Merge branch 'gcc441'
[dragonfly.git] / contrib / gcc-4.4 / gcc / tree-scalar-evolution.c
1 /* Scalar evolution detector.
2    Copyright (C) 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009
3    Free Software Foundation, Inc.
4    Contributed by Sebastian Pop <s.pop@laposte.net>
5
6 This file is part of GCC.
7
8 GCC is free software; you can redistribute it and/or modify it under
9 the terms of the GNU General Public License as published by the Free
10 Software Foundation; either version 3, or (at your option) any later
11 version.
12
13 GCC is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
14 WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
15 FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
16 for more details.
17
18 You should have received a copy of the GNU General Public License
19 along with GCC; see the file COPYING3.  If not see
20 <http://www.gnu.org/licenses/>.  */
21
22 /* 
23    Description: 
24    
25    This pass analyzes the evolution of scalar variables in loop
26    structures.  The algorithm is based on the SSA representation,
27    and on the loop hierarchy tree.  This algorithm is not based on
28    the notion of versions of a variable, as it was the case for the
29    previous implementations of the scalar evolution algorithm, but
30    it assumes that each defined name is unique.
31
32    The notation used in this file is called "chains of recurrences",
33    and has been proposed by Eugene Zima, Robert Van Engelen, and
34    others for describing induction variables in programs.  For example
35    "b -> {0, +, 2}_1" means that the scalar variable "b" is equal to 0
36    when entering in the loop_1 and has a step 2 in this loop, in other
37    words "for (b = 0; b < N; b+=2);".  Note that the coefficients of
38    this chain of recurrence (or chrec [shrek]) can contain the name of
39    other variables, in which case they are called parametric chrecs.
40    For example, "b -> {a, +, 2}_1" means that the initial value of "b"
41    is the value of "a".  In most of the cases these parametric chrecs
42    are fully instantiated before their use because symbolic names can
43    hide some difficult cases such as self-references described later
44    (see the Fibonacci example).
45    
46    A short sketch of the algorithm is:
47      
48    Given a scalar variable to be analyzed, follow the SSA edge to
49    its definition:
50      
51    - When the definition is a GIMPLE_ASSIGN: if the right hand side
52    (RHS) of the definition cannot be statically analyzed, the answer
53    of the analyzer is: "don't know".  
54    Otherwise, for all the variables that are not yet analyzed in the
55    RHS, try to determine their evolution, and finally try to
56    evaluate the operation of the RHS that gives the evolution
57    function of the analyzed variable.
58
59    - When the definition is a condition-phi-node: determine the
60    evolution function for all the branches of the phi node, and
61    finally merge these evolutions (see chrec_merge).
62
63    - When the definition is a loop-phi-node: determine its initial
64    condition, that is the SSA edge defined in an outer loop, and
65    keep it symbolic.  Then determine the SSA edges that are defined
66    in the body of the loop.  Follow the inner edges until ending on
67    another loop-phi-node of the same analyzed loop.  If the reached
68    loop-phi-node is not the starting loop-phi-node, then we keep
69    this definition under a symbolic form.  If the reached
70    loop-phi-node is the same as the starting one, then we compute a
71    symbolic stride on the return path.  The result is then the
72    symbolic chrec {initial_condition, +, symbolic_stride}_loop.
73
74    Examples:
75    
76    Example 1: Illustration of the basic algorithm.
77    
78    | a = 3
79    | loop_1
80    |   b = phi (a, c)
81    |   c = b + 1
82    |   if (c > 10) exit_loop
83    | endloop
84    
85    Suppose that we want to know the number of iterations of the
86    loop_1.  The exit_loop is controlled by a COND_EXPR (c > 10).  We
87    ask the scalar evolution analyzer two questions: what's the
88    scalar evolution (scev) of "c", and what's the scev of "10".  For
89    "10" the answer is "10" since it is a scalar constant.  For the
90    scalar variable "c", it follows the SSA edge to its definition,
91    "c = b + 1", and then asks again what's the scev of "b".
92    Following the SSA edge, we end on a loop-phi-node "b = phi (a,
93    c)", where the initial condition is "a", and the inner loop edge
94    is "c".  The initial condition is kept under a symbolic form (it
95    may be the case that the copy constant propagation has done its
96    work and we end with the constant "3" as one of the edges of the
97    loop-phi-node).  The update edge is followed to the end of the
98    loop, and until reaching again the starting loop-phi-node: b -> c
99    -> b.  At this point we have drawn a path from "b" to "b" from
100    which we compute the stride in the loop: in this example it is
101    "+1".  The resulting scev for "b" is "b -> {a, +, 1}_1".  Now
102    that the scev for "b" is known, it is possible to compute the
103    scev for "c", that is "c -> {a + 1, +, 1}_1".  In order to
104    determine the number of iterations in the loop_1, we have to
105    instantiate_parameters (loop_1, {a + 1, +, 1}_1), that gives after some
106    more analysis the scev {4, +, 1}_1, or in other words, this is
107    the function "f (x) = x + 4", where x is the iteration count of
108    the loop_1.  Now we have to solve the inequality "x + 4 > 10",
109    and take the smallest iteration number for which the loop is
110    exited: x = 7.  This loop runs from x = 0 to x = 7, and in total
111    there are 8 iterations.  In terms of loop normalization, we have
112    created a variable that is implicitly defined, "x" or just "_1",
113    and all the other analyzed scalars of the loop are defined in
114    function of this variable:
115    
116    a -> 3
117    b -> {3, +, 1}_1
118    c -> {4, +, 1}_1
119      
120    or in terms of a C program: 
121      
122    | a = 3
123    | for (x = 0; x <= 7; x++)
124    |   {
125    |     b = x + 3
126    |     c = x + 4
127    |   }
128      
129    Example 2a: Illustration of the algorithm on nested loops.
130      
131    | loop_1
132    |   a = phi (1, b)
133    |   c = a + 2
134    |   loop_2  10 times
135    |     b = phi (c, d)
136    |     d = b + 3
137    |   endloop
138    | endloop
139      
140    For analyzing the scalar evolution of "a", the algorithm follows
141    the SSA edge into the loop's body: "a -> b".  "b" is an inner
142    loop-phi-node, and its analysis as in Example 1, gives: 
143      
144    b -> {c, +, 3}_2
145    d -> {c + 3, +, 3}_2
146      
147    Following the SSA edge for the initial condition, we end on "c = a
148    + 2", and then on the starting loop-phi-node "a".  From this point,
149    the loop stride is computed: back on "c = a + 2" we get a "+2" in
150    the loop_1, then on the loop-phi-node "b" we compute the overall
151    effect of the inner loop that is "b = c + 30", and we get a "+30"
152    in the loop_1.  That means that the overall stride in loop_1 is
153    equal to "+32", and the result is: 
154      
155    a -> {1, +, 32}_1
156    c -> {3, +, 32}_1
157
158    Example 2b: Multivariate chains of recurrences.
159
160    | loop_1
161    |   k = phi (0, k + 1)
162    |   loop_2  4 times
163    |     j = phi (0, j + 1)
164    |     loop_3 4 times
165    |       i = phi (0, i + 1)
166    |       A[j + k] = ...
167    |     endloop
168    |   endloop
169    | endloop
170
171    Analyzing the access function of array A with
172    instantiate_parameters (loop_1, "j + k"), we obtain the
173    instantiation and the analysis of the scalar variables "j" and "k"
174    in loop_1.  This leads to the scalar evolution {4, +, 1}_1: the end
175    value of loop_2 for "j" is 4, and the evolution of "k" in loop_1 is
176    {0, +, 1}_1.  To obtain the evolution function in loop_3 and
177    instantiate the scalar variables up to loop_1, one has to use:
178    instantiate_scev (block_before_loop (loop_1), loop_3, "j + k").
179    The result of this call is {{0, +, 1}_1, +, 1}_2.
180
181    Example 3: Higher degree polynomials.
182      
183    | loop_1
184    |   a = phi (2, b)
185    |   c = phi (5, d)
186    |   b = a + 1
187    |   d = c + a
188    | endloop
189      
190    a -> {2, +, 1}_1
191    b -> {3, +, 1}_1
192    c -> {5, +, a}_1
193    d -> {5 + a, +, a}_1
194      
195    instantiate_parameters (loop_1, {5, +, a}_1) -> {5, +, 2, +, 1}_1
196    instantiate_parameters (loop_1, {5 + a, +, a}_1) -> {7, +, 3, +, 1}_1
197      
198    Example 4: Lucas, Fibonacci, or mixers in general.
199      
200    | loop_1
201    |   a = phi (1, b)
202    |   c = phi (3, d)
203    |   b = c
204    |   d = c + a
205    | endloop
206      
207    a -> (1, c)_1
208    c -> {3, +, a}_1
209      
210    The syntax "(1, c)_1" stands for a PEELED_CHREC that has the
211    following semantics: during the first iteration of the loop_1, the
212    variable contains the value 1, and then it contains the value "c".
213    Note that this syntax is close to the syntax of the loop-phi-node:
214    "a -> (1, c)_1" vs. "a = phi (1, c)".
215      
216    The symbolic chrec representation contains all the semantics of the
217    original code.  What is more difficult is to use this information.
218      
219    Example 5: Flip-flops, or exchangers.
220      
221    | loop_1
222    |   a = phi (1, b)
223    |   c = phi (3, d)
224    |   b = c
225    |   d = a
226    | endloop
227      
228    a -> (1, c)_1
229    c -> (3, a)_1
230      
231    Based on these symbolic chrecs, it is possible to refine this
232    information into the more precise PERIODIC_CHRECs: 
233      
234    a -> |1, 3|_1
235    c -> |3, 1|_1
236      
237    This transformation is not yet implemented.
238      
239    Further readings:
240    
241    You can find a more detailed description of the algorithm in:
242    http://icps.u-strasbg.fr/~pop/DEA_03_Pop.pdf
243    http://icps.u-strasbg.fr/~pop/DEA_03_Pop.ps.gz.  But note that
244    this is a preliminary report and some of the details of the
245    algorithm have changed.  I'm working on a research report that
246    updates the description of the algorithms to reflect the design
247    choices used in this implementation.
248      
249    A set of slides show a high level overview of the algorithm and run
250    an example through the scalar evolution analyzer:
251    http://cri.ensmp.fr/~pop/gcc/mar04/slides.pdf
252
253    The slides that I have presented at the GCC Summit'04 are available
254    at: http://cri.ensmp.fr/~pop/gcc/20040604/gccsummit-lno-spop.pdf
255 */
256
257 #include "config.h"
258 #include "system.h"
259 #include "coretypes.h"
260 #include "tm.h"
261 #include "ggc.h"
262 #include "tree.h"
263 #include "real.h"
264
265 /* These RTL headers are needed for basic-block.h.  */
266 #include "rtl.h"
267 #include "basic-block.h"
268 #include "diagnostic.h"
269 #include "tree-flow.h"
270 #include "tree-dump.h"
271 #include "timevar.h"
272 #include "cfgloop.h"
273 #include "tree-chrec.h"
274 #include "tree-scalar-evolution.h"
275 #include "tree-pass.h"
276 #include "flags.h"
277 #include "params.h"
278
279 static tree analyze_scalar_evolution_1 (struct loop *, tree, tree);
280
281 /* The cached information about an SSA name VAR, claiming that below
282    basic block INSTANTIATED_BELOW, the value of VAR can be expressed
283    as CHREC.  */
284
285 struct scev_info_str GTY(())
286 {
287   basic_block instantiated_below;
288   tree var;
289   tree chrec;
290 };
291
292 /* Counters for the scev database.  */
293 static unsigned nb_set_scev = 0;
294 static unsigned nb_get_scev = 0;
295
296 /* The following trees are unique elements.  Thus the comparison of
297    another element to these elements should be done on the pointer to
298    these trees, and not on their value.  */
299
300 /* The SSA_NAMEs that are not yet analyzed are qualified with NULL_TREE.  */
301 tree chrec_not_analyzed_yet;
302
303 /* Reserved to the cases where the analyzer has detected an
304    undecidable property at compile time.  */
305 tree chrec_dont_know;
306
307 /* When the analyzer has detected that a property will never
308    happen, then it qualifies it with chrec_known.  */
309 tree chrec_known;
310
311 static GTY ((param_is (struct scev_info_str))) htab_t scalar_evolution_info;
312
313 \f
314 /* Constructs a new SCEV_INFO_STR structure for VAR and INSTANTIATED_BELOW.  */
315
316 static inline struct scev_info_str *
317 new_scev_info_str (basic_block instantiated_below, tree var)
318 {
319   struct scev_info_str *res;
320   
321   res = GGC_NEW (struct scev_info_str);
322   res->var = var;
323   res->chrec = chrec_not_analyzed_yet;
324   res->instantiated_below = instantiated_below;
325
326   return res;
327 }
328
329 /* Computes a hash function for database element ELT.  */
330
331 static hashval_t
332 hash_scev_info (const void *elt)
333 {
334   return SSA_NAME_VERSION (((const struct scev_info_str *) elt)->var);
335 }
336
337 /* Compares database elements E1 and E2.  */
338
339 static int
340 eq_scev_info (const void *e1, const void *e2)
341 {
342   const struct scev_info_str *elt1 = (const struct scev_info_str *) e1;
343   const struct scev_info_str *elt2 = (const struct scev_info_str *) e2;
344
345   return (elt1->var == elt2->var
346           && elt1->instantiated_below == elt2->instantiated_below);
347 }
348
349 /* Deletes database element E.  */
350
351 static void
352 del_scev_info (void *e)
353 {
354   ggc_free (e);
355 }
356
357 /* Get the scalar evolution of VAR for INSTANTIATED_BELOW basic block.
358    A first query on VAR returns chrec_not_analyzed_yet.  */
359
360 static tree *
361 find_var_scev_info (basic_block instantiated_below, tree var)
362 {
363   struct scev_info_str *res;
364   struct scev_info_str tmp;
365   PTR *slot;
366
367   tmp.var = var;
368   tmp.instantiated_below = instantiated_below;
369   slot = htab_find_slot (scalar_evolution_info, &tmp, INSERT);
370
371   if (!*slot)
372     *slot = new_scev_info_str (instantiated_below, var);
373   res = (struct scev_info_str *) *slot;
374
375   return &res->chrec;
376 }
377
378 /* Return true when CHREC contains symbolic names defined in
379    LOOP_NB.  */
380
381 bool 
382 chrec_contains_symbols_defined_in_loop (const_tree chrec, unsigned loop_nb)
383 {
384   int i, n;
385
386   if (chrec == NULL_TREE)
387     return false;
388
389   if (is_gimple_min_invariant (chrec))
390     return false;
391
392   if (TREE_CODE (chrec) == VAR_DECL
393       || TREE_CODE (chrec) == PARM_DECL
394       || TREE_CODE (chrec) == FUNCTION_DECL
395       || TREE_CODE (chrec) == LABEL_DECL
396       || TREE_CODE (chrec) == RESULT_DECL
397       || TREE_CODE (chrec) == FIELD_DECL)
398     return true;
399
400   if (TREE_CODE (chrec) == SSA_NAME)
401     {
402       gimple def = SSA_NAME_DEF_STMT (chrec);
403       struct loop *def_loop = loop_containing_stmt (def);
404       struct loop *loop = get_loop (loop_nb);
405
406       if (def_loop == NULL)
407         return false;
408
409       if (loop == def_loop || flow_loop_nested_p (loop, def_loop))
410         return true;
411
412       return false;
413     }
414
415   n = TREE_OPERAND_LENGTH (chrec);
416   for (i = 0; i < n; i++)
417     if (chrec_contains_symbols_defined_in_loop (TREE_OPERAND (chrec, i), 
418                                                 loop_nb))
419       return true;
420   return false;
421 }
422
423 /* Return true when PHI is a loop-phi-node.  */
424
425 static bool
426 loop_phi_node_p (gimple phi)
427 {
428   /* The implementation of this function is based on the following
429      property: "all the loop-phi-nodes of a loop are contained in the
430      loop's header basic block".  */
431
432   return loop_containing_stmt (phi)->header == gimple_bb (phi);
433 }
434
435 /* Compute the scalar evolution for EVOLUTION_FN after crossing LOOP.
436    In general, in the case of multivariate evolutions we want to get
437    the evolution in different loops.  LOOP specifies the level for
438    which to get the evolution.
439    
440    Example:
441    
442    | for (j = 0; j < 100; j++)
443    |   {
444    |     for (k = 0; k < 100; k++)
445    |       {
446    |         i = k + j;   - Here the value of i is a function of j, k. 
447    |       }
448    |      ... = i         - Here the value of i is a function of j. 
449    |   }
450    | ... = i              - Here the value of i is a scalar.  
451    
452    Example:  
453    
454    | i_0 = ...
455    | loop_1 10 times
456    |   i_1 = phi (i_0, i_2)
457    |   i_2 = i_1 + 2
458    | endloop
459     
460    This loop has the same effect as:
461    LOOP_1 has the same effect as:
462     
463    | i_1 = i_0 + 20
464    
465    The overall effect of the loop, "i_0 + 20" in the previous example, 
466    is obtained by passing in the parameters: LOOP = 1, 
467    EVOLUTION_FN = {i_0, +, 2}_1.
468 */
469  
470 static tree 
471 compute_overall_effect_of_inner_loop (struct loop *loop, tree evolution_fn)
472 {
473   bool val = false;
474
475   if (evolution_fn == chrec_dont_know)
476     return chrec_dont_know;
477
478   else if (TREE_CODE (evolution_fn) == POLYNOMIAL_CHREC)
479     {
480       struct loop *inner_loop = get_chrec_loop (evolution_fn);
481
482       if (inner_loop == loop
483           || flow_loop_nested_p (loop, inner_loop))
484         {
485           tree nb_iter = number_of_latch_executions (inner_loop);
486
487           if (nb_iter == chrec_dont_know)
488             return chrec_dont_know;
489           else
490             {
491               tree res;
492
493               /* evolution_fn is the evolution function in LOOP.  Get
494                  its value in the nb_iter-th iteration.  */
495               res = chrec_apply (inner_loop->num, evolution_fn, nb_iter);
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   t_bool res = t_false;
1146   tree rhs0, rhs1;
1147   tree type = TREE_TYPE (expr);
1148   enum tree_code code;
1149   
1150   /* The EXPR is one of the following cases:
1151      - an SSA_NAME, 
1152      - an INTEGER_CST,
1153      - a PLUS_EXPR, 
1154      - a POINTER_PLUS_EXPR, 
1155      - a MINUS_EXPR,
1156      - an ASSERT_EXPR,
1157      - other cases are not yet handled.  */
1158   code = TREE_CODE (expr);
1159   switch (code)
1160     {
1161     case NOP_EXPR:
1162       /* This assignment is under the form "a_1 = (cast) rhs.  */
1163       res = follow_ssa_edge_expr (loop, at_stmt, TREE_OPERAND (expr, 0),
1164                                   halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1165       *evolution_of_loop = chrec_convert (type, *evolution_of_loop, at_stmt);
1166       break;
1167
1168     case INTEGER_CST:
1169       /* This assignment is under the form "a_1 = 7".  */
1170       res = t_false;
1171       break;
1172       
1173     case SSA_NAME:
1174       /* This assignment is under the form: "a_1 = b_2".  */
1175       res = follow_ssa_edge 
1176         (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (expr), halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1177       break;
1178       
1179     case POINTER_PLUS_EXPR:
1180     case PLUS_EXPR:
1181     case MINUS_EXPR:
1182       /* This case is under the form "rhs0 +- rhs1".  */
1183       rhs0 = TREE_OPERAND (expr, 0);
1184       rhs1 = TREE_OPERAND (expr, 1);
1185       STRIP_TYPE_NOPS (rhs0);
1186       STRIP_TYPE_NOPS (rhs1);
1187       return follow_ssa_edge_binary (loop, at_stmt, type, rhs0, code, rhs1,
1188                                      halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1189
1190     case ASSERT_EXPR:
1191       {
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         tree op0 = ASSERT_EXPR_VAR (expr);
1195         if (TREE_CODE (op0) == SSA_NAME)
1196           res = follow_ssa_edge (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (op0),
1197                                  halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1198         else
1199           res = t_false;
1200         break;
1201       }
1202
1203
1204     default:
1205       res = t_false;
1206       break;
1207     }
1208   
1209   return res;
1210 }
1211
1212 /* Follow the ssa edge into the right hand side of an assignment STMT.
1213    Return true if the strongly connected component has been found.  */
1214
1215 static t_bool
1216 follow_ssa_edge_in_rhs (struct loop *loop, gimple stmt,
1217                         gimple halting_phi, tree *evolution_of_loop, int limit)
1218 {
1219   tree type = TREE_TYPE (gimple_assign_lhs (stmt));
1220   enum tree_code code = gimple_assign_rhs_code (stmt);
1221
1222   switch (get_gimple_rhs_class (code))
1223     {
1224     case GIMPLE_BINARY_RHS:
1225       return follow_ssa_edge_binary (loop, stmt, type,
1226                                      gimple_assign_rhs1 (stmt), code,
1227                                      gimple_assign_rhs2 (stmt),
1228                                      halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1229     case GIMPLE_SINGLE_RHS:
1230       return follow_ssa_edge_expr (loop, stmt, gimple_assign_rhs1 (stmt),
1231                                    halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1232     case GIMPLE_UNARY_RHS:
1233       if (code == NOP_EXPR)
1234         {
1235           /* This assignment is under the form "a_1 = (cast) rhs.  */
1236           t_bool res
1237             = follow_ssa_edge_expr (loop, stmt, gimple_assign_rhs1 (stmt),
1238                                     halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1239           *evolution_of_loop = chrec_convert (type, *evolution_of_loop, stmt);
1240           return res;
1241         }
1242       /* FALLTHRU */
1243
1244     default:
1245       return t_false;
1246     }
1247 }
1248
1249 /* Checks whether the I-th argument of a PHI comes from a backedge.  */
1250
1251 static bool
1252 backedge_phi_arg_p (gimple phi, int i)
1253 {
1254   const_edge e = gimple_phi_arg_edge (phi, i);
1255
1256   /* We would in fact like to test EDGE_DFS_BACK here, but we do not care
1257      about updating it anywhere, and this should work as well most of the
1258      time.  */
1259   if (e->flags & EDGE_IRREDUCIBLE_LOOP)
1260     return true;
1261
1262   return false;
1263 }
1264
1265 /* Helper function for one branch of the condition-phi-node.  Return
1266    true if the strongly connected component has been found following
1267    this path.  */
1268
1269 static inline t_bool
1270 follow_ssa_edge_in_condition_phi_branch (int i,
1271                                          struct loop *loop, 
1272                                          gimple condition_phi, 
1273                                          gimple halting_phi,
1274                                          tree *evolution_of_branch,
1275                                          tree init_cond, int limit)
1276 {
1277   tree branch = PHI_ARG_DEF (condition_phi, i);
1278   *evolution_of_branch = chrec_dont_know;
1279
1280   /* Do not follow back edges (they must belong to an irreducible loop, which
1281      we really do not want to worry about).  */
1282   if (backedge_phi_arg_p (condition_phi, i))
1283     return t_false;
1284
1285   if (TREE_CODE (branch) == SSA_NAME)
1286     {
1287       *evolution_of_branch = init_cond;
1288       return follow_ssa_edge (loop, SSA_NAME_DEF_STMT (branch), halting_phi, 
1289                               evolution_of_branch, limit);
1290     }
1291
1292   /* This case occurs when one of the condition branches sets 
1293      the variable to a constant: i.e. a phi-node like
1294      "a_2 = PHI <a_7(5), 2(6)>;".  
1295          
1296      FIXME:  This case have to be refined correctly: 
1297      in some cases it is possible to say something better than
1298      chrec_dont_know, for example using a wrap-around notation.  */
1299   return t_false;
1300 }
1301
1302 /* This function merges the branches of a condition-phi-node in a
1303    loop.  */
1304
1305 static t_bool
1306 follow_ssa_edge_in_condition_phi (struct loop *loop,
1307                                   gimple condition_phi, 
1308                                   gimple halting_phi, 
1309                                   tree *evolution_of_loop, int limit)
1310 {
1311   int i, n;
1312   tree init = *evolution_of_loop;
1313   tree evolution_of_branch;
1314   t_bool res = follow_ssa_edge_in_condition_phi_branch (0, loop, condition_phi,
1315                                                         halting_phi,
1316                                                         &evolution_of_branch,
1317                                                         init, limit);
1318   if (res == t_false || res == t_dont_know)
1319     return res;
1320
1321   *evolution_of_loop = evolution_of_branch;
1322
1323   n = gimple_phi_num_args (condition_phi);
1324   for (i = 1; i < n; i++)
1325     {
1326       /* Quickly give up when the evolution of one of the branches is
1327          not known.  */
1328       if (*evolution_of_loop == chrec_dont_know)
1329         return t_true;
1330
1331       /* Increase the limit by the PHI argument number to avoid exponential
1332          time and memory complexity.  */
1333       res = follow_ssa_edge_in_condition_phi_branch (i, loop, condition_phi,
1334                                                      halting_phi,
1335                                                      &evolution_of_branch,
1336                                                      init, limit + i);
1337       if (res == t_false || res == t_dont_know)
1338         return res;
1339
1340       *evolution_of_loop = chrec_merge (*evolution_of_loop,
1341                                         evolution_of_branch);
1342     }
1343   
1344   return t_true;
1345 }
1346
1347 /* Follow an SSA edge in an inner loop.  It computes the overall
1348    effect of the loop, and following the symbolic initial conditions,
1349    it follows the edges in the parent loop.  The inner loop is
1350    considered as a single statement.  */
1351
1352 static t_bool
1353 follow_ssa_edge_inner_loop_phi (struct loop *outer_loop,
1354                                 gimple loop_phi_node, 
1355                                 gimple halting_phi,
1356                                 tree *evolution_of_loop, int limit)
1357 {
1358   struct loop *loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1359   tree ev = analyze_scalar_evolution (loop, PHI_RESULT (loop_phi_node));
1360
1361   /* Sometimes, the inner loop is too difficult to analyze, and the
1362      result of the analysis is a symbolic parameter.  */
1363   if (ev == PHI_RESULT (loop_phi_node))
1364     {
1365       t_bool res = t_false;
1366       int i, n = gimple_phi_num_args (loop_phi_node);
1367
1368       for (i = 0; i < n; i++)
1369         {
1370           tree arg = PHI_ARG_DEF (loop_phi_node, i);
1371           basic_block bb;
1372
1373           /* Follow the edges that exit the inner loop.  */
1374           bb = gimple_phi_arg_edge (loop_phi_node, i)->src;
1375           if (!flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1376             res = follow_ssa_edge_expr (outer_loop, loop_phi_node,
1377                                         arg, halting_phi,
1378                                         evolution_of_loop, limit);
1379           if (res == t_true)
1380             break;
1381         }
1382
1383       /* If the path crosses this loop-phi, give up.  */
1384       if (res == t_true)
1385         *evolution_of_loop = chrec_dont_know;
1386
1387       return res;
1388     }
1389
1390   /* Otherwise, compute the overall effect of the inner loop.  */
1391   ev = compute_overall_effect_of_inner_loop (loop, ev);
1392   return follow_ssa_edge_expr (outer_loop, loop_phi_node, ev, halting_phi,
1393                                evolution_of_loop, limit);
1394 }
1395
1396 /* Follow an SSA edge from a loop-phi-node to itself, constructing a
1397    path that is analyzed on the return walk.  */
1398
1399 static t_bool
1400 follow_ssa_edge (struct loop *loop, gimple def, gimple halting_phi,
1401                  tree *evolution_of_loop, int limit)
1402 {
1403   struct loop *def_loop;
1404   
1405   if (gimple_nop_p (def))
1406     return t_false;
1407   
1408   /* Give up if the path is longer than the MAX that we allow.  */
1409   if (limit > PARAM_VALUE (PARAM_SCEV_MAX_EXPR_SIZE))
1410     return t_dont_know;
1411   
1412   def_loop = loop_containing_stmt (def);
1413   
1414   switch (gimple_code (def))
1415     {
1416     case GIMPLE_PHI:
1417       if (!loop_phi_node_p (def))
1418         /* DEF is a condition-phi-node.  Follow the branches, and
1419            record their evolutions.  Finally, merge the collected
1420            information and set the approximation to the main
1421            variable.  */
1422         return follow_ssa_edge_in_condition_phi 
1423           (loop, def, halting_phi, evolution_of_loop, limit);
1424
1425       /* When the analyzed phi is the halting_phi, the
1426          depth-first search is over: we have found a path from
1427          the halting_phi to itself in the loop.  */
1428       if (def == halting_phi)
1429         return t_true;
1430           
1431       /* Otherwise, the evolution of the HALTING_PHI depends
1432          on the evolution of another loop-phi-node, i.e. the
1433          evolution function is a higher degree polynomial.  */
1434       if (def_loop == loop)
1435         return t_false;
1436           
1437       /* Inner loop.  */
1438       if (flow_loop_nested_p (loop, def_loop))
1439         return follow_ssa_edge_inner_loop_phi 
1440           (loop, def, halting_phi, evolution_of_loop, limit + 1);
1441
1442       /* Outer loop.  */
1443       return t_false;
1444
1445     case GIMPLE_ASSIGN:
1446       return follow_ssa_edge_in_rhs (loop, def, halting_phi, 
1447                                      evolution_of_loop, limit);
1448       
1449     default:
1450       /* At this level of abstraction, the program is just a set
1451          of GIMPLE_ASSIGNs and PHI_NODEs.  In principle there is no
1452          other node to be handled.  */
1453       return t_false;
1454     }
1455 }
1456
1457 \f
1458
1459 /* Given a LOOP_PHI_NODE, this function determines the evolution
1460    function from LOOP_PHI_NODE to LOOP_PHI_NODE in the loop.  */
1461
1462 static tree
1463 analyze_evolution_in_loop (gimple loop_phi_node, 
1464                            tree init_cond)
1465 {
1466   int i, n = gimple_phi_num_args (loop_phi_node);
1467   tree evolution_function = chrec_not_analyzed_yet;
1468   struct loop *loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1469   basic_block bb;
1470   
1471   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1472     {
1473       fprintf (dump_file, "(analyze_evolution_in_loop \n");
1474       fprintf (dump_file, "  (loop_phi_node = ");
1475       print_gimple_stmt (dump_file, loop_phi_node, 0, 0);
1476       fprintf (dump_file, ")\n");
1477     }
1478   
1479   for (i = 0; i < n; i++)
1480     {
1481       tree arg = PHI_ARG_DEF (loop_phi_node, i);
1482       gimple ssa_chain;
1483       tree ev_fn;
1484       t_bool res;
1485
1486       /* Select the edges that enter the loop body.  */
1487       bb = gimple_phi_arg_edge (loop_phi_node, i)->src;
1488       if (!flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1489         continue;
1490       
1491       if (TREE_CODE (arg) == SSA_NAME)
1492         {
1493           ssa_chain = SSA_NAME_DEF_STMT (arg);
1494
1495           /* Pass in the initial condition to the follow edge function.  */
1496           ev_fn = init_cond;
1497           res = follow_ssa_edge (loop, ssa_chain, loop_phi_node, &ev_fn, 0);
1498         }
1499       else
1500         res = t_false;
1501               
1502       /* When it is impossible to go back on the same
1503          loop_phi_node by following the ssa edges, the
1504          evolution is represented by a peeled chrec, i.e. the
1505          first iteration, EV_FN has the value INIT_COND, then
1506          all the other iterations it has the value of ARG.  
1507          For the moment, PEELED_CHREC nodes are not built.  */
1508       if (res != t_true)
1509         ev_fn = chrec_dont_know;
1510       
1511       /* When there are multiple back edges of the loop (which in fact never
1512          happens currently, but nevertheless), merge their evolutions.  */
1513       evolution_function = chrec_merge (evolution_function, ev_fn);
1514     }
1515   
1516   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1517     {
1518       fprintf (dump_file, "  (evolution_function = ");
1519       print_generic_expr (dump_file, evolution_function, 0);
1520       fprintf (dump_file, "))\n");
1521     }
1522   
1523   return evolution_function;
1524 }
1525
1526 /* Given a loop-phi-node, return the initial conditions of the
1527    variable on entry of the loop.  When the CCP has propagated
1528    constants into the loop-phi-node, the initial condition is
1529    instantiated, otherwise the initial condition is kept symbolic.
1530    This analyzer does not analyze the evolution outside the current
1531    loop, and leaves this task to the on-demand tree reconstructor.  */
1532
1533 static tree 
1534 analyze_initial_condition (gimple loop_phi_node)
1535 {
1536   int i, n;
1537   tree init_cond = chrec_not_analyzed_yet;
1538   struct loop *loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1539   
1540   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1541     {
1542       fprintf (dump_file, "(analyze_initial_condition \n");
1543       fprintf (dump_file, "  (loop_phi_node = \n");
1544       print_gimple_stmt (dump_file, loop_phi_node, 0, 0);
1545       fprintf (dump_file, ")\n");
1546     }
1547   
1548   n = gimple_phi_num_args (loop_phi_node);
1549   for (i = 0; i < n; i++)
1550     {
1551       tree branch = PHI_ARG_DEF (loop_phi_node, i);
1552       basic_block bb = gimple_phi_arg_edge (loop_phi_node, i)->src;
1553       
1554       /* When the branch is oriented to the loop's body, it does
1555          not contribute to the initial condition.  */
1556       if (flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1557         continue;
1558
1559       if (init_cond == chrec_not_analyzed_yet)
1560         {
1561           init_cond = branch;
1562           continue;
1563         }
1564
1565       if (TREE_CODE (branch) == SSA_NAME)
1566         {
1567           init_cond = chrec_dont_know;
1568           break;
1569         }
1570
1571       init_cond = chrec_merge (init_cond, branch);
1572     }
1573
1574   /* Ooops -- a loop without an entry???  */
1575   if (init_cond == chrec_not_analyzed_yet)
1576     init_cond = chrec_dont_know;
1577
1578   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1579     {
1580       fprintf (dump_file, "  (init_cond = ");
1581       print_generic_expr (dump_file, init_cond, 0);
1582       fprintf (dump_file, "))\n");
1583     }
1584   
1585   return init_cond;
1586 }
1587
1588 /* Analyze the scalar evolution for LOOP_PHI_NODE.  */
1589
1590 static tree 
1591 interpret_loop_phi (struct loop *loop, gimple loop_phi_node)
1592 {
1593   tree res;
1594   struct loop *phi_loop = loop_containing_stmt (loop_phi_node);
1595   tree init_cond;
1596   
1597   if (phi_loop != loop)
1598     {
1599       struct loop *subloop;
1600       tree evolution_fn = analyze_scalar_evolution
1601         (phi_loop, PHI_RESULT (loop_phi_node));
1602
1603       /* Dive one level deeper.  */
1604       subloop = superloop_at_depth (phi_loop, loop_depth (loop) + 1);
1605
1606       /* Interpret the subloop.  */
1607       res = compute_overall_effect_of_inner_loop (subloop, evolution_fn);
1608       return res;
1609     }
1610
1611   /* Otherwise really interpret the loop phi.  */
1612   init_cond = analyze_initial_condition (loop_phi_node);
1613   res = analyze_evolution_in_loop (loop_phi_node, init_cond);
1614
1615   return res;
1616 }
1617
1618 /* This function merges the branches of a condition-phi-node,
1619    contained in the outermost loop, and whose arguments are already
1620    analyzed.  */
1621
1622 static tree
1623 interpret_condition_phi (struct loop *loop, gimple condition_phi)
1624 {
1625   int i, n = gimple_phi_num_args (condition_phi);
1626   tree res = chrec_not_analyzed_yet;
1627   
1628   for (i = 0; i < n; i++)
1629     {
1630       tree branch_chrec;
1631       
1632       if (backedge_phi_arg_p (condition_phi, i))
1633         {
1634           res = chrec_dont_know;
1635           break;
1636         }
1637
1638       branch_chrec = analyze_scalar_evolution
1639         (loop, PHI_ARG_DEF (condition_phi, i));
1640       
1641       res = chrec_merge (res, branch_chrec);
1642     }
1643
1644   return res;
1645 }
1646
1647 /* Interpret the operation RHS1 OP RHS2.  If we didn't
1648    analyze this node before, follow the definitions until ending
1649    either on an analyzed GIMPLE_ASSIGN, or on a loop-phi-node.  On the
1650    return path, this function propagates evolutions (ala constant copy
1651    propagation).  OPND1 is not a GIMPLE expression because we could
1652    analyze the effect of an inner loop: see interpret_loop_phi.  */
1653
1654 static tree
1655 interpret_rhs_expr (struct loop *loop, gimple at_stmt,
1656                     tree type, tree rhs1, enum tree_code code, tree rhs2)
1657 {
1658   tree res, chrec1, chrec2;
1659
1660   if (get_gimple_rhs_class (code) == GIMPLE_SINGLE_RHS)
1661     {
1662       if (is_gimple_min_invariant (rhs1))
1663         return chrec_convert (type, rhs1, at_stmt);
1664
1665       if (code == SSA_NAME)
1666         return chrec_convert (type, analyze_scalar_evolution (loop, rhs1),
1667                               at_stmt);
1668
1669       if (code == ASSERT_EXPR)
1670         {
1671           rhs1 = ASSERT_EXPR_VAR (rhs1);
1672           return chrec_convert (type, analyze_scalar_evolution (loop, rhs1),
1673                                 at_stmt);
1674         }
1675
1676       return chrec_dont_know;
1677     }
1678
1679   switch (code)
1680     {
1681     case POINTER_PLUS_EXPR:
1682       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1683       chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1684       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1685       chrec2 = chrec_convert (sizetype, chrec2, at_stmt);
1686       res = chrec_fold_plus (type, chrec1, chrec2);
1687       break;
1688
1689     case PLUS_EXPR:
1690       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1691       chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1692       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1693       chrec2 = chrec_convert (type, chrec2, at_stmt);
1694       res = chrec_fold_plus (type, chrec1, chrec2);
1695       break;
1696       
1697     case MINUS_EXPR:
1698       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1699       chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1700       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1701       chrec2 = chrec_convert (type, chrec2, at_stmt);
1702       res = chrec_fold_minus (type, chrec1, chrec2);
1703       break;
1704
1705     case NEGATE_EXPR:
1706       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1707       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1708       /* TYPE may be integer, real or complex, so use fold_convert.  */
1709       res = chrec_fold_multiply (type, chrec1,
1710                                  fold_convert (type, integer_minus_one_node));
1711       break;
1712
1713     case BIT_NOT_EXPR:
1714       /* Handle ~X as -1 - X.  */
1715       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1716       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1717       res = chrec_fold_minus (type,
1718                               fold_convert (type, integer_minus_one_node),
1719                               chrec1);
1720       break;
1721
1722     case MULT_EXPR:
1723       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1724       chrec2 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs2);
1725       chrec1 = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1726       chrec2 = chrec_convert (type, chrec2, at_stmt);
1727       res = chrec_fold_multiply (type, chrec1, chrec2);
1728       break;
1729       
1730     CASE_CONVERT:
1731       chrec1 = analyze_scalar_evolution (loop, rhs1);
1732       res = chrec_convert (type, chrec1, at_stmt);
1733       break;
1734       
1735     default:
1736       res = chrec_dont_know;
1737       break;
1738     }
1739   
1740   return res;
1741 }
1742
1743 /* Interpret the expression EXPR.  */
1744
1745 static tree
1746 interpret_expr (struct loop *loop, gimple at_stmt, tree expr)
1747 {
1748   enum tree_code code;
1749   tree type = TREE_TYPE (expr), op0, op1;
1750
1751   if (automatically_generated_chrec_p (expr))
1752     return expr;
1753
1754   if (TREE_CODE (expr) == POLYNOMIAL_CHREC)
1755     return chrec_dont_know;
1756
1757   extract_ops_from_tree (expr, &code, &op0, &op1);
1758
1759   return interpret_rhs_expr (loop, at_stmt, type,
1760                              op0, code, op1);
1761 }
1762
1763 /* Interpret the rhs of the assignment STMT.  */
1764
1765 static tree
1766 interpret_gimple_assign (struct loop *loop, gimple stmt)
1767 {
1768   tree type = TREE_TYPE (gimple_assign_lhs (stmt));
1769   enum tree_code code = gimple_assign_rhs_code (stmt);
1770
1771   return interpret_rhs_expr (loop, stmt, type,
1772                              gimple_assign_rhs1 (stmt), code,
1773                              gimple_assign_rhs2 (stmt));
1774 }
1775
1776 \f
1777
1778 /* This section contains all the entry points: 
1779    - number_of_iterations_in_loop,
1780    - analyze_scalar_evolution,
1781    - instantiate_parameters.
1782 */
1783
1784 /* Compute and return the evolution function in WRTO_LOOP, the nearest
1785    common ancestor of DEF_LOOP and USE_LOOP.  */
1786
1787 static tree 
1788 compute_scalar_evolution_in_loop (struct loop *wrto_loop, 
1789                                   struct loop *def_loop, 
1790                                   tree ev)
1791 {
1792   tree res;
1793   if (def_loop == wrto_loop)
1794     return ev;
1795
1796   def_loop = superloop_at_depth (def_loop, loop_depth (wrto_loop) + 1);
1797   res = compute_overall_effect_of_inner_loop (def_loop, ev);
1798
1799   return analyze_scalar_evolution_1 (wrto_loop, res, chrec_not_analyzed_yet);
1800 }
1801
1802 /* Helper recursive function.  */
1803
1804 static tree
1805 analyze_scalar_evolution_1 (struct loop *loop, tree var, tree res)
1806 {
1807   tree type = TREE_TYPE (var);
1808   gimple def;
1809   basic_block bb;
1810   struct loop *def_loop;
1811
1812   if (loop == NULL || TREE_CODE (type) == VECTOR_TYPE)
1813     return chrec_dont_know;
1814
1815   if (TREE_CODE (var) != SSA_NAME)
1816     return interpret_expr (loop, NULL, var);
1817
1818   def = SSA_NAME_DEF_STMT (var);
1819   bb = gimple_bb (def);
1820   def_loop = bb ? bb->loop_father : NULL;
1821
1822   if (bb == NULL
1823       || !flow_bb_inside_loop_p (loop, bb))
1824     {
1825       /* Keep the symbolic form.  */
1826       res = var;
1827       goto set_and_end;
1828     }
1829
1830   if (res != chrec_not_analyzed_yet)
1831     {
1832       if (loop != bb->loop_father)
1833         res = compute_scalar_evolution_in_loop 
1834             (find_common_loop (loop, bb->loop_father), bb->loop_father, res);
1835
1836       goto set_and_end;
1837     }
1838
1839   if (loop != def_loop)
1840     {
1841       res = analyze_scalar_evolution_1 (def_loop, var, chrec_not_analyzed_yet);
1842       res = compute_scalar_evolution_in_loop (loop, def_loop, res);
1843
1844       goto set_and_end;
1845     }
1846
1847   switch (gimple_code (def))
1848     {
1849     case GIMPLE_ASSIGN:
1850       res = interpret_gimple_assign (loop, def);
1851       break;
1852
1853     case GIMPLE_PHI:
1854       if (loop_phi_node_p (def))
1855         res = interpret_loop_phi (loop, def);
1856       else
1857         res = interpret_condition_phi (loop, def);
1858       break;
1859
1860     default:
1861       res = chrec_dont_know;
1862       break;
1863     }
1864
1865  set_and_end:
1866
1867   /* Keep the symbolic form.  */
1868   if (res == chrec_dont_know)
1869     res = var;
1870
1871   if (loop == def_loop)
1872     set_scalar_evolution (block_before_loop (loop), var, res);
1873
1874   return res;
1875 }
1876
1877 /* Entry point for the scalar evolution analyzer.
1878    Analyzes and returns the scalar evolution of the ssa_name VAR.
1879    LOOP_NB is the identifier number of the loop in which the variable
1880    is used.
1881    
1882    Example of use: having a pointer VAR to a SSA_NAME node, STMT a
1883    pointer to the statement that uses this variable, in order to
1884    determine the evolution function of the variable, use the following
1885    calls:
1886    
1887    unsigned loop_nb = loop_containing_stmt (stmt)->num;
1888    tree chrec_with_symbols = analyze_scalar_evolution (loop_nb, var);
1889    tree chrec_instantiated = instantiate_parameters (loop, chrec_with_symbols);
1890 */
1891
1892 tree 
1893 analyze_scalar_evolution (struct loop *loop, tree var)
1894 {
1895   tree res;
1896
1897   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1898     {
1899       fprintf (dump_file, "(analyze_scalar_evolution \n");
1900       fprintf (dump_file, "  (loop_nb = %d)\n", loop->num);
1901       fprintf (dump_file, "  (scalar = ");
1902       print_generic_expr (dump_file, var, 0);
1903       fprintf (dump_file, ")\n");
1904     }
1905
1906   res = get_scalar_evolution (block_before_loop (loop), var);
1907   res = analyze_scalar_evolution_1 (loop, var, res);
1908
1909   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
1910     fprintf (dump_file, ")\n");
1911
1912   return res;
1913 }
1914
1915 /* Analyze scalar evolution of use of VERSION in USE_LOOP with respect to
1916    WRTO_LOOP (which should be a superloop of USE_LOOP)
1917
1918    FOLDED_CASTS is set to true if resolve_mixers used
1919    chrec_convert_aggressive (TODO -- not really, we are way too conservative
1920    at the moment in order to keep things simple). 
1921    
1922    To illustrate the meaning of USE_LOOP and WRTO_LOOP, consider the following
1923    example:
1924
1925    for (i = 0; i < 100; i++)                    -- loop 1
1926      {
1927        for (j = 0; j < 100; j++)                -- loop 2
1928          {
1929            k1 = i;
1930            k2 = j;
1931
1932            use2 (k1, k2);
1933
1934            for (t = 0; t < 100; t++)            -- loop 3
1935              use3 (k1, k2);
1936
1937          }
1938        use1 (k1, k2);
1939      }
1940
1941    Both k1 and k2 are invariants in loop3, thus
1942      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop3, loop3, k1) = k1
1943      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop3, loop3, k2) = k2
1944
1945    As they are invariant, it does not matter whether we consider their
1946    usage in loop 3 or loop 2, hence
1947      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop2, loop3, k1) =
1948        analyze_scalar_evolution_in_loop (loop2, loop2, k1) = i
1949      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop2, loop3, k2) =
1950        analyze_scalar_evolution_in_loop (loop2, loop2, k2) = [0,+,1]_2
1951
1952    Similarly for their evolutions with respect to loop 1.  The values of K2
1953    in the use in loop 2 vary independently on loop 1, thus we cannot express
1954    the evolution with respect to loop 1:
1955      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop3, k1) =
1956        analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop2, k1) = [0,+,1]_1
1957      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop3, k2) =
1958        analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop2, k2) = dont_know
1959
1960    The value of k2 in the use in loop 1 is known, though:
1961      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop1, k1) = [0,+,1]_1
1962      analyze_scalar_evolution_in_loop (loop1, loop1, k2) = 100
1963    */
1964
1965 static tree
1966 analyze_scalar_evolution_in_loop (struct loop *wrto_loop, struct loop *use_loop,
1967                                   tree version, bool *folded_casts)
1968 {
1969   bool val = false;
1970   tree ev = version, tmp;
1971
1972   /* We cannot just do 
1973
1974      tmp = analyze_scalar_evolution (use_loop, version);
1975      ev = resolve_mixers (wrto_loop, tmp);
1976
1977      as resolve_mixers would query the scalar evolution with respect to
1978      wrto_loop.  For example, in the situation described in the function
1979      comment, suppose that wrto_loop = loop1, use_loop = loop3 and
1980      version = k2.  Then
1981
1982      analyze_scalar_evolution (use_loop, version) = k2
1983
1984      and resolve_mixers (loop1, k2) finds that the value of k2 in loop 1
1985      is 100, which is a wrong result, since we are interested in the
1986      value in loop 3.
1987
1988      Instead, we need to proceed from use_loop to wrto_loop loop by loop,
1989      each time checking that there is no evolution in the inner loop.  */
1990
1991   if (folded_casts)
1992     *folded_casts = false;
1993   while (1)
1994     {
1995       tmp = analyze_scalar_evolution (use_loop, ev);
1996       ev = resolve_mixers (use_loop, tmp);
1997
1998       if (folded_casts && tmp != ev)
1999         *folded_casts = true;
2000
2001       if (use_loop == wrto_loop)
2002         return ev;
2003
2004       /* If the value of the use changes in the inner loop, we cannot express
2005          its value in the outer loop (we might try to return interval chrec,
2006          but we do not have a user for it anyway)  */
2007       if (!no_evolution_in_loop_p (ev, use_loop->num, &val)
2008           || !val)
2009         return chrec_dont_know;
2010
2011       use_loop = loop_outer (use_loop);
2012     }
2013 }
2014
2015 /* Returns from CACHE the value for VERSION instantiated below
2016    INSTANTIATED_BELOW block.  */
2017
2018 static tree
2019 get_instantiated_value (htab_t cache, basic_block instantiated_below,
2020                         tree version)
2021 {
2022   struct scev_info_str *info, pattern;
2023   
2024   pattern.var = version;
2025   pattern.instantiated_below = instantiated_below;
2026   info = (struct scev_info_str *) htab_find (cache, &pattern);
2027
2028   if (info)
2029     return info->chrec;
2030   else
2031     return NULL_TREE;
2032 }
2033
2034 /* Sets in CACHE the value of VERSION instantiated below basic block
2035    INSTANTIATED_BELOW to VAL.  */
2036
2037 static void
2038 set_instantiated_value (htab_t cache, basic_block instantiated_below,
2039                         tree version, tree val)
2040 {
2041   struct scev_info_str *info, pattern;
2042   PTR *slot;
2043   
2044   pattern.var = version;
2045   pattern.instantiated_below = instantiated_below;
2046   slot = htab_find_slot (cache, &pattern, INSERT);
2047
2048   if (!*slot)
2049     *slot = new_scev_info_str (instantiated_below, version);
2050   info = (struct scev_info_str *) *slot;
2051   info->chrec = val;
2052 }
2053
2054 /* Return the closed_loop_phi node for VAR.  If there is none, return
2055    NULL_TREE.  */
2056
2057 static tree
2058 loop_closed_phi_def (tree var)
2059 {
2060   struct loop *loop;
2061   edge exit;
2062   gimple phi;
2063   gimple_stmt_iterator psi;
2064
2065   if (var == NULL_TREE
2066       || TREE_CODE (var) != SSA_NAME)
2067     return NULL_TREE;
2068
2069   loop = loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (var));
2070   exit = single_exit (loop);
2071   if (!exit)
2072     return NULL_TREE;
2073
2074   for (psi = gsi_start_phis (exit->dest); !gsi_end_p (psi); gsi_next (&psi))
2075     {
2076       phi = gsi_stmt (psi);
2077       if (PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi, exit) == var)
2078         return PHI_RESULT (phi);
2079     }
2080
2081   return NULL_TREE;
2082 }
2083
2084 /* Analyze all the parameters of the chrec, between INSTANTIATE_BELOW
2085    and EVOLUTION_LOOP, that were left under a symbolic form.  
2086
2087    CHREC is the scalar evolution to instantiate.
2088
2089    CACHE is the cache of already instantiated values.
2090
2091    FOLD_CONVERSIONS should be set to true when the conversions that
2092    may wrap in signed/pointer type are folded, as long as the value of
2093    the chrec is preserved.
2094
2095    SIZE_EXPR is used for computing the size of the expression to be
2096    instantiated, and to stop if it exceeds some limit.  */
2097   
2098 static tree
2099 instantiate_scev_1 (basic_block instantiate_below,
2100                     struct loop *evolution_loop, tree chrec,
2101                     bool fold_conversions, htab_t cache, int size_expr)
2102 {
2103   tree res, op0, op1, op2;
2104   basic_block def_bb;
2105   struct loop *def_loop;
2106   tree type = chrec_type (chrec);
2107
2108   /* Give up if the expression is larger than the MAX that we allow.  */
2109   if (size_expr++ > PARAM_VALUE (PARAM_SCEV_MAX_EXPR_SIZE))
2110     return chrec_dont_know;
2111
2112   if (automatically_generated_chrec_p (chrec)
2113       || is_gimple_min_invariant (chrec))
2114     return chrec;
2115
2116   switch (TREE_CODE (chrec))
2117     {
2118     case SSA_NAME:
2119       def_bb = gimple_bb (SSA_NAME_DEF_STMT (chrec));
2120
2121       /* A parameter (or loop invariant and we do not want to include
2122          evolutions in outer loops), nothing to do.  */
2123       if (!def_bb
2124           || loop_depth (def_bb->loop_father) == 0
2125           || dominated_by_p (CDI_DOMINATORS, instantiate_below, def_bb))
2126         return chrec;
2127
2128       /* We cache the value of instantiated variable to avoid exponential
2129          time complexity due to reevaluations.  We also store the convenient
2130          value in the cache in order to prevent infinite recursion -- we do
2131          not want to instantiate the SSA_NAME if it is in a mixer
2132          structure.  This is used for avoiding the instantiation of
2133          recursively defined functions, such as: 
2134
2135          | a_2 -> {0, +, 1, +, a_2}_1  */
2136
2137       res = get_instantiated_value (cache, instantiate_below, chrec);
2138       if (res)
2139         return res;
2140
2141       res = chrec_dont_know;
2142       set_instantiated_value (cache, instantiate_below, chrec, res);
2143
2144       def_loop = find_common_loop (evolution_loop, def_bb->loop_father);
2145
2146       /* If the analysis yields a parametric chrec, instantiate the
2147          result again.  */
2148       res = analyze_scalar_evolution (def_loop, chrec);
2149
2150       /* Don't instantiate loop-closed-ssa phi nodes.  */
2151       if (TREE_CODE (res) == SSA_NAME
2152           && (loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (res)) == NULL
2153               || (loop_depth (loop_containing_stmt (SSA_NAME_DEF_STMT (res)))
2154                   > loop_depth (def_loop))))
2155         {
2156           if (res == chrec)
2157             res = loop_closed_phi_def (chrec);
2158           else
2159             res = chrec;
2160
2161           if (res == NULL_TREE)
2162             res = chrec_dont_know;
2163         }
2164
2165       else if (res != chrec_dont_know)
2166         res = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop, res,
2167                                   fold_conversions, cache, size_expr);
2168
2169       /* Store the correct value to the cache.  */
2170       set_instantiated_value (cache, instantiate_below, chrec, res);
2171       return res;
2172
2173     case POLYNOMIAL_CHREC:
2174       op0 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2175                                 CHREC_LEFT (chrec), fold_conversions, cache,
2176                                 size_expr);
2177       if (op0 == chrec_dont_know)
2178         return chrec_dont_know;
2179
2180       op1 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2181                                 CHREC_RIGHT (chrec), fold_conversions, cache,
2182                                 size_expr);
2183       if (op1 == chrec_dont_know)
2184         return chrec_dont_know;
2185
2186       if (CHREC_LEFT (chrec) != op0
2187           || CHREC_RIGHT (chrec) != op1)
2188         {
2189           op1 = chrec_convert_rhs (chrec_type (op0), op1, NULL);
2190           chrec = build_polynomial_chrec (CHREC_VARIABLE (chrec), op0, op1);
2191         }
2192       return chrec;
2193
2194     case POINTER_PLUS_EXPR:
2195     case PLUS_EXPR:
2196       op0 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2197                                 TREE_OPERAND (chrec, 0), fold_conversions, cache,
2198                                 size_expr);
2199       if (op0 == chrec_dont_know)
2200         return chrec_dont_know;
2201
2202       op1 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2203                                 TREE_OPERAND (chrec, 1), fold_conversions, cache,
2204                                 size_expr);
2205       if (op1 == chrec_dont_know)
2206         return chrec_dont_know;
2207
2208       if (TREE_OPERAND (chrec, 0) != op0
2209           || TREE_OPERAND (chrec, 1) != op1)
2210         {
2211           op0 = chrec_convert (type, op0, NULL);
2212           op1 = chrec_convert_rhs (type, op1, NULL);
2213           chrec = chrec_fold_plus (type, op0, op1);
2214         }
2215       return chrec;
2216
2217     case MINUS_EXPR:
2218       op0 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2219                                 TREE_OPERAND (chrec, 0), fold_conversions, cache,
2220                                 size_expr);
2221       if (op0 == chrec_dont_know)
2222         return chrec_dont_know;
2223
2224       op1 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2225                                 TREE_OPERAND (chrec, 1),
2226                                 fold_conversions, cache, size_expr);
2227       if (op1 == chrec_dont_know)
2228         return chrec_dont_know;
2229
2230       if (TREE_OPERAND (chrec, 0) != op0
2231           || TREE_OPERAND (chrec, 1) != op1)
2232         {
2233           op0 = chrec_convert (type, op0, NULL);
2234           op1 = chrec_convert (type, op1, NULL);
2235           chrec = chrec_fold_minus (type, op0, op1);
2236         }
2237       return chrec;
2238
2239     case MULT_EXPR:
2240       op0 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2241                                 TREE_OPERAND (chrec, 0),
2242                                 fold_conversions, cache, size_expr);
2243       if (op0 == chrec_dont_know)
2244         return chrec_dont_know;
2245
2246       op1 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2247                                 TREE_OPERAND (chrec, 1),
2248                                 fold_conversions, cache, size_expr);
2249       if (op1 == chrec_dont_know)
2250         return chrec_dont_know;
2251
2252       if (TREE_OPERAND (chrec, 0) != op0
2253           || TREE_OPERAND (chrec, 1) != op1)
2254         {
2255           op0 = chrec_convert (type, op0, NULL);
2256           op1 = chrec_convert (type, op1, NULL);
2257           chrec = chrec_fold_multiply (type, op0, op1);
2258         }
2259       return chrec;
2260
2261     CASE_CONVERT:
2262       op0 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2263                                 TREE_OPERAND (chrec, 0),
2264                                 fold_conversions, cache, size_expr);
2265       if (op0 == chrec_dont_know)
2266         return chrec_dont_know;
2267
2268       if (fold_conversions)
2269         {
2270           tree tmp = chrec_convert_aggressive (TREE_TYPE (chrec), op0);
2271           if (tmp)
2272             return tmp;
2273         }
2274
2275       if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0))
2276         return chrec;
2277
2278       /* If we used chrec_convert_aggressive, we can no longer assume that
2279          signed chrecs do not overflow, as chrec_convert does, so avoid
2280          calling it in that case.  */
2281       if (fold_conversions)
2282         return fold_convert (TREE_TYPE (chrec), op0);
2283
2284       return chrec_convert (TREE_TYPE (chrec), op0, NULL);
2285
2286     case BIT_NOT_EXPR:
2287       /* Handle ~X as -1 - X.  */
2288       op0 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2289                                 TREE_OPERAND (chrec, 0),
2290                                 fold_conversions, cache, size_expr);
2291       if (op0 == chrec_dont_know)
2292         return chrec_dont_know;
2293
2294       if (TREE_OPERAND (chrec, 0) != op0)
2295         {
2296           op0 = chrec_convert (type, op0, NULL);
2297           chrec = chrec_fold_minus (type,
2298                                     fold_convert (type,
2299                                                   integer_minus_one_node),
2300                                     op0);
2301         }
2302       return chrec;
2303
2304     case SCEV_NOT_KNOWN:
2305       return chrec_dont_know;
2306
2307     case SCEV_KNOWN:
2308       return chrec_known;
2309                                      
2310     default:
2311       break;
2312     }
2313
2314   if (VL_EXP_CLASS_P (chrec))
2315     return chrec_dont_know;
2316
2317   switch (TREE_CODE_LENGTH (TREE_CODE (chrec)))
2318     {
2319     case 3:
2320       op0 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2321                                 TREE_OPERAND (chrec, 0),
2322                                 fold_conversions, cache, size_expr);
2323       if (op0 == chrec_dont_know)
2324         return chrec_dont_know;
2325
2326       op1 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2327                                 TREE_OPERAND (chrec, 1),
2328                                 fold_conversions, cache, size_expr);
2329       if (op1 == chrec_dont_know)
2330         return chrec_dont_know;
2331
2332       op2 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2333                                 TREE_OPERAND (chrec, 2),
2334                                 fold_conversions, cache, size_expr);
2335       if (op2 == chrec_dont_know)
2336         return chrec_dont_know;
2337
2338       if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0)
2339           && op1 == TREE_OPERAND (chrec, 1)
2340           && op2 == TREE_OPERAND (chrec, 2))
2341         return chrec;
2342
2343       return fold_build3 (TREE_CODE (chrec),
2344                           TREE_TYPE (chrec), op0, op1, op2);
2345
2346     case 2:
2347       op0 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2348                                 TREE_OPERAND (chrec, 0),
2349                                 fold_conversions, cache, size_expr);
2350       if (op0 == chrec_dont_know)
2351         return chrec_dont_know;
2352
2353       op1 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2354                                 TREE_OPERAND (chrec, 1),
2355                                 fold_conversions, cache, size_expr);
2356       if (op1 == chrec_dont_know)
2357         return chrec_dont_know;
2358
2359       if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0)
2360           && op1 == TREE_OPERAND (chrec, 1))
2361         return chrec;
2362       return fold_build2 (TREE_CODE (chrec), TREE_TYPE (chrec), op0, op1);
2363             
2364     case 1:
2365       op0 = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop,
2366                                 TREE_OPERAND (chrec, 0),
2367                                 fold_conversions, cache, size_expr);
2368       if (op0 == chrec_dont_know)
2369         return chrec_dont_know;
2370       if (op0 == TREE_OPERAND (chrec, 0))
2371         return chrec;
2372       return fold_build1 (TREE_CODE (chrec), TREE_TYPE (chrec), op0);
2373
2374     case 0:
2375       return chrec;
2376
2377     default:
2378       break;
2379     }
2380
2381   /* Too complicated to handle.  */
2382   return chrec_dont_know;
2383 }
2384
2385 /* Analyze all the parameters of the chrec that were left under a
2386    symbolic form.  INSTANTIATE_BELOW is the basic block that stops the
2387    recursive instantiation of parameters: a parameter is a variable
2388    that is defined in a basic block that dominates INSTANTIATE_BELOW or
2389    a function parameter.  */
2390
2391 tree
2392 instantiate_scev (basic_block instantiate_below, struct loop *evolution_loop,
2393                   tree chrec)
2394 {
2395   tree res;
2396   htab_t cache = htab_create (10, hash_scev_info, eq_scev_info, del_scev_info);
2397
2398   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2399     {
2400       fprintf (dump_file, "(instantiate_scev \n");
2401       fprintf (dump_file, "  (instantiate_below = %d)\n", instantiate_below->index);
2402       fprintf (dump_file, "  (evolution_loop = %d)\n", evolution_loop->num);
2403       fprintf (dump_file, "  (chrec = ");
2404       print_generic_expr (dump_file, chrec, 0);
2405       fprintf (dump_file, ")\n");
2406     }
2407  
2408   res = instantiate_scev_1 (instantiate_below, evolution_loop, chrec, false,
2409                             cache, 0);
2410
2411   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2412     {
2413       fprintf (dump_file, "  (res = ");
2414       print_generic_expr (dump_file, res, 0);
2415       fprintf (dump_file, "))\n");
2416     }
2417
2418   htab_delete (cache);
2419   
2420   return res;
2421 }
2422
2423 /* Similar to instantiate_parameters, but does not introduce the
2424    evolutions in outer loops for LOOP invariants in CHREC, and does not
2425    care about causing overflows, as long as they do not affect value
2426    of an expression.  */
2427
2428 tree
2429 resolve_mixers (struct loop *loop, tree chrec)
2430 {
2431   htab_t cache = htab_create (10, hash_scev_info, eq_scev_info, del_scev_info);
2432   tree ret = instantiate_scev_1 (block_before_loop (loop), loop, chrec, true,
2433                                  cache, 0);
2434   htab_delete (cache);
2435   return ret;
2436 }
2437
2438 /* Entry point for the analysis of the number of iterations pass.  
2439    This function tries to safely approximate the number of iterations
2440    the loop will run.  When this property is not decidable at compile
2441    time, the result is chrec_dont_know.  Otherwise the result is
2442    a scalar or a symbolic parameter.
2443    
2444    Example of analysis: suppose that the loop has an exit condition:
2445    
2446    "if (b > 49) goto end_loop;"
2447    
2448    and that in a previous analysis we have determined that the
2449    variable 'b' has an evolution function:
2450    
2451    "EF = {23, +, 5}_2".  
2452    
2453    When we evaluate the function at the point 5, i.e. the value of the
2454    variable 'b' after 5 iterations in the loop, we have EF (5) = 48,
2455    and EF (6) = 53.  In this case the value of 'b' on exit is '53' and
2456    the loop body has been executed 6 times.  */
2457
2458 tree 
2459 number_of_latch_executions (struct loop *loop)
2460 {
2461   tree res, type;
2462   edge exit;
2463   struct tree_niter_desc niter_desc;
2464
2465   /* Determine whether the number_of_iterations_in_loop has already
2466      been computed.  */
2467   res = loop->nb_iterations;
2468   if (res)
2469     return res;
2470   res = chrec_dont_know;
2471
2472   if (dump_file && (dump_flags & TDF_DETAILS))
2473     fprintf (dump_file, "(number_of_iterations_in_loop\n");
2474   
2475   exit = single_exit (loop);
2476   if (!exit)
2477     goto end;
2478
2479   if (!number_of_iterations_exit (loop, exit, &niter_desc, false))
2480     goto end;
2481
2482   type = TREE_TYPE (niter_desc.niter);
2483   if (integer_nonzerop (niter_desc.may_be_zero))
2484     res = build_int_cst (type, 0);
2485   else if (integer_zerop (niter_desc.may_be_zero))
2486     res = niter_desc.niter;
2487   else
2488     res = chrec_dont_know;
2489
2490 end:
2491   return set_nb_iterations_in_loop (loop, res);
2492 }
2493
2494 /* Returns the number of executions of the exit condition of LOOP,
2495    i.e., the number by one higher than number_of_latch_executions.
2496    Note that unlike number_of_latch_executions, this number does
2497    not necessarily fit in the unsigned variant of the type of
2498    the control variable -- if the number of iterations is a constant,
2499    we return chrec_dont_know if adding one to number_of_latch_executions
2500    overflows; however, in case the number of iterations is symbolic
2501    expression, the caller is responsible for dealing with this
2502    the possible overflow.  */
2503
2504 tree 
2505 number_of_exit_cond_executions (struct loop *loop)
2506 {
2507   tree ret = number_of_latch_executions (loop);
2508   tree type = chrec_type (ret);
2509
2510   if (chrec_contains_undetermined (ret))
2511     return ret;
2512
2513   ret = chrec_fold_plus (type, ret, build_int_cst (type, 1));
2514   if (TREE_CODE (ret) == INTEGER_CST
2515       && TREE_OVERFLOW (ret))
2516     return chrec_dont_know;
2517
2518   return ret;
2519 }
2520
2521 /* One of the drivers for testing the scalar evolutions analysis.
2522    This function computes the number of iterations for all the loops
2523    from the EXIT_CONDITIONS array.  */
2524
2525 static void 
2526 number_of_iterations_for_all_loops (VEC(gimple,heap) **exit_conditions)
2527 {
2528   unsigned int i;
2529   unsigned nb_chrec_dont_know_loops = 0;
2530   unsigned nb_static_loops = 0;
2531   gimple cond;
2532   
2533   for (i = 0; VEC_iterate (gimple, *exit_conditions, i, cond); i++)
2534     {
2535       tree res = number_of_latch_executions (loop_containing_stmt (cond));
2536       if (chrec_contains_undetermined (res))
2537         nb_chrec_dont_know_loops++;
2538       else
2539         nb_static_loops++;
2540     }
2541   
2542   if (dump_file)
2543     {
2544       fprintf (dump_file, "\n(\n");
2545       fprintf (dump_file, "-----------------------------------------\n");
2546       fprintf (dump_file, "%d\tnb_chrec_dont_know_loops\n", nb_chrec_dont_know_loops);
2547       fprintf (dump_file, "%d\tnb_static_loops\n", nb_static_loops);
2548       fprintf (dump_file, "%d\tnb_total_loops\n", number_of_loops ());
2549       fprintf (dump_file, "-----------------------------------------\n");
2550       fprintf (dump_file, ")\n\n");
2551       
2552       print_loops (dump_file, 3);
2553     }
2554 }
2555
2556 \f
2557
2558 /* Counters for the stats.  */
2559
2560 struct chrec_stats 
2561 {
2562   unsigned nb_chrecs;
2563   unsigned nb_affine;
2564   unsigned nb_affine_multivar;
2565   unsigned nb_higher_poly;
2566   unsigned nb_chrec_dont_know;
2567   unsigned nb_undetermined;
2568 };
2569
2570 /* Reset the counters.  */
2571
2572 static inline void
2573 reset_chrecs_counters (struct chrec_stats *stats)
2574 {
2575   stats->nb_chrecs = 0;
2576   stats->nb_affine = 0;
2577   stats->nb_affine_multivar = 0;
2578   stats->nb_higher_poly = 0;
2579   stats->nb_chrec_dont_know = 0;
2580   stats->nb_undetermined = 0;
2581 }
2582
2583 /* Dump the contents of a CHREC_STATS structure.  */
2584
2585 static void
2586 dump_chrecs_stats (FILE *file, struct chrec_stats *stats)
2587 {
2588   fprintf (file, "\n(\n");
2589   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2590   fprintf (file, "%d\taffine univariate chrecs\n", stats->nb_affine);
2591   fprintf (file, "%d\taffine multivariate chrecs\n", stats->nb_affine_multivar);
2592   fprintf (file, "%d\tdegree greater than 2 polynomials\n", 
2593            stats->nb_higher_poly);
2594   fprintf (file, "%d\tchrec_dont_know chrecs\n", stats->nb_chrec_dont_know);
2595   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2596   fprintf (file, "%d\ttotal chrecs\n", stats->nb_chrecs);
2597   fprintf (file, "%d\twith undetermined coefficients\n", 
2598            stats->nb_undetermined);
2599   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2600   fprintf (file, "%d\tchrecs in the scev database\n", 
2601            (int) htab_elements (scalar_evolution_info));
2602   fprintf (file, "%d\tsets in the scev database\n", nb_set_scev);
2603   fprintf (file, "%d\tgets in the scev database\n", nb_get_scev);
2604   fprintf (file, "-----------------------------------------\n");
2605   fprintf (file, ")\n\n");
2606 }
2607
2608 /* Gather statistics about CHREC.  */
2609
2610 static void
2611 gather_chrec_stats (tree chrec, struct chrec_stats *stats)
2612 {
2613   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2614     {
2615       fprintf (dump_file, "(classify_chrec ");
2616       print_generic_expr (dump_file, chrec, 0);
2617       fprintf (dump_file, "\n");
2618     }
2619   
2620   stats->nb_chrecs++;
2621   
2622   if (chrec == NULL_TREE)
2623     {
2624       stats->nb_undetermined++;
2625       return;
2626     }
2627   
2628   switch (TREE_CODE (chrec))
2629     {
2630     case POLYNOMIAL_CHREC:
2631       if (evolution_function_is_affine_p (chrec))
2632         {
2633           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2634             fprintf (dump_file, "  affine_univariate\n");
2635           stats->nb_affine++;
2636         }
2637       else if (evolution_function_is_affine_multivariate_p (chrec, 0))
2638         {
2639           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2640             fprintf (dump_file, "  affine_multivariate\n");
2641           stats->nb_affine_multivar++;
2642         }
2643       else
2644         {
2645           if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2646             fprintf (dump_file, "  higher_degree_polynomial\n");
2647           stats->nb_higher_poly++;
2648         }
2649       
2650       break;
2651
2652     default:
2653       break;
2654     }
2655   
2656   if (chrec_contains_undetermined (chrec))
2657     {
2658       if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2659         fprintf (dump_file, "  undetermined\n");
2660       stats->nb_undetermined++;
2661     }
2662   
2663   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2664     fprintf (dump_file, ")\n");
2665 }
2666
2667 /* One of the drivers for testing the scalar evolutions analysis.
2668    This function analyzes the scalar evolution of all the scalars
2669    defined as loop phi nodes in one of the loops from the
2670    EXIT_CONDITIONS array.  
2671    
2672    TODO Optimization: A loop is in canonical form if it contains only
2673    a single scalar loop phi node.  All the other scalars that have an
2674    evolution in the loop are rewritten in function of this single
2675    index.  This allows the parallelization of the loop.  */
2676
2677 static void 
2678 analyze_scalar_evolution_for_all_loop_phi_nodes (VEC(gimple,heap) **exit_conditions)
2679 {
2680   unsigned int i;
2681   struct chrec_stats stats;
2682   gimple cond, phi;
2683   gimple_stmt_iterator psi;
2684   
2685   reset_chrecs_counters (&stats);
2686   
2687   for (i = 0; VEC_iterate (gimple, *exit_conditions, i, cond); i++)
2688     {
2689       struct loop *loop;
2690       basic_block bb;
2691       tree chrec;
2692       
2693       loop = loop_containing_stmt (cond);
2694       bb = loop->header;
2695       
2696       for (psi = gsi_start_phis (bb); !gsi_end_p (psi); gsi_next (&psi))
2697         {
2698           phi = gsi_stmt (psi);
2699           if (is_gimple_reg (PHI_RESULT (phi)))
2700             {
2701               chrec = instantiate_parameters 
2702                         (loop, 
2703                          analyze_scalar_evolution (loop, PHI_RESULT (phi)));
2704             
2705               if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2706                 gather_chrec_stats (chrec, &stats);
2707             }
2708         }
2709     }
2710   
2711   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2712     dump_chrecs_stats (dump_file, &stats);
2713 }
2714
2715 /* Callback for htab_traverse, gathers information on chrecs in the
2716    hashtable.  */
2717
2718 static int
2719 gather_stats_on_scev_database_1 (void **slot, void *stats)
2720 {
2721   struct scev_info_str *entry = (struct scev_info_str *) *slot;
2722
2723   gather_chrec_stats (entry->chrec, (struct chrec_stats *) stats);
2724
2725   return 1;
2726 }
2727
2728 /* Classify the chrecs of the whole database.  */
2729
2730 void 
2731 gather_stats_on_scev_database (void)
2732 {
2733   struct chrec_stats stats;
2734   
2735   if (!dump_file)
2736     return;
2737   
2738   reset_chrecs_counters (&stats);
2739  
2740   htab_traverse (scalar_evolution_info, gather_stats_on_scev_database_1,
2741                  &stats);
2742
2743   dump_chrecs_stats (dump_file, &stats);
2744 }
2745
2746 \f
2747
2748 /* Initializer.  */
2749
2750 static void
2751 initialize_scalar_evolutions_analyzer (void)
2752 {
2753   /* The elements below are unique.  */
2754   if (chrec_dont_know == NULL_TREE)
2755     {
2756       chrec_not_analyzed_yet = NULL_TREE;
2757       chrec_dont_know = make_node (SCEV_NOT_KNOWN);
2758       chrec_known = make_node (SCEV_KNOWN);
2759       TREE_TYPE (chrec_dont_know) = void_type_node;
2760       TREE_TYPE (chrec_known) = void_type_node;
2761     }
2762 }
2763
2764 /* Initialize the analysis of scalar evolutions for LOOPS.  */
2765
2766 void
2767 scev_initialize (void)
2768 {
2769   loop_iterator li;
2770   struct loop *loop;
2771
2772   scalar_evolution_info = htab_create_alloc (100,
2773                                              hash_scev_info,
2774                                              eq_scev_info,
2775                                              del_scev_info,
2776                                              ggc_calloc,
2777                                              ggc_free);
2778   
2779   initialize_scalar_evolutions_analyzer ();
2780
2781   FOR_EACH_LOOP (li, loop, 0)
2782     {
2783       loop->nb_iterations = NULL_TREE;
2784     }
2785 }
2786
2787 /* Cleans up the information cached by the scalar evolutions analysis.  */
2788
2789 void
2790 scev_reset (void)
2791 {
2792   loop_iterator li;
2793   struct loop *loop;
2794
2795   if (!scalar_evolution_info || !current_loops)
2796     return;
2797
2798   htab_empty (scalar_evolution_info);
2799   FOR_EACH_LOOP (li, loop, 0)
2800     {
2801       loop->nb_iterations = NULL_TREE;
2802     }
2803 }
2804
2805 /* Checks whether use of OP in USE_LOOP behaves as a simple affine iv with
2806    respect to WRTO_LOOP and returns its base and step in IV if possible
2807    (see analyze_scalar_evolution_in_loop for more details on USE_LOOP
2808    and WRTO_LOOP).  If ALLOW_NONCONSTANT_STEP is true, we want step to be
2809    invariant in LOOP.  Otherwise we require it to be an integer constant.
2810    
2811    IV->no_overflow is set to true if we are sure the iv cannot overflow (e.g.
2812    because it is computed in signed arithmetics).  Consequently, adding an
2813    induction variable
2814    
2815    for (i = IV->base; ; i += IV->step)
2816
2817    is only safe if IV->no_overflow is false, or TYPE_OVERFLOW_UNDEFINED is
2818    false for the type of the induction variable, or you can prove that i does
2819    not wrap by some other argument.  Otherwise, this might introduce undefined
2820    behavior, and
2821    
2822    for (i = iv->base; ; i = (type) ((unsigned type) i + (unsigned type) iv->step))
2823
2824    must be used instead.  */
2825
2826 bool
2827 simple_iv (struct loop *wrto_loop, struct loop *use_loop, tree op,
2828            affine_iv *iv, bool allow_nonconstant_step)
2829 {
2830   tree type, ev;
2831   bool folded_casts;
2832
2833   iv->base = NULL_TREE;
2834   iv->step = NULL_TREE;
2835   iv->no_overflow = false;
2836
2837   type = TREE_TYPE (op);
2838   if (TREE_CODE (type) != INTEGER_TYPE
2839       && TREE_CODE (type) != POINTER_TYPE)
2840     return false;
2841
2842   ev = analyze_scalar_evolution_in_loop (wrto_loop, use_loop, op,
2843                                          &folded_casts);
2844   if (chrec_contains_undetermined (ev)
2845       || chrec_contains_symbols_defined_in_loop (ev, wrto_loop->num))
2846     return false;
2847
2848   if (tree_does_not_contain_chrecs (ev))
2849     {
2850       iv->base = ev;
2851       iv->step = build_int_cst (TREE_TYPE (ev), 0);
2852       iv->no_overflow = true;
2853       return true;
2854     }
2855
2856   if (TREE_CODE (ev) != POLYNOMIAL_CHREC
2857       || CHREC_VARIABLE (ev) != (unsigned) wrto_loop->num)
2858     return false;
2859
2860   iv->step = CHREC_RIGHT (ev);
2861   if ((!allow_nonconstant_step && TREE_CODE (iv->step) != INTEGER_CST)
2862       || tree_contains_chrecs (iv->step, NULL))
2863     return false;
2864
2865   iv->base = CHREC_LEFT (ev);
2866   if (tree_contains_chrecs (iv->base, NULL))
2867     return false;
2868
2869   iv->no_overflow = !folded_casts && TYPE_OVERFLOW_UNDEFINED (type);
2870
2871   return true;
2872 }
2873
2874 /* Runs the analysis of scalar evolutions.  */
2875
2876 void
2877 scev_analysis (void)
2878 {
2879   VEC(gimple,heap) *exit_conditions;
2880   
2881   exit_conditions = VEC_alloc (gimple, heap, 37);
2882   select_loops_exit_conditions (&exit_conditions);
2883
2884   if (dump_file && (dump_flags & TDF_STATS))
2885     analyze_scalar_evolution_for_all_loop_phi_nodes (&exit_conditions);
2886   
2887   number_of_iterations_for_all_loops (&exit_conditions);
2888   VEC_free (gimple, heap, exit_conditions);
2889 }
2890
2891 /* Finalize the scalar evolution analysis.  */
2892
2893 void
2894 scev_finalize (void)
2895 {
2896   if (!scalar_evolution_info)
2897     return;
2898   htab_delete (scalar_evolution_info);
2899   scalar_evolution_info = NULL;
2900 }
2901
2902 /* Returns true if the expression EXPR is considered to be too expensive
2903    for scev_const_prop.  */
2904
2905 bool
2906 expression_expensive_p (tree expr)
2907 {
2908   enum tree_code code;
2909
2910   if (is_gimple_val (expr))
2911     return false;
2912
2913   code = TREE_CODE (expr);
2914   if (code == TRUNC_DIV_EXPR
2915       || code == CEIL_DIV_EXPR
2916       || code == FLOOR_DIV_EXPR
2917       || code == ROUND_DIV_EXPR
2918       || code == TRUNC_MOD_EXPR
2919       || code == CEIL_MOD_EXPR
2920       || code == FLOOR_MOD_EXPR
2921       || code == ROUND_MOD_EXPR
2922       || code == EXACT_DIV_EXPR)
2923     {
2924       /* Division by power of two is usually cheap, so we allow it.
2925          Forbid anything else.  */
2926       if (!integer_pow2p (TREE_OPERAND (expr, 1)))
2927         return true;
2928     }
2929
2930   switch (TREE_CODE_CLASS (code))
2931     {
2932     case tcc_binary:
2933     case tcc_comparison:
2934       if (expression_expensive_p (TREE_OPERAND (expr, 1)))
2935         return true;
2936
2937       /* Fallthru.  */
2938     case tcc_unary:
2939       return expression_expensive_p (TREE_OPERAND (expr, 0));
2940
2941     default:
2942       return true;
2943     }
2944 }
2945
2946 /* Replace ssa names for that scev can prove they are constant by the
2947    appropriate constants.  Also perform final value replacement in loops,
2948    in case the replacement expressions are cheap.
2949    
2950    We only consider SSA names defined by phi nodes; rest is left to the
2951    ordinary constant propagation pass.  */
2952
2953 unsigned int
2954 scev_const_prop (void)
2955 {
2956   basic_block bb;
2957   tree name, type, ev;
2958   gimple phi, ass;
2959   struct loop *loop, *ex_loop;
2960   bitmap ssa_names_to_remove = NULL;
2961   unsigned i;
2962   loop_iterator li;
2963   gimple_stmt_iterator psi;
2964
2965   if (number_of_loops () <= 1)
2966     return 0;
2967
2968   FOR_EACH_BB (bb)
2969     {
2970       loop = bb->loop_father;
2971
2972       for (psi = gsi_start_phis (bb); !gsi_end_p (psi); gsi_next (&psi))
2973         {
2974           phi = gsi_stmt (psi);
2975           name = PHI_RESULT (phi);
2976
2977           if (!is_gimple_reg (name))
2978             continue;
2979
2980           type = TREE_TYPE (name);
2981
2982           if (!POINTER_TYPE_P (type)
2983               && !INTEGRAL_TYPE_P (type))
2984             continue;
2985
2986           ev = resolve_mixers (loop, analyze_scalar_evolution (loop, name));
2987           if (!is_gimple_min_invariant (ev)
2988               || !may_propagate_copy (name, ev))
2989             continue;
2990
2991           /* Replace the uses of the name.  */
2992           if (name != ev)
2993             replace_uses_by (name, ev);
2994
2995           if (!ssa_names_to_remove)
2996             ssa_names_to_remove = BITMAP_ALLOC (NULL);
2997           bitmap_set_bit (ssa_names_to_remove, SSA_NAME_VERSION (name));
2998         }
2999     }
3000
3001   /* Remove the ssa names that were replaced by constants.  We do not
3002      remove them directly in the previous cycle, since this
3003      invalidates scev cache.  */
3004   if (ssa_names_to_remove)
3005     {
3006       bitmap_iterator bi;
3007
3008       EXECUTE_IF_SET_IN_BITMAP (ssa_names_to_remove, 0, i, bi)
3009         {
3010           gimple_stmt_iterator psi;
3011           name = ssa_name (i);
3012           phi = SSA_NAME_DEF_STMT (name);
3013
3014           gcc_assert (gimple_code (phi) == GIMPLE_PHI);
3015           psi = gsi_for_stmt (phi);
3016           remove_phi_node (&psi, true);
3017         }
3018
3019       BITMAP_FREE (ssa_names_to_remove);
3020       scev_reset ();
3021     }
3022
3023   /* Now the regular final value replacement.  */
3024   FOR_EACH_LOOP (li, loop, LI_FROM_INNERMOST)
3025     {
3026       edge exit;
3027       tree def, rslt, niter;
3028       gimple_stmt_iterator bsi;
3029
3030       /* If we do not know exact number of iterations of the loop, we cannot
3031          replace the final value.  */
3032       exit = single_exit (loop);
3033       if (!exit)
3034         continue;
3035
3036       niter = number_of_latch_executions (loop);
3037       if (niter == chrec_dont_know)
3038         continue;
3039
3040       /* Ensure that it is possible to insert new statements somewhere.  */
3041       if (!single_pred_p (exit->dest))
3042         split_loop_exit_edge (exit);
3043       bsi = gsi_after_labels (exit->dest);
3044
3045       ex_loop = superloop_at_depth (loop,
3046                                     loop_depth (exit->dest->loop_father) + 1);
3047
3048       for (psi = gsi_start_phis (exit->dest); !gsi_end_p (psi); )
3049         {
3050           phi = gsi_stmt (psi);
3051           rslt = PHI_RESULT (phi);
3052           def = PHI_ARG_DEF_FROM_EDGE (phi, exit);
3053           if (!is_gimple_reg (def))
3054             {
3055               gsi_next (&psi);
3056               continue;
3057             }
3058
3059           if (!POINTER_TYPE_P (TREE_TYPE (def))
3060               && !INTEGRAL_TYPE_P (TREE_TYPE (def)))
3061             {
3062               gsi_next (&psi);
3063               continue;
3064             }
3065
3066           def = analyze_scalar_evolution_in_loop (ex_loop, loop, def, NULL);
3067           def = compute_overall_effect_of_inner_loop (ex_loop, def);
3068           if (!tree_does_not_contain_chrecs (def)
3069               || chrec_contains_symbols_defined_in_loop (def, ex_loop->num)
3070               /* Moving the computation from the loop may prolong life range
3071                  of some ssa names, which may cause problems if they appear
3072                  on abnormal edges.  */
3073               || contains_abnormal_ssa_name_p (def)
3074               /* Do not emit expensive expressions.  The rationale is that
3075                  when someone writes a code like
3076
3077                  while (n > 45) n -= 45;
3078
3079                  he probably knows that n is not large, and does not want it
3080                  to be turned into n %= 45.  */
3081               || expression_expensive_p (def))
3082             {
3083               gsi_next (&psi);
3084               continue;
3085             }
3086
3087           /* Eliminate the PHI node and replace it by a computation outside
3088              the loop.  */
3089           def = unshare_expr (def);
3090           remove_phi_node (&psi, false);
3091
3092           def = force_gimple_operand_gsi (&bsi, def, false, NULL_TREE,
3093                                           true, GSI_SAME_STMT);
3094           ass = gimple_build_assign (rslt, def);
3095           gsi_insert_before (&bsi, ass, GSI_SAME_STMT);
3096         }
3097     }
3098   return 0;
3099 }
3100
3101 #include "gt-tree-scalar-evolution.h"