]> granicus.if.org Git - clang/blobdiff - include/clang/Analysis/Analyses/ThreadSafetyTIL.h
Header guard canonicalization, clang part.
[clang] / include / clang / Analysis / Analyses / ThreadSafetyTIL.h
index eaa779faa854564ba347bcc9a3e214caa23401d1..4b7b092708e1653ed819670f4b7d467fe56d10bf 100644 (file)
@@ -3,13 +3,17 @@
 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
-// License. See LICENSE.TXT for details.
+// License. See LICENSE.TXT in the llvm repository for details.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
-// This file defines a simple intermediate language that is used by the
-// thread safety analysis (See ThreadSafety.cpp).  The thread safety analysis
-// works by comparing mutex expressions, e.g.
+// This file defines a simple Typed Intermediate Language, or TIL, that is used
+// by the thread safety analysis (See ThreadSafety.cpp).  The TIL is intended
+// to be largely independent of clang, in the hope that the analysis can be
+// reused for other non-C++ languages.  All dependencies on clang/llvm should
+// go in ThreadSafetyUtil.h.
+//
+// Thread safety analysis works by comparing mutex expressions, e.g.
 //
 // class A { Mutex mu; int dat GUARDED_BY(this->mu); }
 // class B { A a; }
@@ -31,7 +35,7 @@
 // (3) wildcards and pattern matching over expressions
 // (4) hash-based expression lookup
 //
-// The IL is currently very experimental, is intended only for use within
+// The TIL is currently very experimental, is intended only for use within
 // the thread safety analysis, and is subject to change without notice.
 // After the API stabilizes and matures, it may be appropriate to make this
 // more generally available to other analyses.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#ifndef LLVM_CLANG_THREAD_SAFETY_TIL_H
-#define LLVM_CLANG_THREAD_SAFETY_TIL_H
+#ifndef LLVM_CLANG_ANALYSIS_ANALYSES_THREADSAFETYTIL_H
+#define LLVM_CLANG_ANALYSIS_ANALYSES_THREADSAFETYTIL_H
 
-#include "clang/Analysis/Analyses/ThreadSafetyUtil.h"
-#include "clang/AST/ExprCXX.h"
-#include "llvm/ADT/StringRef.h"
-#include "llvm/Support/Compiler.h"
+// All clang include dependencies for this file must be put in
+// ThreadSafetyUtil.h.
+#include "ThreadSafetyUtil.h"
 
+#include <stdint.h>
+#include <algorithm>
 #include <cassert>
 #include <cstddef>
 #include <utility>
@@ -57,30 +62,192 @@ namespace clang {
 namespace threadSafety {
 namespace til {
 
-using llvm::StringRef;
-using clang::SourceLocation;
-
 
 enum TIL_Opcode {
 #define TIL_OPCODE_DEF(X) COP_##X,
-#include "clang/Analysis/Analyses/ThreadSafetyOps.def"
+#include "ThreadSafetyOps.def"
 #undef TIL_OPCODE_DEF
-  COP_MAX
 };
 
+enum TIL_UnaryOpcode : unsigned char {
+  UOP_Minus,        //  -
+  UOP_BitNot,       //  ~
+  UOP_LogicNot      //  !
+};
+
+enum TIL_BinaryOpcode : unsigned char {
+  BOP_Mul,          //  *
+  BOP_Div,          //  /
+  BOP_Rem,          //  %
+  BOP_Add,          //  +
+  BOP_Sub,          //  -
+  BOP_Shl,          //  <<
+  BOP_Shr,          //  >>
+  BOP_BitAnd,       //  &
+  BOP_BitXor,       //  ^
+  BOP_BitOr,        //  |
+  BOP_Eq,           //  ==
+  BOP_Neq,          //  !=
+  BOP_Lt,           //  <
+  BOP_Leq,          //  <=
+  BOP_LogicAnd,     //  &&
+  BOP_LogicOr       //  ||
+};
+
+enum TIL_CastOpcode : unsigned char {
+  CAST_none = 0,
+  CAST_extendNum,   // extend precision of numeric type
+  CAST_truncNum,    // truncate precision of numeric type
+  CAST_toFloat,     // convert to floating point type
+  CAST_toInt,       // convert to integer type
+  CAST_objToPtr     // convert smart pointer to pointer  (C++ only)
+};
+
+const TIL_Opcode       COP_Min  = COP_Future;
+const TIL_Opcode       COP_Max  = COP_Branch;
+const TIL_UnaryOpcode  UOP_Min  = UOP_Minus;
+const TIL_UnaryOpcode  UOP_Max  = UOP_LogicNot;
+const TIL_BinaryOpcode BOP_Min  = BOP_Mul;
+const TIL_BinaryOpcode BOP_Max  = BOP_LogicOr;
+const TIL_CastOpcode   CAST_Min = CAST_none;
+const TIL_CastOpcode   CAST_Max = CAST_toInt;
+
+StringRef getUnaryOpcodeString(TIL_UnaryOpcode Op);
+StringRef getBinaryOpcodeString(TIL_BinaryOpcode Op);
+
+
+// ValueTypes are data types that can actually be held in registers.
+// All variables and expressions must have a vBNF_Nonealue type.
+// Pointer types are further subdivided into the various heap-allocated
+// types, such as functions, records, etc.
+// Structured types that are passed by value (e.g. complex numbers)
+// require special handling; they use BT_ValueRef, and size ST_0.
+struct ValueType {
+  enum BaseType : unsigned char {
+    BT_Void = 0,
+    BT_Bool,
+    BT_Int,
+    BT_Float,
+    BT_String,    // String literals
+    BT_Pointer,
+    BT_ValueRef
+  };
+
+  enum SizeType : unsigned char {
+    ST_0 = 0,
+    ST_1,
+    ST_8,
+    ST_16,
+    ST_32,
+    ST_64,
+    ST_128
+  };
+
+  inline static SizeType getSizeType(unsigned nbytes);
 
-typedef clang::BinaryOperatorKind TIL_BinaryOpcode;
-typedef clang::UnaryOperatorKind TIL_UnaryOpcode;
-typedef clang::CastKind TIL_CastOpcode;
+  template <class T>
+  inline static ValueType getValueType();
 
+  ValueType(BaseType B, SizeType Sz, bool S, unsigned char VS)
+      : Base(B), Size(Sz), Signed(S), VectSize(VS)
+  { }
 
-enum TraversalKind {
-  TRV_Normal,
-  TRV_Lazy, // subexpression may need to be traversed lazily
-  TRV_Tail  // subexpression occurs in a tail position
+  BaseType      Base;
+  SizeType      Size;
+  bool          Signed;
+  unsigned char VectSize;  // 0 for scalar, otherwise num elements in vector
 };
 
 
+inline ValueType::SizeType ValueType::getSizeType(unsigned nbytes) {
+  switch (nbytes) {
+    case 1: return ST_8;
+    case 2: return ST_16;
+    case 4: return ST_32;
+    case 8: return ST_64;
+    case 16: return ST_128;
+    default: return ST_0;
+  }
+}
+
+
+template<>
+inline ValueType ValueType::getValueType<void>() {
+  return ValueType(BT_Void, ST_0, false, 0);
+}
+
+template<>
+inline ValueType ValueType::getValueType<bool>() {
+  return ValueType(BT_Bool, ST_1, false, 0);
+}
+
+template<>
+inline ValueType ValueType::getValueType<int8_t>() {
+  return ValueType(BT_Int, ST_8, true, 0);
+}
+
+template<>
+inline ValueType ValueType::getValueType<uint8_t>() {
+  return ValueType(BT_Int, ST_8, false, 0);
+}
+
+template<>
+inline ValueType ValueType::getValueType<int16_t>() {
+  return ValueType(BT_Int, ST_16, true, 0);
+}
+
+template<>
+inline ValueType ValueType::getValueType<uint16_t>() {
+  return ValueType(BT_Int, ST_16, false, 0);
+}
+
+template<>
+inline ValueType ValueType::getValueType<int32_t>() {
+  return ValueType(BT_Int, ST_32, true, 0);
+}
+
+template<>
+inline ValueType ValueType::getValueType<uint32_t>() {
+  return ValueType(BT_Int, ST_32, false, 0);
+}
+
+template<>
+inline ValueType ValueType::getValueType<int64_t>() {
+  return ValueType(BT_Int, ST_64, true, 0);
+}
+
+template<>
+inline ValueType ValueType::getValueType<uint64_t>() {
+  return ValueType(BT_Int, ST_64, false, 0);
+}
+
+template<>
+inline ValueType ValueType::getValueType<float>() {
+  return ValueType(BT_Float, ST_32, true, 0);
+}
+
+template<>
+inline ValueType ValueType::getValueType<double>() {
+  return ValueType(BT_Float, ST_64, true, 0);
+}
+
+template<>
+inline ValueType ValueType::getValueType<long double>() {
+  return ValueType(BT_Float, ST_128, true, 0);
+}
+
+template<>
+inline ValueType ValueType::getValueType<StringRef>() {
+  return ValueType(BT_String, getSizeType(sizeof(StringRef)), false, 0);
+}
+
+template<>
+inline ValueType ValueType::getValueType<void*>() {
+  return ValueType(BT_Pointer, getSizeType(sizeof(void*)), false, 0);
+}
+
+
+
 // Base class for AST nodes in the typed intermediate language.
 class SExpr {
 public:
@@ -92,18 +259,24 @@ public:
   //   copy constructor: construct copy of E, with some additional arguments.
   // }
   //
-  // template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Visitor) {
-  //   traverse all subexpressions, following the traversal/rewriter interface
+  // template <class V>
+  // typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+  //   traverse all subexpressions, following the traversal/rewriter interface.
   // }
   //
   // template <class C> typename C::CType compare(CType* E, C& Cmp) {
   //   compare all subexpressions, following the comparator interface
   // }
 
-  void *operator new(size_t S, clang::threadSafety::til::MemRegionRef &R) {
+  void *operator new(size_t S, MemRegionRef &R) {
     return ::operator new(S, R);
   }
 
+  // SExpr objects cannot be deleted.
+  // This declaration is public to workaround a gcc bug that breaks building
+  // with REQUIRES_EH=1.
+  void operator delete(void *) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+
 protected:
   SExpr(TIL_Opcode Op) : Opcode(Op), Reserved(0), Flags(0) {}
   SExpr(const SExpr &E) : Opcode(E.Opcode), Reserved(0), Flags(E.Flags) {}
@@ -115,9 +288,8 @@ protected:
 private:
   SExpr() LLVM_DELETED_FUNCTION;
 
-  // SExpr objects must be created in an arena and cannot be deleted.
+  // SExpr objects must be created in an arena.
   void *operator new(size_t) LLVM_DELETED_FUNCTION;
-  void operator delete(void *) LLVM_DELETED_FUNCTION;
 };
 
 
@@ -145,10 +317,10 @@ public:
 
   bool operator==(const SExprRef &R) const { return Ptr == R.Ptr; }
   bool operator!=(const SExprRef &R) const { return !operator==(R); }
-  bool operator==(const SExpr *P) const { return Ptr == P; }
-  bool operator!=(const SExpr *P) const { return !operator==(P); }
-  bool operator==(std::nullptr_t) const { return Ptr == nullptr; }
-  bool operator!=(std::nullptr_t) const { return Ptr != nullptr; }
+  bool operator==(const SExpr *P)    const { return Ptr == P; }
+  bool operator!=(const SExpr *P)    const { return !operator==(P); }
+  bool operator==(std::nullptr_t)    const { return Ptr == nullptr; }
+  bool operator!=(std::nullptr_t)    const { return Ptr != nullptr; }
 
   inline void reset(SExpr *E);
 
@@ -162,15 +334,17 @@ private:
 
 // Contains various helper functions for SExprs.
 namespace ThreadSafetyTIL {
-  inline bool isTrivial(SExpr *E) {
+  inline bool isTrivial(const SExpr *E) {
     unsigned Op = E->opcode();
     return Op == COP_Variable || Op == COP_Literal || Op == COP_LiteralPtr;
   }
 }
 
+// Nodes which declare variables
 class Function;
 class SFunction;
 class BasicBlock;
+class Let;
 
 
 // A named variable, e.g. "x".
@@ -192,23 +366,24 @@ public:
   // Let-variable, function parameter, or self-variable
   enum VariableKind {
     VK_Let,
+    VK_LetBB,
     VK_Fun,
     VK_SFun
   };
 
   // These are defined after SExprRef contructor, below
-  inline Variable(VariableKind K, SExpr *D = nullptr,
-                  const clang::ValueDecl *Cvd = nullptr);
-  inline Variable(const clang::ValueDecl *Cvd, SExpr *D = nullptr);
+  inline Variable(SExpr *D, const clang::ValueDecl *Cvd = nullptr);
+  inline Variable(StringRef s, SExpr *D = nullptr);
   inline Variable(const Variable &Vd, SExpr *D);
 
   VariableKind kind() const { return static_cast<VariableKind>(Flags); }
 
-  const StringRef name() const { return Cvdecl ? Cvdecl->getName() : "_x"; }
+  const StringRef name() const { return Name; }
   const clang::ValueDecl *clangDecl() const { return Cvdecl; }
 
   // Returns the definition (for let vars) or type (for parameter & self vars)
   SExpr *definition() { return Definition.get(); }
+  const SExpr *definition() const { return Definition.get(); }
 
   void attachVar() const { ++NumUses; }
   void detachVar() const { assert(NumUses > 0); --NumUses; }
@@ -216,17 +391,23 @@ public:
   unsigned getID() const { return Id; }
   unsigned getBlockID() const { return BlockID; }
 
+  void setName(StringRef S) { Name = S; }
   void setID(unsigned Bid, unsigned I) {
     BlockID = static_cast<unsigned short>(Bid);
     Id = static_cast<unsigned short>(I);
   }
+  void setClangDecl(const clang::ValueDecl *VD) { Cvdecl = VD; }
+  void setDefinition(SExpr *E);
+  void setKind(VariableKind K) { Flags = K; }
 
-  template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Visitor) {
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
     // This routine is only called for variable references.
-    return Visitor.reduceVariableRef(this);
+    return Vs.reduceVariableRef(this);
   }
 
-  template <class C> typename C::CType compare(Variable* E, C& Cmp) {
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const Variable* E, C& Cmp) const {
     return Cmp.compareVariableRefs(this, E);
   }
 
@@ -234,11 +415,10 @@ private:
   friend class Function;
   friend class SFunction;
   friend class BasicBlock;
+  friend class Let;
 
-  // Function, SFunction, and BasicBlock will reset the kind.
-  void setKind(VariableKind K) { Flags = K; }
-
-  SExprRef Definition;             // The TIL type or definition
+  StringRef Name;                  // The name of the variable.
+  SExprRef  Definition;            // The TIL type or definition
   const clang::ValueDecl *Cvdecl;  // The clang declaration for this variable.
 
   unsigned short BlockID;
@@ -277,7 +457,7 @@ public:
   virtual SExpr *create() { return nullptr; }
 
   // Return the result of this future if it exists, otherwise return null.
-  SExpr *maybeGetResult() {
+  SExpr *maybeGetResult() const {
     return Result;
   }
 
@@ -294,12 +474,14 @@ public:
     }
   }
 
-  template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Visitor) {
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
     assert(Result && "Cannot traverse Future that has not been forced.");
-    return Visitor.traverse(Result);
+    return Vs.traverse(Result, Ctx);
   }
 
-  template <class C> typename C::CType compare(Future* E, C& Cmp) {
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const Future* E, C& Cmp) const {
     if (!Result || !E->Result)
       return Cmp.comparePointers(this, E);
     return Cmp.compare(Result, E->Result);
@@ -314,7 +496,8 @@ private:
   SExprRef *Location;
 };
 
-void SExprRef::attach() {
+
+inline void SExprRef::attach() {
   if (!Ptr)
     return;
 
@@ -326,45 +509,49 @@ void SExprRef::attach() {
   }
 }
 
-void SExprRef::detach() {
+inline void SExprRef::detach() {
   if (Ptr && Ptr->opcode() == COP_Variable) {
     cast<Variable>(Ptr)->detachVar();
   }
 }
 
-SExprRef::SExprRef(SExpr *P) : Ptr(P) {
+inline SExprRef::SExprRef(SExpr *P) : Ptr(P) {
   attach();
 }
 
-SExprRef::~SExprRef() {
+inline SExprRef::~SExprRef() {
   detach();
 }
 
-void SExprRef::reset(SExpr *P) {
+inline void SExprRef::reset(SExpr *P) {
   detach();
   Ptr = P;
   attach();
 }
 
 
-Variable::Variable(VariableKind K, SExpr *D, const clang::ValueDecl *Cvd)
-    : SExpr(COP_Variable), Definition(D), Cvdecl(Cvd),
-      BlockID(0), Id(0),  NumUses(0) {
-  Flags = K;
+inline Variable::Variable(StringRef s, SExpr *D)
+    : SExpr(COP_Variable), Name(s), Definition(D), Cvdecl(nullptr),
+      BlockID(0), Id(0), NumUses(0) {
+  Flags = VK_Let;
 }
 
-Variable::Variable(const clang::ValueDecl *Cvd, SExpr *D)
-    : SExpr(COP_Variable), Definition(D), Cvdecl(Cvd),
-      BlockID(0), Id(0),  NumUses(0) {
+inline Variable::Variable(SExpr *D, const clang::ValueDecl *Cvd)
+    : SExpr(COP_Variable), Name(Cvd ? Cvd->getName() : "_x"),
+      Definition(D), Cvdecl(Cvd), BlockID(0), Id(0), NumUses(0) {
   Flags = VK_Let;
 }
 
-Variable::Variable(const Variable &Vd, SExpr *D) // rewrite constructor
-    : SExpr(Vd), Definition(D), Cvdecl(Vd.Cvdecl),
+inline Variable::Variable(const Variable &Vd, SExpr *D) // rewrite constructor
+    : SExpr(Vd), Name(Vd.Name), Definition(D), Cvdecl(Vd.Cvdecl),
       BlockID(0), Id(0), NumUses(0) {
   Flags = Vd.kind();
 }
 
+inline void Variable::setDefinition(SExpr *E) {
+  Definition.reset(E);
+}
+
 void Future::force() {
   Status = FS_evaluating;
   SExpr *R = create();
@@ -374,6 +561,7 @@ void Future::force() {
   Status = FS_done;
 }
 
+
 // Placeholder for C++ expressions that cannot be represented in the TIL.
 class Undefined : public SExpr {
 public:
@@ -382,12 +570,14 @@ public:
   Undefined(const clang::Stmt *S = nullptr) : SExpr(COP_Undefined), Cstmt(S) {}
   Undefined(const Undefined &U) : SExpr(U), Cstmt(U.Cstmt) {}
 
-  template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Visitor) {
-    return Visitor.reduceUndefined(*this);
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+    return Vs.reduceUndefined(*this);
   }
 
-  template <class C> typename C::CType compare(Undefined* E, C& Cmp) {
-    return Cmp.comparePointers(Cstmt, E->Cstmt);
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const Undefined* E, C& Cmp) const {
+    return Cmp.trueResult();
   }
 
 private:
@@ -403,40 +593,129 @@ public:
   Wildcard() : SExpr(COP_Wildcard) {}
   Wildcard(const Wildcard &W) : SExpr(W) {}
 
-  template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Visitor) {
-    return Visitor.reduceWildcard(*this);
+  template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+    return Vs.reduceWildcard(*this);
   }
 
-  template <class C> typename C::CType compare(Wildcard* E, C& Cmp) {
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const Wildcard* E, C& Cmp) const {
     return Cmp.trueResult();
   }
 };
 
 
+template <class T> class LiteralT;
+
 // Base class for literal values.
 class Literal : public SExpr {
 public:
   static bool classof(const SExpr *E) { return E->opcode() == COP_Literal; }
 
-  Literal(const clang::Expr *C) : SExpr(COP_Literal), Cexpr(C) {}
-  Literal(const Literal &L) : SExpr(L), Cexpr(L.Cexpr) {}
+  Literal(const clang::Expr *C)
+     : SExpr(COP_Literal), ValType(ValueType::getValueType<void>()), Cexpr(C)
+  { }
+  Literal(ValueType VT) : SExpr(COP_Literal), ValType(VT), Cexpr(nullptr) {}
+  Literal(const Literal &L) : SExpr(L), ValType(L.ValType), Cexpr(L.Cexpr) {}
 
   // The clang expression for this literal.
   const clang::Expr *clangExpr() const { return Cexpr; }
 
-  template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Visitor) {
-    return Visitor.reduceLiteral(*this);
+  ValueType valueType() const { return ValType; }
+
+  template<class T> const LiteralT<T>& as() const {
+    return *static_cast<const LiteralT<T>*>(this);
   }
+  template<class T> LiteralT<T>& as() {
+    return *static_cast<LiteralT<T>*>(this);
+  }
+
+  template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx);
 
-  template <class C> typename C::CType compare(Literal* E, C& Cmp) {
-    // TODO -- use value, not pointer equality
-    return Cmp.comparePointers(Cexpr, E->Cexpr);
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const Literal* E, C& Cmp) const {
+    // TODO: defer actual comparison to LiteralT
+    return Cmp.trueResult();
   }
 
 private:
+  const ValueType ValType;
   const clang::Expr *Cexpr;
 };
 
+
+// Derived class for literal values, which stores the actual value.
+template<class T>
+class LiteralT : public Literal {
+public:
+  LiteralT(T Dat) : Literal(ValueType::getValueType<T>()), Val(Dat) { }
+  LiteralT(const LiteralT<T> &L) : Literal(L), Val(L.Val) { }
+
+  T  value() const { return Val;}
+  T& value() { return Val; }
+
+private:
+  T Val;
+};
+
+
+
+template <class V>
+typename V::R_SExpr Literal::traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+  if (Cexpr)
+    return Vs.reduceLiteral(*this);
+
+  switch (ValType.Base) {
+  case ValueType::BT_Void:
+    break;
+  case ValueType::BT_Bool:
+    return Vs.reduceLiteralT(as<bool>());
+  case ValueType::BT_Int: {
+    switch (ValType.Size) {
+    case ValueType::ST_8:
+      if (ValType.Signed)
+        return Vs.reduceLiteralT(as<int8_t>());
+      else
+        return Vs.reduceLiteralT(as<uint8_t>());
+    case ValueType::ST_16:
+      if (ValType.Signed)
+        return Vs.reduceLiteralT(as<int16_t>());
+      else
+        return Vs.reduceLiteralT(as<uint16_t>());
+    case ValueType::ST_32:
+      if (ValType.Signed)
+        return Vs.reduceLiteralT(as<int32_t>());
+      else
+        return Vs.reduceLiteralT(as<uint32_t>());
+    case ValueType::ST_64:
+      if (ValType.Signed)
+        return Vs.reduceLiteralT(as<int64_t>());
+      else
+        return Vs.reduceLiteralT(as<uint64_t>());
+    default:
+      break;
+    }
+  }
+  case ValueType::BT_Float: {
+    switch (ValType.Size) {
+    case ValueType::ST_32:
+      return Vs.reduceLiteralT(as<float>());
+    case ValueType::ST_64:
+      return Vs.reduceLiteralT(as<double>());
+    default:
+      break;
+    }
+  }
+  case ValueType::BT_String:
+    return Vs.reduceLiteralT(as<StringRef>());
+  case ValueType::BT_Pointer:
+    return Vs.reduceLiteralT(as<void*>());
+  case ValueType::BT_ValueRef:
+    break;
+  }
+  return Vs.reduceLiteral(*this);
+}
+
+
 // Literal pointer to an object allocated in memory.
 // At compile time, pointer literals are represented by symbolic names.
 class LiteralPtr : public SExpr {
@@ -449,11 +728,13 @@ public:
   // The clang declaration for the value that this pointer points to.
   const clang::ValueDecl *clangDecl() const { return Cvdecl; }
 
-  template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Visitor) {
-    return Visitor.reduceLiteralPtr(*this);
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+    return Vs.reduceLiteralPtr(*this);
   }
 
-  template <class C> typename C::CType compare(LiteralPtr* E, C& Cmp) {
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const LiteralPtr* E, C& Cmp) const {
     return Cmp.comparePointers(Cvdecl, E->Cvdecl);
   }
 
@@ -461,6 +742,7 @@ private:
   const clang::ValueDecl *Cvdecl;
 };
 
+
 // A function -- a.k.a. lambda abstraction.
 // Functions with multiple arguments are created by currying,
 // e.g. (function (x: Int) (function (y: Int) (add x y)))
@@ -483,17 +765,19 @@ public:
   SExpr *body() { return Body.get(); }
   const SExpr *body() const { return Body.get(); }
 
-  template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Visitor) {
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
     // This is a variable declaration, so traverse the definition.
-    typename V::R_SExpr E0 = Visitor.traverse(VarDecl->Definition, TRV_Lazy);
+    auto E0 = Vs.traverse(VarDecl->Definition, Vs.typeCtx(Ctx));
     // Tell the rewriter to enter the scope of the function.
-    Variable *Nvd = Visitor.enterScope(*VarDecl, E0);
-    typename V::R_SExpr E1 = Visitor.traverse(Body);
-    Visitor.exitScope(*VarDecl);
-    return Visitor.reduceFunction(*this, Nvd, E1);
+    Variable *Nvd = Vs.enterScope(*VarDecl, E0);
+    auto E1 = Vs.traverse(Body, Vs.declCtx(Ctx));
+    Vs.exitScope(*VarDecl);
+    return Vs.reduceFunction(*this, Nvd, E1);
   }
 
-  template <class C> typename C::CType compare(Function* E, C& Cmp) {
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const Function* E, C& Cmp) const {
     typename C::CType Ct =
       Cmp.compare(VarDecl->definition(), E->VarDecl->definition());
     if (Cmp.notTrue(Ct))
@@ -536,18 +820,20 @@ public:
   SExpr *body() { return Body.get(); }
   const SExpr *body() const { return Body.get(); }
 
-  template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Visitor) {
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
     // A self-variable points to the SFunction itself.
     // A rewrite must introduce the variable with a null definition, and update
     // it after 'this' has been rewritten.
-    Variable *Nvd = Visitor.enterScope(*VarDecl, nullptr /* def */);
-    typename V::R_SExpr E1 = Visitor.traverse(Body);
-    Visitor.exitScope(*VarDecl);
+    Variable *Nvd = Vs.enterScope(*VarDecl, nullptr);
+    auto E1 = Vs.traverse(Body, Vs.declCtx(Ctx));
+    Vs.exitScope(*VarDecl);
     // A rewrite operation will call SFun constructor to set Vvd->Definition.
-    return Visitor.reduceSFunction(*this, Nvd, E1);
+    return Vs.reduceSFunction(*this, Nvd, E1);
   }
 
-  template <class C> typename C::CType compare(SFunction* E, C& Cmp) {
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const SFunction* E, C& Cmp) const {
     Cmp.enterScope(variableDecl(), E->variableDecl());
     typename C::CType Ct = Cmp.compare(body(), E->body());
     Cmp.leaveScope();
@@ -575,13 +861,15 @@ public:
   SExpr *body() { return Body.get(); }
   const SExpr *body() const { return Body.get(); }
 
-  template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Visitor) {
-    typename V::R_SExpr Nt = Visitor.traverse(ReturnType, TRV_Lazy);
-    typename V::R_SExpr Nb = Visitor.traverse(Body, TRV_Lazy);
-    return Visitor.reduceCode(*this, Nt, Nb);
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+    auto Nt = Vs.traverse(ReturnType, Vs.typeCtx(Ctx));
+    auto Nb = Vs.traverse(Body,       Vs.lazyCtx(Ctx));
+    return Vs.reduceCode(*this, Nt, Nb);
   }
 
-  template <class C> typename C::CType compare(Code* E, C& Cmp) {
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const Code* E, C& Cmp) const {
     typename C::CType Ct = Cmp.compare(returnType(), E->returnType());
     if (Cmp.notTrue(Ct))
       return Ct;
@@ -594,6 +882,42 @@ private:
 };
 
 
+// A typed, writable location in memory
+class Field : public SExpr {
+public:
+  static bool classof(const SExpr *E) { return E->opcode() == COP_Field; }
+
+  Field(SExpr *R, SExpr *B) : SExpr(COP_Field), Range(R), Body(B) {}
+  Field(const Field &C, SExpr *R, SExpr *B) // rewrite constructor
+      : SExpr(C), Range(R), Body(B) {}
+
+  SExpr *range() { return Range.get(); }
+  const SExpr *range() const { return Range.get(); }
+
+  SExpr *body() { return Body.get(); }
+  const SExpr *body() const { return Body.get(); }
+
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+    auto Nr = Vs.traverse(Range, Vs.typeCtx(Ctx));
+    auto Nb = Vs.traverse(Body,  Vs.lazyCtx(Ctx));
+    return Vs.reduceField(*this, Nr, Nb);
+  }
+
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const Field* E, C& Cmp) const {
+    typename C::CType Ct = Cmp.compare(range(), E->range());
+    if (Cmp.notTrue(Ct))
+      return Ct;
+    return Cmp.compare(body(), E->body());
+  }
+
+private:
+  SExprRef Range;
+  SExprRef Body;
+};
+
+
 // Apply an argument to a function
 class Apply : public SExpr {
 public:
@@ -610,13 +934,15 @@ public:
   SExpr *arg() { return Arg.get(); }
   const SExpr *arg() const { return Arg.get(); }
 
-  template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Visitor) {
-    typename V::R_SExpr Nf = Visitor.traverse(Fun);
-    typename V::R_SExpr Na = Visitor.traverse(Arg);
-    return Visitor.reduceApply(*this, Nf, Na);
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+    auto Nf = Vs.traverse(Fun, Vs.subExprCtx(Ctx));
+    auto Na = Vs.traverse(Arg, Vs.subExprCtx(Ctx));
+    return Vs.reduceApply(*this, Nf, Na);
   }
 
-  template <class C> typename C::CType compare(Apply* E, C& Cmp) {
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const Apply* E, C& Cmp) const {
     typename C::CType Ct = Cmp.compare(fun(), E->fun());
     if (Cmp.notTrue(Ct))
       return Ct;
@@ -644,15 +970,18 @@ public:
   SExpr *arg() { return Arg.get() ? Arg.get() : Sfun.get(); }
   const SExpr *arg() const { return Arg.get() ? Arg.get() : Sfun.get(); }
 
-  bool isDelegation() const { return Arg == nullptr; }
+  bool isDelegation() const { return Arg != nullptr; }
 
-  template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Visitor) {
-    typename V::R_SExpr Nf = Visitor.traverse(Sfun);
-    typename V::R_SExpr Na = Arg.get() ? Visitor.traverse(Arg) : nullptr;
-    return Visitor.reduceSApply(*this, Nf, Na);
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+    auto Nf = Vs.traverse(Sfun, Vs.subExprCtx(Ctx));
+    typename V::R_SExpr Na = Arg.get() ? Vs.traverse(Arg, Vs.subExprCtx(Ctx))
+                                       : nullptr;
+    return Vs.reduceSApply(*this, Nf, Na);
   }
 
-  template <class C> typename C::CType compare(SApply* E, C& Cmp) {
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const SApply* E, C& Cmp) const {
     typename C::CType Ct = Cmp.compare(sfun(), E->sfun());
     if (Cmp.notTrue(Ct) || (!arg() && !E->arg()))
       return Ct;
@@ -670,23 +999,42 @@ class Project : public SExpr {
 public:
   static bool classof(const SExpr *E) { return E->opcode() == COP_Project; }
 
-  Project(SExpr *R, clang::ValueDecl *Cvd)
-      : SExpr(COP_Project), Rec(R), Cvdecl(Cvd) {}
-  Project(const Project &P, SExpr *R) : SExpr(P), Rec(R), Cvdecl(P.Cvdecl) {}
+  Project(SExpr *R, StringRef SName)
+      : SExpr(COP_Project), Rec(R), SlotName(SName), Cvdecl(nullptr)
+  { }
+  Project(SExpr *R, const clang::ValueDecl *Cvd)
+      : SExpr(COP_Project), Rec(R), SlotName(Cvd->getName()), Cvdecl(Cvd)
+  { }
+  Project(const Project &P, SExpr *R)
+      : SExpr(P), Rec(R), SlotName(P.SlotName), Cvdecl(P.Cvdecl)
+  { }
 
   SExpr *record() { return Rec.get(); }
   const SExpr *record() const { return Rec.get(); }
 
-  const clang::ValueDecl *clangValueDecl() const { return Cvdecl; }
+  const clang::ValueDecl *clangDecl() const { return Cvdecl; }
 
-  StringRef slotName() const { return Cvdecl->getName(); }
+  bool isArrow() const { return (Flags & 0x01) != 0; }
+  void setArrow(bool b) {
+    if (b) Flags |= 0x01;
+    else Flags &= 0xFFFE;
+  }
 
-  template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Visitor) {
-    typename V::R_SExpr Nr = Visitor.traverse(Rec);
-    return Visitor.reduceProject(*this, Nr);
+  StringRef slotName() const {
+    if (Cvdecl)
+      return Cvdecl->getName();
+    else
+      return SlotName;
   }
 
-  template <class C> typename C::CType compare(Project* E, C& Cmp) {
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+    auto Nr = Vs.traverse(Rec, Vs.subExprCtx(Ctx));
+    return Vs.reduceProject(*this, Nr);
+  }
+
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const Project* E, C& Cmp) const {
     typename C::CType Ct = Cmp.compare(record(), E->record());
     if (Cmp.notTrue(Ct))
       return Ct;
@@ -695,7 +1043,8 @@ public:
 
 private:
   SExprRef Rec;
-  clang::ValueDecl *Cvdecl;
+  StringRef SlotName;
+  const clang::ValueDecl *Cvdecl;
 };
 
 
@@ -713,12 +1062,14 @@ public:
 
   const clang::CallExpr *clangCallExpr() const { return Cexpr; }
 
-  template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Visitor) {
-    typename V::R_SExpr Nt = Visitor.traverse(Target);
-    return Visitor.reduceCall(*this, Nt);
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+    auto Nt = Vs.traverse(Target, Vs.subExprCtx(Ctx));
+    return Vs.reduceCall(*this, Nt);
   }
 
-  template <class C> typename C::CType compare(Call* E, C& Cmp) {
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const Call* E, C& Cmp) const {
     return Cmp.compare(target(), E->target());
   }
 
@@ -746,12 +1097,14 @@ public:
   SExpr *dataType() { return Dtype.get(); }
   const SExpr *dataType() const { return Dtype.get(); }
 
-  template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Visitor) {
-    typename V::R_SExpr Nd = Visitor.traverse(Dtype);
-    return Visitor.reduceAlloc(*this, Nd);
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+    auto Nd = Vs.traverse(Dtype, Vs.declCtx(Ctx));
+    return Vs.reduceAlloc(*this, Nd);
   }
 
-  template <class C> typename C::CType compare(Alloc* E, C& Cmp) {
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const Alloc* E, C& Cmp) const {
     typename C::CType Ct = Cmp.compareIntegers(kind(), E->kind());
     if (Cmp.notTrue(Ct))
       return Ct;
@@ -774,12 +1127,14 @@ public:
   SExpr *pointer() { return Ptr.get(); }
   const SExpr *pointer() const { return Ptr.get(); }
 
-  template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Visitor) {
-    typename V::R_SExpr Np = Visitor.traverse(Ptr);
-    return Visitor.reduceLoad(*this, Np);
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+    auto Np = Vs.traverse(Ptr, Vs.subExprCtx(Ctx));
+    return Vs.reduceLoad(*this, Np);
   }
 
-  template <class C> typename C::CType compare(Load* E, C& Cmp) {
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const Load* E, C& Cmp) const {
     return Cmp.compare(pointer(), E->pointer());
   }
 
@@ -789,6 +1144,7 @@ private:
 
 
 // Store a value to memory.
+// Source is a pointer, destination is the value to store.
 class Store : public SExpr {
 public:
   static bool classof(const SExpr *E) { return E->opcode() == COP_Store; }
@@ -802,13 +1158,15 @@ public:
   SExpr *source() { return Source.get(); }     // Value to store
   const SExpr *source() const { return Source.get(); }
 
-  template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Visitor) {
-    typename V::R_SExpr Np = Visitor.traverse(Dest);
-    typename V::R_SExpr Nv = Visitor.traverse(Source);
-    return Visitor.reduceStore(*this, Np, Nv);
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+    auto Np = Vs.traverse(Dest,   Vs.subExprCtx(Ctx));
+    auto Nv = Vs.traverse(Source, Vs.subExprCtx(Ctx));
+    return Vs.reduceStore(*this, Np, Nv);
   }
 
-  template <class C> typename C::CType compare(Store* E, C& Cmp) {
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const Store* E, C& Cmp) const {
     typename C::CType Ct = Cmp.compare(destination(), E->destination());
     if (Cmp.notTrue(Ct))
       return Ct;
@@ -821,6 +1179,81 @@ private:
 };
 
 
+// If p is a reference to an array, then first(p) is a reference to the first
+// element.  The usual array notation p[i]  becomes first(p + i).
+class ArrayIndex : public SExpr {
+public:
+  static bool classof(const SExpr *E) { return E->opcode() == COP_ArrayIndex; }
+
+  ArrayIndex(SExpr *A, SExpr *N) : SExpr(COP_ArrayIndex), Array(A), Index(N) {}
+  ArrayIndex(const ArrayIndex &E, SExpr *A, SExpr *N)
+    : SExpr(E), Array(A), Index(N) {}
+
+  SExpr *array() { return Array.get(); }
+  const SExpr *array() const { return Array.get(); }
+
+  SExpr *index() { return Index.get(); }
+  const SExpr *index() const { return Index.get(); }
+
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+    auto Na = Vs.traverse(Array, Vs.subExprCtx(Ctx));
+    auto Ni = Vs.traverse(Index, Vs.subExprCtx(Ctx));
+    return Vs.reduceArrayIndex(*this, Na, Ni);
+  }
+
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const ArrayIndex* E, C& Cmp) const {
+    typename C::CType Ct = Cmp.compare(array(), E->array());
+    if (Cmp.notTrue(Ct))
+      return Ct;
+    return Cmp.compare(index(), E->index());
+  }
+
+private:
+  SExprRef Array;
+  SExprRef Index;
+};
+
+
+// Pointer arithmetic, restricted to arrays only.
+// If p is a reference to an array, then p + n, where n is an integer, is
+// a reference to a subarray.
+class ArrayAdd : public SExpr {
+public:
+  static bool classof(const SExpr *E) { return E->opcode() == COP_ArrayAdd; }
+
+  ArrayAdd(SExpr *A, SExpr *N) : SExpr(COP_ArrayAdd), Array(A), Index(N) {}
+  ArrayAdd(const ArrayAdd &E, SExpr *A, SExpr *N)
+    : SExpr(E), Array(A), Index(N) {}
+
+  SExpr *array() { return Array.get(); }
+  const SExpr *array() const { return Array.get(); }
+
+  SExpr *index() { return Index.get(); }
+  const SExpr *index() const { return Index.get(); }
+
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+    auto Na = Vs.traverse(Array, Vs.subExprCtx(Ctx));
+    auto Ni = Vs.traverse(Index, Vs.subExprCtx(Ctx));
+    return Vs.reduceArrayAdd(*this, Na, Ni);
+  }
+
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const ArrayAdd* E, C& Cmp) const {
+    typename C::CType Ct = Cmp.compare(array(), E->array());
+    if (Cmp.notTrue(Ct))
+      return Ct;
+    return Cmp.compare(index(), E->index());
+  }
+
+private:
+  SExprRef Array;
+  SExprRef Index;
+};
+
+
 // Simple unary operation -- e.g. !, ~, etc.
 class UnaryOp : public SExpr {
 public:
@@ -829,7 +1262,7 @@ public:
   UnaryOp(TIL_UnaryOpcode Op, SExpr *E) : SExpr(COP_UnaryOp), Expr0(E) {
     Flags = Op;
   }
-  UnaryOp(const UnaryOp &U, SExpr *E) : SExpr(U) { Flags = U.Flags; }
+  UnaryOp(const UnaryOp &U, SExpr *E) : SExpr(U), Expr0(E) { Flags = U.Flags; }
 
   TIL_UnaryOpcode unaryOpcode() const {
     return static_cast<TIL_UnaryOpcode>(Flags);
@@ -838,12 +1271,14 @@ public:
   SExpr *expr() { return Expr0.get(); }
   const SExpr *expr() const { return Expr0.get(); }
 
-  template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Visitor) {
-    typename V::R_SExpr Ne = Visitor.traverse(Expr0);
-    return Visitor.reduceUnaryOp(*this, Ne);
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+    auto Ne = Vs.traverse(Expr0, Vs.subExprCtx(Ctx));
+    return Vs.reduceUnaryOp(*this, Ne);
   }
 
-  template <class C> typename C::CType compare(UnaryOp* E, C& Cmp) {
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const UnaryOp* E, C& Cmp) const {
     typename C::CType Ct =
       Cmp.compareIntegers(unaryOpcode(), E->unaryOpcode());
     if (Cmp.notTrue(Ct))
@@ -880,13 +1315,15 @@ public:
   SExpr *expr1() { return Expr1.get(); }
   const SExpr *expr1() const { return Expr1.get(); }
 
-  template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Visitor) {
-    typename V::R_SExpr Ne0 = Visitor.traverse(Expr0);
-    typename V::R_SExpr Ne1 = Visitor.traverse(Expr1);
-    return Visitor.reduceBinaryOp(*this, Ne0, Ne1);
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+    auto Ne0 = Vs.traverse(Expr0, Vs.subExprCtx(Ctx));
+    auto Ne1 = Vs.traverse(Expr1, Vs.subExprCtx(Ctx));
+    return Vs.reduceBinaryOp(*this, Ne0, Ne1);
   }
 
-  template <class C> typename C::CType compare(BinaryOp* E, C& Cmp) {
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const BinaryOp* E, C& Cmp) const {
     typename C::CType Ct =
       Cmp.compareIntegers(binaryOpcode(), E->binaryOpcode());
     if (Cmp.notTrue(Ct))
@@ -918,12 +1355,14 @@ public:
   SExpr *expr() { return Expr0.get(); }
   const SExpr *expr() const { return Expr0.get(); }
 
-  template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Visitor) {
-    typename V::R_SExpr Ne = Visitor.traverse(Expr0);
-    return Visitor.reduceCast(*this, Ne);
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+    auto Ne = Vs.traverse(Expr0, Vs.subExprCtx(Ctx));
+    return Vs.reduceCast(*this, Ne);
   }
 
-  template <class C> typename C::CType compare(Cast* E, C& Cmp) {
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const Cast* E, C& Cmp) const {
     typename C::CType Ct =
       Cmp.compareIntegers(castOpcode(), E->castOpcode());
     if (Cmp.notTrue(Ct))
@@ -935,55 +1374,55 @@ private:
   SExprRef Expr0;
 };
 
-class BasicBlock;
 
-// An SCFG is a control-flow graph.  It consists of a set of basic blocks, each
-// of which terminates in a branch to another basic block.  There is one
-// entry point, and one exit point.
-class SCFG : public SExpr {
-public:
-  typedef SimpleArray<BasicBlock *> BlockArray;
-  typedef BlockArray::iterator iterator;
-  typedef BlockArray::const_iterator const_iterator;
+class SCFG;
 
-  static bool classof(const SExpr *E) { return E->opcode() == COP_SCFG; }
 
-  SCFG(MemRegionRef A, unsigned Nblocks)
-      : SExpr(COP_SCFG), Blocks(A, Nblocks), Entry(nullptr), Exit(nullptr) {}
-  SCFG(const SCFG &Cfg, BlockArray &&Ba) // steals memory from Ba
-      : SExpr(COP_SCFG), Blocks(std::move(Ba)), Entry(nullptr), Exit(nullptr) {
-    // TODO: set entry and exit!
-  }
+class Phi : public SExpr {
+public:
+  // TODO: change to SExprRef
+  typedef SimpleArray<SExpr *> ValArray;
 
-  iterator begin() { return Blocks.begin(); }
-  iterator end() { return Blocks.end(); }
+  // In minimal SSA form, all Phi nodes are MultiVal.
+  // During conversion to SSA, incomplete Phi nodes may be introduced, which
+  // are later determined to be SingleVal, and are thus redundant.
+  enum Status {
+    PH_MultiVal = 0, // Phi node has multiple distinct values.  (Normal)
+    PH_SingleVal,    // Phi node has one distinct value, and can be eliminated
+    PH_Incomplete    // Phi node is incomplete
+  };
 
-  const_iterator begin() const { return cbegin(); }
-  const_iterator end() const { return cend(); }
+  static bool classof(const SExpr *E) { return E->opcode() == COP_Phi; }
 
-  const_iterator cbegin() const { return Blocks.cbegin(); }
-  const_iterator cend() const { return Blocks.cend(); }
+  Phi() : SExpr(COP_Phi) {}
+  Phi(MemRegionRef A, unsigned Nvals) : SExpr(COP_Phi), Values(A, Nvals) {}
+  Phi(const Phi &P, ValArray &&Vs)    : SExpr(P), Values(std::move(Vs)) {}
 
-  const BasicBlock *entry() const { return Entry; }
-  BasicBlock *entry() { return Entry; }
-  const BasicBlock *exit() const { return Exit; }
-  BasicBlock *exit() { return Exit; }
+  const ValArray &values() const { return Values; }
+  ValArray &values() { return Values; }
 
-  void add(BasicBlock *BB) { Blocks.push_back(BB); }
-  void setEntry(BasicBlock *BB) { Entry = BB; }
-  void setExit(BasicBlock *BB) { Exit = BB; }
+  Status status() const { return static_cast<Status>(Flags); }
+  void setStatus(Status s) { Flags = s; }
 
-  template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Visitor);
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+    typename V::template Container<typename V::R_SExpr>
+      Nvs(Vs, Values.size());
 
-  template <class C> typename C::CType compare(SCFG *E, C &Cmp) {
-    // TODO -- implement CFG comparisons
+    for (auto *Val : Values) {
+      Nvs.push_back( Vs.traverse(Val, Vs.subExprCtx(Ctx)) );
+    }
+    return Vs.reducePhi(*this, Nvs);
+  }
+
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const Phi *E, C &Cmp) const {
+    // TODO: implement CFG comparisons
     return Cmp.comparePointers(this, E);
   }
 
 private:
-  BlockArray Blocks;
-  BasicBlock *Entry;
-  BasicBlock *Exit;
+  ValArray Values;
 };
 
 
@@ -992,19 +1431,29 @@ private:
 // are "arguments" to the function, followed by a sequence of instructions.
 // Both arguments and instructions define new variables.  It ends with a
 // branch or goto to another basic block in the same SCFG.
-class BasicBlock {
+class BasicBlock : public SExpr {
 public:
-  typedef SimpleArray<Variable*> VarArray;
+  typedef SimpleArray<Variable*>   VarArray;
+  typedef SimpleArray<BasicBlock*> BlockArray;
+
+  static bool classof(const SExpr *E) { return E->opcode() == COP_BasicBlock; }
 
-  BasicBlock(MemRegionRef A, unsigned Nargs, unsigned Nins,
-             SExpr *Term = nullptr)
-      : BlockID(0), Parent(nullptr), Args(A, Nargs), Instrs(A, Nins),
-        Terminator(Term) {}
-  BasicBlock(const BasicBlock &B, VarArray &&As, VarArray &&Is, SExpr *T)
-      : BlockID(0), Parent(nullptr), Args(std::move(As)), Instrs(std::move(Is)),
-        Terminator(T) {}
+  explicit BasicBlock(MemRegionRef A, BasicBlock* P = nullptr)
+      : SExpr(COP_BasicBlock), Arena(A), CFGPtr(nullptr), BlockID(0),
+        Parent(P), Terminator(nullptr)
+  { }
+  BasicBlock(BasicBlock &B, VarArray &&As, VarArray &&Is, SExpr *T)
+      : SExpr(COP_BasicBlock), Arena(B.Arena), CFGPtr(nullptr), BlockID(0),
+        Parent(nullptr), Args(std::move(As)), Instrs(std::move(Is)),
+        Terminator(T)
+  { }
 
   unsigned blockID() const { return BlockID; }
+  unsigned numPredecessors() const { return Predecessors.size(); }
+
+  const SCFG* cfg() const { return CFGPtr; }
+  SCFG* cfg() { return CFGPtr; }
+
   const BasicBlock *parent() const { return Parent; }
   BasicBlock *parent() { return Parent; }
 
@@ -1014,41 +1463,78 @@ public:
   const VarArray &instructions() const { return Instrs; }
   VarArray &instructions() { return Instrs; }
 
+  const BlockArray &predecessors() const { return Predecessors; }
+  BlockArray &predecessors() { return Predecessors; }
+
   const SExpr *terminator() const { return Terminator.get(); }
   SExpr *terminator() { return Terminator.get(); }
 
-  void setParent(BasicBlock *P) { Parent = P; }
-  void setBlockID(unsigned i) { BlockID = i; }
-  void setTerminator(SExpr *E) { Terminator.reset(E); }
-  void addArgument(Variable *V) { Args.push_back(V); }
-  void addInstr(Variable *V) { Args.push_back(V); }
+  void setBlockID(unsigned i)   { BlockID = i; }
+  void setParent(BasicBlock *P) { Parent = P;  }
+  void setTerminator(SExpr *E)  { Terminator.reset(E); }
+
+  // Add a new argument.  V must define a phi-node.
+  void addArgument(Variable *V) {
+    V->setKind(Variable::VK_LetBB);
+    Args.reserveCheck(1, Arena);
+    Args.push_back(V);
+  }
+  // Add a new instruction.
+  void addInstruction(Variable *V) {
+    V->setKind(Variable::VK_LetBB);
+    Instrs.reserveCheck(1, Arena);
+    Instrs.push_back(V);
+  }
+  // Add a new predecessor, and return the phi-node index for it.
+  // Will add an argument to all phi-nodes, initialized to nullptr.
+  unsigned addPredecessor(BasicBlock *Pred);
+
+  // Reserve space for Nargs arguments.
+  void reserveArguments(unsigned Nargs)   { Args.reserve(Nargs, Arena); }
+
+  // Reserve space for Nins instructions.
+  void reserveInstructions(unsigned Nins) { Instrs.reserve(Nins, Arena); }
+
+  // Reserve space for NumPreds predecessors, including space in phi nodes.
+  void reservePredecessors(unsigned NumPreds);
+
+  // Return the index of BB, or Predecessors.size if BB is not a predecessor.
+  unsigned findPredecessorIndex(const BasicBlock *BB) const {
+    auto I = std::find(Predecessors.cbegin(), Predecessors.cend(), BB);
+    return std::distance(Predecessors.cbegin(), I);
+  }
 
-  template <class V> BasicBlock *traverse(V &Visitor) {
-    typename V::template Container<Variable*> Nas(Visitor, Args.size());
-    typename V::template Container<Variable*> Nis(Visitor, Instrs.size());
+  // Set id numbers for variables.
+  void renumberVars();
+
+  template <class V>
+  typename V::R_BasicBlock traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+    typename V::template Container<Variable*> Nas(Vs, Args.size());
+    typename V::template Container<Variable*> Nis(Vs, Instrs.size());
+
+    // Entering the basic block should do any scope initialization.
+    Vs.enterBasicBlock(*this);
 
     for (auto *A : Args) {
-      typename V::R_SExpr Ne = Visitor.traverse(A->Definition);
-      Variable *Nvd = Visitor.enterScope(*A, Ne);
+      auto Ne = Vs.traverse(A->Definition, Vs.subExprCtx(Ctx));
+      Variable *Nvd = Vs.enterScope(*A, Ne);
       Nas.push_back(Nvd);
     }
     for (auto *I : Instrs) {
-      typename V::R_SExpr Ne = Visitor.traverse(I->Definition);
-      Variable *Nvd = Visitor.enterScope(*I, Ne);
+      auto Ne = Vs.traverse(I->Definition, Vs.subExprCtx(Ctx));
+      Variable *Nvd = Vs.enterScope(*I, Ne);
       Nis.push_back(Nvd);
     }
-    typename V::R_SExpr Nt = Visitor.traverse(Terminator);
+    auto Nt = Vs.traverse(Terminator, Ctx);
 
-    // TODO: use reverse iterator
-    for (unsigned J = 0, JN = Instrs.size(); J < JN; ++J)
-      Visitor.exitScope(*Instrs[JN-J]);
-    for (unsigned I = 0, IN = Instrs.size(); I < IN; ++I)
-      Visitor.exitScope(*Args[IN-I]);
+    // Exiting the basic block should handle any scope cleanup.
+    Vs.exitBasicBlock(*this);
 
-    return Visitor.reduceBasicBlock(*this, Nas, Nis, Nt);
+    return Vs.reduceBasicBlock(*this, Nas, Nis, Nt);
   }
 
-  template <class C> typename C::CType compare(BasicBlock *E, C &Cmp) {
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const BasicBlock *E, C &Cmp) const {
     // TODO: implement CFG comparisons
     return Cmp.comparePointers(this, E);
   }
@@ -1056,57 +1542,96 @@ public:
 private:
   friend class SCFG;
 
-  unsigned BlockID;
-  BasicBlock *Parent;   // The parent block is the enclosing lexical scope.
-                        // The parent dominates this block.
-  VarArray Args;        // Phi nodes
-  VarArray Instrs;
-  SExprRef Terminator;
+  MemRegionRef Arena;
+
+  SCFG       *CFGPtr;       // The CFG that contains this block.
+  unsigned   BlockID;       // unique id for this BB in the containing CFG
+  BasicBlock *Parent;       // The parent block is the enclosing lexical scope.
+                            // The parent dominates this block.
+  BlockArray Predecessors;  // Predecessor blocks in the CFG.
+  VarArray   Args;          // Phi nodes.  One argument per predecessor.
+  VarArray   Instrs;        // Instructions.
+  SExprRef   Terminator;    // Branch or Goto
 };
 
-template <class V>
-typename V::R_SExpr SCFG::traverse(V &Visitor) {
-  Visitor.enterCFG(*this);
-  typename V::template Container<BasicBlock *> Bbs(Visitor, Blocks.size());
-  for (auto *B : Blocks) {
-    BasicBlock *Nbb = B->traverse(Visitor);
-    Bbs.push_back(Nbb);
-  }
-  Visitor.exitCFG(*this);
-  return Visitor.reduceSCFG(*this, Bbs);
-}
 
-class Phi : public SExpr {
+// An SCFG is a control-flow graph.  It consists of a set of basic blocks, each
+// of which terminates in a branch to another basic block.  There is one
+// entry point, and one exit point.
+class SCFG : public SExpr {
 public:
-  // TODO: change to SExprRef
-  typedef SimpleArray<SExpr *> ValArray;
+  typedef SimpleArray<BasicBlock *> BlockArray;
+  typedef BlockArray::iterator iterator;
+  typedef BlockArray::const_iterator const_iterator;
 
-  static bool classof(const SExpr *E) { return E->opcode() == COP_Phi; }
+  static bool classof(const SExpr *E) { return E->opcode() == COP_SCFG; }
 
-  Phi(MemRegionRef A, unsigned Nvals) : SExpr(COP_Phi), Values(A, Nvals) {}
-  Phi(const Phi &P, ValArray &&Vs) // steals memory of Vs
-      : SExpr(COP_Phi), Values(std::move(Vs)) {}
+  SCFG(MemRegionRef A, unsigned Nblocks)
+    : SExpr(COP_SCFG), Arena(A), Blocks(A, Nblocks),
+      Entry(nullptr), Exit(nullptr) {
+    Entry = new (A) BasicBlock(A, nullptr);
+    Exit  = new (A) BasicBlock(A, Entry);
+    auto *V = new (A) Variable(new (A) Phi());
+    Exit->addArgument(V);
+    add(Entry);
+    add(Exit);
+  }
+  SCFG(const SCFG &Cfg, BlockArray &&Ba) // steals memory from Ba
+      : SExpr(COP_SCFG), Arena(Cfg.Arena), Blocks(std::move(Ba)),
+        Entry(nullptr), Exit(nullptr) {
+    // TODO: set entry and exit!
+  }
 
-  const ValArray &values() const { return Values; }
-  ValArray &values() { return Values; }
+  iterator begin() { return Blocks.begin(); }
+  iterator end() { return Blocks.end(); }
 
-  template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Visitor) {
-    typename V::template Container<typename V::R_SExpr> Nvs(Visitor,
-                                                            Values.size());
-    for (auto *Val : Values) {
-      typename V::R_SExpr Nv = Visitor.traverse(Val);
-      Nvs.push_back(Nv);
+  const_iterator begin() const { return cbegin(); }
+  const_iterator end() const { return cend(); }
+
+  const_iterator cbegin() const { return Blocks.cbegin(); }
+  const_iterator cend() const { return Blocks.cend(); }
+
+  const BasicBlock *entry() const { return Entry; }
+  BasicBlock *entry() { return Entry; }
+  const BasicBlock *exit() const { return Exit; }
+  BasicBlock *exit() { return Exit; }
+
+  inline void add(BasicBlock *BB) {
+    assert(BB->CFGPtr == nullptr || BB->CFGPtr == this);
+    BB->setBlockID(Blocks.size());
+    BB->CFGPtr = this;
+    Blocks.reserveCheck(1, Arena);
+    Blocks.push_back(BB);
+  }
+
+  void setEntry(BasicBlock *BB) { Entry = BB; }
+  void setExit(BasicBlock *BB)  { Exit = BB;  }
+
+  // Set varable ids in all blocks.
+  void renumberVars();
+
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+    Vs.enterCFG(*this);
+    typename V::template Container<BasicBlock *> Bbs(Vs, Blocks.size());
+    for (auto *B : Blocks) {
+      Bbs.push_back( B->traverse(Vs, Vs.subExprCtx(Ctx)) );
     }
-    return Visitor.reducePhi(*this, Nvs);
+    Vs.exitCFG(*this);
+    return Vs.reduceSCFG(*this, Bbs);
   }
 
-  template <class C> typename C::CType compare(Phi *E, C &Cmp) {
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const SCFG *E, C &Cmp) const {
     // TODO -- implement CFG comparisons
     return Cmp.comparePointers(this, E);
   }
 
 private:
-  ValArray Values;
+  MemRegionRef Arena;
+  BlockArray   Blocks;
+  BasicBlock   *Entry;
+  BasicBlock   *Exit;
 };
 
 
@@ -1114,8 +1639,8 @@ class Goto : public SExpr {
 public:
   static bool classof(const SExpr *E) { return E->opcode() == COP_Goto; }
 
-  Goto(BasicBlock *B, unsigned Index)
-      : SExpr(COP_Goto), TargetBlock(B), Index(0) {}
+  Goto(BasicBlock *B, unsigned I)
+      : SExpr(COP_Goto), TargetBlock(B), Index(I) {}
   Goto(const Goto &G, BasicBlock *B, unsigned I)
       : SExpr(COP_Goto), TargetBlock(B), Index(I) {}
 
@@ -1124,13 +1649,14 @@ public:
 
   unsigned index() const { return Index; }
 
-  template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Visitor) {
-    // TODO -- rewrite indices properly
-    BasicBlock *Ntb = Visitor.reduceBasicBlockRef(TargetBlock);
-    return Visitor.reduceGoto(*this, Ntb, Index);
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+    BasicBlock *Ntb = Vs.reduceBasicBlockRef(TargetBlock);
+    return Vs.reduceGoto(*this, Ntb);
   }
 
-  template <class C> typename C::CType compare(Goto *E, C &Cmp) {
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const Goto *E, C &Cmp) const {
     // TODO -- implement CFG comparisons
     return Cmp.comparePointers(this, E);
   }
@@ -1145,26 +1671,38 @@ class Branch : public SExpr {
 public:
   static bool classof(const SExpr *E) { return E->opcode() == COP_Branch; }
 
-  Branch(SExpr *C, BasicBlock *T, BasicBlock *E)
-      : SExpr(COP_Branch), Condition(C), ThenBlock(T), ElseBlock(E) {}
-  Branch(const Branch &Br, SExpr *C, BasicBlock *T, BasicBlock *E)
-      : SExpr(COP_Branch), Condition(C), ThenBlock(T), ElseBlock(E) {}
+  Branch(SExpr *C, BasicBlock *T, BasicBlock *E, unsigned TI, unsigned EI)
+      : SExpr(COP_Branch), Condition(C), ThenBlock(T), ElseBlock(E),
+        ThenIndex(TI), ElseIndex(EI)
+  {}
+  Branch(const Branch &Br, SExpr *C, BasicBlock *T, BasicBlock *E,
+         unsigned TI, unsigned EI)
+      : SExpr(COP_Branch), Condition(C), ThenBlock(T), ElseBlock(E),
+        ThenIndex(TI), ElseIndex(EI)
+  {}
 
   const SExpr *condition() const { return Condition; }
   SExpr *condition() { return Condition; }
+
   const BasicBlock *thenBlock() const { return ThenBlock; }
   BasicBlock *thenBlock() { return ThenBlock; }
+
   const BasicBlock *elseBlock() const { return ElseBlock; }
   BasicBlock *elseBlock() { return ElseBlock; }
 
-  template <class V> typename V::R_SExpr traverse(V &Visitor) {
-    typename V::R_SExpr Nc = Visitor.traverse(Condition);
-    BasicBlock *Ntb = Visitor.reduceBasicBlockRef(ThenBlock);
-    BasicBlock *Nte = Visitor.reduceBasicBlockRef(ElseBlock);
-    return Visitor.reduceBranch(*this, Nc, Ntb, Nte);
+  unsigned thenIndex() const { return ThenIndex; }
+  unsigned elseIndex() const { return ElseIndex; }
+
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+    auto Nc = Vs.traverse(Condition, Vs.subExprCtx(Ctx));
+    BasicBlock *Ntb = Vs.reduceBasicBlockRef(ThenBlock);
+    BasicBlock *Nte = Vs.reduceBasicBlockRef(ElseBlock);
+    return Vs.reduceBranch(*this, Nc, Ntb, Nte);
   }
 
-  template <class C> typename C::CType compare(Branch *E, C &Cmp) {
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const Branch *E, C &Cmp) const {
     // TODO -- implement CFG comparisons
     return Cmp.comparePointers(this, E);
   }
@@ -1173,11 +1711,141 @@ private:
   SExpr *Condition;
   BasicBlock *ThenBlock;
   BasicBlock *ElseBlock;
+  unsigned ThenIndex;
+  unsigned ElseIndex;
+};
+
+
+// An identifier, e.g. 'foo' or 'x'.
+// This is a pseduo-term; it will be lowered to a variable or projection.
+class Identifier : public SExpr {
+public:
+  static bool classof(const SExpr *E) { return E->opcode() == COP_Identifier; }
+
+  Identifier(StringRef Id): SExpr(COP_Identifier), Name(Id) { }
+  Identifier(const Identifier& I) : SExpr(I), Name(I.Name)  { }
+
+  StringRef name() const { return Name; }
+
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+    return Vs.reduceIdentifier(*this);
+  }
+
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const Identifier* E, C& Cmp) const {
+    return Cmp.compareStrings(name(), E->name());
+  }
+
+private:
+  StringRef Name;
+};
+
+
+// An if-then-else expression.
+// This is a pseduo-term; it will be lowered to a branch in a CFG.
+class IfThenElse : public SExpr {
+public:
+  static bool classof(const SExpr *E) { return E->opcode() == COP_IfThenElse; }
+
+  IfThenElse(SExpr *C, SExpr *T, SExpr *E)
+    : SExpr(COP_IfThenElse), Condition(C), ThenExpr(T), ElseExpr(E)
+  { }
+  IfThenElse(const IfThenElse &I, SExpr *C, SExpr *T, SExpr *E)
+    : SExpr(I), Condition(C), ThenExpr(T), ElseExpr(E)
+  { }
+
+  SExpr *condition() { return Condition.get(); }   // Address to store to
+  const SExpr *condition() const { return Condition.get(); }
+
+  SExpr *thenExpr() { return ThenExpr.get(); }     // Value to store
+  const SExpr *thenExpr() const { return ThenExpr.get(); }
+
+  SExpr *elseExpr() { return ElseExpr.get(); }     // Value to store
+  const SExpr *elseExpr() const { return ElseExpr.get(); }
+
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+    auto Nc = Vs.traverse(Condition, Vs.subExprCtx(Ctx));
+    auto Nt = Vs.traverse(ThenExpr,  Vs.subExprCtx(Ctx));
+    auto Ne = Vs.traverse(ElseExpr,  Vs.subExprCtx(Ctx));
+    return Vs.reduceIfThenElse(*this, Nc, Nt, Ne);
+  }
+
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const IfThenElse* E, C& Cmp) const {
+    typename C::CType Ct = Cmp.compare(condition(), E->condition());
+    if (Cmp.notTrue(Ct))
+      return Ct;
+    Ct = Cmp.compare(thenExpr(), E->thenExpr());
+    if (Cmp.notTrue(Ct))
+      return Ct;
+    return Cmp.compare(elseExpr(), E->elseExpr());
+  }
+
+private:
+  SExprRef Condition;
+  SExprRef ThenExpr;
+  SExprRef ElseExpr;
+};
+
+
+// A let-expression,  e.g.  let x=t; u.
+// This is a pseduo-term; it will be lowered to instructions in a CFG.
+class Let : public SExpr {
+public:
+  static bool classof(const SExpr *E) { return E->opcode() == COP_Let; }
+
+  Let(Variable *Vd, SExpr *Bd) : SExpr(COP_Let), VarDecl(Vd), Body(Bd) {
+    Vd->setKind(Variable::VK_Let);
+  }
+  Let(const Let &L, Variable *Vd, SExpr *Bd) : SExpr(L), VarDecl(Vd), Body(Bd) {
+    Vd->setKind(Variable::VK_Let);
+  }
+
+  Variable *variableDecl()  { return VarDecl; }
+  const Variable *variableDecl() const { return VarDecl; }
+
+  SExpr *body() { return Body.get(); }
+  const SExpr *body() const { return Body.get(); }
+
+  template <class V>
+  typename V::R_SExpr traverse(V &Vs, typename V::R_Ctx Ctx) {
+    // This is a variable declaration, so traverse the definition.
+    auto E0 = Vs.traverse(VarDecl->Definition, Vs.subExprCtx(Ctx));
+    // Tell the rewriter to enter the scope of the let variable.
+    Variable *Nvd = Vs.enterScope(*VarDecl, E0);
+    auto E1 = Vs.traverse(Body, Ctx);
+    Vs.exitScope(*VarDecl);
+    return Vs.reduceLet(*this, Nvd, E1);
+  }
+
+  template <class C>
+  typename C::CType compare(const Let* E, C& Cmp) const {
+    typename C::CType Ct =
+      Cmp.compare(VarDecl->definition(), E->VarDecl->definition());
+    if (Cmp.notTrue(Ct))
+      return Ct;
+    Cmp.enterScope(variableDecl(), E->variableDecl());
+    Ct = Cmp.compare(body(), E->body());
+    Cmp.leaveScope();
+    return Ct;
+  }
+
+private:
+  Variable *VarDecl;
+  SExprRef Body;
 };
 
 
+
+const SExpr *getCanonicalVal(const SExpr *E);
+SExpr* simplifyToCanonicalVal(SExpr *E);
+void simplifyIncompleteArg(Variable *V, til::Phi *Ph);
+
+
 } // end namespace til
 } // end namespace threadSafety
 } // end namespace clang
 
-#endif // LLVM_CLANG_THREAD_SAFETY_TIL_H
+#endif