Cleanup: make std::pair usage slightly less indecipherable without actually naming...
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / IndVarSimplify.cpp
index eb04d9401fbb6f81cdd6a7caa764b02fc5aa471c..f2c69a258cb3ca055adaa9652925b8d81821881e 100644 (file)
 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
+#include "llvm/Target/TargetData.h"
+#include "llvm/ADT/DenseMap.h"
 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
 using namespace llvm;
 
-STATISTIC(NumRemoved , "Number of aux indvars removed");
-STATISTIC(NumInserted, "Number of canonical indvars added");
-STATISTIC(NumReplaced, "Number of exit values replaced");
-STATISTIC(NumLFTR    , "Number of loop exit tests replaced");
+STATISTIC(NumRemoved     , "Number of aux indvars removed");
+STATISTIC(NumWidened     , "Number of indvars widened");
+STATISTIC(NumInserted    , "Number of canonical indvars added");
+STATISTIC(NumReplaced    , "Number of exit values replaced");
+STATISTIC(NumLFTR        , "Number of loop exit tests replaced");
+STATISTIC(NumElimIdentity, "Number of IV identities eliminated");
+STATISTIC(NumElimExt     , "Number of IV sign/zero extends eliminated");
+STATISTIC(NumElimRem     , "Number of IV remainder operations eliminated");
+STATISTIC(NumElimCmp     , "Number of IV comparisons eliminated");
+STATISTIC(NumElimIV      , "Number of congruent IVs eliminated");
+
+static cl::opt<bool> DisableIVRewrite(
+  "disable-iv-rewrite", cl::Hidden,
+  cl::desc("Disable canonical induction variable rewriting"));
+
+// Temporary flag for use with -disable-iv-rewrite to force a canonical IV for
+// LFTR purposes.
+static cl::opt<bool> ForceLFTR(
+  "force-lftr", cl::Hidden,
+  cl::desc("Enable forced linear function test replacement"));
 
 namespace {
   class IndVarSimplify : public LoopPass {
@@ -73,11 +91,17 @@ namespace {
     LoopInfo        *LI;
     ScalarEvolution *SE;
     DominatorTree   *DT;
+    TargetData      *TD;
+
+    SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
     bool Changed;
   public:
 
     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
-    IndVarSimplify() : LoopPass(&ID) {}
+    IndVarSimplify() : LoopPass(ID), IU(0), LI(0), SE(0), DT(0), TD(0),
+                       Changed(false) {
+      initializeIndVarSimplifyPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+    }
 
     virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
 
@@ -87,122 +111,397 @@ namespace {
       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
       AU.addRequiredID(LCSSAID);
-      AU.addRequired<IVUsers>();
+      if (!DisableIVRewrite)
+        AU.addRequired<IVUsers>();
       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
       AU.addPreservedID(LCSSAID);
-      AU.addPreserved<IVUsers>();
+      if (!DisableIVRewrite)
+        AU.addPreserved<IVUsers>();
       AU.setPreservesCFG();
     }
 
   private:
+    virtual void releaseMemory() {
+      DeadInsts.clear();
+    }
+
+    bool isValidRewrite(Value *FromVal, Value *ToVal);
 
+    void HandleFloatingPointIV(Loop *L, PHINode *PH);
     void RewriteNonIntegerIVs(Loop *L);
 
-    ICmpInst *LinearFunctionTestReplace(Loop *L, const SCEV *BackedgeTakenCount,
-                                   Value *IndVar,
-                                   BasicBlock *ExitingBlock,
-                                   BranchInst *BI,
-                                   SCEVExpander &Rewriter);
     void RewriteLoopExitValues(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter);
 
+    void SimplifyIVUsers(SCEVExpander &Rewriter);
+    void SimplifyIVUsersNoRewrite(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter);
+
+    bool EliminateIVUser(Instruction *UseInst, Instruction *IVOperand);
+    void EliminateIVComparison(ICmpInst *ICmp, Value *IVOperand);
+    void EliminateIVRemainder(BinaryOperator *Rem,
+                              Value *IVOperand,
+                              bool IsSigned);
+
+    void SimplifyCongruentIVs(Loop *L);
+
     void RewriteIVExpressions(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter);
 
-    void SinkUnusedInvariants(Loop *L);
+    Value *LinearFunctionTestReplace(Loop *L, const SCEV *BackedgeTakenCount,
+                                     PHINode *IndVar, SCEVExpander &Rewriter);
 
-    void HandleFloatingPointIV(Loop *L, PHINode *PH);
+    void SinkUnusedInvariants(Loop *L);
   };
 }
 
 char IndVarSimplify::ID = 0;
-static RegisterPass<IndVarSimplify>
-X("indvars", "Canonicalize Induction Variables");
+INITIALIZE_PASS_BEGIN(IndVarSimplify, "indvars",
+                "Induction Variable Simplification", false, false)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LCSSA)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(IVUsers)
+INITIALIZE_PASS_END(IndVarSimplify, "indvars",
+                "Induction Variable Simplification", false, false)
 
 Pass *llvm::createIndVarSimplifyPass() {
   return new IndVarSimplify();
 }
 
-/// LinearFunctionTestReplace - This method rewrites the exit condition of the
-/// loop to be a canonical != comparison against the incremented loop induction
-/// variable.  This pass is able to rewrite the exit tests of any loop where the
-/// SCEV analysis can determine a loop-invariant trip count of the loop, which
-/// is actually a much broader range than just linear tests.
-ICmpInst *IndVarSimplify::LinearFunctionTestReplace(Loop *L,
-                                   const SCEV *BackedgeTakenCount,
-                                   Value *IndVar,
-                                   BasicBlock *ExitingBlock,
-                                   BranchInst *BI,
-                                   SCEVExpander &Rewriter) {
-  // If the exiting block is not the same as the backedge block, we must compare
-  // against the preincremented value, otherwise we prefer to compare against
-  // the post-incremented value.
-  Value *CmpIndVar;
-  const SCEV *RHS = BackedgeTakenCount;
-  if (ExitingBlock == L->getLoopLatch()) {
-    // Add one to the "backedge-taken" count to get the trip count.
-    // If this addition may overflow, we have to be more pessimistic and
-    // cast the induction variable before doing the add.
-    const SCEV *Zero = SE->getIntegerSCEV(0, BackedgeTakenCount->getType());
-    const SCEV *N =
-      SE->getAddExpr(BackedgeTakenCount,
-                     SE->getIntegerSCEV(1, BackedgeTakenCount->getType()));
-    if ((isa<SCEVConstant>(N) && !N->isZero()) ||
-        SE->isLoopGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_NE, N, Zero)) {
-      // No overflow. Cast the sum.
-      RHS = SE->getTruncateOrZeroExtend(N, IndVar->getType());
-    } else {
-      // Potential overflow. Cast before doing the add.
-      RHS = SE->getTruncateOrZeroExtend(BackedgeTakenCount,
-                                        IndVar->getType());
-      RHS = SE->getAddExpr(RHS,
-                           SE->getIntegerSCEV(1, IndVar->getType()));
+/// isValidRewrite - Return true if the SCEV expansion generated by the
+/// rewriter can replace the original value. SCEV guarantees that it
+/// produces the same value, but the way it is produced may be illegal IR.
+/// Ideally, this function will only be called for verification.
+bool IndVarSimplify::isValidRewrite(Value *FromVal, Value *ToVal) {
+  // If an SCEV expression subsumed multiple pointers, its expansion could
+  // reassociate the GEP changing the base pointer. This is illegal because the
+  // final address produced by a GEP chain must be inbounds relative to its
+  // underlying object. Otherwise basic alias analysis, among other things,
+  // could fail in a dangerous way. Ultimately, SCEV will be improved to avoid
+  // producing an expression involving multiple pointers. Until then, we must
+  // bail out here.
+  //
+  // Retrieve the pointer operand of the GEP. Don't use GetUnderlyingObject
+  // because it understands lcssa phis while SCEV does not.
+  Value *FromPtr = FromVal;
+  Value *ToPtr = ToVal;
+  if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(FromVal)) {
+    FromPtr = GEP->getPointerOperand();
+  }
+  if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(ToVal)) {
+    ToPtr = GEP->getPointerOperand();
+  }
+  if (FromPtr != FromVal || ToPtr != ToVal) {
+    // Quickly check the common case
+    if (FromPtr == ToPtr)
+      return true;
+
+    // SCEV may have rewritten an expression that produces the GEP's pointer
+    // operand. That's ok as long as the pointer operand has the same base
+    // pointer. Unlike GetUnderlyingObject(), getPointerBase() will find the
+    // base of a recurrence. This handles the case in which SCEV expansion
+    // converts a pointer type recurrence into a nonrecurrent pointer base
+    // indexed by an integer recurrence.
+    const SCEV *FromBase = SE->getPointerBase(SE->getSCEV(FromPtr));
+    const SCEV *ToBase = SE->getPointerBase(SE->getSCEV(ToPtr));
+    if (FromBase == ToBase)
+      return true;
+
+    DEBUG(dbgs() << "INDVARS: GEP rewrite bail out "
+          << *FromBase << " != " << *ToBase << "\n");
+
+    return false;
+  }
+  return true;
+}
+
+/// Determine the insertion point for this user. By default, insert immediately
+/// before the user. SCEVExpander or LICM will hoist loop invariants out of the
+/// loop. For PHI nodes, there may be multiple uses, so compute the nearest
+/// common dominator for the incoming blocks.
+static Instruction *getInsertPointForUses(Instruction *User, Value *Def,
+                                          DominatorTree *DT) {
+  PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(User);
+  if (!PHI)
+    return User;
+
+  Instruction *InsertPt = 0;
+  for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
+    if (PHI->getIncomingValue(i) != Def)
+      continue;
+
+    BasicBlock *InsertBB = PHI->getIncomingBlock(i);
+    if (!InsertPt) {
+      InsertPt = InsertBB->getTerminator();
+      continue;
     }
+    InsertBB = DT->findNearestCommonDominator(InsertPt->getParent(), InsertBB);
+    InsertPt = InsertBB->getTerminator();
+  }
+  assert(InsertPt && "Missing phi operand");
+  assert((!isa<Instruction>(Def) ||
+          DT->dominates(cast<Instruction>(Def), InsertPt)) &&
+         "def does not dominate all uses");
+  return InsertPt;
+}
+
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+// RewriteNonIntegerIVs and helpers. Prefer integer IVs.
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+
+/// ConvertToSInt - Convert APF to an integer, if possible.
+static bool ConvertToSInt(const APFloat &APF, int64_t &IntVal) {
+  bool isExact = false;
+  if (&APF.getSemantics() == &APFloat::PPCDoubleDouble)
+    return false;
+  // See if we can convert this to an int64_t
+  uint64_t UIntVal;
+  if (APF.convertToInteger(&UIntVal, 64, true, APFloat::rmTowardZero,
+                           &isExact) != APFloat::opOK || !isExact)
+    return false;
+  IntVal = UIntVal;
+  return true;
+}
+
+/// HandleFloatingPointIV - If the loop has floating induction variable
+/// then insert corresponding integer induction variable if possible.
+/// For example,
+/// for(double i = 0; i < 10000; ++i)
+///   bar(i)
+/// is converted into
+/// for(int i = 0; i < 10000; ++i)
+///   bar((double)i);
+///
+void IndVarSimplify::HandleFloatingPointIV(Loop *L, PHINode *PN) {
+  unsigned IncomingEdge = L->contains(PN->getIncomingBlock(0));
+  unsigned BackEdge     = IncomingEdge^1;
+
+  // Check incoming value.
+  ConstantFP *InitValueVal =
+    dyn_cast<ConstantFP>(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
+
+  int64_t InitValue;
+  if (!InitValueVal || !ConvertToSInt(InitValueVal->getValueAPF(), InitValue))
+    return;
+
+  // Check IV increment. Reject this PN if increment operation is not
+  // an add or increment value can not be represented by an integer.
+  BinaryOperator *Incr =
+    dyn_cast<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(BackEdge));
+  if (Incr == 0 || Incr->getOpcode() != Instruction::FAdd) return;
+
+  // If this is not an add of the PHI with a constantfp, or if the constant fp
+  // is not an integer, bail out.
+  ConstantFP *IncValueVal = dyn_cast<ConstantFP>(Incr->getOperand(1));
+  int64_t IncValue;
+  if (IncValueVal == 0 || Incr->getOperand(0) != PN ||
+      !ConvertToSInt(IncValueVal->getValueAPF(), IncValue))
+    return;
+
+  // Check Incr uses. One user is PN and the other user is an exit condition
+  // used by the conditional terminator.
+  Value::use_iterator IncrUse = Incr->use_begin();
+  Instruction *U1 = cast<Instruction>(*IncrUse++);
+  if (IncrUse == Incr->use_end()) return;
+  Instruction *U2 = cast<Instruction>(*IncrUse++);
+  if (IncrUse != Incr->use_end()) return;
+
+  // Find exit condition, which is an fcmp.  If it doesn't exist, or if it isn't
+  // only used by a branch, we can't transform it.
+  FCmpInst *Compare = dyn_cast<FCmpInst>(U1);
+  if (!Compare)
+    Compare = dyn_cast<FCmpInst>(U2);
+  if (Compare == 0 || !Compare->hasOneUse() ||
+      !isa<BranchInst>(Compare->use_back()))
+    return;
+
+  BranchInst *TheBr = cast<BranchInst>(Compare->use_back());
+
+  // We need to verify that the branch actually controls the iteration count
+  // of the loop.  If not, the new IV can overflow and no one will notice.
+  // The branch block must be in the loop and one of the successors must be out
+  // of the loop.
+  assert(TheBr->isConditional() && "Can't use fcmp if not conditional");
+  if (!L->contains(TheBr->getParent()) ||
+      (L->contains(TheBr->getSuccessor(0)) &&
+       L->contains(TheBr->getSuccessor(1))))
+    return;
+
+
+  // If it isn't a comparison with an integer-as-fp (the exit value), we can't
+  // transform it.
+  ConstantFP *ExitValueVal = dyn_cast<ConstantFP>(Compare->getOperand(1));
+  int64_t ExitValue;
+  if (ExitValueVal == 0 ||
+      !ConvertToSInt(ExitValueVal->getValueAPF(), ExitValue))
+    return;
+
+  // Find new predicate for integer comparison.
+  CmpInst::Predicate NewPred = CmpInst::BAD_ICMP_PREDICATE;
+  switch (Compare->getPredicate()) {
+  default: return;  // Unknown comparison.
+  case CmpInst::FCMP_OEQ:
+  case CmpInst::FCMP_UEQ: NewPred = CmpInst::ICMP_EQ; break;
+  case CmpInst::FCMP_ONE:
+  case CmpInst::FCMP_UNE: NewPred = CmpInst::ICMP_NE; break;
+  case CmpInst::FCMP_OGT:
+  case CmpInst::FCMP_UGT: NewPred = CmpInst::ICMP_SGT; break;
+  case CmpInst::FCMP_OGE:
+  case CmpInst::FCMP_UGE: NewPred = CmpInst::ICMP_SGE; break;
+  case CmpInst::FCMP_OLT:
+  case CmpInst::FCMP_ULT: NewPred = CmpInst::ICMP_SLT; break;
+  case CmpInst::FCMP_OLE:
+  case CmpInst::FCMP_ULE: NewPred = CmpInst::ICMP_SLE; break;
+  }
+
+  // We convert the floating point induction variable to a signed i32 value if
+  // we can.  This is only safe if the comparison will not overflow in a way
+  // that won't be trapped by the integer equivalent operations.  Check for this
+  // now.
+  // TODO: We could use i64 if it is native and the range requires it.
+
+  // The start/stride/exit values must all fit in signed i32.
+  if (!isInt<32>(InitValue) || !isInt<32>(IncValue) || !isInt<32>(ExitValue))
+    return;
+
+  // If not actually striding (add x, 0.0), avoid touching the code.
+  if (IncValue == 0)
+    return;
+
+  // Positive and negative strides have different safety conditions.
+  if (IncValue > 0) {
+    // If we have a positive stride, we require the init to be less than the
+    // exit value and an equality or less than comparison.
+    if (InitValue >= ExitValue ||
+        NewPred == CmpInst::ICMP_SGT || NewPred == CmpInst::ICMP_SGE)
+      return;
+
+    uint32_t Range = uint32_t(ExitValue-InitValue);
+    if (NewPred == CmpInst::ICMP_SLE) {
+      // Normalize SLE -> SLT, check for infinite loop.
+      if (++Range == 0) return;  // Range overflows.
+    }
+
+    unsigned Leftover = Range % uint32_t(IncValue);
+
+    // If this is an equality comparison, we require that the strided value
+    // exactly land on the exit value, otherwise the IV condition will wrap
+    // around and do things the fp IV wouldn't.
+    if ((NewPred == CmpInst::ICMP_EQ || NewPred == CmpInst::ICMP_NE) &&
+        Leftover != 0)
+      return;
+
+    // If the stride would wrap around the i32 before exiting, we can't
+    // transform the IV.
+    if (Leftover != 0 && int32_t(ExitValue+IncValue) < ExitValue)
+      return;
 
-    // The BackedgeTaken expression contains the number of times that the
-    // backedge branches to the loop header.  This is one less than the
-    // number of times the loop executes, so use the incremented indvar.
-    CmpIndVar = L->getCanonicalInductionVariableIncrement();
   } else {
-    // We have to use the preincremented value...
-    RHS = SE->getTruncateOrZeroExtend(BackedgeTakenCount,
-                                      IndVar->getType());
-    CmpIndVar = IndVar;
+    // If we have a negative stride, we require the init to be greater than the
+    // exit value and an equality or greater than comparison.
+    if (InitValue >= ExitValue ||
+        NewPred == CmpInst::ICMP_SLT || NewPred == CmpInst::ICMP_SLE)
+      return;
+
+    uint32_t Range = uint32_t(InitValue-ExitValue);
+    if (NewPred == CmpInst::ICMP_SGE) {
+      // Normalize SGE -> SGT, check for infinite loop.
+      if (++Range == 0) return;  // Range overflows.
+    }
+
+    unsigned Leftover = Range % uint32_t(-IncValue);
+
+    // If this is an equality comparison, we require that the strided value
+    // exactly land on the exit value, otherwise the IV condition will wrap
+    // around and do things the fp IV wouldn't.
+    if ((NewPred == CmpInst::ICMP_EQ || NewPred == CmpInst::ICMP_NE) &&
+        Leftover != 0)
+      return;
+
+    // If the stride would wrap around the i32 before exiting, we can't
+    // transform the IV.
+    if (Leftover != 0 && int32_t(ExitValue+IncValue) > ExitValue)
+      return;
   }
 
-  // Expand the code for the iteration count.
-  assert(RHS->isLoopInvariant(L) &&
-         "Computed iteration count is not loop invariant!");
-  Value *ExitCnt = Rewriter.expandCodeFor(RHS, IndVar->getType(), BI);
+  IntegerType *Int32Ty = Type::getInt32Ty(PN->getContext());
 
-  // Insert a new icmp_ne or icmp_eq instruction before the branch.
-  ICmpInst::Predicate Opcode;
-  if (L->contains(BI->getSuccessor(0)))
-    Opcode = ICmpInst::ICMP_NE;
-  else
-    Opcode = ICmpInst::ICMP_EQ;
+  // Insert new integer induction variable.
+  PHINode *NewPHI = PHINode::Create(Int32Ty, 2, PN->getName()+".int", PN);
+  NewPHI->addIncoming(ConstantInt::get(Int32Ty, InitValue),
+                      PN->getIncomingBlock(IncomingEdge));
 
-  DEBUG(dbgs() << "INDVARS: Rewriting loop exit condition to:\n"
-               << "      LHS:" << *CmpIndVar << '\n'
-               << "       op:\t"
-               << (Opcode == ICmpInst::ICMP_NE ? "!=" : "==") << "\n"
-               << "      RHS:\t" << *RHS << "\n");
+  Value *NewAdd =
+    BinaryOperator::CreateAdd(NewPHI, ConstantInt::get(Int32Ty, IncValue),
+                              Incr->getName()+".int", Incr);
+  NewPHI->addIncoming(NewAdd, PN->getIncomingBlock(BackEdge));
 
-  ICmpInst *Cond = new ICmpInst(BI, Opcode, CmpIndVar, ExitCnt, "exitcond");
+  ICmpInst *NewCompare = new ICmpInst(TheBr, NewPred, NewAdd,
+                                      ConstantInt::get(Int32Ty, ExitValue),
+                                      Compare->getName());
 
-  Value *OrigCond = BI->getCondition();
-  // It's tempting to use replaceAllUsesWith here to fully replace the old
-  // comparison, but that's not immediately safe, since users of the old
-  // comparison may not be dominated by the new comparison. Instead, just
-  // update the branch to use the new comparison; in the common case this
-  // will make old comparison dead.
-  BI->setCondition(Cond);
-  RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(OrigCond);
+  // In the following deletions, PN may become dead and may be deleted.
+  // Use a WeakVH to observe whether this happens.
+  WeakVH WeakPH = PN;
 
-  ++NumLFTR;
-  Changed = true;
-  return Cond;
+  // Delete the old floating point exit comparison.  The branch starts using the
+  // new comparison.
+  NewCompare->takeName(Compare);
+  Compare->replaceAllUsesWith(NewCompare);
+  RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Compare);
+
+  // Delete the old floating point increment.
+  Incr->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Incr->getType()));
+  RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Incr);
+
+  // If the FP induction variable still has uses, this is because something else
+  // in the loop uses its value.  In order to canonicalize the induction
+  // variable, we chose to eliminate the IV and rewrite it in terms of an
+  // int->fp cast.
+  //
+  // We give preference to sitofp over uitofp because it is faster on most
+  // platforms.
+  if (WeakPH) {
+    Value *Conv = new SIToFPInst(NewPHI, PN->getType(), "indvar.conv",
+                                 PN->getParent()->getFirstNonPHI());
+    PN->replaceAllUsesWith(Conv);
+    RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(PN);
+  }
+
+  // Add a new IVUsers entry for the newly-created integer PHI.
+  if (IU)
+    IU->AddUsersIfInteresting(NewPHI);
+}
+
+void IndVarSimplify::RewriteNonIntegerIVs(Loop *L) {
+  // First step.  Check to see if there are any floating-point recurrences.
+  // If there are, change them into integer recurrences, permitting analysis by
+  // the SCEV routines.
+  //
+  BasicBlock *Header = L->getHeader();
+
+  SmallVector<WeakVH, 8> PHIs;
+  for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
+       PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
+    PHIs.push_back(PN);
+
+  for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i)
+    if (PHINode *PN = dyn_cast_or_null<PHINode>(&*PHIs[i]))
+      HandleFloatingPointIV(L, PN);
+
+  // If the loop previously had floating-point IV, ScalarEvolution
+  // may not have been able to compute a trip count. Now that we've done some
+  // re-writing, the trip count may be computable.
+  if (Changed)
+    SE->forgetLoop(L);
 }
 
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+// RewriteLoopExitValues - Optimize IV users outside the loop.
+// As a side effect, reduces the amount of IV processing within the loop.
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+
 /// RewriteLoopExitValues - Check to see if this loop has a computable
 /// loop-invariant execution count.  If so, this means that we can compute the
 /// final value of any expressions that are recurrent in the loop, and
@@ -213,8 +512,7 @@ ICmpInst *IndVarSimplify::LinearFunctionTestReplace(Loop *L,
 /// happen later, except that it's more powerful in some cases, because it's
 /// able to brute-force evaluate arbitrary instructions as long as they have
 /// constant operands at the beginning of the loop.
-void IndVarSimplify::RewriteLoopExitValues(Loop *L,
-                                           SCEVExpander &Rewriter) {
+void IndVarSimplify::RewriteLoopExitValues(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter) {
   // Verify the input to the pass in already in LCSSA form.
   assert(L->isLCSSAForm(*DT));
 
@@ -272,17 +570,21 @@ void IndVarSimplify::RewriteLoopExitValues(Loop *L,
         // and varies predictably *inside* the loop.  Evaluate the value it
         // contains when the loop exits, if possible.
         const SCEV *ExitValue = SE->getSCEVAtScope(Inst, L->getParentLoop());
-        if (!ExitValue->isLoopInvariant(L))
+        if (!SE->isLoopInvariant(ExitValue, L))
           continue;
 
-        Changed = true;
-        ++NumReplaced;
-
         Value *ExitVal = Rewriter.expandCodeFor(ExitValue, PN->getType(), Inst);
 
         DEBUG(dbgs() << "INDVARS: RLEV: AfterLoopVal = " << *ExitVal << '\n'
                      << "  LoopVal = " << *Inst << "\n");
 
+        if (!isValidRewrite(Inst, ExitVal)) {
+          DeadInsts.push_back(ExitVal);
+          continue;
+        }
+        Changed = true;
+        ++NumReplaced;
+
         PN->setIncomingValue(i, ExitVal);
 
         // If this instruction is dead now, delete it.
@@ -313,229 +615,1299 @@ void IndVarSimplify::RewriteLoopExitValues(Loop *L,
   Rewriter.clearInsertPoint();
 }
 
-void IndVarSimplify::RewriteNonIntegerIVs(Loop *L) {
-  // First step.  Check to see if there are any floating-point recurrences.
-  // If there are, change them into integer recurrences, permitting analysis by
-  // the SCEV routines.
-  //
-  BasicBlock *Header    = L->getHeader();
-
-  SmallVector<WeakVH, 8> PHIs;
-  for (BasicBlock::iterator I = Header->begin();
-       PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I)
-    PHIs.push_back(PN);
-
-  for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i)
-    if (PHINode *PN = dyn_cast_or_null<PHINode>(PHIs[i]))
-      HandleFloatingPointIV(L, PN);
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//  Rewrite IV users based on a canonical IV.
+//  To be replaced by -disable-iv-rewrite.
+//===----------------------------------------------------------------------===//
 
-  // If the loop previously had floating-point IV, ScalarEvolution
-  // may not have been able to compute a trip count. Now that we've done some
-  // re-writing, the trip count may be computable.
-  if (Changed)
-    SE->forgetLoop(L);
+/// SimplifyIVUsers - Iteratively perform simplification on IVUsers within this
+/// loop. IVUsers is treated as a worklist. Each successive simplification may
+/// push more users which may themselves be candidates for simplification.
+///
+/// This is the old approach to IV simplification to be replaced by
+/// SimplifyIVUsersNoRewrite.
+///
+void IndVarSimplify::SimplifyIVUsers(SCEVExpander &Rewriter) {
+  // Each round of simplification involves a round of eliminating operations
+  // followed by a round of widening IVs. A single IVUsers worklist is used
+  // across all rounds. The inner loop advances the user. If widening exposes
+  // more uses, then another pass through the outer loop is triggered.
+  for (IVUsers::iterator I = IU->begin(); I != IU->end(); ++I) {
+    Instruction *UseInst = I->getUser();
+    Value *IVOperand = I->getOperandValToReplace();
+
+    if (ICmpInst *ICmp = dyn_cast<ICmpInst>(UseInst)) {
+      EliminateIVComparison(ICmp, IVOperand);
+      continue;
+    }
+    if (BinaryOperator *Rem = dyn_cast<BinaryOperator>(UseInst)) {
+      bool IsSigned = Rem->getOpcode() == Instruction::SRem;
+      if (IsSigned || Rem->getOpcode() == Instruction::URem) {
+        EliminateIVRemainder(Rem, IVOperand, IsSigned);
+        continue;
+      }
+    }
+  }
 }
 
-bool IndVarSimplify::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
-  IU = &getAnalysis<IVUsers>();
-  LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
-  SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
-  DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
-  Changed = false;
+// FIXME: It is an extremely bad idea to indvar substitute anything more
+// complex than affine induction variables.  Doing so will put expensive
+// polynomial evaluations inside of the loop, and the str reduction pass
+// currently can only reduce affine polynomials.  For now just disable
+// indvar subst on anything more complex than an affine addrec, unless
+// it can be expanded to a trivial value.
+static bool isSafe(const SCEV *S, const Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
+  // Loop-invariant values are safe.
+  if (SE->isLoopInvariant(S, L)) return true;
+
+  // Affine addrecs are safe. Non-affine are not, because LSR doesn't know how
+  // to transform them into efficient code.
+  if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
+    return AR->isAffine();
+
+  // An add is safe it all its operands are safe.
+  if (const SCEVCommutativeExpr *Commutative = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(S)) {
+    for (SCEVCommutativeExpr::op_iterator I = Commutative->op_begin(),
+         E = Commutative->op_end(); I != E; ++I)
+      if (!isSafe(*I, L, SE)) return false;
+    return true;
+  }
 
-  // If there are any floating-point recurrences, attempt to
-  // transform them to use integer recurrences.
-  RewriteNonIntegerIVs(L);
+  // A cast is safe if its operand is.
+  if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
+    return isSafe(C->getOperand(), L, SE);
 
-  BasicBlock *ExitingBlock = L->getExitingBlock(); // may be null
-  const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
+  // A udiv is safe if its operands are.
+  if (const SCEVUDivExpr *UD = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S))
+    return isSafe(UD->getLHS(), L, SE) &&
+           isSafe(UD->getRHS(), L, SE);
 
-  // Create a rewriter object which we'll use to transform the code with.
-  SCEVExpander Rewriter(*SE);
+  // SCEVUnknown is always safe.
+  if (isa<SCEVUnknown>(S))
+    return true;
 
-  // Check to see if this loop has a computable loop-invariant execution count.
-  // If so, this means that we can compute the final value of any expressions
-  // that are recurrent in the loop, and substitute the exit values from the
-  // loop into any instructions outside of the loop that use the final values of
-  // the current expressions.
+  // Nothing else is safe.
+  return false;
+}
+
+void IndVarSimplify::RewriteIVExpressions(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter) {
+  // Rewrite all induction variable expressions in terms of the canonical
+  // induction variable.
   //
-  if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
-    RewriteLoopExitValues(L, Rewriter);
+  // If there were induction variables of other sizes or offsets, manually
+  // add the offsets to the primary induction variable and cast, avoiding
+  // the need for the code evaluation methods to insert induction variables
+  // of different sizes.
+  for (IVUsers::iterator UI = IU->begin(), E = IU->end(); UI != E; ++UI) {
+    Value *Op = UI->getOperandValToReplace();
+    Type *UseTy = Op->getType();
+    Instruction *User = UI->getUser();
 
-  // Compute the type of the largest recurrence expression, and decide whether
-  // a canonical induction variable should be inserted.
-  const Type *LargestType = 0;
-  bool NeedCannIV = false;
-  if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount)) {
-    LargestType = BackedgeTakenCount->getType();
-    LargestType = SE->getEffectiveSCEVType(LargestType);
-    // If we have a known trip count and a single exit block, we'll be
-    // rewriting the loop exit test condition below, which requires a
-    // canonical induction variable.
-    if (ExitingBlock)
-      NeedCannIV = true;
-  }
-  for (IVUsers::const_iterator I = IU->begin(), E = IU->end(); I != E; ++I) {
-    const Type *Ty =
-      SE->getEffectiveSCEVType(I->getOperandValToReplace()->getType());
-    if (!LargestType ||
-        SE->getTypeSizeInBits(Ty) >
-          SE->getTypeSizeInBits(LargestType))
-      LargestType = Ty;
-    NeedCannIV = true;
-  }
+    // Compute the final addrec to expand into code.
+    const SCEV *AR = IU->getReplacementExpr(*UI);
 
-  // Now that we know the largest of the induction variable expressions
-  // in this loop, insert a canonical induction variable of the largest size.
-  Value *IndVar = 0;
-  if (NeedCannIV) {
-    // Check to see if the loop already has any canonical-looking induction
-    // variables. If any are present and wider than the planned canonical
-    // induction variable, temporarily remove them, so that the Rewriter
-    // doesn't attempt to reuse them.
-    SmallVector<PHINode *, 2> OldCannIVs;
-    while (PHINode *OldCannIV = L->getCanonicalInductionVariable()) {
-      if (SE->getTypeSizeInBits(OldCannIV->getType()) >
-          SE->getTypeSizeInBits(LargestType))
-        OldCannIV->removeFromParent();
-      else
-        break;
-      OldCannIVs.push_back(OldCannIV);
+    // Evaluate the expression out of the loop, if possible.
+    if (!L->contains(UI->getUser())) {
+      const SCEV *ExitVal = SE->getSCEVAtScope(AR, L->getParentLoop());
+      if (SE->isLoopInvariant(ExitVal, L))
+        AR = ExitVal;
     }
 
-    IndVar = Rewriter.getOrInsertCanonicalInductionVariable(L, LargestType);
+    // FIXME: It is an extremely bad idea to indvar substitute anything more
+    // complex than affine induction variables.  Doing so will put expensive
+    // polynomial evaluations inside of the loop, and the str reduction pass
+    // currently can only reduce affine polynomials.  For now just disable
+    // indvar subst on anything more complex than an affine addrec, unless
+    // it can be expanded to a trivial value.
+    if (!isSafe(AR, L, SE))
+      continue;
 
-    ++NumInserted;
+    // Determine the insertion point for this user. By default, insert
+    // immediately before the user. The SCEVExpander class will automatically
+    // hoist loop invariants out of the loop. For PHI nodes, there may be
+    // multiple uses, so compute the nearest common dominator for the
+    // incoming blocks.
+    Instruction *InsertPt = getInsertPointForUses(User, Op, DT);
+
+    // Now expand it into actual Instructions and patch it into place.
+    Value *NewVal = Rewriter.expandCodeFor(AR, UseTy, InsertPt);
+
+    DEBUG(dbgs() << "INDVARS: Rewrote IV '" << *AR << "' " << *Op << '\n'
+                 << "   into = " << *NewVal << "\n");
+
+    if (!isValidRewrite(Op, NewVal)) {
+      DeadInsts.push_back(NewVal);
+      continue;
+    }
+    // Inform ScalarEvolution that this value is changing. The change doesn't
+    // affect its value, but it does potentially affect which use lists the
+    // value will be on after the replacement, which affects ScalarEvolution's
+    // ability to walk use lists and drop dangling pointers when a value is
+    // deleted.
+    SE->forgetValue(User);
+
+    // Patch the new value into place.
+    if (Op->hasName())
+      NewVal->takeName(Op);
+    if (Instruction *NewValI = dyn_cast<Instruction>(NewVal))
+      NewValI->setDebugLoc(User->getDebugLoc());
+    User->replaceUsesOfWith(Op, NewVal);
+    UI->setOperandValToReplace(NewVal);
+
+    ++NumRemoved;
     Changed = true;
-    DEBUG(dbgs() << "INDVARS: New CanIV: " << *IndVar << '\n');
 
-    // Now that the official induction variable is established, reinsert
-    // any old canonical-looking variables after it so that the IR remains
-    // consistent. They will be deleted as part of the dead-PHI deletion at
-    // the end of the pass.
-    while (!OldCannIVs.empty()) {
-      PHINode *OldCannIV = OldCannIVs.pop_back_val();
-      OldCannIV->insertBefore(L->getHeader()->getFirstNonPHI());
+    // The old value may be dead now.
+    DeadInsts.push_back(Op);
+  }
+}
+
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//  IV Widening - Extend the width of an IV to cover its widest uses.
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+
+namespace {
+  // Collect information about induction variables that are used by sign/zero
+  // extend operations. This information is recorded by CollectExtend and
+  // provides the input to WidenIV.
+  struct WideIVInfo {
+    Type *WidestNativeType; // Widest integer type created [sz]ext
+    bool IsSigned;                // Was an sext user seen before a zext?
+
+    WideIVInfo() : WidestNativeType(0), IsSigned(false) {}
+  };
+}
+
+/// CollectExtend - Update information about the induction variable that is
+/// extended by this sign or zero extend operation. This is used to determine
+/// the final width of the IV before actually widening it.
+static void CollectExtend(CastInst *Cast, bool IsSigned, WideIVInfo &WI,
+                          ScalarEvolution *SE, const TargetData *TD) {
+  Type *Ty = Cast->getType();
+  uint64_t Width = SE->getTypeSizeInBits(Ty);
+  if (TD && !TD->isLegalInteger(Width))
+    return;
+
+  if (!WI.WidestNativeType) {
+    WI.WidestNativeType = SE->getEffectiveSCEVType(Ty);
+    WI.IsSigned = IsSigned;
+    return;
+  }
+
+  // We extend the IV to satisfy the sign of its first user, arbitrarily.
+  if (WI.IsSigned != IsSigned)
+    return;
+
+  if (Width > SE->getTypeSizeInBits(WI.WidestNativeType))
+    WI.WidestNativeType = SE->getEffectiveSCEVType(Ty);
+}
+
+namespace {
+
+/// NarrowIVDefUse - Record a link in the Narrow IV def-use chain along with the
+/// WideIV that computes the same value as the Narrow IV def.  This avoids
+/// caching Use* pointers.
+struct NarrowIVDefUse {
+  Instruction *NarrowDef;
+  Instruction *NarrowUse;
+  Instruction *WideDef;
+
+  NarrowIVDefUse(): NarrowDef(0), NarrowUse(0), WideDef(0) {}
+
+  NarrowIVDefUse(Instruction *ND, Instruction *NU, Instruction *WD):
+    NarrowDef(ND), NarrowUse(NU), WideDef(WD) {}
+};
+
+/// WidenIV - The goal of this transform is to remove sign and zero extends
+/// without creating any new induction variables. To do this, it creates a new
+/// phi of the wider type and redirects all users, either removing extends or
+/// inserting truncs whenever we stop propagating the type.
+///
+class WidenIV {
+  // Parameters
+  PHINode *OrigPhi;
+  Type *WideType;
+  bool IsSigned;
+
+  // Context
+  LoopInfo        *LI;
+  Loop            *L;
+  ScalarEvolution *SE;
+  DominatorTree   *DT;
+
+  // Result
+  PHINode *WidePhi;
+  Instruction *WideInc;
+  const SCEV *WideIncExpr;
+  SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts;
+
+  SmallPtrSet<Instruction*,16> Widened;
+  SmallVector<NarrowIVDefUse, 8> NarrowIVUsers;
+
+public:
+  WidenIV(PHINode *PN, const WideIVInfo &WI, LoopInfo *LInfo,
+          ScalarEvolution *SEv, DominatorTree *DTree,
+          SmallVectorImpl<WeakVH> &DI) :
+    OrigPhi(PN),
+    WideType(WI.WidestNativeType),
+    IsSigned(WI.IsSigned),
+    LI(LInfo),
+    L(LI->getLoopFor(OrigPhi->getParent())),
+    SE(SEv),
+    DT(DTree),
+    WidePhi(0),
+    WideInc(0),
+    WideIncExpr(0),
+    DeadInsts(DI) {
+    assert(L->getHeader() == OrigPhi->getParent() && "Phi must be an IV");
+  }
+
+  PHINode *CreateWideIV(SCEVExpander &Rewriter);
+
+protected:
+  Instruction *CloneIVUser(NarrowIVDefUse DU);
+
+  const SCEVAddRecExpr *GetWideRecurrence(Instruction *NarrowUse);
+
+  Instruction *WidenIVUse(NarrowIVDefUse DU);
+
+  void pushNarrowIVUsers(Instruction *NarrowDef, Instruction *WideDef);
+};
+} // anonymous namespace
+
+static Value *getExtend( Value *NarrowOper, Type *WideType,
+                               bool IsSigned, IRBuilder<> &Builder) {
+  return IsSigned ? Builder.CreateSExt(NarrowOper, WideType) :
+                    Builder.CreateZExt(NarrowOper, WideType);
+}
+
+/// CloneIVUser - Instantiate a wide operation to replace a narrow
+/// operation. This only needs to handle operations that can evaluation to
+/// SCEVAddRec. It can safely return 0 for any operation we decide not to clone.
+Instruction *WidenIV::CloneIVUser(NarrowIVDefUse DU) {
+  unsigned Opcode = DU.NarrowUse->getOpcode();
+  switch (Opcode) {
+  default:
+    return 0;
+  case Instruction::Add:
+  case Instruction::Mul:
+  case Instruction::UDiv:
+  case Instruction::Sub:
+  case Instruction::And:
+  case Instruction::Or:
+  case Instruction::Xor:
+  case Instruction::Shl:
+  case Instruction::LShr:
+  case Instruction::AShr:
+    DEBUG(dbgs() << "Cloning IVUser: " << *DU.NarrowUse << "\n");
+
+    IRBuilder<> Builder(DU.NarrowUse);
+
+    // Replace NarrowDef operands with WideDef. Otherwise, we don't know
+    // anything about the narrow operand yet so must insert a [sz]ext. It is
+    // probably loop invariant and will be folded or hoisted. If it actually
+    // comes from a widened IV, it should be removed during a future call to
+    // WidenIVUse.
+    Value *LHS = (DU.NarrowUse->getOperand(0) == DU.NarrowDef) ? DU.WideDef :
+      getExtend(DU.NarrowUse->getOperand(0), WideType, IsSigned, Builder);
+    Value *RHS = (DU.NarrowUse->getOperand(1) == DU.NarrowDef) ? DU.WideDef :
+      getExtend(DU.NarrowUse->getOperand(1), WideType, IsSigned, Builder);
+
+    BinaryOperator *NarrowBO = cast<BinaryOperator>(DU.NarrowUse);
+    BinaryOperator *WideBO = BinaryOperator::Create(NarrowBO->getOpcode(),
+                                                    LHS, RHS,
+                                                    NarrowBO->getName());
+    Builder.Insert(WideBO);
+    if (const OverflowingBinaryOperator *OBO =
+        dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(NarrowBO)) {
+      if (OBO->hasNoUnsignedWrap()) WideBO->setHasNoUnsignedWrap();
+      if (OBO->hasNoSignedWrap()) WideBO->setHasNoSignedWrap();
     }
+    return WideBO;
   }
+  llvm_unreachable(0);
+}
 
-  // If we have a trip count expression, rewrite the loop's exit condition
-  // using it.  We can currently only handle loops with a single exit.
-  ICmpInst *NewICmp = 0;
-  if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount) &&
-      !BackedgeTakenCount->isZero() &&
-      ExitingBlock) {
-    assert(NeedCannIV &&
-           "LinearFunctionTestReplace requires a canonical induction variable");
-    // Can't rewrite non-branch yet.
-    if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBlock->getTerminator()))
-      NewICmp = LinearFunctionTestReplace(L, BackedgeTakenCount, IndVar,
-                                          ExitingBlock, BI, Rewriter);
+/// HoistStep - Attempt to hoist an IV increment above a potential use.
+///
+/// To successfully hoist, two criteria must be met:
+/// - IncV operands dominate InsertPos and
+/// - InsertPos dominates IncV
+///
+/// Meeting the second condition means that we don't need to check all of IncV's
+/// existing uses (it's moving up in the domtree).
+///
+/// This does not yet recursively hoist the operands, although that would
+/// not be difficult.
+static bool HoistStep(Instruction *IncV, Instruction *InsertPos,
+                      const DominatorTree *DT)
+{
+  if (DT->dominates(IncV, InsertPos))
+    return true;
+
+  if (!DT->dominates(InsertPos->getParent(), IncV->getParent()))
+    return false;
+
+  if (IncV->mayHaveSideEffects())
+    return false;
+
+  // Attempt to hoist IncV
+  for (User::op_iterator OI = IncV->op_begin(), OE = IncV->op_end();
+       OI != OE; ++OI) {
+    Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(OI);
+    if (OInst && !DT->dominates(OInst, InsertPos))
+      return false;
   }
+  IncV->moveBefore(InsertPos);
+  return true;
+}
 
-  // Rewrite IV-derived expressions. Clears the rewriter cache.
-  RewriteIVExpressions(L, Rewriter);
+// GetWideRecurrence - Is this instruction potentially interesting from IVUsers'
+// perspective after widening it's type? In other words, can the extend be
+// safely hoisted out of the loop with SCEV reducing the value to a recurrence
+// on the same loop. If so, return the sign or zero extended
+// recurrence. Otherwise return NULL.
+const SCEVAddRecExpr *WidenIV::GetWideRecurrence(Instruction *NarrowUse) {
+  if (!SE->isSCEVable(NarrowUse->getType()))
+    return 0;
+
+  const SCEV *NarrowExpr = SE->getSCEV(NarrowUse);
+  if (SE->getTypeSizeInBits(NarrowExpr->getType())
+      >= SE->getTypeSizeInBits(WideType)) {
+    // NarrowUse implicitly widens its operand. e.g. a gep with a narrow
+    // index. So don't follow this use.
+    return 0;
+  }
 
-  // The Rewriter may not be used from this point on.
+  const SCEV *WideExpr = IsSigned ?
+    SE->getSignExtendExpr(NarrowExpr, WideType) :
+    SE->getZeroExtendExpr(NarrowExpr, WideType);
+  const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(WideExpr);
+  if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
+    return 0;
 
-  // Loop-invariant instructions in the preheader that aren't used in the
-  // loop may be sunk below the loop to reduce register pressure.
-  SinkUnusedInvariants(L);
+  return AddRec;
+}
 
-  // For completeness, inform IVUsers of the IV use in the newly-created
-  // loop exit test instruction.
-  if (NewICmp)
-    IU->AddUsersIfInteresting(cast<Instruction>(NewICmp->getOperand(0)));
+/// WidenIVUse - Determine whether an individual user of the narrow IV can be
+/// widened. If so, return the wide clone of the user.
+Instruction *WidenIV::WidenIVUse(NarrowIVDefUse DU) {
+
+  // Stop traversing the def-use chain at inner-loop phis or post-loop phis.
+  if (isa<PHINode>(DU.NarrowUse) &&
+      LI->getLoopFor(DU.NarrowUse->getParent()) != L)
+    return 0;
+
+  // Our raison d'etre! Eliminate sign and zero extension.
+  if (IsSigned ? isa<SExtInst>(DU.NarrowUse) : isa<ZExtInst>(DU.NarrowUse)) {
+    Value *NewDef = DU.WideDef;
+    if (DU.NarrowUse->getType() != WideType) {
+      unsigned CastWidth = SE->getTypeSizeInBits(DU.NarrowUse->getType());
+      unsigned IVWidth = SE->getTypeSizeInBits(WideType);
+      if (CastWidth < IVWidth) {
+        // The cast isn't as wide as the IV, so insert a Trunc.
+        IRBuilder<> Builder(DU.NarrowUse);
+        NewDef = Builder.CreateTrunc(DU.WideDef, DU.NarrowUse->getType());
+      }
+      else {
+        // A wider extend was hidden behind a narrower one. This may induce
+        // another round of IV widening in which the intermediate IV becomes
+        // dead. It should be very rare.
+        DEBUG(dbgs() << "INDVARS: New IV " << *WidePhi
+              << " not wide enough to subsume " << *DU.NarrowUse << "\n");
+        DU.NarrowUse->replaceUsesOfWith(DU.NarrowDef, DU.WideDef);
+        NewDef = DU.NarrowUse;
+      }
+    }
+    if (NewDef != DU.NarrowUse) {
+      DEBUG(dbgs() << "INDVARS: eliminating " << *DU.NarrowUse
+            << " replaced by " << *DU.WideDef << "\n");
+      ++NumElimExt;
+      DU.NarrowUse->replaceAllUsesWith(NewDef);
+      DeadInsts.push_back(DU.NarrowUse);
+    }
+    // Now that the extend is gone, we want to expose it's uses for potential
+    // further simplification. We don't need to directly inform SimplifyIVUsers
+    // of the new users, because their parent IV will be processed later as a
+    // new loop phi. If we preserved IVUsers analysis, we would also want to
+    // push the uses of WideDef here.
+
+    // No further widening is needed. The deceased [sz]ext had done it for us.
+    return 0;
+  }
 
-  // Clean up dead instructions.
-  Changed |= DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
-  // Check a post-condition.
-  assert(L->isLCSSAForm(*DT) && "Indvars did not leave the loop in lcssa form!");
-  return Changed;
+  // Does this user itself evaluate to a recurrence after widening?
+  const SCEVAddRecExpr *WideAddRec = GetWideRecurrence(DU.NarrowUse);
+  if (!WideAddRec) {
+    // This user does not evaluate to a recurence after widening, so don't
+    // follow it. Instead insert a Trunc to kill off the original use,
+    // eventually isolating the original narrow IV so it can be removed.
+    IRBuilder<> Builder(getInsertPointForUses(DU.NarrowUse, DU.NarrowDef, DT));
+    Value *Trunc = Builder.CreateTrunc(DU.WideDef, DU.NarrowDef->getType());
+    DU.NarrowUse->replaceUsesOfWith(DU.NarrowDef, Trunc);
+    return 0;
+  }
+  // Assume block terminators cannot evaluate to a recurrence. We can't to
+  // insert a Trunc after a terminator if there happens to be a critical edge.
+  assert(DU.NarrowUse != DU.NarrowUse->getParent()->getTerminator() &&
+         "SCEV is not expected to evaluate a block terminator");
+
+  // Reuse the IV increment that SCEVExpander created as long as it dominates
+  // NarrowUse.
+  Instruction *WideUse = 0;
+  if (WideAddRec == WideIncExpr && HoistStep(WideInc, DU.NarrowUse, DT)) {
+    WideUse = WideInc;
+  }
+  else {
+    WideUse = CloneIVUser(DU);
+    if (!WideUse)
+      return 0;
+  }
+  // Evaluation of WideAddRec ensured that the narrow expression could be
+  // extended outside the loop without overflow. This suggests that the wide use
+  // evaluates to the same expression as the extended narrow use, but doesn't
+  // absolutely guarantee it. Hence the following failsafe check. In rare cases
+  // where it fails, we simply throw away the newly created wide use.
+  if (WideAddRec != SE->getSCEV(WideUse)) {
+    DEBUG(dbgs() << "Wide use expression mismatch: " << *WideUse
+          << ": " << *SE->getSCEV(WideUse) << " != " << *WideAddRec << "\n");
+    DeadInsts.push_back(WideUse);
+    return 0;
+  }
+
+  // Returning WideUse pushes it on the worklist.
+  return WideUse;
 }
 
-void IndVarSimplify::RewriteIVExpressions(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter) {
-  SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
+/// pushNarrowIVUsers - Add eligible users of NarrowDef to NarrowIVUsers.
+///
+void WidenIV::pushNarrowIVUsers(Instruction *NarrowDef, Instruction *WideDef) {
+  for (Value::use_iterator UI = NarrowDef->use_begin(),
+         UE = NarrowDef->use_end(); UI != UE; ++UI) {
+    Instruction *NarrowUse = cast<Instruction>(*UI);
 
-  // Rewrite all induction variable expressions in terms of the canonical
-  // induction variable.
-  //
-  // If there were induction variables of other sizes or offsets, manually
-  // add the offsets to the primary induction variable and cast, avoiding
-  // the need for the code evaluation methods to insert induction variables
-  // of different sizes.
-  for (IVUsers::iterator UI = IU->begin(), E = IU->end(); UI != E; ++UI) {
-    const SCEV *Stride = UI->getStride();
-    Value *Op = UI->getOperandValToReplace();
-    const Type *UseTy = Op->getType();
-    Instruction *User = UI->getUser();
+    // Handle data flow merges and bizarre phi cycles.
+    if (!Widened.insert(NarrowUse))
+      continue;
+
+    NarrowIVUsers.push_back(NarrowIVDefUse(NarrowDef, NarrowUse, WideDef));
+  }
+}
+
+/// CreateWideIV - Process a single induction variable. First use the
+/// SCEVExpander to create a wide induction variable that evaluates to the same
+/// recurrence as the original narrow IV. Then use a worklist to forward
+/// traverse the narrow IV's def-use chain. After WidenIVUse has processed all
+/// interesting IV users, the narrow IV will be isolated for removal by
+/// DeleteDeadPHIs.
+///
+/// It would be simpler to delete uses as they are processed, but we must avoid
+/// invalidating SCEV expressions.
+///
+PHINode *WidenIV::CreateWideIV(SCEVExpander &Rewriter) {
+  // Is this phi an induction variable?
+  const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(OrigPhi));
+  if (!AddRec)
+    return NULL;
+
+  // Widen the induction variable expression.
+  const SCEV *WideIVExpr = IsSigned ?
+    SE->getSignExtendExpr(AddRec, WideType) :
+    SE->getZeroExtendExpr(AddRec, WideType);
+
+  assert(SE->getEffectiveSCEVType(WideIVExpr->getType()) == WideType &&
+         "Expect the new IV expression to preserve its type");
+
+  // Can the IV be extended outside the loop without overflow?
+  AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(WideIVExpr);
+  if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
+    return NULL;
+
+  // An AddRec must have loop-invariant operands. Since this AddRec is
+  // materialized by a loop header phi, the expression cannot have any post-loop
+  // operands, so they must dominate the loop header.
+  assert(SE->properlyDominates(AddRec->getStart(), L->getHeader()) &&
+         SE->properlyDominates(AddRec->getStepRecurrence(*SE), L->getHeader())
+         && "Loop header phi recurrence inputs do not dominate the loop");
+
+  // The rewriter provides a value for the desired IV expression. This may
+  // either find an existing phi or materialize a new one. Either way, we
+  // expect a well-formed cyclic phi-with-increments. i.e. any operand not part
+  // of the phi-SCC dominates the loop entry.
+  Instruction *InsertPt = L->getHeader()->begin();
+  WidePhi = cast<PHINode>(Rewriter.expandCodeFor(AddRec, WideType, InsertPt));
+
+  // Remembering the WideIV increment generated by SCEVExpander allows
+  // WidenIVUse to reuse it when widening the narrow IV's increment. We don't
+  // employ a general reuse mechanism because the call above is the only call to
+  // SCEVExpander. Henceforth, we produce 1-to-1 narrow to wide uses.
+  if (BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch()) {
+    WideInc =
+      cast<Instruction>(WidePhi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
+    WideIncExpr = SE->getSCEV(WideInc);
+  }
+
+  DEBUG(dbgs() << "Wide IV: " << *WidePhi << "\n");
+  ++NumWidened;
+
+  // Traverse the def-use chain using a worklist starting at the original IV.
+  assert(Widened.empty() && NarrowIVUsers.empty() && "expect initial state" );
+
+  Widened.insert(OrigPhi);
+  pushNarrowIVUsers(OrigPhi, WidePhi);
+
+  while (!NarrowIVUsers.empty()) {
+    NarrowIVDefUse DU = NarrowIVUsers.pop_back_val();
+
+    // Process a def-use edge. This may replace the use, so don't hold a
+    // use_iterator across it.
+    Instruction *WideUse = WidenIVUse(DU);
+
+    // Follow all def-use edges from the previous narrow use.
+    if (WideUse)
+      pushNarrowIVUsers(DU.NarrowUse, WideUse);
+
+    // WidenIVUse may have removed the def-use edge.
+    if (DU.NarrowDef->use_empty())
+      DeadInsts.push_back(DU.NarrowDef);
+  }
+  return WidePhi;
+}
+
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//  Simplification of IV users based on SCEV evaluation.
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+
+void IndVarSimplify::EliminateIVComparison(ICmpInst *ICmp, Value *IVOperand) {
+  unsigned IVOperIdx = 0;
+  ICmpInst::Predicate Pred = ICmp->getPredicate();
+  if (IVOperand != ICmp->getOperand(0)) {
+    // Swapped
+    assert(IVOperand == ICmp->getOperand(1) && "Can't find IVOperand");
+    IVOperIdx = 1;
+    Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
+  }
+
+  // Get the SCEVs for the ICmp operands.
+  const SCEV *S = SE->getSCEV(ICmp->getOperand(IVOperIdx));
+  const SCEV *X = SE->getSCEV(ICmp->getOperand(1 - IVOperIdx));
+
+  // Simplify unnecessary loops away.
+  const Loop *ICmpLoop = LI->getLoopFor(ICmp->getParent());
+  S = SE->getSCEVAtScope(S, ICmpLoop);
+  X = SE->getSCEVAtScope(X, ICmpLoop);
+
+  // If the condition is always true or always false, replace it with
+  // a constant value.
+  if (SE->isKnownPredicate(Pred, S, X))
+    ICmp->replaceAllUsesWith(ConstantInt::getTrue(ICmp->getContext()));
+  else if (SE->isKnownPredicate(ICmpInst::getInversePredicate(Pred), S, X))
+    ICmp->replaceAllUsesWith(ConstantInt::getFalse(ICmp->getContext()));
+  else
+    return;
+
+  DEBUG(dbgs() << "INDVARS: Eliminated comparison: " << *ICmp << '\n');
+  ++NumElimCmp;
+  Changed = true;
+  DeadInsts.push_back(ICmp);
+}
+
+void IndVarSimplify::EliminateIVRemainder(BinaryOperator *Rem,
+                                          Value *IVOperand,
+                                          bool IsSigned) {
+  // We're only interested in the case where we know something about
+  // the numerator.
+  if (IVOperand != Rem->getOperand(0))
+    return;
+
+  // Get the SCEVs for the ICmp operands.
+  const SCEV *S = SE->getSCEV(Rem->getOperand(0));
+  const SCEV *X = SE->getSCEV(Rem->getOperand(1));
+
+  // Simplify unnecessary loops away.
+  const Loop *ICmpLoop = LI->getLoopFor(Rem->getParent());
+  S = SE->getSCEVAtScope(S, ICmpLoop);
+  X = SE->getSCEVAtScope(X, ICmpLoop);
+
+  // i % n  -->  i  if i is in [0,n).
+  if ((!IsSigned || SE->isKnownNonNegative(S)) &&
+      SE->isKnownPredicate(IsSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_ULT,
+                           S, X))
+    Rem->replaceAllUsesWith(Rem->getOperand(0));
+  else {
+    // (i+1) % n  -->  (i+1)==n?0:(i+1)  if i is in [0,n).
+    const SCEV *LessOne =
+      SE->getMinusSCEV(S, SE->getConstant(S->getType(), 1));
+    if (IsSigned && !SE->isKnownNonNegative(LessOne))
+      return;
+
+    if (!SE->isKnownPredicate(IsSigned ?
+                              ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_ULT,
+                              LessOne, X))
+      return;
+
+    ICmpInst *ICmp = new ICmpInst(Rem, ICmpInst::ICMP_EQ,
+                                  Rem->getOperand(0), Rem->getOperand(1),
+                                  "tmp");
+    SelectInst *Sel =
+      SelectInst::Create(ICmp,
+                         ConstantInt::get(Rem->getType(), 0),
+                         Rem->getOperand(0), "tmp", Rem);
+    Rem->replaceAllUsesWith(Sel);
+  }
+
+  // Inform IVUsers about the new users.
+  if (IU) {
+    if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Rem->getOperand(0)))
+      IU->AddUsersIfInteresting(I);
+  }
+  DEBUG(dbgs() << "INDVARS: Simplified rem: " << *Rem << '\n');
+  ++NumElimRem;
+  Changed = true;
+  DeadInsts.push_back(Rem);
+}
+
+/// EliminateIVUser - Eliminate an operation that consumes a simple IV and has
+/// no observable side-effect given the range of IV values.
+bool IndVarSimplify::EliminateIVUser(Instruction *UseInst,
+                                     Instruction *IVOperand) {
+  if (ICmpInst *ICmp = dyn_cast<ICmpInst>(UseInst)) {
+    EliminateIVComparison(ICmp, IVOperand);
+    return true;
+  }
+  if (BinaryOperator *Rem = dyn_cast<BinaryOperator>(UseInst)) {
+    bool IsSigned = Rem->getOpcode() == Instruction::SRem;
+    if (IsSigned || Rem->getOpcode() == Instruction::URem) {
+      EliminateIVRemainder(Rem, IVOperand, IsSigned);
+      return true;
+    }
+  }
+
+  // Eliminate any operation that SCEV can prove is an identity function.
+  if (!SE->isSCEVable(UseInst->getType()) ||
+      (UseInst->getType() != IVOperand->getType()) ||
+      (SE->getSCEV(UseInst) != SE->getSCEV(IVOperand)))
+    return false;
+
+  DEBUG(dbgs() << "INDVARS: Eliminated identity: " << *UseInst << '\n');
+
+  UseInst->replaceAllUsesWith(IVOperand);
+  ++NumElimIdentity;
+  Changed = true;
+  DeadInsts.push_back(UseInst);
+  return true;
+}
+
+/// pushIVUsers - Add all uses of Def to the current IV's worklist.
+///
+static void pushIVUsers(
+  Instruction *Def,
+  SmallPtrSet<Instruction*,16> &Simplified,
+  SmallVectorImpl< std::pair<Instruction*,Instruction*> > &SimpleIVUsers) {
+
+  for (Value::use_iterator UI = Def->use_begin(), E = Def->use_end();
+       UI != E; ++UI) {
+    Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
+
+    // Avoid infinite or exponential worklist processing.
+    // Also ensure unique worklist users.
+    // If Def is a LoopPhi, it may not be in the Simplified set, so check for
+    // self edges first.
+    if (User != Def && Simplified.insert(User))
+      SimpleIVUsers.push_back(std::make_pair(User, Def));
+  }
+}
+
+/// isSimpleIVUser - Return true if this instruction generates a simple SCEV
+/// expression in terms of that IV.
+///
+/// This is similar to IVUsers' isInsteresting() but processes each instruction
+/// non-recursively when the operand is already known to be a simpleIVUser.
+///
+static bool isSimpleIVUser(Instruction *I, const Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
+  if (!SE->isSCEVable(I->getType()))
+    return false;
+
+  // Get the symbolic expression for this instruction.
+  const SCEV *S = SE->getSCEV(I);
+
+  // Only consider affine recurrences.
+  const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S);
+  if (AR && AR->getLoop() == L)
+    return true;
+
+  return false;
+}
+
+/// SimplifyIVUsersNoRewrite - Iteratively perform simplification on a worklist
+/// of IV users. Each successive simplification may push more users which may
+/// themselves be candidates for simplification.
+///
+/// The "NoRewrite" algorithm does not require IVUsers analysis. Instead, it
+/// simplifies instructions in-place during analysis. Rather than rewriting
+/// induction variables bottom-up from their users, it transforms a chain of
+/// IVUsers top-down, updating the IR only when it encouters a clear
+/// optimization opportunitiy. A SCEVExpander "Rewriter" instance is still
+/// needed, but only used to generate a new IV (phi) of wider type for sign/zero
+/// extend elimination.
+///
+/// Once DisableIVRewrite is default, LSR will be the only client of IVUsers.
+///
+void IndVarSimplify::SimplifyIVUsersNoRewrite(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter) {
+  std::map<PHINode *, WideIVInfo> WideIVMap;
+
+  SmallVector<PHINode*, 8> LoopPhis;
+  for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
+    LoopPhis.push_back(cast<PHINode>(I));
+  }
+  // Each round of simplification iterates through the SimplifyIVUsers worklist
+  // for all current phis, then determines whether any IVs can be
+  // widened. Widening adds new phis to LoopPhis, inducing another round of
+  // simplification on the wide IVs.
+  while (!LoopPhis.empty()) {
+    // Evaluate as many IV expressions as possible before widening any IVs. This
+    // forces SCEV to set no-wrap flags before evaluating sign/zero
+    // extension. The first time SCEV attempts to normalize sign/zero extension,
+    // the result becomes final. So for the most predictable results, we delay
+    // evaluation of sign/zero extend evaluation until needed, and avoid running
+    // other SCEV based analysis prior to SimplifyIVUsersNoRewrite.
+    do {
+      PHINode *CurrIV = LoopPhis.pop_back_val();
+
+      // Information about sign/zero extensions of CurrIV.
+      WideIVInfo WI;
+
+      // Instructions processed by SimplifyIVUsers for CurrIV.
+      SmallPtrSet<Instruction*,16> Simplified;
+
+      // Use-def pairs if IV users waiting to be processed for CurrIV.
+      SmallVector<std::pair<Instruction*, Instruction*>, 8> SimpleIVUsers;
+
+      // Push users of the current LoopPhi. In rare cases, pushIVUsers may be
+      // called multiple times for the same LoopPhi. This is the proper thing to
+      // do for loop header phis that use each other.
+      pushIVUsers(CurrIV, Simplified, SimpleIVUsers);
+
+      while (!SimpleIVUsers.empty()) {
+        std::pair<Instruction*, Instruction*> UseOper =
+          SimpleIVUsers.pop_back_val();
+        // Bypass back edges to avoid extra work.
+        if (UseOper.first == CurrIV) continue;
+
+        if (EliminateIVUser(UseOper.first, UseOper.second)) {
+          pushIVUsers(UseOper.second, Simplified, SimpleIVUsers);
+          continue;
+        }
+        if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(UseOper.first)) {
+          bool IsSigned = Cast->getOpcode() == Instruction::SExt;
+          if (IsSigned || Cast->getOpcode() == Instruction::ZExt) {
+            CollectExtend(Cast, IsSigned, WI, SE, TD);
+          }
+          continue;
+        }
+        if (isSimpleIVUser(UseOper.first, L, SE)) {
+          pushIVUsers(UseOper.first, Simplified, SimpleIVUsers);
+        }
+      }
+      if (WI.WidestNativeType) {
+        WideIVMap[CurrIV] = WI;
+      }
+    } while(!LoopPhis.empty());
+
+    for (std::map<PHINode *, WideIVInfo>::const_iterator I = WideIVMap.begin(),
+           E = WideIVMap.end(); I != E; ++I) {
+      WidenIV Widener(I->first, I->second, LI, SE, DT, DeadInsts);
+      if (PHINode *WidePhi = Widener.CreateWideIV(Rewriter)) {
+        Changed = true;
+        LoopPhis.push_back(WidePhi);
+      }
+    }
+    WideIVMap.clear();
+  }
+}
+
+/// SimplifyCongruentIVs - Check for congruent phis in this loop header and
+/// populate ExprToIVMap for use later.
+///
+void IndVarSimplify::SimplifyCongruentIVs(Loop *L) {
+  DenseMap<const SCEV *, PHINode *> ExprToIVMap;
+  for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
+    PHINode *Phi = cast<PHINode>(I);
+    if (!SE->isSCEVable(Phi->getType()))
+      continue;
+
+    const SCEV *S = SE->getSCEV(Phi);
+    std::pair<DenseMap<const SCEV *, PHINode *>::const_iterator, bool> Tmp =
+      ExprToIVMap.insert(std::make_pair(S, Phi));
+    if (Tmp.second)
+      continue;
+    PHINode *OrigPhi = Tmp.first->second;
+
+    // If one phi derives from the other via GEPs, types may differ.
+    if (OrigPhi->getType() != Phi->getType())
+      continue;
+
+    // Replacing the congruent phi is sufficient because acyclic redundancy
+    // elimination, CSE/GVN, should handle the rest. However, once SCEV proves
+    // that a phi is congruent, it's almost certain to be the head of an IV
+    // user cycle that is isomorphic with the original phi. So it's worth
+    // eagerly cleaning up the common case of a single IV increment.
+    if (BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch()) {
+      Instruction *OrigInc =
+        cast<Instruction>(OrigPhi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
+      Instruction *IsomorphicInc =
+        cast<Instruction>(Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
+      if (OrigInc != IsomorphicInc &&
+          OrigInc->getType() == IsomorphicInc->getType() &&
+          SE->getSCEV(OrigInc) == SE->getSCEV(IsomorphicInc) &&
+          HoistStep(OrigInc, IsomorphicInc, DT)) {
+        DEBUG(dbgs() << "INDVARS: Eliminated congruent iv.inc: "
+              << *IsomorphicInc << '\n');
+        IsomorphicInc->replaceAllUsesWith(OrigInc);
+        DeadInsts.push_back(IsomorphicInc);
+      }
+    }
+    DEBUG(dbgs() << "INDVARS: Eliminated congruent iv: " << *Phi << '\n');
+    ++NumElimIV;
+    Phi->replaceAllUsesWith(OrigPhi);
+    DeadInsts.push_back(Phi);
+  }
+}
+
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//  LinearFunctionTestReplace and its kin. Rewrite the loop exit condition.
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+
+// Check for expressions that ScalarEvolution generates to compute
+// BackedgeTakenInfo. If these expressions have not been reduced, then expanding
+// them may incur additional cost (albeit in the loop preheader).
+static bool isHighCostExpansion(const SCEV *S, BranchInst *BI,
+                                ScalarEvolution *SE) {
+  // If the backedge-taken count is a UDiv, it's very likely a UDiv that
+  // ScalarEvolution's HowFarToZero or HowManyLessThans produced to compute a
+  // precise expression, rather than a UDiv from the user's code. If we can't
+  // find a UDiv in the code with some simple searching, assume the former and
+  // forego rewriting the loop.
+  if (isa<SCEVUDivExpr>(S)) {
+    ICmpInst *OrigCond = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
+    if (!OrigCond) return true;
+    const SCEV *R = SE->getSCEV(OrigCond->getOperand(1));
+    R = SE->getMinusSCEV(R, SE->getConstant(R->getType(), 1));
+    if (R != S) {
+      const SCEV *L = SE->getSCEV(OrigCond->getOperand(0));
+      L = SE->getMinusSCEV(L, SE->getConstant(L->getType(), 1));
+      if (L != S)
+        return true;
+    }
+  }
+
+  if (!DisableIVRewrite || ForceLFTR)
+    return false;
+
+  // Recurse past add expressions, which commonly occur in the
+  // BackedgeTakenCount. They may already exist in program code, and if not,
+  // they are not too expensive rematerialize.
+  if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
+    for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
+         I != E; ++I) {
+      if (isHighCostExpansion(*I, BI, SE))
+        return true;
+    }
+    return false;
+  }
+
+  // HowManyLessThans uses a Max expression whenever the loop is not guarded by
+  // the exit condition.
+  if (isa<SCEVSMaxExpr>(S) || isa<SCEVUMaxExpr>(S))
+    return true;
+
+  // If we haven't recognized an expensive SCEV patter, assume its an expression
+  // produced by program code.
+  return false;
+}
+
+/// canExpandBackedgeTakenCount - Return true if this loop's backedge taken
+/// count expression can be safely and cheaply expanded into an instruction
+/// sequence that can be used by LinearFunctionTestReplace.
+static bool canExpandBackedgeTakenCount(Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
+  const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
+  if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount) ||
+      BackedgeTakenCount->isZero())
+    return false;
+
+  if (!L->getExitingBlock())
+    return false;
+
+  // Can't rewrite non-branch yet.
+  BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator());
+  if (!BI)
+    return false;
+
+  if (isHighCostExpansion(BackedgeTakenCount, BI, SE))
+    return false;
+
+  return true;
+}
+
+/// getBackedgeIVType - Get the widest type used by the loop test after peeking
+/// through Truncs.
+///
+/// TODO: Unnecessary when ForceLFTR is removed.
+static Type *getBackedgeIVType(Loop *L) {
+  if (!L->getExitingBlock())
+    return 0;
+
+  // Can't rewrite non-branch yet.
+  BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator());
+  if (!BI)
+    return 0;
+
+  ICmpInst *Cond = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
+  if (!Cond)
+    return 0;
+
+  Type *Ty = 0;
+  for(User::op_iterator OI = Cond->op_begin(), OE = Cond->op_end();
+      OI != OE; ++OI) {
+    assert((!Ty || Ty == (*OI)->getType()) && "bad icmp operand types");
+    TruncInst *Trunc = dyn_cast<TruncInst>(*OI);
+    if (!Trunc)
+      continue;
+
+    return Trunc->getSrcTy();
+  }
+  return Ty;
+}
+
+/// isLoopInvariant - Perform a quick domtree based check for loop invariance
+/// assuming that V is used within the loop. LoopInfo::isLoopInvariant() seems
+/// gratuitous for this purpose.
+static bool isLoopInvariant(Value *V, Loop *L, DominatorTree *DT) {
+  Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V);
+  if (!Inst)
+    return true;
+
+  return DT->properlyDominates(Inst->getParent(), L->getHeader());
+}
+
+/// getLoopPhiForCounter - Return the loop header phi IFF IncV adds a loop
+/// invariant value to the phi.
+static PHINode *getLoopPhiForCounter(Value *IncV, Loop *L, DominatorTree *DT) {
+  Instruction *IncI = dyn_cast<Instruction>(IncV);
+  if (!IncI)
+    return 0;
+
+  switch (IncI->getOpcode()) {
+  case Instruction::Add:
+  case Instruction::Sub:
+    break;
+  case Instruction::GetElementPtr:
+    // An IV counter must preserve its type.
+    if (IncI->getNumOperands() == 2)
+      break;
+  default:
+    return 0;
+  }
+
+  PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(IncI->getOperand(0));
+  if (Phi && Phi->getParent() == L->getHeader()) {
+    if (isLoopInvariant(IncI->getOperand(1), L, DT))
+      return Phi;
+    return 0;
+  }
+  if (IncI->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
+    return 0;
+
+  // Allow add/sub to be commuted.
+  Phi = dyn_cast<PHINode>(IncI->getOperand(1));
+  if (Phi && Phi->getParent() == L->getHeader()) {
+    if (isLoopInvariant(IncI->getOperand(0), L, DT))
+      return Phi;
+  }
+  return 0;
+}
+
+/// needsLFTR - LinearFunctionTestReplace policy. Return true unless we can show
+/// that the current exit test is already sufficiently canonical.
+static bool needsLFTR(Loop *L, DominatorTree *DT) {
+  assert(L->getExitingBlock() && "expected loop exit");
+
+  BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
+  // Don't bother with LFTR if the loop is not properly simplified.
+  if (!LatchBlock)
+    return false;
+
+  BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator());
+  assert(BI && "expected exit branch");
+
+  // Do LFTR to simplify the exit condition to an ICMP.
+  ICmpInst *Cond = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
+  if (!Cond)
+    return true;
+
+  // Do LFTR to simplify the exit ICMP to EQ/NE
+  ICmpInst::Predicate Pred = Cond->getPredicate();
+  if (Pred != ICmpInst::ICMP_NE && Pred != ICmpInst::ICMP_EQ)
+    return true;
+
+  // Look for a loop invariant RHS
+  Value *LHS = Cond->getOperand(0);
+  Value *RHS = Cond->getOperand(1);
+  if (!isLoopInvariant(RHS, L, DT)) {
+    if (!isLoopInvariant(LHS, L, DT))
+      return true;
+    std::swap(LHS, RHS);
+  }
+  // Look for a simple IV counter LHS
+  PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(LHS);
+  if (!Phi)
+    Phi = getLoopPhiForCounter(LHS, L, DT);
+
+  if (!Phi)
+    return true;
+
+  // Do LFTR if the exit condition's IV is *not* a simple counter.
+  Value *IncV = Phi->getIncomingValueForBlock(L->getLoopLatch());
+  return Phi != getLoopPhiForCounter(IncV, L, DT);
+}
+
+/// AlmostDeadIV - Return true if this IV has any uses other than the (soon to
+/// be rewritten) loop exit test.
+static bool AlmostDeadIV(PHINode *Phi, BasicBlock *LatchBlock, Value *Cond) {
+  int LatchIdx = Phi->getBasicBlockIndex(LatchBlock);
+  Value *IncV = Phi->getIncomingValue(LatchIdx);
+
+  for (Value::use_iterator UI = Phi->use_begin(), UE = Phi->use_end();
+       UI != UE; ++UI) {
+    if (*UI != Cond && *UI != IncV) return false;
+  }
+
+  for (Value::use_iterator UI = IncV->use_begin(), UE = IncV->use_end();
+       UI != UE; ++UI) {
+    if (*UI != Cond && *UI != Phi) return false;
+  }
+  return true;
+}
+
+/// FindLoopCounter - Find an affine IV in canonical form.
+///
+/// FIXME: Accept -1 stride and set IVLimit = IVInit - BECount
+///
+/// FIXME: Accept non-unit stride as long as SCEV can reduce BECount * Stride.
+/// This is difficult in general for SCEV because of potential overflow. But we
+/// could at least handle constant BECounts.
+static PHINode *
+FindLoopCounter(Loop *L, const SCEV *BECount,
+                ScalarEvolution *SE, DominatorTree *DT, const TargetData *TD) {
+  // I'm not sure how BECount could be a pointer type, but we definitely don't
+  // want to LFTR that.
+  if (BECount->getType()->isPointerTy())
+    return 0;
+
+  uint64_t BCWidth = SE->getTypeSizeInBits(BECount->getType());
+
+  Value *Cond =
+    cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator())->getCondition();
+
+  // Loop over all of the PHI nodes, looking for a simple counter.
+  PHINode *BestPhi = 0;
+  const SCEV *BestInit = 0;
+  BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
+  assert(LatchBlock && "needsLFTR should guarantee a loop latch");
+
+  for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
+    PHINode *Phi = cast<PHINode>(I);
+    if (!SE->isSCEVable(Phi->getType()))
+      continue;
+
+    const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(Phi));
+    if (!AR || AR->getLoop() != L || !AR->isAffine())
+      continue;
+
+    // AR may be a pointer type, while BECount is an integer type.
+    // AR may be wider than BECount. With eq/ne tests overflow is immaterial.
+    // AR may not be a narrower type, or we may never exit.
+    uint64_t PhiWidth = SE->getTypeSizeInBits(AR->getType());
+    if (PhiWidth < BCWidth || (TD && !TD->isLegalInteger(PhiWidth)))
+      continue;
+
+    const SCEV *Step = dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*SE));
+    if (!Step || !Step->isOne())
+      continue;
+
+    int LatchIdx = Phi->getBasicBlockIndex(LatchBlock);
+    Value *IncV = Phi->getIncomingValue(LatchIdx);
+    if (getLoopPhiForCounter(IncV, L, DT) != Phi)
+      continue;
+
+    const SCEV *Init = AR->getStart();
+
+    if (BestPhi && !AlmostDeadIV(BestPhi, LatchBlock, Cond)) {
+      // Don't force a live loop counter if another IV can be used.
+      if (AlmostDeadIV(Phi, LatchBlock, Cond))
+        continue;
 
-    // Compute the final addrec to expand into code.
-    const SCEV *AR = IU->getReplacementExpr(*UI);
+      // Prefer to count-from-zero. This is a more "canonical" counter form. It
+      // also prefers integer to pointer IVs.
+      if (BestInit->isZero() != Init->isZero()) {
+        if (BestInit->isZero())
+          continue;
+      }
+      // If two IVs both count from zero or both count from nonzero then the
+      // narrower is likely a dead phi that has been widened. Use the wider phi
+      // to allow the other to be eliminated.
+      if (PhiWidth <= SE->getTypeSizeInBits(BestPhi->getType()))
+        continue;
+    }
+    BestPhi = Phi;
+    BestInit = Init;
+  }
+  return BestPhi;
+}
 
-    // Evaluate the expression out of the loop, if possible.
-    if (!L->contains(UI->getUser())) {
-      const SCEV *ExitVal = SE->getSCEVAtScope(AR, L->getParentLoop());
-      if (ExitVal->isLoopInvariant(L))
-        AR = ExitVal;
+/// LinearFunctionTestReplace - This method rewrites the exit condition of the
+/// loop to be a canonical != comparison against the incremented loop induction
+/// variable.  This pass is able to rewrite the exit tests of any loop where the
+/// SCEV analysis can determine a loop-invariant trip count of the loop, which
+/// is actually a much broader range than just linear tests.
+Value *IndVarSimplify::
+LinearFunctionTestReplace(Loop *L,
+                          const SCEV *BackedgeTakenCount,
+                          PHINode *IndVar,
+                          SCEVExpander &Rewriter) {
+  assert(canExpandBackedgeTakenCount(L, SE) && "precondition");
+  BranchInst *BI = cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator());
+
+  // In DisableIVRewrite mode, IndVar is not necessarily a canonical IV. In this
+  // mode, LFTR can ignore IV overflow and truncate to the width of
+  // BECount. This avoids materializing the add(zext(add)) expression.
+  Type *CntTy = DisableIVRewrite ?
+    BackedgeTakenCount->getType() : IndVar->getType();
+
+  const SCEV *IVLimit = BackedgeTakenCount;
+
+  // If the exiting block is not the same as the backedge block, we must compare
+  // against the preincremented value, otherwise we prefer to compare against
+  // the post-incremented value.
+  Value *CmpIndVar;
+  if (L->getExitingBlock() == L->getLoopLatch()) {
+    // Add one to the "backedge-taken" count to get the trip count.
+    // If this addition may overflow, we have to be more pessimistic and
+    // cast the induction variable before doing the add.
+    const SCEV *N =
+      SE->getAddExpr(IVLimit, SE->getConstant(IVLimit->getType(), 1));
+    if (CntTy == IVLimit->getType())
+      IVLimit = N;
+    else {
+      const SCEV *Zero = SE->getConstant(IVLimit->getType(), 0);
+      if ((isa<SCEVConstant>(N) && !N->isZero()) ||
+          SE->isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_NE, N, Zero)) {
+        // No overflow. Cast the sum.
+        IVLimit = SE->getTruncateOrZeroExtend(N, CntTy);
+      } else {
+        // Potential overflow. Cast before doing the add.
+        IVLimit = SE->getTruncateOrZeroExtend(IVLimit, CntTy);
+        IVLimit = SE->getAddExpr(IVLimit, SE->getConstant(CntTy, 1));
+      }
     }
+    // The BackedgeTaken expression contains the number of times that the
+    // backedge branches to the loop header.  This is one less than the
+    // number of times the loop executes, so use the incremented indvar.
+    CmpIndVar = IndVar->getIncomingValueForBlock(L->getExitingBlock());
+  } else {
+    // We have to use the preincremented value...
+    IVLimit = SE->getTruncateOrZeroExtend(IVLimit, CntTy);
+    CmpIndVar = IndVar;
+  }
 
-    // FIXME: It is an extremely bad idea to indvar substitute anything more
-    // complex than affine induction variables.  Doing so will put expensive
-    // polynomial evaluations inside of the loop, and the str reduction pass
-    // currently can only reduce affine polynomials.  For now just disable
-    // indvar subst on anything more complex than an affine addrec, unless
-    // it can be expanded to a trivial value.
-    if (!AR->isLoopInvariant(L) && !Stride->isLoopInvariant(L))
-      continue;
+  // For unit stride, IVLimit = Start + BECount with 2's complement overflow.
+  // So for, non-zero start compute the IVLimit here.
+  bool isPtrIV = false;
+  Type *CmpTy = CntTy;
+  const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(IndVar));
+  assert(AR && AR->getLoop() == L && AR->isAffine() && "bad loop counter");
+  if (!AR->getStart()->isZero()) {
+    assert(AR->getStepRecurrence(*SE)->isOne() && "only handles unit stride");
+    const SCEV *IVInit = AR->getStart();
+
+    // For pointer types, sign extend BECount in order to materialize a GEP.
+    // Note that for DisableIVRewrite, we never run SCEVExpander on a
+    // pointer type, because we must preserve the existing GEPs. Instead we
+    // directly generate a GEP later.
+    if (IVInit->getType()->isPointerTy()) {
+      isPtrIV = true;
+      CmpTy = SE->getEffectiveSCEVType(IVInit->getType());
+      IVLimit = SE->getTruncateOrSignExtend(IVLimit, CmpTy);
+    }
+    // For integer types, truncate the IV before computing IVInit + BECount.
+    else {
+      if (SE->getTypeSizeInBits(IVInit->getType())
+          > SE->getTypeSizeInBits(CmpTy))
+        IVInit = SE->getTruncateExpr(IVInit, CmpTy);
 
-    // Determine the insertion point for this user. By default, insert
-    // immediately before the user. The SCEVExpander class will automatically
-    // hoist loop invariants out of the loop. For PHI nodes, there may be
-    // multiple uses, so compute the nearest common dominator for the
-    // incoming blocks.
-    Instruction *InsertPt = User;
-    if (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(InsertPt))
-      for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
-        if (PHI->getIncomingValue(i) == Op) {
-          if (InsertPt == User)
-            InsertPt = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
-          else
-            InsertPt =
-              DT->findNearestCommonDominator(InsertPt->getParent(),
-                                             PHI->getIncomingBlock(i))
-                    ->getTerminator();
-        }
+      IVLimit = SE->getAddExpr(IVInit, IVLimit);
+    }
+  }
+  // Expand the code for the iteration count.
+  IRBuilder<> Builder(BI);
 
-    // Now expand it into actual Instructions and patch it into place.
-    Value *NewVal = Rewriter.expandCodeFor(AR, UseTy, InsertPt);
+  assert(SE->isLoopInvariant(IVLimit, L) &&
+         "Computed iteration count is not loop invariant!");
+  Value *ExitCnt = Rewriter.expandCodeFor(IVLimit, CmpTy, BI);
+
+  // Create a gep for IVInit + IVLimit from on an existing pointer base.
+  assert(isPtrIV == IndVar->getType()->isPointerTy() &&
+         "IndVar type must match IVInit type");
+  if (isPtrIV) {
+      Value *IVStart = IndVar->getIncomingValueForBlock(L->getLoopPreheader());
+      assert(AR->getStart() == SE->getSCEV(IVStart) && "bad loop counter");
+      assert(SE->getSizeOfExpr(
+               cast<PointerType>(IVStart->getType())->getElementType())->isOne()
+             && "unit stride pointer IV must be i8*");
+
+      Builder.SetInsertPoint(L->getLoopPreheader()->getTerminator());
+      ExitCnt = Builder.CreateGEP(IVStart, ExitCnt, "lftr.limit");
+      Builder.SetInsertPoint(BI);
+  }
 
-    // Patch the new value into place.
-    if (Op->hasName())
-      NewVal->takeName(Op);
-    User->replaceUsesOfWith(Op, NewVal);
-    UI->setOperandValToReplace(NewVal);
-    DEBUG(dbgs() << "INDVARS: Rewrote IV '" << *AR << "' " << *Op << '\n'
-                 << "   into = " << *NewVal << "\n");
-    ++NumRemoved;
-    Changed = true;
+  // Insert a new icmp_ne or icmp_eq instruction before the branch.
+  ICmpInst::Predicate P;
+  if (L->contains(BI->getSuccessor(0)))
+    P = ICmpInst::ICMP_NE;
+  else
+    P = ICmpInst::ICMP_EQ;
 
-    // The old value may be dead now.
-    DeadInsts.push_back(Op);
+  DEBUG(dbgs() << "INDVARS: Rewriting loop exit condition to:\n"
+               << "      LHS:" << *CmpIndVar << '\n'
+               << "       op:\t"
+               << (P == ICmpInst::ICMP_NE ? "!=" : "==") << "\n"
+               << "      RHS:\t" << *ExitCnt << "\n"
+               << "     Expr:\t" << *IVLimit << "\n");
+
+  if (SE->getTypeSizeInBits(CmpIndVar->getType())
+      > SE->getTypeSizeInBits(CmpTy)) {
+    CmpIndVar = Builder.CreateTrunc(CmpIndVar, CmpTy, "lftr.wideiv");
   }
 
-  // Clear the rewriter cache, because values that are in the rewriter's cache
-  // can be deleted in the loop below, causing the AssertingVH in the cache to
-  // trigger.
-  Rewriter.clear();
-  // Now that we're done iterating through lists, clean up any instructions
-  // which are now dead.
-  while (!DeadInsts.empty())
-    if (Instruction *Inst =
-          dyn_cast_or_null<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val()))
-      RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Inst);
+  Value *Cond = Builder.CreateICmp(P, CmpIndVar, ExitCnt, "exitcond");
+  Value *OrigCond = BI->getCondition();
+  // It's tempting to use replaceAllUsesWith here to fully replace the old
+  // comparison, but that's not immediately safe, since users of the old
+  // comparison may not be dominated by the new comparison. Instead, just
+  // update the branch to use the new comparison; in the common case this
+  // will make old comparison dead.
+  BI->setCondition(Cond);
+  DeadInsts.push_back(OrigCond);
+
+  ++NumLFTR;
+  Changed = true;
+  return Cond;
 }
 
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//  SinkUnusedInvariants. A late subpass to cleanup loop preheaders.
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+
 /// If there's a single exit block, sink any loop-invariant values that
 /// were defined in the preheader but not used inside the loop into the
 /// exit block to reduce register pressure in the loop.
@@ -553,29 +1925,34 @@ void IndVarSimplify::SinkUnusedInvariants(Loop *L) {
     // New instructions were inserted at the end of the preheader.
     if (isa<PHINode>(I))
       break;
+
     // Don't move instructions which might have side effects, since the side
-    // effects need to complete before instructions inside the loop.  Also
-    // don't move instructions which might read memory, since the loop may
-    // modify memory. Note that it's okay if the instruction might have
-    // undefined behavior: LoopSimplify guarantees that the preheader
-    // dominates the exit block.
+    // effects need to complete before instructions inside the loop.  Also don't
+    // move instructions which might read memory, since the loop may modify
+    // memory. Note that it's okay if the instruction might have undefined
+    // behavior: LoopSimplify guarantees that the preheader dominates the exit
+    // block.
     if (I->mayHaveSideEffects() || I->mayReadFromMemory())
       continue;
+
     // Skip debug info intrinsics.
     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
       continue;
+
     // Don't sink static AllocaInsts out of the entry block, which would
     // turn them into dynamic allocas!
     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
       if (AI->isStaticAlloca())
         continue;
+
     // Determine if there is a use in or before the loop (direct or
     // otherwise).
     bool UsedInLoop = false;
     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
          UI != UE; ++UI) {
-      BasicBlock *UseBB = cast<Instruction>(UI)->getParent();
-      if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(UI)) {
+      User *U = *UI;
+      BasicBlock *UseBB = cast<Instruction>(U)->getParent();
+      if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(U)) {
         unsigned i =
           PHINode::getIncomingValueNumForOperand(UI.getOperandNo());
         UseBB = P->getIncomingBlock(i);
@@ -585,204 +1962,236 @@ void IndVarSimplify::SinkUnusedInvariants(Loop *L) {
         break;
       }
     }
+
     // If there is, the def must remain in the preheader.
     if (UsedInLoop)
       continue;
+
     // Otherwise, sink it to the exit block.
     Instruction *ToMove = I;
     bool Done = false;
-    if (I != Preheader->begin())
-      --I;
-    else
+
+    if (I != Preheader->begin()) {
+      // Skip debug info intrinsics.
+      do {
+        --I;
+      } while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I) && I != Preheader->begin());
+
+      if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I) && I == Preheader->begin())
+        Done = true;
+    } else {
       Done = true;
+    }
+
     ToMove->moveBefore(InsertPt);
-    if (Done)
-      break;
+    if (Done) break;
     InsertPt = ToMove;
   }
 }
 
-/// Return true if it is OK to use SIToFPInst for an induction variable
-/// with given initial and exit values.
-static bool useSIToFPInst(ConstantFP &InitV, ConstantFP &ExitV,
-                          uint64_t intIV, uint64_t intEV) {
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//  IndVarSimplify driver. Manage several subpasses of IV simplification.
+//===----------------------------------------------------------------------===//
 
-  if (InitV.getValueAPF().isNegative() || ExitV.getValueAPF().isNegative())
-    return true;
+bool IndVarSimplify::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
+  // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble. Some notes:
+  //  - LSR currently only supports LoopSimplify-form loops. Indvars'
+  //    canonicalization can be a pessimization without LSR to "clean up"
+  //    afterwards.
+  //  - We depend on having a preheader; in particular,
+  //    Loop::getCanonicalInductionVariable only supports loops with preheaders,
+  //    and we're in trouble if we can't find the induction variable even when
+  //    we've manually inserted one.
+  if (!L->isLoopSimplifyForm())
+    return false;
 
-  // If the iteration range can be handled by SIToFPInst then use it.
-  APInt Max = APInt::getSignedMaxValue(32);
-  if (Max.getZExtValue() > static_cast<uint64_t>(abs64(intEV - intIV)))
-    return true;
+  if (!DisableIVRewrite)
+    IU = &getAnalysis<IVUsers>();
+  LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
+  SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
+  DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
+  TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
 
-  return false;
-}
+  DeadInsts.clear();
+  Changed = false;
 
-/// convertToInt - Convert APF to an integer, if possible.
-static bool convertToInt(const APFloat &APF, uint64_t *intVal) {
+  // If there are any floating-point recurrences, attempt to
+  // transform them to use integer recurrences.
+  RewriteNonIntegerIVs(L);
 
-  bool isExact = false;
-  if (&APF.getSemantics() == &APFloat::PPCDoubleDouble)
-    return false;
-  if (APF.convertToInteger(intVal, 32, APF.isNegative(),
-                           APFloat::rmTowardZero, &isExact)
-      != APFloat::opOK)
-    return false;
-  if (!isExact)
-    return false;
-  return true;
+  const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
 
-}
+  // Create a rewriter object which we'll use to transform the code with.
+  SCEVExpander Rewriter(*SE, "indvars");
 
-/// HandleFloatingPointIV - If the loop has floating induction variable
-/// then insert corresponding integer induction variable if possible.
-/// For example,
-/// for(double i = 0; i < 10000; ++i)
-///   bar(i)
-/// is converted into
-/// for(int i = 0; i < 10000; ++i)
-///   bar((double)i);
-///
-void IndVarSimplify::HandleFloatingPointIV(Loop *L, PHINode *PH) {
+  // Eliminate redundant IV users.
+  //
+  // Simplification works best when run before other consumers of SCEV. We
+  // attempt to avoid evaluating SCEVs for sign/zero extend operations until
+  // other expressions involving loop IVs have been evaluated. This helps SCEV
+  // set no-wrap flags before normalizing sign/zero extension.
+  if (DisableIVRewrite) {
+    Rewriter.disableCanonicalMode();
+    SimplifyIVUsersNoRewrite(L, Rewriter);
+  }
 
-  unsigned IncomingEdge = L->contains(PH->getIncomingBlock(0));
-  unsigned BackEdge     = IncomingEdge^1;
+  // Check to see if this loop has a computable loop-invariant execution count.
+  // If so, this means that we can compute the final value of any expressions
+  // that are recurrent in the loop, and substitute the exit values from the
+  // loop into any instructions outside of the loop that use the final values of
+  // the current expressions.
+  //
+  if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
+    RewriteLoopExitValues(L, Rewriter);
 
-  // Check incoming value.
-  ConstantFP *InitValue = dyn_cast<ConstantFP>(PH->getIncomingValue(IncomingEdge));
-  if (!InitValue) return;
-  uint64_t newInitValue =
-              Type::getInt32Ty(PH->getContext())->getPrimitiveSizeInBits();
-  if (!convertToInt(InitValue->getValueAPF(), &newInitValue))
-    return;
+  // Eliminate redundant IV users.
+  if (!DisableIVRewrite)
+    SimplifyIVUsers(Rewriter);
 
-  // Check IV increment. Reject this PH if increment operation is not
-  // an add or increment value can not be represented by an integer.
-  BinaryOperator *Incr =
-    dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(BackEdge));
-  if (!Incr) return;
-  if (Incr->getOpcode() != Instruction::FAdd) return;
-  ConstantFP *IncrValue = NULL;
-  unsigned IncrVIndex = 1;
-  if (Incr->getOperand(1) == PH)
-    IncrVIndex = 0;
-  IncrValue = dyn_cast<ConstantFP>(Incr->getOperand(IncrVIndex));
-  if (!IncrValue) return;
-  uint64_t newIncrValue =
-              Type::getInt32Ty(PH->getContext())->getPrimitiveSizeInBits();
-  if (!convertToInt(IncrValue->getValueAPF(), &newIncrValue))
-    return;
+  // Eliminate redundant IV cycles.
+  if (DisableIVRewrite)
+    SimplifyCongruentIVs(L);
 
-  // Check Incr uses. One user is PH and the other users is exit condition used
-  // by the conditional terminator.
-  Value::use_iterator IncrUse = Incr->use_begin();
-  Instruction *U1 = cast<Instruction>(IncrUse++);
-  if (IncrUse == Incr->use_end()) return;
-  Instruction *U2 = cast<Instruction>(IncrUse++);
-  if (IncrUse != Incr->use_end()) return;
+  // Compute the type of the largest recurrence expression, and decide whether
+  // a canonical induction variable should be inserted.
+  Type *LargestType = 0;
+  bool NeedCannIV = false;
+  bool ReuseIVForExit = DisableIVRewrite && !ForceLFTR;
+  bool ExpandBECount = canExpandBackedgeTakenCount(L, SE);
+  if (ExpandBECount && !ReuseIVForExit) {
+    // If we have a known trip count and a single exit block, we'll be
+    // rewriting the loop exit test condition below, which requires a
+    // canonical induction variable.
+    NeedCannIV = true;
+    Type *Ty = BackedgeTakenCount->getType();
+    if (DisableIVRewrite) {
+      // In this mode, SimplifyIVUsers may have already widened the IV used by
+      // the backedge test and inserted a Trunc on the compare's operand. Get
+      // the wider type to avoid creating a redundant narrow IV only used by the
+      // loop test.
+      LargestType = getBackedgeIVType(L);
+    }
+    if (!LargestType ||
+        SE->getTypeSizeInBits(Ty) >
+        SE->getTypeSizeInBits(LargestType))
+      LargestType = SE->getEffectiveSCEVType(Ty);
+  }
+  if (!DisableIVRewrite) {
+    for (IVUsers::const_iterator I = IU->begin(), E = IU->end(); I != E; ++I) {
+      NeedCannIV = true;
+      Type *Ty =
+        SE->getEffectiveSCEVType(I->getOperandValToReplace()->getType());
+      if (!LargestType ||
+          SE->getTypeSizeInBits(Ty) >
+          SE->getTypeSizeInBits(LargestType))
+        LargestType = Ty;
+    }
+  }
 
-  // Find exit condition.
-  FCmpInst *EC = dyn_cast<FCmpInst>(U1);
-  if (!EC)
-    EC = dyn_cast<FCmpInst>(U2);
-  if (!EC) return;
-
-  if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(EC->getParent()->getTerminator())) {
-    if (!BI->isConditional()) return;
-    if (BI->getCondition() != EC) return;
-  }
-
-  // Find exit value. If exit value can not be represented as an integer then
-  // do not handle this floating point PH.
-  ConstantFP *EV = NULL;
-  unsigned EVIndex = 1;
-  if (EC->getOperand(1) == Incr)
-    EVIndex = 0;
-  EV = dyn_cast<ConstantFP>(EC->getOperand(EVIndex));
-  if (!EV) return;
-  uint64_t intEV = Type::getInt32Ty(PH->getContext())->getPrimitiveSizeInBits();
-  if (!convertToInt(EV->getValueAPF(), &intEV))
-    return;
+  // Now that we know the largest of the induction variable expressions
+  // in this loop, insert a canonical induction variable of the largest size.
+  PHINode *IndVar = 0;
+  if (NeedCannIV) {
+    // Check to see if the loop already has any canonical-looking induction
+    // variables. If any are present and wider than the planned canonical
+    // induction variable, temporarily remove them, so that the Rewriter
+    // doesn't attempt to reuse them.
+    SmallVector<PHINode *, 2> OldCannIVs;
+    while (PHINode *OldCannIV = L->getCanonicalInductionVariable()) {
+      if (SE->getTypeSizeInBits(OldCannIV->getType()) >
+          SE->getTypeSizeInBits(LargestType))
+        OldCannIV->removeFromParent();
+      else
+        break;
+      OldCannIVs.push_back(OldCannIV);
+    }
 
-  // Find new predicate for integer comparison.
-  CmpInst::Predicate NewPred = CmpInst::BAD_ICMP_PREDICATE;
-  switch (EC->getPredicate()) {
-  case CmpInst::FCMP_OEQ:
-  case CmpInst::FCMP_UEQ:
-    NewPred = CmpInst::ICMP_EQ;
-    break;
-  case CmpInst::FCMP_OGT:
-  case CmpInst::FCMP_UGT:
-    NewPred = CmpInst::ICMP_UGT;
-    break;
-  case CmpInst::FCMP_OGE:
-  case CmpInst::FCMP_UGE:
-    NewPred = CmpInst::ICMP_UGE;
-    break;
-  case CmpInst::FCMP_OLT:
-  case CmpInst::FCMP_ULT:
-    NewPred = CmpInst::ICMP_ULT;
-    break;
-  case CmpInst::FCMP_OLE:
-  case CmpInst::FCMP_ULE:
-    NewPred = CmpInst::ICMP_ULE;
-    break;
-  default:
-    break;
+    IndVar = Rewriter.getOrInsertCanonicalInductionVariable(L, LargestType);
+
+    ++NumInserted;
+    Changed = true;
+    DEBUG(dbgs() << "INDVARS: New CanIV: " << *IndVar << '\n');
+
+    // Now that the official induction variable is established, reinsert
+    // any old canonical-looking variables after it so that the IR remains
+    // consistent. They will be deleted as part of the dead-PHI deletion at
+    // the end of the pass.
+    while (!OldCannIVs.empty()) {
+      PHINode *OldCannIV = OldCannIVs.pop_back_val();
+      OldCannIV->insertBefore(L->getHeader()->getFirstNonPHI());
+    }
+  }
+  else if (ExpandBECount && ReuseIVForExit && needsLFTR(L, DT)) {
+    IndVar = FindLoopCounter(L, BackedgeTakenCount, SE, DT, TD);
+  }
+  // If we have a trip count expression, rewrite the loop's exit condition
+  // using it.  We can currently only handle loops with a single exit.
+  Value *NewICmp = 0;
+  if (ExpandBECount && IndVar) {
+    // Check preconditions for proper SCEVExpander operation. SCEV does not
+    // express SCEVExpander's dependencies, such as LoopSimplify. Instead any
+    // pass that uses the SCEVExpander must do it. This does not work well for
+    // loop passes because SCEVExpander makes assumptions about all loops, while
+    // LoopPassManager only forces the current loop to be simplified.
+    //
+    // FIXME: SCEV expansion has no way to bail out, so the caller must
+    // explicitly check any assumptions made by SCEV. Brittle.
+    const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BackedgeTakenCount);
+    if (!AR || AR->getLoop()->getLoopPreheader())
+      NewICmp =
+        LinearFunctionTestReplace(L, BackedgeTakenCount, IndVar, Rewriter);
   }
-  if (NewPred == CmpInst::BAD_ICMP_PREDICATE) return;
+  // Rewrite IV-derived expressions.
+  if (!DisableIVRewrite)
+    RewriteIVExpressions(L, Rewriter);
 
-  // Insert new integer induction variable.
-  PHINode *NewPHI = PHINode::Create(Type::getInt32Ty(PH->getContext()),
-                                    PH->getName()+".int", PH);
-  NewPHI->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(PH->getContext()),
-                                       newInitValue),
-                      PH->getIncomingBlock(IncomingEdge));
-
-  Value *NewAdd = BinaryOperator::CreateAdd(NewPHI,
-                           ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(PH->getContext()),
-                                                             newIncrValue),
-                                            Incr->getName()+".int", Incr);
-  NewPHI->addIncoming(NewAdd, PH->getIncomingBlock(BackEdge));
-
-  // The back edge is edge 1 of newPHI, whatever it may have been in the
-  // original PHI.
-  ConstantInt *NewEV = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(PH->getContext()),
-                                        intEV);
-  Value *LHS = (EVIndex == 1 ? NewPHI->getIncomingValue(1) : NewEV);
-  Value *RHS = (EVIndex == 1 ? NewEV : NewPHI->getIncomingValue(1));
-  ICmpInst *NewEC = new ICmpInst(EC->getParent()->getTerminator(),
-                                 NewPred, LHS, RHS, EC->getName());
-
-  // In the following deletions, PH may become dead and may be deleted.
-  // Use a WeakVH to observe whether this happens.
-  WeakVH WeakPH = PH;
+  // Clear the rewriter cache, because values that are in the rewriter's cache
+  // can be deleted in the loop below, causing the AssertingVH in the cache to
+  // trigger.
+  Rewriter.clear();
 
-  // Delete old, floating point, exit comparison instruction.
-  NewEC->takeName(EC);
-  EC->replaceAllUsesWith(NewEC);
-  RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(EC);
+  // Now that we're done iterating through lists, clean up any instructions
+  // which are now dead.
+  while (!DeadInsts.empty())
+    if (Instruction *Inst =
+          dyn_cast_or_null<Instruction>(&*DeadInsts.pop_back_val()))
+      RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Inst);
 
-  // Delete old, floating point, increment instruction.
-  Incr->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Incr->getType()));
-  RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Incr);
+  // The Rewriter may not be used from this point on.
 
-  // Replace floating induction variable, if it isn't already deleted.
-  // Give SIToFPInst preference over UIToFPInst because it is faster on
-  // platforms that are widely used.
-  if (WeakPH && !PH->use_empty()) {
-    if (useSIToFPInst(*InitValue, *EV, newInitValue, intEV)) {
-      SIToFPInst *Conv = new SIToFPInst(NewPHI, PH->getType(), "indvar.conv",
-                                        PH->getParent()->getFirstNonPHI());
-      PH->replaceAllUsesWith(Conv);
-    } else {
-      UIToFPInst *Conv = new UIToFPInst(NewPHI, PH->getType(), "indvar.conv",
-                                        PH->getParent()->getFirstNonPHI());
-      PH->replaceAllUsesWith(Conv);
-    }
-    RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(PH);
+  // Loop-invariant instructions in the preheader that aren't used in the
+  // loop may be sunk below the loop to reduce register pressure.
+  SinkUnusedInvariants(L);
+
+  // For completeness, inform IVUsers of the IV use in the newly-created
+  // loop exit test instruction.
+  if (IU && NewICmp) {
+    ICmpInst *NewICmpInst = dyn_cast<ICmpInst>(NewICmp);
+    if (NewICmpInst)
+      IU->AddUsersIfInteresting(cast<Instruction>(NewICmpInst->getOperand(0)));
+  }
+  // Clean up dead instructions.
+  Changed |= DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
+  // Check a post-condition.
+  assert(L->isLCSSAForm(*DT) &&
+         "Indvars did not leave the loop in lcssa form!");
+
+  // Verify that LFTR, and any other change have not interfered with SCEV's
+  // ability to compute trip count.
+#ifndef NDEBUG
+  if (DisableIVRewrite && !isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount)) {
+    SE->forgetLoop(L);
+    const SCEV *NewBECount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
+    if (SE->getTypeSizeInBits(BackedgeTakenCount->getType()) <
+        SE->getTypeSizeInBits(NewBECount->getType()))
+      NewBECount = SE->getTruncateOrNoop(NewBECount,
+                                         BackedgeTakenCount->getType());
+    else
+      BackedgeTakenCount = SE->getTruncateOrNoop(BackedgeTakenCount,
+                                                 NewBECount->getType());
+    assert(BackedgeTakenCount == NewBECount && "indvars must preserve SCEV");
   }
+#endif
 
-  // Add a new IVUsers entry for the newly-created integer PHI.
-  IU->AddUsersIfInteresting(NewPHI);
+  return Changed;
 }