which in fact never
1526          happens currently, but nevertheless), merge their evolutions.  */
1527       evolution_function = chrec_merge (evolution_function, ev_fn);
1528     }
1529
1530   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1531     {
1532       fprintf (dump_file, "  (evolution_function = ");
1533       print_generic_expr (dump_file, evolution_function, 0);
1534       fprintf (dump_file, "))\n");
1535     }
1536
1537   return evolution_function;
1538 }
1539
1540 /* Given a loop-phi-node, return the initial conditions of the
1541    variable on entry of the loop.  When the CCP has propagated
1542    constants into the loop-phi-node, the initial condition is
1543    instantiated, otherwise the initial condition is kept symbolic.
1544    This analyzer does not analyze the evolution outside the current
1545    loop, and leaves this task to the on-demand tree reconstructor.  */
1546
1547 static tree
1548 analyze_initial_condition (gimple loop_phi_node)
1549 {
1550   int i, n;
1551   tree init_cond = chrec_not_analyzed_yet;
1552   struct loop *loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1553
1554   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1555     {
1556       fprintf (dump_file, "(analyze_initial_condition \n");
1557       fprintf (dump_file, "  (loop_phi_node = \n");
1558       print_gimple_stmt (dump_file, loop_phi_node, 0, 0);
1559       fprintf (dump_file, ")\n");
1560     }
1561
1562   n = gimple_phi_num_args (loop_phi_node);
1563   for (i = 0; i < n; i++)
1564     {
1565       tree branch = PHI_ARG_DEF (loop_phi_node, i);
1566       basic_block bb = gimple_phi_arg_edge (loop_phi_node, i)->src;
1567
1568       /* When the branch is oriented to the loop's body, it does
1569          not contribute to the initial condition.  */
1570       if (flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1571         continue;
1572
1573       if (init_cond == chrec_not_analyzed_yet)
1574         {
1575           init_cond = branch;
1576           continue;
1577         }
1578
1579       if (TREE_CODE (branch) == SSA_NAME)
1580         {
1581           init_cond = chrec_dont_know;
1582           break;
1583         }
1584
1585       init_cond = chrec_merge (init_cond, branch);
1586     }
1587
1588   /* Ooops -- a loop without an entry???  */
1589   if (init_cond == chrec_not_analyzed_yet)
1590     init_cond = chrec_dont_know;
1591
1592   /* During early loop unrolling we do not have fully constant propagated IL.
1593      Handle degenerate PHIs here to not miss important unrollings.  */
1594   if (TREE_CODE (init_cond) == SSA_NAME)
1595     {
1596       gimple def = SSA_NAME_DEF_STMT (init_cond);
1597       tree res;
1598       if (gimple_code (def) == GIMPLE_PHI
1599           && (res = degenerate_phi_result (def)) != NULL_TREE
1600           /* Only allow invariants here, otherwise we may break
1601              loop-closed SSA form.  */
1602           && is_gimple_min_invariant (res))
1603         init_cond = res;
1604     }
1605
1606   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1607     {
1608       fprintf (dump_file, "  (init_cond = ");
1609       print_generic_expr (dump_file, init_cond, 0);
1610       fprintf (dump_file, "))\n");
1611     }
1612
1613   return init_cond;
1614 }
1615
1616 /* Analyze the scalar evolution for LOOP_PHI_NODE.  */
1617
1618 static tree
1619 interpret_loop_phi (struct loop *loop, gimple loop_phi_node)
1620 {
1621   tree res;
1622   struct loop *phi_loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1623   tree init_cond;
1624
1625   if (phi_loop != loop)
1626     {
1627       struct loop *subloop;
1628       tree evolution_fn = analyze_scalar_evolution
1629         (phi_loop, PHI_RESULT (loop_phi_node));
1630
1631       /* Dive one level deeper.  */
1632       subloop = superloop_at_depth (phi_loop, loop_depth (loop) + 1);
1633
1634       /* Interpret the subloop.  */
1635       res = compute_overall_effect_of_inner_loop (subloop, evolution_fn);
1636       return res;
1637     }
1638
1639   /* Otherwise really interpret the loop phi.  */
1640   init_cond = analyze_initial_condition (loop_phi_node);
1641   res = analyze_evolution_in_loop (loop_phi_node, init_cond);
1642
1643   /* Verify we maintained the correct initial condition throughout
1644      possible conversions in the SSA chain.  */
1645   if (res != chrec_dont_know)
1646     {
1647       tree new_init = res;
1648       if (CONVERT_EXPR_P (res)
1649           && TREE_CODE (TREE_OPERAND (res, 0)) == POLYNOMIAL_CHREC)
1650         new_init = fold_convert (TREE_TYPE (res),
1651                                  CHREC_LEFT (TREE_OPERAND (res, 0)));
1652       else if (TREE_CODE (res) == POLYNOMIAL_CHREC)
1653         new_init = CHREC_LEFT (res);
1654       STRIP_USELESS_TYPE_CONVERSION (new_init);
1655       gcc_assert (TREE_CODE (new_init) != POLYNOMIAL_CHREC);
1656       if (!operand_equal_p (init_cond, new_init, 0))
1657         return chrec_dont_know;
1658     }
1659
1660   return res;
1661 }
1662
1663 /* This function merges the branches of a condition-phi-node,
1664    contained in the outermost loop, and whose arguments are already
1665    analyzed.  */
1666
1667 static tree
1668 interpret_condition_phi (struct loop *loop, gimple condition_phi)
1669 {
1670   int i, n = gimple_phi_num_args (condition_phi);
1671   tree res = chrec_not_analyzed_yet;
1672
1673   for (i = 0; i < n; i++)
1674     {
1675       tree branch_chrec;
1676
1677       if (backedge_phi_arg_p (condition_phi, i))
1678         {
1679           res = chrec_dont_know;
1680           break;
1681         }
1682
1683       branch_chrec = analyze_scalar_evolution
1684         (loop, PHI_ARG_DEF (condition_phi, i));
1685
1686       res = chrec_merge (res, branch_chrec);
1687     }
1688
1689   return res;
1690 }
1691
1692 /* Interpret the operation RHS1 OP RHS2.  If we didn't
1693    analyze this node before, follow the definitions until ending
1694    either on an analyzed GIMPLE_ASSIGN, or on a loop-phi-node.  On the
1695    return path, this function propagates evolutions (ala constant copy
1696    propagation).  OPND1 is not a GIMPLE expression because we could
1697    analyze the effect of an inner loop: see interpret_loop_phi.  */
1698
1699 static tree
1700 interpret_rhs_expr (struct loop *loop, gimple at_stmt,
1701                     tree type, tree rhs1, enum tree_code code, tree rhs2)
1702 {
1703   tree res, chrec1, chrec2;
1704
1705   if (get_gimple_rhs_class (code) == GIMPLE_SINGLE_RHS)
1706     {
1707       if (is_gimple_min_invariant (rhs1))
1708         return chrec_convert (type, rhs1, at_stmt);
1709
1710       if (code == SSA_NAME)
1711         return chrec_convert (type, analyze_scalar_evolution (loop, rhs1),
1712                               at_stmt);
1713
1714       if (code == ASSERT_EXPR)
1715         {
1716           rhs1 = ASSERT_EXPR_VAR (rhs1);
1717           return chrec_convert (type, analyze_scalar_evolution (loop, rhs1),
1718                                 at_stmt);
1719         }
1720
1721       return chrec_dont_know;
1722     }
1723
1724   switch (code)
1725     {
1726     case POINTER_PLUS_EXPR:
1727       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1728       chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1729       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1730       chrec2 = chrec_convert (sizetype, chrec2, at_stmt);
1731       res = chrec_fold_plus (type, chrec1, chrec2);
1732       break;
1733
1734     case PLUS_EXPR:
1735       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1736       chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1737       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1738       chrec2 = chrec_convert (type, chrec2, at_stmt);
1739       res = chrec_fold_plus (type, chrec1, chrec2);
1740       break;
1741
1742     case MINUS_EXPR:
1743       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1744       chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1745       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1746       chrec2 = chrec_convert (type, chrec2, at_stmt);
1747       res = chrec_fold_minus (type, chrec1, chrec2);
1748       break;
1749
1750     case NEGATE_EXPR:
1751       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1752       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1753       /* TYPE may be integer, real or complex, so use fold_convert.  */
1754       res = chrec_fold_multiply (type, chrec1,
1755                                  fold_convert (type, integer_minus_one_node));
1756       break;
1757
1758     case BIT_NOT_EXPR:
1759       /* Handle ~X as -1 - X.  */
1760       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1761       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1762       res = chrec_fold_minus (type,
1763                               fold_convert (type, integer_minus_one_node),
1764                               chrec1);
1765       break;
1766
1767     case MULT_EXPR:
1768       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1769       chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1770       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1771       chrec2 = chrec_convert (type, chrec2, at_stmt);
1772       res = chrec_fold_multiply (type, chrec1, chrec2);
1773       break;
1774
1775     CASE_CONVERT:
1776       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1777       res = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1778       break;
1779
1780     default:
1781       res = chrec_dont_know;
1782       break;
1783     }
1784
1785   return res;
1786 }
1787
1788 /* Interpret the expression EXPR.  */
1789
1790 static tree
1791 interpret_expr (struct loop *loop, gimple at_stmt, tree expr)
1792 {
1793   enum tree_code code;
1794   tree type = TREE_TYPE (expr), op0, op1;
1795
1796   if (automatically_generated_chrec_p (expr))
1797     return expr;
1798
1799   if (TREE_CODE (expr) == POLYNOMIAL_CHREC)
1800     return chrec_dont_know;
1801
1802   extract_ops_from_tree (expr, &code, &op0, &op1);
1803
1804   return interpret_rhs_expr (loop, at_stmt, type,
1805                              op0, code, op1);
1806 }
1807
1808 /* Interpret the rhs of the assignment STMT.  */
1809
1810 static tree
1811 interpret_gimple_assign (struct loop *loop, gimple stmt)
1812 {
1813   tree type = TREE_TYPE (gimple_assign_lhs (stmt));
1814   enum tree_code code = gimple_assign_rhs_code (stmt);
1815
1816   return interpret_rhs_expr (loop, stmt, type,
1817                              gimple_assign_rhs1 (stmt), code,
1818                              gimple_assign_rhs2 (stmt));
1819 }
1820
1821 \f
1822
1823 /* This section contains all the entry points:
1824    - number_of_iterations_in_loop,
1825    - analyze_scalar_evolution,
1826    - instantiate_parameters.
1827 */
1828
1829 /* Compute and return the evolution function in WRTO_LOOP, the nearest
1830    common ancestor of DEF_LOOP and USE_LOOP.  */
1831
1832 static tree
1833 compute_scalar_evolution_in_loop (struct loop *wrto_loop,
1834                                   struct loop *def_loop,
1835                                   tree ev)
1836 {
1837   tree res;
1838   if (def_loop == wrto_loop)
1839     return ev;
1840
1841   def_loop = superloop_at_depth (def_loop, loop_depth (wrto_loop) + 1);
1842   res = compute_overall_effect_of_inner_loop (def_loop, ev);
1843
1844   return analyze_scalar_evolution_1 (wrto_loop, res, chrec_not_analyzed_yet);
1845 }
1846
1847 /* Helper recursive function.  */
1848
1849 static tree
1850 analyze_scalar_evolution_1 (struct loop *loop, tree var, tree res)
1851 {
1852   tree type = TREE_TYPE (var);
1853   gimple def;
1854   basic_block bb;
1855   struct loop *def_loop;
1856
1857   if (loop == NULL || TREE_CODE (type) == VECTOR_TYPE)
1858     return chrec_dont_know;
1859
1860   if (TREE_CODE (var) != SSA_NAME)
1861     return interpret_expr (loop, NULL, var);
1862
1863   def = SSA_NAME_DEF_STMT (var);
1864   bb = gimple_bb (def);
1865   def_loop = bb ? bb->loop_father : NULL;
1866
1867   if (bb == NULL
1868       || !flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1869     {
1870       /* Keep the symbolic form.  */
1871       res = var;
1872       goto set_and_end;
1873     }
1874
1875   if (res != chrec_not_analyzed_yet)
1876     {
1877       if (loop != bb->loop_father)
1878         res = compute_scalar_evolution_in_loop
1879             (find_common_loop (loop, bb->loop_father), bb->loop_father, res);
1880
1881       goto set_and_end;
1882     }
1883
1884   if (loop != def_loop)
1885     {
1886       res = analyze_scalar_evolution_1 (def_loop, var, chrec_not_analyzed_yet);
1887       res = compute_scalar_evolution_in_loop (loop, def_loop, res);
1888
1889       goto set_and_end;
1890     }
1891
1892   switch (gimple_code (def))
1893     {
1894     case GIMPLE_ASSIGN:
1895       res = interpret_gimple_assign (loop, def);
1896       break;
1897
1898     case GIMPLE_PHI:
1899       if (loop_phi_node_p (def))
1900         res = interpret_loop_phi (loop, def);
1901       else
1902         res = interpret_condition_phi (loop, def);
1903       break;
1904
1905     default:
1906       res = chrec_dont_know;
1907       break;
1908     }
1909
1910  set_and_end:
1911
1912   /* Keep the symbolic form.  */
1913   if (res == chrec_dont_know)
1914     res = var;
1915
1916   if (loop == def_loop)
1917     set_scalar_evolution (block_before_loop (loop), var, res);
1918
1919   return res;
1920 }
1921
1922 /* Analyzes and returns the scalar evolution of the ssa_name VAR in
1923    LOOP.  LOOP is the loop in which the variable is used.
1924
1925    Example of use: having a pointer VAR to a SSA_NAME node, STMT a
1926    pointer to the statement that uses this variable, in order to
1927    determine the evolution function of the variable, use the following
1928    calls:
1929
1930    loop_p loop = loop_containing_stmt (stmt);
1931    tree chrec_with_symbols = analyze_scalar_evolution (loop, var);
1932    tree chrec_instantiated = instantiate_parameters (loop, chrec_with_symbols);
1933 */
1934
1935 tree
1936 analyze_scalar_evolution (struct loop *loop, tree var)
1937 {
1938   tree res;
1939
1940   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1941     {
1942       fprintf (dump_file, "(analyze_scalar_evolution \n");
1943       fprintf (dump_file, "  (loop_nb = %d)\n", loop->num);
1944       fprintf (dump_file, "  (scalar = ");
1945       print_generic_expr (dump_file, var, 0);
1946       fprintf (dump_file, ")\n");
1947     }
1948
1949   res = get_scalar_evolution (block_before_loop (loop), var);
1950   res = analyze_scalar_evolution_1 (loop, var, res);
1951
1952   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1953     fprintf (dump_file, ")\n");
1954
1955   return res;
1956 }
1957
1958 /* Analyze scalar evolution of use of VERSION in USE_LOOP with respect to
1959    WRTO_LOOP (which should be a superloop of USE_LOOP)
1960
1961    FOLDED_CASTS is set to true if resolve_mixers used
1962    chrec_convert_aggressive (TODO -- not really, we are way too conservative
1963    at the moment in order to keep things simple).
1964
1965    To illustrate the meaning of USE_LOOP and WRTO_LOOP, consider the following
1966    example:
1967
1968    for (i = 0; i < 100; i++)                    -- loop 1
1969      {
1970        for (j = 0; j < 100; j++)                -- loop 2
1971          {
1972            k1 = i;
1973            k2 = j;
1974
1975            use2 (k1, k2);
1976
1977            for (t = 0; t < 100; t++)            -- loop 3
1978              use3 (k1, k2);
1979
1980          }
1981        use1 (k1, k2);
1982      }
1983
1984    Both k1 and k2 are invariants in loop3, thus
1985      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop3, loop3, k1) = k1
1986      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop3, loop3, k2) = k2
1987
1988    As they are invariant, it does not matter whether we consider their
1989    usage in loop 3 or loop 2, hence
1990      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop2, loop3, k1) =
1991        analyze_scalar_evolution_in_loop (loop2, loop2, k1) = i
1992      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop2, loop3, k2) =
1993        analyze_scalar_evolution_in_loop (loop2, loop2, k2) = [0,+,1]_2
1994
1995    Similarly for their evolutions with respect to loop 1.  The values of K2
1996    in the use in loop 2 vary independently on loop 1, thus we cannot express
1997    the evolution with respect to loop 1:
1998      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop3, k1) =
1999        analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop2, k1) = [0,+,1]_1
2000      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop3, k2) =
2001        analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop2, k2) = dont_know
2002
2003    The value of k2 in the use in loop 1 is known, though:
2004      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop1, k1) = [0,+,1]_1
2005      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop1, k2) = 100
2006    */
2007
2008 static tree
2009 analyze_scalar_evolution_in_loop (struct loop *wrto_loop, struct loop *use_loop,
2010                                   tree version, bool *folded_casts)
2011 {
2012   bool val = false;
2013   tree ev = version, tmp;
2014
2015   /* We cannot just do
2016
2017      tmp = analyze_scalar_evolution (use_loop, version);
2018      ev = resolve_mixers (wrto_loop, tmp);
2019
2020      as resolve_mixers would query the scalar evolution with respect to
2021      wrto_loop.  For example, in the situation described in the function
2022      comment, suppose that wrto_loop = loop1, use_loop = loop3 and
2023      version = k2.  Then
2024
2025      analyze_scalar_evolution (use_loop, version) = k2
2026
2027      and resolve_mixers (loop1, k2) finds that the value of k2 in loop 1
2028      is 100, which is a wrong result, since we are interested in the
2029      value in loop 3.
2030
2031      Instead, we need to proceed from use_loop to wrto_loop loop by loop,
2032      each time checking that there is no evolution in the inner loop.  */
2033
2034   if (folded_casts)
2035     *folded_casts = false;
2036   while (1)
2037     {
2038       tmp = analyze_scalar_evolution (use_loop, ev);
2039       ev = resolve_mixers (use_loop, tmp);
2040
2041       if (folded_casts && tmp != ev)
2042         *folded_casts = true;
2043
2044       if (use_loop == wrto_loop)
2045         return ev;
2046
2047       /* If the value of the use changes in the inner loop, we cannot express
2048          its value in the outer loop (we might try to return interval chrec,
2049          but we do not have a user for it anyway)  */
2050       if (!no_evolution_in_loop_p (ev, use_loop->num, &val)
2051           || !val)
2052         return chrec_dont_know;
2053
2054       use_loop = loop_outer (use_loop);
2055     }
2056 }
2057
2058 /* Returns from CACHE the value for VERSION instantiated below
2059    INSTANTIATED_BELOW block.  */
2060
2061 static tree
2062 get_instantiated_value (htab_t cache, basic_block instantiated_below,
2063                         tree version)
2064 {
2065   struct scev_info_str *info, pattern;
2066
2067   pattern.var = version;
2068   pattern.instantiated_below = instantiated_below;
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 in CACHE the value of VERSION instantiated below basic block
2078    INSTANTIATED_BELOW to VAL.  */
2079
2080 static void
2081 set_instantiated_value (htab_t cache, basic_block instantiated_below,
2082                         tree version, tree val)
2083 {
2084   struct scev_info_str *info, pattern;
2085   PTR *slot;
2086
2087   pattern.var = version;
2088   pattern.instantiated_below = instantiated_below;
2089   slot = htab_find_slot (cache, &pattern, INSERT);
2090
2091   if (!*slot)
2092     *slot = new_scev_info_str (instantiated_below, version);
2093   info = (struct scev_info_str *) *slot;
2094   info->chrec = val;
2095 }
2096
2097 /* Return the closed_loop_phi node for VAR.  If there is none, return
2098    NULL_TREE.  */
2099
2100 static tree
2101 loop_closed_phi_def (tree var)
2102 {
2103   struct loop *loop;
2104   edge exit;
2105   gimple phi;
2106   gimple_stmt_iterator psi;
2107
2108   if (var == NULL_TREE
2109       || TREE_CODE (var) != SSA_NAME)
2110     return NULL_TREE;
2111
2112   loop = loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (var));
2113   exit = single_exit (loop);
2114   if (!exit)
2115     return NULL_TREE;
2116
2117   for (psi = gsi_start_phis (exit->dest); !gsi_end_p (psi); gsi_next (&psi))
2118     {
2119       phi = gsi_stmt (psi);
2120       if (PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi, exit) == var)
2121         return PHI_RESULT (phi);
2122     }
2123
2124   return NULL_TREE;
2125 }
2126
2127 static tree instantiate_scev_r (basic_block, struct loop *, tree, bool,
2128                                 htab_t, int);
2129
2130 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2131    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2132
2133    CHREC is an SSA_NAME to be instantiated.
2134
2135    CACHE is the cache of already instantiated values.
2136
2137    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2138    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2139    the chrec is preserved.
2140
2141    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2142    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2143
2144 static tree
2145 instantiate_scev_name (basic_block instantiate_below,
2146                        struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2147                        bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2148 {
2149   tree res;
2150   struct loop *def_loop;
2151   basic_block def_bb = gimple_bb (SSA_NAME_DEF_STMT (chrec));
2152
2153   /* A parameter (or loop invariant and we do not want to include
2154      evolutions in outer loops), nothing to do.  */
2155   if (!def_bb
2156       || loop_depth (def_bb->loop_father) == 0
2157       || dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, instantiate_below, def_bb))
2158     return chrec;
2159
2160   /* We cache the value of instantiated variable to avoid exponential
2161      time complexity due to reevaluations.  We also store the convenient
2162      value in the cache in order to prevent infinite recursion -- we do
2163      not want to instantiate the SSA_NAME if it is in a mixer
2164      structure.  This is used for avoiding the instantiation of
2165      recursively defined functions, such as:
2166
2167      | a_2 -> {0, +, 1, +, a_2}_1  */
2168
2169   res = get_instantiated_value (cache, instantiate_below, chrec);
2170   if (res)
2171     return res;
2172
2173   res = chrec_dont_know;
2174   set_instantiated_value (cache, instantiate_below, chrec, res);
2175
2176   def_loop = find_common_loop (evolution_loop, def_bb->loop_father);
2177
2178   /* If the analysis yields a parametric chrec, instantiate the
2179      result again.  */
2180   res = analyze_scalar_evolution (def_loop, chrec);
2181
2182   /* Don't instantiate loop-closed-ssa phi nodes.  */
2183   if (TREE_CODE (res) == SSA_NAME
2184       && (loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (res)) == NULL
2185           || (loop_depth (loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (res)))
2186               > loop_depth (def_loop))))
2187     {
2188       if (res == chrec)
2189         res = loop_closed_phi_def (chrec);
2190       else
2191         res = chrec;
2192
2193       if (res == NULL_TREE
2194           || !dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, instantiate_below,
2195                               gimple_bb (SSA_NAME_DEF_STMT (res))))
2196         res = chrec_dont_know;
2197     }
2198
2199   else if (res != chrec_dont_know)
2200     res = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop, res,
2201                               fold_conversions, cache, size_expr);
2202
2203   /* Store the correct value to the cache.  */
2204   set_instantiated_value (cache, instantiate_below, chrec, res);
2205   return res;
2206
2207 }
2208
2209 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2210    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2211
2212    CHREC is a polynomial chain of recurrence to be instantiated.
2213
2214    CACHE is the cache of already instantiated values.
2215
2216    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2217    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2218    the chrec is preserved.
2219
2220    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2221    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2222
2223 static tree
2224 instantiate_scev_poly (basic_block instantiate_below,
2225                        struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2226                        bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2227 {
2228   tree op1;
2229   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2230                                  CHREC_LEFT (chrec), fold_conversions, cache,
2231                                  size_expr);
2232   if (op0 == chrec_dont_know)
2233     return chrec_dont_know;
2234
2235   op1 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2236                             CHREC_RIGHT (chrec), fold_conversions, cache,
2237                             size_expr);
2238   if (op1 == chrec_dont_know)
2239     return chrec_dont_know;
2240
2241   if (CHREC_LEFT (chrec) != op0
2242       || CHREC_RIGHT (chrec) != op1)
2243     {
2244       unsigned var = CHREC_VARIABLE (chrec);
2245
2246       /* When the instantiated stride or base has an evolution in an
2247          innermost loop, return chrec_dont_know, as this is not a
2248          valid SCEV representation.  In the reduced testcase for
2249          PR40281 we would have {0, +, {1, +, 1}_2}_1 that has no
2250          meaning.  */
2251       if ((tree_is_chrec (op0) && CHREC_VARIABLE (op0) > var)
2252           || (tree_is_chrec (op1) && CHREC_VARIABLE (op1) > var))
2253         return chrec_dont_know;
2254
2255       op1 = chrec_convert_rhs (chrec_type (op0), op1, NULL);
2256       chrec = build_polynomial_chrec (var, op0, op1);
2257     }
2258
2259   return chrec;
2260 }
2261
2262 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2263    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2264
2265    "C0 CODE C1" is a binary expression of type TYPE to be instantiated.
2266
2267    CACHE is the cache of already instantiated values.
2268
2269    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2270    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2271    the chrec is preserved.
2272
2273    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2274    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2275
2276 static tree
2277 instantiate_scev_binary (basic_block instantiate_below,
2278                          struct loop *evolution_loop, tree chrec, enum tree_code code,
2279                          tree type, tree c0, tree c1,
2280                          bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2281 {
2282   tree op1;
2283   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2284                                  c0, fold_conversions, cache,
2285                                  size_expr);
2286   if (op0 == chrec_dont_know)
2287     return chrec_dont_know;
2288
2289   op1 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2290                             c1, fold_conversions, cache,
2291                             size_expr);
2292   if (op1 == chrec_dont_know)
2293     return chrec_dont_know;
2294
2295   if (c0 != op0
2296       || c1 != op1)
2297     {
2298       op0 = chrec_convert (type, op0, NULL);
2299       op1 = chrec_convert_rhs (type, op1, NULL);
2300
2301       switch (code)
2302         {
2303         case POINTER_PLUS_EXPR:
2304         case PLUS_EXPR:
2305           return chrec_fold_plus (type, op0, op1);
2306
2307         case MINUS_EXPR:
2308           return chrec_fold_minus (type, op0, op1);
2309
2310         case MULT_EXPR:
2311           return chrec_fold_multiply (type, op0, op1);
2312
2313         default:
2314           gcc_unreachable ();
2315         }
2316     }
2317
2318   return chrec ? chrec : fold_build2 (code, type, c0, c1);
2319 }
2320
2321 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2322    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2323
2324    "CHREC" that stands for a convert expression "(TYPE) OP" is to be
2325    instantiated.
2326
2327    CACHE is the cache of already instantiated values.
2328
2329    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2330    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2331    the chrec is preserved.
2332
2333    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2334    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2335
2336 static tree
2337 instantiate_scev_convert (basic_block instantiate_below,
2338                           struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2339                           tree type, tree op,
2340                           bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2341 {
2342   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop, op,
2343                                  fold_conversions, cache, size_expr);
2344
2345   if (op0 == chrec_dont_know)
2346     return chrec_dont_know;
2347
2348   if (fold_conversions)
2349     {
2350       tree tmp = chrec_convert_aggressive (type, op0);
2351       if (tmp)
2352         return tmp;
2353     }
2354
2355   if (chrec && op0 == op)
2356     return chrec;
2357
2358   /* If we used chrec_convert_aggressive, we can no longer assume that
2359      signed chrecs do not overflow, as chrec_convert does, so avoid
2360      calling it in that case.  */
2361   if (fold_conversions)
2362     return fold_convert (type, op0);
2363
2364   return chrec_convert (type, op0, NULL);
2365 }
2366
2367 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2368    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2369
2370    CHREC is a BIT_NOT_EXPR or a NEGATE_EXPR expression to be instantiated.
2371    Handle ~X as -1 - X.
2372    Handle -X as -1 * X.
2373
2374    CACHE is the cache of already instantiated values.
2375
2376    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2377    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2378    the chrec is preserved.
2379
2380    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2381    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2382
2383 static tree
2384 instantiate_scev_not (basic_block instantiate_below,
2385                       struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2386                       enum tree_code code, tree type, tree op,
2387                       bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2388 {
2389   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop, op,
2390                                  fold_conversions, cache, size_expr);
2391
2392   if (op0 == chrec_dont_know)
2393     return chrec_dont_know;
2394
2395   if (op != op0)
2396     {
2397       op0 = chrec_convert (type, op0, NULL);
2398
2399       switch (code)
2400         {
2401         case BIT_NOT_EXPR:
2402           return chrec_fold_minus
2403             (type, fold_convert (type, integer_minus_one_node), op0);
2404
2405         case NEGATE_EXPR:
2406           return chrec_fold_multiply
2407             (type, fold_convert (type, integer_minus_one_node), op0);
2408
2409         default:
2410           gcc_unreachable ();
2411         }
2412     }
2413
2414   return chrec ? chrec : fold_build1 (code, type, op0);
2415 }
2416
2417 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2418    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2419
2420    CHREC is an expression with 3 operands to be instantiated.
2421
2422    CACHE is the cache of already instantiated values.
2423
2424    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2425    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2426    the chrec is preserved.
2427
2428    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2429    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2430
2431 static tree
2432 instantiate_scev_3 (basic_block instantiate_below,
2433                     struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2434                     bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2435 {
2436   tree op1, op2;
2437   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2438                                  TREE_OPERAND (chrec, 0),
2439                                  fold_conversions, cache, size_expr);
2440   if (op0 == chrec_dont_know)
2441     return chrec_dont_know;
2442
2443   op1 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2444                             TREE_OPERAND (chrec, 1),
2445                             fold_conversions, cache, size_expr);
2446   if (op1 == chrec_dont_know)
2447     return chrec_dont_know;
2448
2449   op2 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2450                             TREE_OPERAND (chrec, 2),
2451                             fold_conversions, cache, size_expr);
2452   if (op2 == chrec_dont_know)
2453     return chrec_dont_know;
2454
2455   if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0)
2456       && op1 == TREE_OPERAND (chrec, 1)
2457       && op2 == TREE_OPERAND (chrec, 2))
2458     return chrec;
2459
2460   return fold_build3 (TREE_CODE (chrec),
2461                       TREE_TYPE (chrec), op0, op1, op2);
2462 }
2463
2464 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2465    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2466
2467    CHREC is an expression with 2 operands to be instantiated.
2468
2469    CACHE is the cache of already instantiated values.
2470
2471    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2472    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2473    the chrec is preserved.
2474
2475    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2476    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2477
2478 static tree
2479 instantiate_scev_2 (basic_block instantiate_below,
2480                     struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2481                     bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2482 {
2483   tree op1;
2484   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2485                                  TREE_OPERAND (chrec, 0),
2486                                  fold_conversions, cache, size_expr);
2487   if (op0 == chrec_dont_know)
2488     return chrec_dont_know;
2489
2490   op1 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2491                             TREE_OPERAND (chrec, 1),
2492                             fold_conversions, cache, size_expr);
2493   if (op1 == chrec_dont_know)
2494     return chrec_dont_know;
2495
2496   if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0)
2497       && op1 == TREE_OPERAND (chrec, 1))
2498     return chrec;
2499
2500   return fold_build2 (TREE_CODE (chrec), TREE_TYPE (chrec), op0, op1);
2501 }
2502
2503 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2504    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2505
2506    CHREC is an expression with 2 operands to be instantiated.
2507
2508    CACHE is the cache of already instantiated values.
2509
2510    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2511    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2512    the chrec is preserved.
2513
2514    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2515    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2516
2517 static tree
2518 instantiate_scev_1 (basic_block instantiate_below,
2519                     struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2520                     bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2521 {
2522   tree op0 = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop,
2523                                  TREE_OPERAND (chrec, 0),
2524                                  fold_conversions, cache, size_expr);
2525
2526   if (op0 == chrec_dont_know)
2527     return chrec_dont_know;
2528
2529   if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0))
2530     return chrec;
2531
2532   return fold_build1 (TREE_CODE (chrec), TREE_TYPE (chrec), op0);
2533 }
2534
2535 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2536    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.
2537
2538    CHREC is the scalar evolution to instantiate.
2539
2540    CACHE is the cache of already instantiated values.
2541
2542    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2543    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2544    the chrec is preserved.
2545
2546    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2547    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2548
2549 static tree
2550 instantiate_scev_r (basic_block instantiate_below,
2551                     struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2552                     bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2553 {
2554   /* Give up if the expression is larger than the MAX that we allow.  */
2555   if (size_expr++ > PARAM_VALUE (PARAM_SCEV_MAX_EXPR_SIZE))
2556     return chrec_dont_know;
2557
2558   if (automatically_generated_chrec_p (chrec)
2559       || is_gimple_min_invariant (chrec))
2560     return chrec;
2561
2562   switch (TREE_CODE (chrec))
2563     {
2564     case SSA_NAME:
2565       return instantiate_scev_name (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2566                                     fold_conversions, cache, size_expr);
2567
2568     case POLYNOMIAL_CHREC:
2569       return instantiate_scev_poly (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2570                                     fold_conversions, cache, size_expr);
2571
2572     case POINTER_PLUS_EXPR:
2573     case PLUS_EXPR:
2574     case MINUS_EXPR:
2575     case MULT_EXPR:
2576       return instantiate_scev_binary (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2577                                       TREE_CODE (chrec), chrec_type (chrec),
2578                                       TREE_OPERAND (chrec, 0),
2579                                       TREE_OPERAND (chrec, 1),
2580                                       fold_conversions, cache, size_expr);
2581
2582     CASE_CONVERT:
2583       return instantiate_scev_convert (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2584                                        TREE_TYPE (chrec), TREE_OPERAND (chrec, 0),
2585                                        fold_conversions, cache, size_expr);
2586
2587     case NEGATE_EXPR:
2588     case BIT_NOT_EXPR:
2589       return instantiate_scev_not (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2590                                    TREE_CODE (chrec), TREE_TYPE (chrec),
2591                                    TREE_OPERAND (chrec, 0),
2592                                    fold_conversions, cache, size_expr);
2593
2594     case SCEV_NOT_KNOWN:
2595       return chrec_dont_know;
2596
2597     case SCEV_KNOWN:
2598       return chrec_known;
2599
2600     default:
2601       break;
2602     }
2603
2604   if (VL_EXP_CLASS_P (chrec))
2605     return chrec_dont_know;
2606
2607   switch (TREE_CODE_LENGTH (TREE_CODE (chrec)))
2608     {
2609     case 3:
2610       return instantiate_scev_3 (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2611                                  fold_conversions, cache, size_expr);
2612
2613     case 2:
2614       return instantiate_scev_2 (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2615                                  fold_conversions, cache, size_expr);
2616
2617     case 1:
2618       return instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop, chrec,
2619                                  fold_conversions, cache, size_expr);
2620
2621     case 0:
2622       return chrec;
2623
2624     default:
2625       break;
2626     }
2627
2628   /* Too complicated to handle.  */
2629   return chrec_dont_know;
2630 }
2631
2632 /* Analyze all the parameters of the chrec that were left under a
2633    symbolic form.  INSTANTIATE_BELOW is the basic block that stops the
2634    recursive instantiation of parameters: a parameter is a variable
2635    that is defined in a basic block that dominates INSTANTIATE_BELOW or
2636    a function parameter.  */
2637
2638 tree
2639 instantiate_scev (basic_block instantiate_below, struct loop *evolution_loop,
2640                   tree chrec)
2641 {
2642   tree res;
2643   htab_t cache = htab_create (10, hash_scev_info, eq_scev_info, del_scev_info);
2644
2645   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2646     {
2647       fprintf (dump_file, "(instantiate_scev \n");
2648       fprintf (dump_file, "  (instantiate_below = %d)\n", instantiate_below->index);
2649       fprintf (dump_file, "  (evolution_loop = %d)\n", evolution_loop->num);
2650       fprintf (dump_file, "  (chrec = ");
2651       print_generic_expr (dump_file, chrec, 0);
2652       fprintf (dump_file, ")\n");
2653     }
2654
2655   res = instantiate_scev_r (instantiate_below, evolution_loop, chrec, false,
2656                             cache, 0);
2657
2658   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2659     {
2660       fprintf (dump_file, "  (res = ");
2661       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
2662       fprintf (dump_file, "))\n");
2663     }
2664
2665   htab_delete (cache);
2666
2667   return res;
2668 }
2669
2670 /* Similar to instantiate_parameters, but does not introduce the
2671    evolutions in outer loops for LOOP invariants in CHREC, and does not
2672    care about causing overflows, as long as they do not affect value
2673    of an expression.  */
2674
2675 tree
2676 resolve_mixers (struct loop *loop, tree chrec)
2677 {
2678   htab_t cache = htab_create (10, hash_scev_info, eq_scev_info, del_scev_info);
2679   tree ret = instantiate_scev_r (block_before_loop (loop), loop, chrec, true,
2680                                  cache, 0);
2681   htab_delete (cache);
2682   return ret;
2683 }
2684
2685 /* Entry point for the analysis of the number of iterations pass.
2686    This function tries to safely approximate the number of iterations
2687    the loop will run.  When this property is not decidable at compile
2688    time, the result is chrec_dont_know.  Otherwise the result is
2689    a scalar or a symbolic parameter.
2690
2691    Example of analysis: suppose that the loop has an exit condition:
2692
2693    "if (b > 49) goto end_loop;"
2694
2695    and that in a previous analysis we have determined that the
2696    variable 'b' has an evolution function:
2697
2698    "EF = {23, +, 5}_2".
2699
2700    When we evaluate the function at the point 5, i.e. the value of the
2701    variable 'b' after 5 iterations in the loop, we have EF (5) = 48,
2702    and EF (6) = 53.  In this case the value of 'b' on exit is '53' and
2703    the loop body has been executed 6 times.  */
2704
2705 tree
2706 number_of_latch_executions (struct loop *loop)
2707 {
2708   tree res, type;
2709   edge exit;
2710   struct tree_niter_desc niter_desc;
2711
2712   /* Determine whether the number_of_iterations_in_loop has already
2713      been computed.  */
2714   res = loop->nb_iterations;
2715   if (res)
2716     return res;
2717   res = chrec_dont_know;
2718
2719   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2720     fprintf (dump_file, "(number_of_iterations_in_loop\n");
2721
2722   exit = single_exit (loop);
2723   if (!exit)
2724     goto end;
2725
2726   if (!number_of_iterations_exit (loop, exit, &niter_desc, false))
2727     goto end;
2728
2729   type = TREE_TYPE (niter_desc.niter);
2730   if (integer_nonzerop (niter_desc.may_be_zero))
2731     res = build_int_cst (type, 0);
2732   else if (integer_zerop (niter_desc.may_be_zero))
2733     res = niter_desc.niter;
2734   else
2735     res = chrec_dont_know;
2736
2737 end:
2738   return set_nb_iterations_in_loop (loop, res);
2739 }
2740
2741 /* Returns the number of executions of the exit condition of LOOP,
2742    i.e., the number by one higher than number_of_latch_executions.
2743    Note that unlike number_of_latch_executions, this number does
2744    not necessarily fit in the unsigned variant of the type of
2745    the control variable -- if the number of iterations is a constant,
2746    we return chrec_dont_know if adding one to number_of_latch_executions
2747    overflows; however, in case the number of iterations is symbolic
2748    expression, the caller is responsible for dealing with this
2749    the possible overflow.  */
2750
2751 tree
2752 number_of_exit_cond_executions (struct loop *loop)
2753 {
2754   tree ret = number_of_latch_executions (loop);
2755   tree type = chrec_type (ret);
2756
2757   if (chrec_contains_undetermined (ret))
2758     return ret;
2759
2760   ret = chrec_fold_plus (type, ret, build_int_cst (type, 1));
2761   if (TREE_CODE (ret) == INTEGER_CST
2762       && TREE_OVERFLOW (ret))
2763     return chrec_dont_know;
2764
2765   return ret;
2766 }
2767
2768 /* One of the drivers for testing the scalar evolutions analysis.
2769    This function computes the number of iterations for all the loops
2770    from the EXIT_CONDITIONS array.  */
2771
2772 static void
2773 number_of_iterations_for_all_loops (VEC(gimple,heap) **exit_conditions)
2774 {
2775   unsigned int i;
2776   unsigned nb_chrec_dont_know_loops = 0;
2777   unsigned nb_static_loops = 0;
2778   gimple cond;
2779
2780   for (i = 0; VEC_iterate (gimple, *exit_conditions, i, cond); i++)
2781     {
2782       tree res = number_of_latch_executions (loop_containing_stmt (cond));
2783       if (chrec_contains_undetermined (res))
2784         nb_chrec_dont_know_loops++;
2785       else
2786         nb_static_loops++;
2787     }
2788
2789   if (dump_file)
2790     {
2791       fprintf (dump_file, "\n(\n");
2792       fprintf (dump_file, "-----------------------------------------\n");
2793       fprintf (dump_file, "%d\tnb_chrec_dont_know_loops\n", nb_chrec_dont_know_loops);
2794       fprintf (dump_file, "%d\tnb_static_loops\n", nb_static_loops);
2795       fprintf (dump_file, "%d\tnb_total_loops\n", number_of_loops ());
2796       fprintf (dump_file, "-----------------------------------------\n");
2797       fprintf (dump_file, ")\n\n");
2798
2799       print_loops (dump_file, 3);
2800     }
2801 }
2802
2803 \f
2804
2805 /* Counters for the stats.  */
2806
2807 struct chrec_stats
2808 {
2809   unsigned nb_chrecs;
2810   unsigned nb_affine;
2811   unsigned nb_affine_multivar;
2812   unsigned nb_higher_poly;
2813   unsigned nb_chrec_dont_know;
2814   unsigned nb_undetermined;
2815 };
2816
2817 /* Reset the counters.  */
2818
2819 static inline void
2820 reset_chrecs_counters (struct chrec_stats *stats)
2821 {
2822   stats->nb_chrecs = 0;
2823   stats->nb_affine = 0;
2824   stats->nb_affine_multivar = 0;
2825   stats->nb_higher_poly = 0;
2826   stats->nb_chrec_dont_know = 0;
2827   stats->nb_undetermined = 0;
2828 }
2829
2830 /* Dump the contents of a CHREC_STATS structure.  */
2831
2832 static void
2833 dump_chrecs_stats (FILE *file, struct chrec_stats *stats)
2834 {
2835   fprintf (file, "\n(\n");
2836   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2837   fprintf (file, "%d\taffine univariate chrecs\n", stats->nb_affine);
2838   fprintf (file, "%d\taffine multivariate chrecs\n", stats->nb_affine_multivar);
2839   fprintf (file, "%d\tdegree greater than 2 polynomials\n",
2840            stats->nb_higher_poly);
2841   fprintf (file, "%d\tchrec_dont_know chrecs\n", stats->nb_chrec_dont_know);
2842   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2843   fprintf (file, "%d\ttotal chrecs\n", stats->nb_chrecs);
2844   fprintf (file, "%d\twith undetermined coefficients\n",
2845            stats->nb_undetermined);
2846   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2847   fprintf (file, "%d\tchrecs in the scev database\n",
2848            (int) htab_elements (scalar_evolution_info));
2849   fprintf (file, "%d\tsets in the scev database\n", nb_set_scev);
2850   fprintf (file, "%d\tgets in the scev database\n", nb_get_scev);
2851   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2852   fprintf (file, ")\n\n");
2853 }
2854
2855 /* Gather statistics about CHREC.  */
2856
2857 static void
2858 gather_chrec_stats (tree chrec, struct chrec_stats *stats)
2859 {
2860   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2861     {
2862       fprintf (dump_file, "(classify_chrec ");
2863       print_generic_expr (dump_file, chrec, 0);
2864       fprintf (dump_file, "\n");
2865     }
2866
2867   stats->nb_chrecs++;
2868
2869   if (chrec == NULL_TREE)
2870     {
2871       stats->nb_undetermined++;
2872       return;
2873     }
2874
2875   switch (TREE_CODE (chrec))
2876     {
2877     case POLYNOMIAL_CHREC:
2878       if (evolution_function_is_affine_p (chrec))
2879         {
2880           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2881             fprintf (dump_file, "  affine_univariate\n");
2882           stats->nb_affine++;
2883         }
2884       else if (evolution_function_is_affine_multivariate_p (chrec, 0))
2885         {
2886           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2887             fprintf (dump_file, "  affine_multivariate\n");
2888           stats->nb_affine_multivar++;
2889         }
2890       else
2891         {
2892           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2893             fprintf (dump_file, "  higher_degree_polynomial\n");
2894           stats->nb_higher_poly++;
2895         }
2896
2897       break;
2898
2899     default:
2900       break;
2901     }
2902
2903   if (chrec_contains_undetermined (chrec))
2904     {
2905       if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2906         fprintf (dump_file, "  undetermined\n");
2907       stats->nb_undetermined++;
2908     }
2909
2910   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2911     fprintf (dump_file, ")\n");
2912 }
2913
2914 /* One of the drivers for testing the scalar evolutions analysis.
2915    This function analyzes the scalar evolution of all the scalars
2916    defined as loop phi nodes in one of the loops from the
2917    EXIT_CONDITIONS array.
2918
2919    TODO Optimization: A loop is in canonical form if it contains only
2920    a single scalar loop phi node.  All the other scalars that have an
2921    evolution in the loop are rewritten in function of this single
2922    index.  This allows the parallelization of the loop.  */
2923
2924 static void
2925 analyze_scalar_evolution_for_all_loop_phi_nodes (VEC(gimple,heap) **exit_conditions)
2926 {
2927   unsigned int i;
2928   struct chrec_stats stats;
2929   gimple cond, phi;
2930   gimple_stmt_iterator psi;
2931
2932   reset_chrecs_counters (&stats);
2933
2934   for (i = 0; VEC_iterate (gimple, *exit_conditions, i, cond); i++)
2935     {
2936       struct loop *loop;
2937       basic_block bb;
2938       tree chrec;
2939
2940       loop = loop_containing_stmt (cond);
2941       bb = loop->header;
2942
2943       for (psi = gsi_start_phis (bb); !gsi_end_p (psi); gsi_next (&psi))
2944         {
2945           phi = gsi_stmt (psi);
2946           if (is_gimple_reg (PHI_RESULT (phi)))
2947             {
2948               chrec = instantiate_parameters
2949                         (loop,
2950                          analyze_scalar_evolution (loop, PHI_RESULT (phi)));
2951
2952               if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2953                 gather_chrec_stats (chrec, &stats);
2954             }
2955         }
2956     }
2957
2958   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2959     dump_chrecs_stats (dump_file, &stats);
2960 }
2961
2962 /* Callback for htab_traverse, gathers information on chrecs in the
2963    hashtable.  */
2964
2965 static int
2966 gather_stats_on_scev_database_1 (void **slot, void *stats)
2967 {
2968   struct scev_info_str *entry = (struct scev_info_str *) *slot;
2969
2970   gather_chrec_stats (entry->chrec, (struct chrec_stats *) stats);
2971
2972   return 1;
2973 }
2974
2975 /* Classify the chrecs of the whole database.  */
2976
2977 void
2978 gather_stats_on_scev_database (void)
2979 {
2980   struct chrec_stats stats;
2981
2982   if (!dump_file)
2983     return;
2984
2985   reset_chrecs_counters (&stats);
2986
2987   htab_traverse (scalar_evolution_info, gather_stats_on_scev_database_1,
2988                  &stats);
2989
2990   dump_chrecs_stats (dump_file, &stats);
2991 }
2992
2993 \f
2994
2995 /* Initializer.  */
2996
2997 static void
2998 initialize_scalar_evolutions_analyzer (void)
2999 {
3000   /* The elements below are unique.  */
3001   if (chrec_dont_know == NULL_TREE)
3002     {
3003       chrec_not_analyzed_yet = NULL_TREE;
3004       chrec_dont_know = make_node (SCEV_NOT_KNOWN);
3005       chrec_known = make_node (SCEV_KNOWN);
3006       TREE_TYPE (chrec_dont_know) = void_type_node;
3007       TREE_TYPE (chrec_known) = void_type_node;
3008     }
3009 }
3010
3011 /* Initialize the analysis of scalar evolutions for LOOPS.  */
3012
3013 void
3014 scev_initialize (void)
3015 {
3016   loop_iterator li;
3017   struct loop *loop;
3018
3019   scalar_evolution_info = htab_create_alloc (100,
3020                                              hash_scev_info,
3021                                              eq_scev_info,
3022                                              del_scev_info,
3023                                              ggc_calloc,
3024                                              ggc_free);
3025
3026   initialize_scalar_evolutions_analyzer ();
3027
3028   FOR_EACH_LOOP (li, loop, 0)
3029     {
3030       loop->nb_iterations = NULL_TREE;
3031     }
3032 }
3033
3034 /* Cleans up the information cached by the scalar evolutions analysis
3035    in the hash table.  */
3036
3037 void
3038 scev_reset_htab (void)
3039 {
3040   if (!scalar_evolution_info)
3041     return;
3042
3043   htab_empty (scalar_evolution_info);
3044 }
3045
3046 /* Cleans up the information cached by the scalar evolutions analysis
3047    in the hash table and in the loop->nb_iterations.  */
3048
3049 void
3050 scev_reset (void)
3051 {
3052   loop_iterator li;
3053   struct loop *loop;
3054
3055   scev_reset_htab ();
3056
3057   if (!current_loops)
3058     return;
3059
3060   FOR_EACH_LOOP (li, loop, 0)
3061     {
3062       loop->nb_iterations = NULL_TREE;
3063     }
3064 }
3065
3066 /* Checks whether use of OP in USE_LOOP behaves as a simple affine iv with
3067    respect to WRTO_LOOP and returns its base and step in IV if possible
3068    (see analyze_scalar_evolution_in_loop for more details on USE_LOOP
3069    and WRTO_LOOP).  If ALLOW_NONCONSTANT_STEP is true, we want step to be
3070    invariant in LOOP.  Otherwise we require it to be an integer constant.
3071
3072    IV->no_overflow is set to true if we are sure the iv cannot overflow (e.g.
3073    because it is computed in signed arithmetics).  Consequently, adding an
3074    induction variable
3075
3076    for (i = IV->base; ; i += IV->step)
3077
3078    is only safe if IV->no_overflow is false, or TYPE_OVERFLOW_UNDEFINED is
3079    false for the type of the induction variable, or you can prove that i does
3080    not wrap by some other argument.  Otherwise, this might introduce undefined
3081    behavior, and
3082
3083    for (i = iv->base; ; i = (type) ((unsigned type) i + (unsigned type) iv->step))
3084
3085    must be used instead.  */
3086
3087 bool
3088 simple_iv (struct loop *wrto_loop, struct loop *use_loop, tree op,
3089            affine_iv *iv, bool allow_nonconstant_step)
3090 {
3091   tree type, ev;
3092   bool folded_casts;
3093
3094   iv->base = NULL_TREE;
3095   iv->step = NULL_TREE;
3096   iv->no_overflow = false;
3097
3098   type = TREE_TYPE (op);
3099   if (TREE_CODE (type) != INTEGER_TYPE
3100       && TREE_CODE (type) != POINTER_TYPE)
3101     return false;
3102
3103   ev = analyze_scalar_evolution_in_loop (wrto_loop, use_loop, op,
3104                                          &folded_casts);
3105   if (chrec_contains_undetermined (ev)
3106       || chrec_contains_symbols_defined_in_loop (ev, wrto_loop->num))
3107     return false;
3108
3109   if (tree_does_not_contain_chrecs (ev))
3110     {
3111       iv->base = ev;
3112       iv->step = build_int_cst (TREE_TYPE (ev), 0);
3113       iv->no_overflow = true;
3114       return true;
3115     }
3116
3117   if (TREE_CODE (ev) != POLYNOMIAL_CHREC
3118       || CHREC_VARIABLE (ev) != (unsigned) wrto_loop->num)
3119     return false;
3120
3121   iv->step = CHREC_RIGHT (ev);
3122   if ((!allow_nonconstant_step && TREE_CODE (iv->step) != INTEGER_CST)
3123       || tree_contains_chrecs (iv->step, NULL))
3124     return false;
3125
3126   iv->base = CHREC_LEFT (ev);
3127   if (tree_contains_chrecs (iv->base, NULL))
3128     return false;
3129
3130   iv->no_overflow = !folded_casts && TYPE_OVERFLOW_UNDEFINED (type);
3131
3132   return true;
3133 }
3134
3135 /* Runs the analysis of scalar evolutions.  */
3136
3137 void
3138 scev_analysis (void)
3139 {
3140   VEC(gimple,heap) *exit_conditions;
3141
3142   exit_conditions = VEC_alloc (gimple, heap, 37);
3143   select_loops_exit_conditions (&exit_conditions);
3144
3145   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
3146     analyze_scalar_evolution_for_all_loop_phi_nodes (&exit_conditions);
3147
3148   number_of_iterations_for_all_loops (&exit_conditions);
3149   VEC_free (gimple, heap, exit_conditions);
3150 }
3151
3152 /* Finalize the scalar evolution analysis.  */
3153
3154 void
3155 scev_finalize (void)
3156 {
3157   if (!scalar_evolution_info)
3158     return;
3159   htab_delete (scalar_evolution_info);
3160   scalar_evolution_info = NULL;
3161 }
3162
3163 /* Returns true if the expression EXPR is considered to be too expensive
3164    for scev_const_prop.  */
3165
3166 bool
3167 expression_expensive_p (tree expr)
3168 {
3169   enum tree_code code;
3170
3171   if (is_gimple_val (expr))
3172     return false;
3173
3174   code = TREE_CODE (expr);
3175   if (code == TRUNC_DIV_EXPR
3176       || code == CEIL_DIV_EXPR
3177       || code == FLOOR_DIV_EXPR
3178       || code == ROUND_DIV_EXPR
3179       || code == TRUNC_MOD_EXPR
3180       || code == CEIL_MOD_EXPR
3181       || code == FLOOR_MOD_EXPR
3182       || code == ROUND_MOD_EXPR
3183       || code == EXACT_DIV_EXPR)
3184     {
3185       /* Division by power of two is usually cheap, so we allow it.
3186          Forbid anything else.  */
3187       if (!integer_pow2p (TREE_OPERAND (expr, 1)))
3188         return true;
3189     }
3190
3191   switch (TREE_CODE_CLASS (code))
3192     {
3193     case tcc_binary:
3194     case tcc_comparison:
3195       if (expression_expensive_p (TREE_OPERAND (expr, 1)))
3196         return true;
3197
3198       /* Fallthru.  */
3199     case tcc_unary:
3200       return expression_expensive_p (TREE_OPERAND (expr, 0));
3201
3202     default:
3203       return true;
3204     }
3205 }
3206
3207 /* Replace ssa names for that scev can prove they are constant by the
3208    appropriate constants.  Also perform final value replacement in loops,
3209    in case the replacement expressions are cheap.
3210
3211    We only consider SSA names defined by phi nodes; rest is left to the
3212    ordinary constant propagation pass.  */
3213
3214 unsigned int
3215 scev_const_prop (void)
3216 {
3217   basic_block bb;
3218   tree name, type, ev;
3219   gimple phi, ass;
3220   struct loop *loop, *ex_loop;
3221   bitmap ssa_names_to_remove = NULL;
3222   unsigned i;
3223   loop_iterator li;
3224   gimple_stmt_iterator psi;
3225
3226   if (number_of_loops () <= 1)
3227     return 0;
3228
3229   FOR_EACH_BB (bb)
3230     {
3231       loop = bb->loop_father;
3232
3233       for (psi = gsi_start_phis (bb); !gsi_end_p (psi); gsi_next (&psi))
3234         {
3235           phi = gsi_stmt (psi);
3236           name = PHI_RESULT (phi);
3237
3238           if (!is_gimple_reg (name))
3239             continue;
3240
3241           type = TREE_TYPE (name);
3242
3243           if (!POINTER_TYPE_P (type)
3244               && !INTEGRAL_TYPE_P (type))
3245             continue;
3246
3247           ev = resolve_mixers (loop, analyze_scalar_evolution (loop, name));
3248           if (!is_gimple_min_invariant (ev)
3249               || !may_propagate_copy (name, ev))
3250             continue;
3251
3252           /* Replace the uses of the name.  */
3253           if (name != ev)
3254             replace_uses_by (name, ev);
3255
3256           if (!ssa_names_to_remove)
3257             ssa_names_to_remove = BITMAP_ALLOC (NULL);
3258           bitmap_set_bit (ssa_names_to_remove, SSA_NAME_VERSION (name));
3259         }
3260     }
3261
3262   /* Remove the ssa names that were replaced by constants.  We do not
3263      remove them directly in the previous cycle, since this
3264      invalidates scev cache.  */
3265   if (ssa_names_to_remove)
3266     {
3267       bitmap_iterator bi;
3268
3269       EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (ssa_names_to_remove, 0, i, bi)
3270         {
3271           gimple_stmt_iterator psi;
3272           name = ssa_name (i);
3273           phi = SSA_NAME_DEF_STMT (name);
3274
3275           gcc_assert (gimple_code (phi) == GIMPLE_PHI);
3276           psi = gsi_for_stmt (phi);
3277           remove_phi_node (&psi, true);
3278         }
3279
3280       BITMAP_FREE (ssa_names_to_remove);
3281       scev_reset ();
3282     }
3283
3284   /* Now the regular final value replacement.  */
3285   FOR_EACH_LOOP (li, loop, LI_FROM_INNERMOST)
3286     {
3287       edge exit;
3288       tree def, rslt, niter;
3289       gimple_stmt_iterator bsi;
3290
3291       /* If we do not know exact number of iterations of the loop, we cannot
3292          replace the final value.  */
3293       exit = single_exit (loop);
3294       if (!exit)
3295         continue;
3296
3297       niter = number_of_latch_executions (loop);
3298       if (niter == chrec_dont_know)
3299         continue;
3300
3301       /* Ensure that it is possible to insert new statements somewhere.  */
3302       if (!single_pred_p (exit->dest))
3303         split_loop_exit_edge (exit);
3304       bsi = gsi_after_labels (exit->dest);
3305
3306       ex_loop = superloop_at_depth (loop,
3307                                     loop_depth (exit->dest->loop_father) + 1);
3308
3309       for (psi = gsi_start_phis (exit->dest); !gsi_end_p (psi); )
3310         {
3311           phi = gsi_stmt (psi);
3312           rslt = PHI_RESULT (phi);
3313           def = PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi, exit);
3314           if (!is_gimple_reg (def))
3315             {
3316               gsi_next (&psi);
3317               continue;
3318             }
3319
3320           if (!POINTER_TYPE_P (TREE_TYPE (def))
3321               && !INTEGRAL_TYPE_P (TREE_TYPE (def)))
3322             {
3323               gsi_next (&psi);
3324               continue;
3325             }
3326
3327           def = analyze_scalar_evolution_in_loop (ex_loop, loop, def, NULL);
3328           def = compute_overall_effect_of_inner_loop (ex_loop, def);
3329           if (!tree_does_not_contain_chrecs (def)
3330               || chrec_contains_symbols_defined_in_loop (def, ex_loop->num)
3331               /* Moving the computation from the loop may prolong life range
3332                  of some ssa names, which may cause problems if they appear
3333                  on abnormal edges.  */
3334               || contains_abnormal_ssa_name_p (def)
3335               /* Do not emit expensive expressions.  The rationale is that
3336                  when someone writes a code like
3337
3338                  while (n > 45) n -= 45;
3339
3340                  he probably knows that n is not large, and does not want it
3341                  to be turned into n %= 45.  */
3342               || expression_expensive_p (def))
3343             {
3344               gsi_next (&psi);
3345               continue;
3346             }
3347
3348           /* Eliminate the PHI node and replace it by a computation outside
3349              the loop.  */
3350           def = unshare_expr (def);
3351           remove_phi_node (&psi, false);
3352
3353           def = force_gimple_operand_gsi (&bsi, def, false, NULL_TREE,
3354                                           true, GSI_SAME_STMT);
3355           ass = gimple_build_assign (rslt, def);
3356           gsi_insert_before (&bsi, ass, GSI_SAME_STMT);
3357         }
3358     }
3359   return 0;
3360 }
3361
3362 #include "gt-tree-scalar-evolution.h"