Constify a bunch of SCEV-using code.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
index 676285c20018688176e72235f52179d9ed50d832..50603d975785802c44059ee8e021ef48642838b3 100644 (file)
@@ -1,17 +1,14 @@
-//===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce GEPs in Loops -------------===//
+//===- LoopStrengthReduce.cpp - Strength Reduce IVs in Loops --------------===//
 //
 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
-// This file was developed by Nate Begeman and is distributed under the
-// University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
+// This file is distributed under the University of Illinois Open Source
+// License. See LICENSE.TXT for details.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
 // This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
-// have as one or more of their components the loop induction variable.  This is
-// accomplished by creating a new Value to hold the initial value of the array
-// access for the first iteration, and then creating a new GEP instruction in
-// the loop to increment the value by the appropriate amount.
+// have as one or more of their components the loop induction variable.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
 #include "llvm/Constants.h"
 #include "llvm/Instructions.h"
+#include "llvm/IntrinsicInst.h"
 #include "llvm/Type.h"
 #include "llvm/DerivedTypes.h"
 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
-#include "llvm/Support/CFG.h"
-#include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/AddrModeMatcher.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
-#include "llvm/Target/TargetData.h"
+#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/Support/CFG.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
 #include "llvm/Support/Compiler.h"
+#include "llvm/Support/CommandLine.h"
+#include "llvm/Support/ValueHandle.h"
 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
 #include <algorithm>
-#include <set>
 using namespace llvm;
 
-STATISTIC(NumReduced , "Number of GEPs strength reduced");
-STATISTIC(NumInserted, "Number of PHIs inserted");
-STATISTIC(NumVariable, "Number of PHIs with variable strides");
+STATISTIC(NumReduced ,    "Number of IV uses strength reduced");
+STATISTIC(NumInserted,    "Number of PHIs inserted");
+STATISTIC(NumVariable,    "Number of PHIs with variable strides");
+STATISTIC(NumEliminated,  "Number of strides eliminated");
+STATISTIC(NumShadow,      "Number of Shadow IVs optimized");
+STATISTIC(NumImmSunk,     "Number of common expr immediates sunk into uses");
+
+static cl::opt<bool> EnableFullLSRMode("enable-full-lsr",
+                                       cl::init(false),
+                                       cl::Hidden);
 
 namespace {
 
@@ -48,8 +54,8 @@ namespace {
 
   /// IVStrideUse - Keep track of one use of a strided induction variable, where
   /// the stride is stored externally.  The Offset member keeps track of the 
-  /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and 'Operand'
-  /// is the operand # of the User that is the use.
+  /// offset from the IV, User is the actual user of the operand, and
+  /// 'OperandValToReplace' is the operand of the User that is the use.
   struct VISIBILITY_HIDDEN IVStrideUse {
     SCEVHandle Offset;
     Instruction *User;
@@ -87,14 +93,9 @@ namespace {
     SCEVHandle  Stride;
     SCEVHandle  Base;
     PHINode    *PHI;
-    Value      *IncV;
-
-    IVExpr()
-      : Stride(SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty)),
-        Base  (SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty)) {}
-    IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi,
-           Value *incv)
-      : Stride(stride), Base(base), PHI(phi), IncV(incv) {}
+
+    IVExpr(const SCEVHandle &stride, const SCEVHandle &base, PHINode *phi)
+      : Stride(stride), Base(base), PHI(phi) {}
   };
 
   /// IVsOfOneStride - This structure keeps track of all IV expression inserted
@@ -102,18 +103,15 @@ namespace {
   struct VISIBILITY_HIDDEN IVsOfOneStride {
     std::vector<IVExpr> IVs;
 
-    void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI,
-               Value *IncV) {
-      IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI, IncV));
+    void addIV(const SCEVHandle &Stride, const SCEVHandle &Base, PHINode *PHI) {
+      IVs.push_back(IVExpr(Stride, Base, PHI));
     }
   };
 
   class VISIBILITY_HIDDEN LoopStrengthReduce : public LoopPass {
     LoopInfo *LI;
-    ETForest *EF;
+    DominatorTree *DT;
     ScalarEvolution *SE;
-    const TargetData *TD;
-    const Type *UIntPtrTy;
     bool Changed;
 
     /// IVUsesByStride - Keep track of all uses of induction variables that we
@@ -127,24 +125,20 @@ namespace {
     /// StrideOrder - An ordering of the keys in IVUsesByStride that is stable:
     /// We use this to iterate over the IVUsesByStride collection without being
     /// dependent on random ordering of pointers in the process.
-    std::vector<SCEVHandle> StrideOrder;
-
-    /// CastedValues - As we need to cast values to uintptr_t, this keeps track
-    /// of the casted version of each value.  This is accessed by
-    /// getCastedVersionOf.
-    std::map<Value*, Value*> CastedPointers;
+    SmallVector<SCEVHandle, 16> StrideOrder;
 
     /// DeadInsts - Keep track of instructions we may have made dead, so that
     /// we can remove them after we are done working.
-    std::set<Instruction*> DeadInsts;
+    SmallVector<Instruction*, 16> DeadInsts;
 
     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
     /// transformation profitability.
     const TargetLowering *TLI;
 
   public:
-    LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL)
-      : TLI(tli) {
+    static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
+    explicit LoopStrengthReduce(const TargetLowering *tli = NULL) : 
+      LoopPass(&ID), TLI(tli) {
     }
 
     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
@@ -154,171 +148,187 @@ namespace {
       // many analyses if they are around.
       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
       AU.addPreserved<LoopInfo>();
-      AU.addPreserved<DominatorSet>();
-      AU.addPreserved<ETForest>();
-      AU.addPreserved<ImmediateDominators>();
       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
       AU.addPreserved<DominatorTree>();
 
       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
       AU.addRequired<LoopInfo>();
-      AU.addRequired<ETForest>();
-      AU.addRequired<TargetData>();
+      AU.addRequired<DominatorTree>();
       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
+      AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
     }
-    
-    /// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t.
-    ///
-    Value *getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, Value *V);
-private:
-    bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
-                               std::set<Instruction*> &Processed);
-    SCEVHandle GetExpressionSCEV(Instruction *E, Loop *L);
 
+  private:
+    bool AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
+                               SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed);
+    ICmpInst *ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
+                                  IVStrideUse* &CondUse,
+                                  const SCEVHandle* &CondStride);
     void OptimizeIndvars(Loop *L);
-    bool FindIVForUser(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
-                       const SCEVHandle *&CondStride);
 
-    unsigned CheckForIVReuse(const SCEVHandle&, IVExpr&, const Type*,
-                             const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
+    /// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
+    /// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
+    void OptimizeShadowIV(Loop *L);
 
-    bool ValidStride(int64_t, const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
+    /// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition
+    /// if it uses an smax computation.
+    ICmpInst *OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
+                           IVStrideUse* &CondUse);
 
+    bool FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
+                           const SCEVHandle *&CondStride);
+    bool RequiresTypeConversion(const Type *Ty, const Type *NewTy);
+    SCEVHandle CheckForIVReuse(bool, bool, bool, const SCEVHandle&,
+                             IVExpr&, const Type*,
+                             const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
+    bool ValidStride(bool, int64_t,
+                     const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess);
+    SCEVHandle CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
+                              IVUsersOfOneStride &Uses,
+                              Loop *L,
+                              bool &AllUsesAreAddresses,
+                              bool &AllUsesAreOutsideLoop,
+                              std::vector<BasedUser> &UsersToProcess);
+    bool ShouldUseFullStrengthReductionMode(
+                                const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
+                                const Loop *L,
+                                bool AllUsesAreAddresses,
+                                SCEVHandle Stride);
+    void PrepareToStrengthReduceFully(
+                             std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
+                             SCEVHandle Stride,
+                             SCEVHandle CommonExprs,
+                             const Loop *L,
+                             SCEVExpander &PreheaderRewriter);
+    void PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
+                                         std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
+                                         Value *CommonBaseV,
+                                         const IVExpr &ReuseIV,
+                                         Instruction *PreInsertPt);
+    void PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
+                                  std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
+                                  SCEVHandle Stride,
+                                  SCEVHandle CommonExprs,
+                                  Value *CommonBaseV,
+                                  const Loop *L,
+                                  SCEVExpander &PreheaderRewriter);
     void StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
                                       IVUsersOfOneStride &Uses,
-                                      Loop *L, bool isOnlyStride);
-    void DeleteTriviallyDeadInstructions(std::set<Instruction*> &Insts);
+                                      Loop *L);
+    void DeleteTriviallyDeadInstructions();
   };
-  RegisterPass<LoopStrengthReduce> X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
 }
 
-LoopPass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
-  return new LoopStrengthReduce(TLI);
-}
+char LoopStrengthReduce::ID = 0;
+static RegisterPass<LoopStrengthReduce>
+X("loop-reduce", "Loop Strength Reduction");
 
-/// getCastedVersionOf - Return the specified value casted to uintptr_t. This
-/// assumes that the Value* V is of integer or pointer type only.
-///
-Value *LoopStrengthReduce::getCastedVersionOf(Instruction::CastOps opcode, 
-                                              Value *V) {
-  if (V->getType() == UIntPtrTy) return V;
-  if (Constant *CB = dyn_cast<Constant>(V))
-    return ConstantExpr::getCast(opcode, CB, UIntPtrTy);
-
-  Value *&New = CastedPointers[V];
-  if (New) return New;
-  
-  New = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, V, UIntPtrTy);
-  DeadInsts.insert(cast<Instruction>(New));
-  return New;
+Pass *llvm::createLoopStrengthReducePass(const TargetLowering *TLI) {
+  return new LoopStrengthReduce(TLI);
 }
 
-
 /// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
 /// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
 /// their operands subsequently dead.
-void LoopStrengthReduce::
-DeleteTriviallyDeadInstructions(std::set<Instruction*> &Insts) {
-  while (!Insts.empty()) {
-    Instruction *I = *Insts.begin();
-    Insts.erase(Insts.begin());
-    if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
-      for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
-        if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
-          Insts.insert(U);
-      SE->deleteInstructionFromRecords(I);
-      I->eraseFromParent();
-      Changed = true;
-    }
-  }
-}
-
-
-/// GetExpressionSCEV - Compute and return the SCEV for the specified
-/// instruction.
-SCEVHandle LoopStrengthReduce::GetExpressionSCEV(Instruction *Exp, Loop *L) {
-  // Pointer to pointer bitcast instructions return the same value as their
-  // operand.
-  if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Exp)) {
-    if (SE->hasSCEV(BCI) || !isa<Instruction>(BCI->getOperand(0)))
-      return SE->getSCEV(BCI);
-    SCEVHandle R = GetExpressionSCEV(cast<Instruction>(BCI->getOperand(0)), L);
-    SE->setSCEV(BCI, R);
-    return R;
+void LoopStrengthReduce::DeleteTriviallyDeadInstructions() {
+  if (DeadInsts.empty()) return;
+  
+  // Sort the deadinsts list so that we can trivially eliminate duplicates as we
+  // go.  The code below never adds a non-dead instruction to the worklist, but
+  // callers may not be so careful.
+  array_pod_sort(DeadInsts.begin(), DeadInsts.end());
+
+  // Drop duplicate instructions and those with uses.
+  for (unsigned i = 0, e = DeadInsts.size()-1; i < e; ++i) {
+    Instruction *I = DeadInsts[i];
+    if (!I->use_empty()) DeadInsts[i] = 0;
+    while (i != e && DeadInsts[i+1] == I)
+      DeadInsts[++i] = 0;
   }
-
-  // Scalar Evolutions doesn't know how to compute SCEV's for GEP instructions.
-  // If this is a GEP that SE doesn't know about, compute it now and insert it.
-  // If this is not a GEP, or if we have already done this computation, just let
-  // SE figure it out.
-  GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Exp);
-  if (!GEP || SE->hasSCEV(GEP))
-    return SE->getSCEV(Exp);
+  
+  while (!DeadInsts.empty()) {
+    Instruction *I = DeadInsts.back();
+    DeadInsts.pop_back();
     
-  // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction, looking
-  // for uses that are determined by the trip count of L.  First, skip all
-  // operands the are not dependent on the IV.
+    if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
+      continue;
 
-  // Build up the base expression.  Insert an LLVM cast of the pointer to
-  // uintptr_t first.
-  SCEVHandle GEPVal = SCEVUnknown::get(
-      getCastedVersionOf(Instruction::PtrToInt, GEP->getOperand(0)));
+    SE->deleteValueFromRecords(I);
 
-  gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
-  
-  for (unsigned i = 1, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
-    // If this is a use of a recurrence that we can analyze, and it comes before
-    // Op does in the GEP operand list, we will handle this when we process this
-    // operand.
-    if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
-      const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
-      unsigned Idx = cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))->getZExtValue();
-      uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
-      GEPVal = SCEVAddExpr::get(GEPVal,
-                                SCEVUnknown::getIntegerSCEV(Offset, UIntPtrTy));
-    } else {
-      unsigned GEPOpiBits = 
-        GEP->getOperand(i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
-      unsigned IntPtrBits = UIntPtrTy->getPrimitiveSizeInBits();
-      Instruction::CastOps opcode = (GEPOpiBits < IntPtrBits ? 
-          Instruction::SExt : (GEPOpiBits > IntPtrBits ? Instruction::Trunc :
-            Instruction::BitCast));
-      Value *OpVal = getCastedVersionOf(opcode, GEP->getOperand(i));
-      SCEVHandle Idx = SE->getSCEV(OpVal);
-
-      uint64_t TypeSize = TD->getTypeSize(GTI.getIndexedType());
-      if (TypeSize != 1)
-        Idx = SCEVMulExpr::get(Idx,
-                               SCEVConstant::get(ConstantInt::get(UIntPtrTy,
-                                                                   TypeSize)));
-      GEPVal = SCEVAddExpr::get(GEPVal, Idx);
+    for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI) {
+      if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
+        *OI = 0;
+        if (U->use_empty())
+          DeadInsts.push_back(U);
+      }
     }
+    
+    I->eraseFromParent();
+    Changed = true;
   }
+}
 
-  SE->setSCEV(GEP, GEPVal);
-  return GEPVal;
+/// containsAddRecFromDifferentLoop - Determine whether expression S involves a 
+/// subexpression that is an AddRec from a loop other than L.  An outer loop 
+/// of L is OK, but not an inner loop nor a disjoint loop.
+static bool containsAddRecFromDifferentLoop(SCEVHandle S, Loop *L) {
+  // This is very common, put it first.
+  if (isa<SCEVConstant>(S))
+    return false;
+  if (const SCEVCommutativeExpr *AE = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(S)) {
+    for (unsigned int i=0; i< AE->getNumOperands(); i++)
+      if (containsAddRecFromDifferentLoop(AE->getOperand(i), L))
+        return true;
+    return false;
+  }
+  if (const SCEVAddRecExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
+    if (const Loop *newLoop = AE->getLoop()) {
+      if (newLoop == L)
+        return false;
+      // if newLoop is an outer loop of L, this is OK.
+      if (!LoopInfoBase<BasicBlock>::isNotAlreadyContainedIn(L, newLoop))
+        return false;
+    }
+    return true;
+  }
+  if (const SCEVUDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S))
+    return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
+           containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
+#if 0
+  // SCEVSDivExpr has been backed out temporarily, but will be back; we'll 
+  // need this when it is.
+  if (const SCEVSDivExpr *DE = dyn_cast<SCEVSDivExpr>(S))
+    return containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getLHS(), L) ||
+           containsAddRecFromDifferentLoop(DE->getRHS(), L);
+#endif
+  if (const SCEVCastExpr *CE = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
+    return containsAddRecFromDifferentLoop(CE->getOperand(), L);
+  return false;
 }
 
 /// getSCEVStartAndStride - Compute the start and stride of this expression,
 /// returning false if the expression is not a start/stride pair, or true if it
 /// is.  The stride must be a loop invariant expression, but the start may be
-/// a mix of loop invariant and loop variant expressions.
+/// a mix of loop invariant and loop variant expressions.  The start cannot,
+/// however, contain an AddRec from a different loop, unless that loop is an
+/// outer loop of the current loop.
 static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
-                                  SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride) {
+                                  SCEVHandle &Start, SCEVHandle &Stride,
+                                  ScalarEvolution *SE, DominatorTree *DT) {
   SCEVHandle TheAddRec = Start;   // Initialize to zero.
 
   // If the outer level is an AddExpr, the operands are all start values except
   // for a nested AddRecExpr.
-  if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
+  if (const SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(SH)) {
     for (unsigned i = 0, e = AE->getNumOperands(); i != e; ++i)
-      if (SCEVAddRecExpr *AddRec =
+      if (const SCEVAddRecExpr *AddRec =
              dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(AE->getOperand(i))) {
         if (AddRec->getLoop() == L)
-          TheAddRec = SCEVAddExpr::get(AddRec, TheAddRec);
+          TheAddRec = SE->getAddExpr(AddRec, TheAddRec);
         else
           return false;  // Nested IV of some sort?
       } else {
-        Start = SCEVAddExpr::get(Start, AE->getOperand(i));
+        Start = SE->getAddExpr(Start, AE->getOperand(i));
       }
         
   } else if (isa<SCEVAddRecExpr>(SH)) {
@@ -327,17 +337,31 @@ static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
     return false;  // not analyzable.
   }
   
-  SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
+  const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(TheAddRec);
   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L) return false;
   
   // FIXME: Generalize to non-affine IV's.
   if (!AddRec->isAffine()) return false;
 
-  Start = SCEVAddExpr::get(Start, AddRec->getOperand(0));
+  // If Start contains an SCEVAddRecExpr from a different loop, other than an
+  // outer loop of the current loop, reject it.  SCEV has no concept of 
+  // operating on more than one loop at a time so don't confuse it with such
+  // expressions.
+  if (containsAddRecFromDifferentLoop(AddRec->getOperand(0), L))
+    return false;
+
+  Start = SE->getAddExpr(Start, AddRec->getOperand(0));
   
-  if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1)))
+  if (!isa<SCEVConstant>(AddRec->getOperand(1))) {
+    // If stride is an instruction, make sure it dominates the loop preheader.
+    // Otherwise we could end up with a use before def situation.
+    BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
+    if (!AddRec->getOperand(1)->dominates(Preheader, DT))
+      return false;
+
     DOUT << "[" << L->getHeader()->getName()
          << "] Variable stride: " << *AddRec << "\n";
+  }
 
   Stride = AddRec->getOperand(1);
   return true;
@@ -352,7 +376,8 @@ static bool getSCEVStartAndStride(const SCEVHandle &SH, Loop *L,
 /// the loop, resulting in reg-reg copies (if we use the pre-inc value when we
 /// should use the post-inc value).
 static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
-                                       Loop *L, ETForest *EF, Pass *P) {
+                                       Loop *L, DominatorTree *DT, Pass *P,
+                                      SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
   // If the user is in the loop, use the preinc value.
   if (L->contains(User->getParent())) return false;
   
@@ -360,7 +385,7 @@ static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
   
   // Ok, the user is outside of the loop.  If it is dominated by the latch
   // block, use the post-inc value.
-  if (EF->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
+  if (DT->dominates(LatchBlock, User->getParent()))
     return true;
 
   // There is one case we have to be careful of: PHI nodes.  These little guys
@@ -377,67 +402,120 @@ static bool IVUseShouldUsePostIncValue(Instruction *User, Instruction *IV,
   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
     if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
       ++NumUses;
-      if (!EF->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
+      if (!DT->dominates(LatchBlock, PN->getIncomingBlock(i)))
         return false;
     }
 
   // Okay, all uses of IV by PN are in predecessor blocks that really are
-  // dominated by the latch block.  Split the critical edges and use the
-  // post-incremented value.
-  for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
-    if (PN->getIncomingValue(i) == IV) {
-      SplitCriticalEdge(PN->getIncomingBlock(i), PN->getParent(), P,
-                        true);
-      // Splitting the critical edge can reduce the number of entries in this
-      // PHI.
-      e = PN->getNumIncomingValues();
-      if (--NumUses == 0) break;
-    }
-  
+  // dominated by the latch block.  Use the post-incremented value.
   return true;
 }
 
-  
+/// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
+/// specified value as an address.
+static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
+  bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
+  if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
+    if (SI->getOperand(1) == OperandVal)
+      isAddress = true;
+  } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
+    // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
+    // of intrinsics.
+    switch (II->getIntrinsicID()) {
+      default: break;
+      case Intrinsic::prefetch:
+      case Intrinsic::x86_sse2_loadu_dq:
+      case Intrinsic::x86_sse2_loadu_pd:
+      case Intrinsic::x86_sse_loadu_ps:
+      case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
+      case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
+      case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
+      case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
+        if (II->getOperand(1) == OperandVal)
+          isAddress = true;
+        break;
+    }
+  }
+  return isAddress;
+}
+
+/// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
+static const Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
+  const Type *UseTy = Inst->getType();
+  if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
+    UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
+  else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
+    // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
+    // of intrinsics.
+    switch (II->getIntrinsicID()) {
+    default: break;
+    case Intrinsic::x86_sse_storeu_ps:
+    case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
+    case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
+    case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
+      UseTy = II->getOperand(1)->getType();
+      break;
+    }
+  }
+  return UseTy;
+}
 
 /// AddUsersIfInteresting - Inspect the specified instruction.  If it is a
 /// reducible SCEV, recursively add its users to the IVUsesByStride set and
 /// return true.  Otherwise, return false.
 bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
-                                            std::set<Instruction*> &Processed) {
-  if (!I->getType()->isInteger() && !isa<PointerType>(I->getType()))
-      return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
-  if (!Processed.insert(I).second)
+                                      SmallPtrSet<Instruction*,16> &Processed) {
+  if (!SE->isSCEVable(I->getType()))
+    return false;   // Void and FP expressions cannot be reduced.
+
+  // LSR is not APInt clean, do not touch integers bigger than 64-bits.
+  if (SE->getTypeSizeInBits(I->getType()) > 64)
+    return false;
+  
+  if (!Processed.insert(I))
     return true;    // Instruction already handled.
   
   // Get the symbolic expression for this instruction.
-  SCEVHandle ISE = GetExpressionSCEV(I, L);
+  SCEVHandle ISE = SE->getSCEV(I);
   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(ISE)) return false;
   
   // Get the start and stride for this expression.
-  SCEVHandle Start = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
+  SCEVHandle Start = SE->getIntegerSCEV(0, ISE->getType());
   SCEVHandle Stride = Start;
-  if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride))
+  if (!getSCEVStartAndStride(ISE, L, Start, Stride, SE, DT))
     return false;  // Non-reducible symbolic expression, bail out.
 
-  for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;) {
-    Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
+  std::vector<Instruction *> IUsers;
+  // Collect all I uses now because IVUseShouldUsePostIncValue may 
+  // invalidate use_iterator.
+  for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E; ++UI)
+    IUsers.push_back(cast<Instruction>(*UI));
+
+  for (unsigned iused_index = 0, iused_size = IUsers.size(); 
+       iused_index != iused_size; ++iused_index) {
 
-    // Increment iterator now because IVUseShouldUsePostIncValue may remove 
-    // User from the list of I users.
-    ++UI;
+    Instruction *User = IUsers[iused_index];
 
     // Do not infinitely recurse on PHI nodes.
     if (isa<PHINode>(User) && Processed.count(User))
       continue;
 
-    // If this is an instruction defined in a nested loop, or outside this loop,
-    // don't recurse into it.
+    // Descend recursively, but not into PHI nodes outside the current loop.
+    // It's important to see the entire expression outside the loop to get
+    // choices that depend on addressing mode use right, although we won't
+    // consider references ouside the loop in all cases.
+    // If User is already in Processed, we don't want to recurse into it again,
+    // but do want to record a second reference in the same instruction.
     bool AddUserToIVUsers = false;
     if (LI->getLoopFor(User->getParent()) != L) {
-      DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
-           << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
-      AddUserToIVUsers = true;
-    } else if (!AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
+      if (isa<PHINode>(User) || Processed.count(User) ||
+          !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
+        DOUT << "FOUND USER in other loop: " << *User
+             << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
+        AddUserToIVUsers = true;
+      }
+    } else if (Processed.count(User) || 
+               !AddUsersIfInteresting(User, L, Processed)) {
       DOUT << "FOUND USER: " << *User
            << "   OF SCEV: " << *ISE << "\n";
       AddUserToIVUsers = true;
@@ -445,16 +523,16 @@ bool LoopStrengthReduce::AddUsersIfInteresting(Instruction *I, Loop *L,
 
     if (AddUserToIVUsers) {
       IVUsersOfOneStride &StrideUses = IVUsesByStride[Stride];
-      if (StrideUses.Users.empty())     // First occurance of this stride?
+      if (StrideUses.Users.empty())     // First occurrence of this stride?
         StrideOrder.push_back(Stride);
       
       // Okay, we found a user that we cannot reduce.  Analyze the instruction
       // and decide what to do with it.  If we are a use inside of the loop, use
       // the value before incrementation, otherwise use it after incrementation.
-      if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, EF, this)) {
+      if (IVUseShouldUsePostIncValue(User, I, L, DT, this, DeadInsts)) {
         // The value used will be incremented by the stride more than we are
         // expecting, so subtract this off.
-        SCEVHandle NewStart = SCEV::getMinusSCEV(Start, Stride);
+        SCEVHandle NewStart = SE->getMinusSCEV(Start, Stride);
         StrideUses.addUser(NewStart, User, I);
         StrideUses.Users.back().isUseOfPostIncrementedValue = true;
         DOUT << "   USING POSTINC SCEV, START=" << *NewStart<< "\n";
@@ -470,6 +548,9 @@ namespace {
   /// BasedUser - For a particular base value, keep information about how we've
   /// partitioned the expression so far.
   struct BasedUser {
+    /// SE - The current ScalarEvolution object.
+    ScalarEvolution *SE;
+
     /// Base - The Base value for the PHI node that needs to be inserted for
     /// this use.  As the use is processed, information gets moved from this
     /// field to the Imm field (below).  BasedUser values are sorted by this
@@ -485,12 +566,13 @@ namespace {
 
     /// Imm - The immediate value that should be added to the base immediately
     /// before Inst, because it will be folded into the imm field of the
-    /// instruction.
+    /// instruction.  This is also sometimes used for loop-variant values that
+    /// must be added inside the loop.
     SCEVHandle Imm;
 
-    /// EmittedBase - The actual value* to use for the base value of this
-    /// operation.  This is null if we should just use zero so far.
-    Value *EmittedBase;
+    /// Phi - The induction variable that performs the striding that
+    /// should be used for this user.
+    PHINode *Phi;
 
     // isUseOfPostIncrementedValue - True if this should use the
     // post-incremented version of this IV, not the preincremented version.
@@ -499,20 +581,22 @@ namespace {
     // the loop.
     bool isUseOfPostIncrementedValue;
     
-    BasedUser(IVStrideUse &IVSU)
-      : Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
+    BasedUser(IVStrideUse &IVSU, ScalarEvolution *se)
+      : SE(se), Base(IVSU.Offset), Inst(IVSU.User), 
         OperandValToReplace(IVSU.OperandValToReplace), 
-        Imm(SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Base->getType())), EmittedBase(0),
+        Imm(SE->getIntegerSCEV(0, Base->getType())), 
         isUseOfPostIncrementedValue(IVSU.isUseOfPostIncrementedValue) {}
 
     // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
     // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
     // to it.
     void RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
-                                        SCEVExpander &Rewriter, Loop *L,
-                                        Pass *P);
+                                        Instruction *InsertPt,
+                                       SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
+                                      SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts);
     
     Value *InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
+                                       const Type *Ty,
                                        SCEVExpander &Rewriter,
                                        Instruction *IP, Loop *L);
     void dump() const;
@@ -522,13 +606,11 @@ namespace {
 void BasedUser::dump() const {
   cerr << " Base=" << *Base;
   cerr << " Imm=" << *Imm;
-  if (EmittedBase)
-    cerr << "  EB=" << *EmittedBase;
-
   cerr << "   Inst: " << *Inst;
 }
 
 Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase, 
+                                              const Type *Ty,
                                               SCEVExpander &Rewriter,
                                               Instruction *IP, Loop *L) {
   // Figure out where we *really* want to insert this code.  In particular, if
@@ -543,120 +625,183 @@ Value *BasedUser::InsertCodeForBaseAtPosition(const SCEVHandle &NewBase,
   
   // If InsertLoop is not L, and InsertLoop is nested inside of L, figure out
   // the preheader of the outer-most loop where NewBase is not loop invariant.
-  while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
-    BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
-    InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
-  }
+  if (L->contains(IP->getParent()))
+    while (InsertLoop && NewBase->isLoopInvariant(InsertLoop)) {
+      BaseInsertPt = InsertLoop->getLoopPreheader()->getTerminator();
+      InsertLoop = InsertLoop->getParentLoop();
+    }
   
+  Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, Ty, BaseInsertPt);
+
   // If there is no immediate value, skip the next part.
-  if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
-    if (SC->getValue()->isZero())
-      return Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt,
-                                    OperandValToReplace->getType());
+  if (Imm->isZero())
+    return Base;
 
-  Value *Base = Rewriter.expandCodeFor(NewBase, BaseInsertPt);
+  // If we are inserting the base and imm values in the same block, make sure to
+  // adjust the IP position if insertion reused a result.
+  if (IP == BaseInsertPt)
+    IP = Rewriter.getInsertionPoint();
   
   // Always emit the immediate (if non-zero) into the same block as the user.
-  SCEVHandle NewValSCEV = SCEVAddExpr::get(SCEVUnknown::get(Base), Imm);
-  return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, IP,
-                                OperandValToReplace->getType());
+  SCEVHandle NewValSCEV = SE->getAddExpr(SE->getUnknown(Base), Imm);
+  return Rewriter.expandCodeFor(NewValSCEV, Ty, IP);
 }
 
 
 // Once we rewrite the code to insert the new IVs we want, update the
 // operands of Inst to use the new expression 'NewBase', with 'Imm' added
-// to it.
+// to it. NewBasePt is the last instruction which contributes to the
+// value of NewBase in the case that it's a diffferent instruction from
+// the PHI that NewBase is computed from, or null otherwise.
+//
 void BasedUser::RewriteInstructionToUseNewBase(const SCEVHandle &NewBase,
-                                               SCEVExpander &Rewriter,
-                                               Loop *L, Pass *P) {
+                                               Instruction *NewBasePt,
+                                      SCEVExpander &Rewriter, Loop *L, Pass *P,
+                                      SmallVectorImpl<Instruction*> &DeadInsts){
   if (!isa<PHINode>(Inst)) {
-    Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, Inst, L);
+    // By default, insert code at the user instruction.
+    BasicBlock::iterator InsertPt = Inst;
+    
+    // However, if the Operand is itself an instruction, the (potentially
+    // complex) inserted code may be shared by many users.  Because of this, we
+    // want to emit code for the computation of the operand right before its old
+    // computation.  This is usually safe, because we obviously used to use the
+    // computation when it was computed in its current block.  However, in some
+    // cases (e.g. use of a post-incremented induction variable) the NewBase
+    // value will be pinned to live somewhere after the original computation.
+    // In this case, we have to back off.
+    //
+    // If this is a use outside the loop (which means after, since it is based
+    // on a loop indvar) we use the post-incremented value, so that we don't
+    // artificially make the preinc value live out the bottom of the loop. 
+    if (!isUseOfPostIncrementedValue && L->contains(Inst->getParent())) {
+      if (NewBasePt && isa<PHINode>(OperandValToReplace)) {
+        InsertPt = NewBasePt;
+        ++InsertPt;
+      } else if (Instruction *OpInst
+                 = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace)) {
+        InsertPt = OpInst;
+        while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
+      }
+    }
+    Value *NewVal = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase,
+                                                OperandValToReplace->getType(),
+                                                Rewriter, InsertPt, L);
     // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
     Inst->replaceUsesOfWith(OperandValToReplace, NewVal);
-    DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst;
+
+    DOUT << "      Replacing with ";
+    DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, NewVal, /*PrintType=*/false));
+    DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
     return;
   }
-  
+
   // PHI nodes are more complex.  We have to insert one copy of the NewBase+Imm
   // expression into each operand block that uses it.  Note that PHI nodes can
   // have multiple entries for the same predecessor.  We use a map to make sure
   // that a PHI node only has a single Value* for each predecessor (which also
   // prevents us from inserting duplicate code in some blocks).
-  std::map<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
+  DenseMap<BasicBlock*, Value*> InsertedCode;
   PHINode *PN = cast<PHINode>(Inst);
   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
     if (PN->getIncomingValue(i) == OperandValToReplace) {
-      // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert the
-      // code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this is the
-      // canonical backedge for this loop, as this can make some inserted code
-      // be in an illegal position.
-      BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
-      if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
-          (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
-        
-        // First step, split the critical edge.
-        SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, true);
-            
-        // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
-        // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
-        // move the block to be immediately before the PHI block, not
-        // immediately after PredTI.
-        if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
-          BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
-          NewBB->moveBefore(PN->getParent());
+      // If the original expression is outside the loop, put the replacement
+      // code in the same place as the original expression,
+      // which need not be an immediate predecessor of this PHI.  This way we 
+      // need only one copy of it even if it is referenced multiple times in
+      // the PHI.  We don't do this when the original expression is inside the
+      // loop because multiple copies sometimes do useful sinking of code in
+      // that case(?).
+      Instruction *OldLoc = dyn_cast<Instruction>(OperandValToReplace);
+      if (L->contains(OldLoc->getParent())) {
+        // If this is a critical edge, split the edge so that we do not insert
+        // the code on all predecessor/successor paths.  We do this unless this
+        // is the canonical backedge for this loop, as this can make some
+        // inserted code be in an illegal position.
+        BasicBlock *PHIPred = PN->getIncomingBlock(i);
+        if (e != 1 && PHIPred->getTerminator()->getNumSuccessors() > 1 &&
+            (PN->getParent() != L->getHeader() || !L->contains(PHIPred))) {
+
+          // First step, split the critical edge.
+          SplitCriticalEdge(PHIPred, PN->getParent(), P, false);
+
+          // Next step: move the basic block.  In particular, if the PHI node
+          // is outside of the loop, and PredTI is in the loop, we want to
+          // move the block to be immediately before the PHI block, not
+          // immediately after PredTI.
+          if (L->contains(PHIPred) && !L->contains(PN->getParent())) {
+            BasicBlock *NewBB = PN->getIncomingBlock(i);
+            NewBB->moveBefore(PN->getParent());
+          }
+
+          // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
+          e = PN->getNumIncomingValues();
         }
-        
-        // Splitting the edge can reduce the number of PHI entries we have.
-        e = PN->getNumIncomingValues();
       }
-
       Value *&Code = InsertedCode[PN->getIncomingBlock(i)];
       if (!Code) {
         // Insert the code into the end of the predecessor block.
-        Instruction *InsertPt = PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
-        Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, Rewriter, InsertPt, L);
+        Instruction *InsertPt = (L->contains(OldLoc->getParent())) ?
+                                PN->getIncomingBlock(i)->getTerminator() :
+                                OldLoc->getParent()->getTerminator();
+        Code = InsertCodeForBaseAtPosition(NewBase, PN->getType(),
+                                           Rewriter, InsertPt, L);
+
+        DOUT << "      Changing PHI use to ";
+        DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Code, /*PrintType=*/false));
+        DOUT << ", which has value " << *NewBase << " plus IMM " << *Imm << "\n";
       }
-      
+
       // Replace the use of the operand Value with the new Phi we just created.
       PN->setIncomingValue(i, Code);
       Rewriter.clear();
     }
   }
-  DOUT << "    CHANGED: IMM =" << *Imm << "  Inst = " << *Inst;
+
+  // PHI node might have become a constant value after SplitCriticalEdge.
+  DeadInsts.push_back(Inst);
 }
 
 
-/// isTargetConstant - Return true if the following can be referenced by the
-/// immediate field of a target instruction.
-static bool isTargetConstant(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
-                             const TargetLowering *TLI) {
-  if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
+/// fitsInAddressMode - Return true if V can be subsumed within an addressing
+/// mode, and does not need to be put in a register first.
+static bool fitsInAddressMode(const SCEVHandle &V, const Type *UseTy,
+                             const TargetLowering *TLI, bool HasBaseReg) {
+  if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V)) {
     int64_t VC = SC->getValue()->getSExtValue();
-    if (TLI)
-      return TLI->isLegalAddressImmediate(VC, UseTy);
-    else
+    if (TLI) {
+      TargetLowering::AddrMode AM;
+      AM.BaseOffs = VC;
+      AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
+      return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
+    } else {
       // Defaults to PPC. PPC allows a sign-extended 16-bit immediate field.
       return (VC > -(1 << 16) && VC < (1 << 16)-1);
+    }
   }
 
-  if (SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
-    if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(SU->getValue()))
-      if (CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt) {
-        Constant *Op0 = CE->getOperand(0);
-        if (isa<GlobalValue>(Op0) && TLI &&
-            TLI->isLegalAddressImmediate(cast<GlobalValue>(Op0)))
-          return true;
+  if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(V))
+    if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue())) {
+      if (TLI) {
+        TargetLowering::AddrMode AM;
+        AM.BaseGV = GV;
+        AM.HasBaseReg = HasBaseReg;
+        return TLI->isLegalAddressingMode(AM, UseTy);
+      } else {
+        // Default: assume global addresses are not legal.
       }
+    }
+
   return false;
 }
 
-/// MoveLoopVariantsToImediateField - Move any subexpressions from Val that are
+/// MoveLoopVariantsToImmediateField - Move any subexpressions from Val that are
 /// loop varying to the Imm operand.
-static void MoveLoopVariantsToImediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
-                                            Loop *L) {
+static void MoveLoopVariantsToImmediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
+                                            Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
   if (Val->isLoopInvariant(L)) return;  // Nothing to do.
   
-  if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
+  if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
     
@@ -664,27 +809,27 @@ static void MoveLoopVariantsToImediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
       if (!SAE->getOperand(i)->isLoopInvariant(L)) {
         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
         // field of the expression.
-        Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, SAE->getOperand(i));
+        Imm = SE->getAddExpr(Imm, SAE->getOperand(i));
       } else {
         NewOps.push_back(SAE->getOperand(i));
       }
 
     if (NewOps.empty())
-      Val = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
+      Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
     else
-      Val = SCEVAddExpr::get(NewOps);
-  } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
+      Val = SE->getAddExpr(NewOps);
+  } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
-    MoveLoopVariantsToImediateField(Start, Imm, L);
+    MoveLoopVariantsToImmediateField(Start, Imm, L, SE);
     
     std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
     Ops[0] = Start;
-    Val = SCEVAddRecExpr::get(Ops, SARE->getLoop());
+    Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
   } else {
     // Otherwise, all of Val is variant, move the whole thing over.
-    Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, Val);
-    Val = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
+    Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
+    Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
   }
 }
 
@@ -693,67 +838,64 @@ static void MoveLoopVariantsToImediateField(SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
 /// that can fit into the immediate field of instructions in the target.
 /// Accumulate these immediate values into the Imm value.
 static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
-                                Instruction *User,
+                                const Type *UseTy,
                                 SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
-                                bool isAddress, Loop *L) {
-  const Type *UseTy = User->getType();
-  if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User))
-    UseTy = SI->getOperand(0)->getType();
-
-  if (SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
+                                bool isAddress, Loop *L,
+                                ScalarEvolution *SE) {
+  if (const SCEVAddExpr *SAE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Val)) {
     std::vector<SCEVHandle> NewOps;
     NewOps.reserve(SAE->getNumOperands());
     
     for (unsigned i = 0; i != SAE->getNumOperands(); ++i) {
       SCEVHandle NewOp = SAE->getOperand(i);
-      MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, Imm, isAddress, L);
+      MoveImmediateValues(TLI, UseTy, NewOp, Imm, isAddress, L, SE);
       
       if (!NewOp->isLoopInvariant(L)) {
         // If this is a loop-variant expression, it must stay in the immediate
         // field of the expression.
-        Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, NewOp);
+        Imm = SE->getAddExpr(Imm, NewOp);
       } else {
         NewOps.push_back(NewOp);
       }
     }
 
     if (NewOps.empty())
-      Val = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
+      Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
     else
-      Val = SCEVAddExpr::get(NewOps);
+      Val = SE->getAddExpr(NewOps);
     return;
-  } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
+  } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Val)) {
     // Try to pull immediates out of the start value of nested addrec's.
     SCEVHandle Start = SARE->getStart();
-    MoveImmediateValues(TLI, User, Start, Imm, isAddress, L);
+    MoveImmediateValues(TLI, UseTy, Start, Imm, isAddress, L, SE);
     
     if (Start != SARE->getStart()) {
       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
       Ops[0] = Start;
-      Val = SCEVAddRecExpr::get(Ops, SARE->getLoop());
+      Val = SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop());
     }
     return;
-  } else if (SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
+  } else if (const SCEVMulExpr *SME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Val)) {
     // Transform "8 * (4 + v)" -> "32 + 8*V" if "32" fits in the immed field.
-    if (isAddress && isTargetConstant(SME->getOperand(0), UseTy, TLI) &&
+    if (isAddress && fitsInAddressMode(SME->getOperand(0), UseTy, TLI, false) &&
         SME->getNumOperands() == 2 && SME->isLoopInvariant(L)) {
 
-      SCEVHandle SubImm = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
+      SCEVHandle SubImm = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
       SCEVHandle NewOp = SME->getOperand(1);
-      MoveImmediateValues(TLI, User, NewOp, SubImm, isAddress, L);
+      MoveImmediateValues(TLI, UseTy, NewOp, SubImm, isAddress, L, SE);
       
       // If we extracted something out of the subexpressions, see if we can 
       // simplify this!
       if (NewOp != SME->getOperand(1)) {
         // Scale SubImm up by "8".  If the result is a target constant, we are
         // good.
-        SubImm = SCEVMulExpr::get(SubImm, SME->getOperand(0));
-        if (isTargetConstant(SubImm, UseTy, TLI)) {
+        SubImm = SE->getMulExpr(SubImm, SME->getOperand(0));
+        if (fitsInAddressMode(SubImm, UseTy, TLI, false)) {
           // Accumulate the immediate.
-          Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, SubImm);
+          Imm = SE->getAddExpr(Imm, SubImm);
           
           // Update what is left of 'Val'.
-          Val = SCEVMulExpr::get(SME->getOperand(0), NewOp);
+          Val = SE->getMulExpr(SME->getOperand(0), NewOp);
           return;
         }
       }
@@ -762,195 +904,362 @@ static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
 
   // Loop-variant expressions must stay in the immediate field of the
   // expression.
-  if ((isAddress && isTargetConstant(Val, UseTy, TLI)) ||
+  if ((isAddress && fitsInAddressMode(Val, UseTy, TLI, false)) ||
       !Val->isLoopInvariant(L)) {
-    Imm = SCEVAddExpr::get(Imm, Val);
-    Val = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Val->getType());
+    Imm = SE->getAddExpr(Imm, Val);
+    Val = SE->getIntegerSCEV(0, Val->getType());
     return;
   }
 
   // Otherwise, no immediates to move.
 }
 
+static void MoveImmediateValues(const TargetLowering *TLI,
+                                Instruction *User,
+                                SCEVHandle &Val, SCEVHandle &Imm,
+                                bool isAddress, Loop *L,
+                                ScalarEvolution *SE) {
+  const Type *UseTy = getAccessType(User);
+  MoveImmediateValues(TLI, UseTy, Val, Imm, isAddress, L, SE);
+}
 
 /// SeparateSubExprs - Decompose Expr into all of the subexpressions that are
 /// added together.  This is used to reassociate common addition subexprs
 /// together for maximal sharing when rewriting bases.
 static void SeparateSubExprs(std::vector<SCEVHandle> &SubExprs,
-                             SCEVHandle Expr) {
-  if (SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
+                             SCEVHandle Expr,
+                             ScalarEvolution *SE) {
+  if (const SCEVAddExpr *AE = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Expr)) {
     for (unsigned j = 0, e = AE->getNumOperands(); j != e; ++j)
-      SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j));
-  } else if (SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
-    SCEVHandle Zero = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
+      SeparateSubExprs(SubExprs, AE->getOperand(j), SE);
+  } else if (const SCEVAddRecExpr *SARE = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Expr)) {
+    SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Expr->getType());
     if (SARE->getOperand(0) == Zero) {
       SubExprs.push_back(Expr);
     } else {
       // Compute the addrec with zero as its base.
       std::vector<SCEVHandle> Ops(SARE->op_begin(), SARE->op_end());
       Ops[0] = Zero;   // Start with zero base.
-      SubExprs.push_back(SCEVAddRecExpr::get(Ops, SARE->getLoop()));
+      SubExprs.push_back(SE->getAddRecExpr(Ops, SARE->getLoop()));
       
 
-      SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0));
+      SeparateSubExprs(SubExprs, SARE->getOperand(0), SE);
     }
-  } else if (!isa<SCEVConstant>(Expr) ||
-             !cast<SCEVConstant>(Expr)->getValue()->isZero()) {
+  } else if (!Expr->isZero()) {
     // Do not add zero.
     SubExprs.push_back(Expr);
   }
 }
 
-
-/// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the uses in Bases,
-/// removing any common subexpressions from it.  Anything truly common is
-/// removed, accumulated, and returned.  This looks for things like (a+b+c) and
-/// (a+c+d) -> (a+c).  The common expression is *removed* from the Bases.
+// This is logically local to the following function, but C++ says we have 
+// to make it file scope.
+struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
+
+/// RemoveCommonExpressionsFromUseBases - Look through all of the Bases of all
+/// the Uses, removing any common subexpressions, except that if all such
+/// subexpressions can be folded into an addressing mode for all uses inside
+/// the loop (this case is referred to as "free" in comments herein) we do
+/// not remove anything.  This looks for things like (a+b+c) and
+/// (a+c+d) and computes the common (a+c) subexpression.  The common expression
+/// is *removed* from the Bases and returned.
 static SCEVHandle 
-RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses) {
+RemoveCommonExpressionsFromUseBases(std::vector<BasedUser> &Uses,
+                                    ScalarEvolution *SE, Loop *L,
+                                    const TargetLowering *TLI) {
   unsigned NumUses = Uses.size();
 
-  // Only one use?  Use its base, regardless of what it is!
-  SCEVHandle Zero = SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
+  // Only one use?  This is a very common case, so we handle it specially and
+  // cheaply.
+  SCEVHandle Zero = SE->getIntegerSCEV(0, Uses[0].Base->getType());
   SCEVHandle Result = Zero;
+  SCEVHandle FreeResult = Zero;
   if (NumUses == 1) {
-    std::swap(Result, Uses[0].Base);
+    // If the use is inside the loop, use its base, regardless of what it is:
+    // it is clearly shared across all the IV's.  If the use is outside the loop
+    // (which means after it) we don't want to factor anything *into* the loop,
+    // so just use 0 as the base.
+    if (L->contains(Uses[0].Inst->getParent()))
+      std::swap(Result, Uses[0].Base);
     return Result;
   }
 
   // To find common subexpressions, count how many of Uses use each expression.
   // If any subexpressions are used Uses.size() times, they are common.
-  std::map<SCEVHandle, unsigned> SubExpressionUseCounts;
+  // Also track whether all uses of each expression can be moved into an
+  // an addressing mode "for free"; such expressions are left within the loop.
+  // struct SubExprUseData { unsigned Count; bool notAllUsesAreFree; };
+  std::map<SCEVHandle, SubExprUseData> SubExpressionUseData;
   
   // UniqueSubExprs - Keep track of all of the subexpressions we see in the
   // order we see them.
   std::vector<SCEVHandle> UniqueSubExprs;
 
   std::vector<SCEVHandle> SubExprs;
+  unsigned NumUsesInsideLoop = 0;
   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
+    // If the user is outside the loop, just ignore it for base computation.
+    // Since the user is outside the loop, it must be *after* the loop (if it
+    // were before, it could not be based on the loop IV).  We don't want users
+    // after the loop to affect base computation of values *inside* the loop,
+    // because we can always add their offsets to the result IV after the loop
+    // is done, ensuring we get good code inside the loop.
+    if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
+      continue;
+    NumUsesInsideLoop++;
+    
     // If the base is zero (which is common), return zero now, there are no
     // CSEs we can find.
     if (Uses[i].Base == Zero) return Zero;
 
+    // If this use is as an address we may be able to put CSEs in the addressing
+    // mode rather than hoisting them.
+    bool isAddrUse = isAddressUse(Uses[i].Inst, Uses[i].OperandValToReplace);
+    // We may need the UseTy below, but only when isAddrUse, so compute it
+    // only in that case.
+    const Type *UseTy = 0;
+    if (isAddrUse)
+      UseTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
+
     // Split the expression into subexprs.
-    SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base);
-    // Add one to SubExpressionUseCounts for each subexpr present.
-    for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
-      if (++SubExpressionUseCounts[SubExprs[j]] == 1)
+    SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
+    // Add one to SubExpressionUseData.Count for each subexpr present, and
+    // if the subexpr is not a valid immediate within an addressing mode use,
+    // set SubExpressionUseData.notAllUsesAreFree.  We definitely want to
+    // hoist these out of the loop (if they are common to all uses).
+    for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
+      if (++SubExpressionUseData[SubExprs[j]].Count == 1)
         UniqueSubExprs.push_back(SubExprs[j]);
+      if (!isAddrUse || !fitsInAddressMode(SubExprs[j], UseTy, TLI, false))
+        SubExpressionUseData[SubExprs[j]].notAllUsesAreFree = true;
+    }
     SubExprs.clear();
   }
 
   // Now that we know how many times each is used, build Result.  Iterate over
   // UniqueSubexprs so that we have a stable ordering.
   for (unsigned i = 0, e = UniqueSubExprs.size(); i != e; ++i) {
-    std::map<SCEVHandle, unsigned>::iterator I = 
-       SubExpressionUseCounts.find(UniqueSubExprs[i]);
-    assert(I != SubExpressionUseCounts.end() && "Entry not found?");
-    if (I->second == NumUses) {  // Found CSE!
-      Result = SCEVAddExpr::get(Result, I->first);
-    } else {
-      // Remove non-cse's from SubExpressionUseCounts.
-      SubExpressionUseCounts.erase(I);
+    std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
+       SubExpressionUseData.find(UniqueSubExprs[i]);
+    assert(I != SubExpressionUseData.end() && "Entry not found?");
+    if (I->second.Count == NumUsesInsideLoop) { // Found CSE! 
+      if (I->second.notAllUsesAreFree)
+        Result = SE->getAddExpr(Result, I->first);
+      else 
+        FreeResult = SE->getAddExpr(FreeResult, I->first);
+    } else
+      // Remove non-cse's from SubExpressionUseData.
+      SubExpressionUseData.erase(I);
+  }
+
+  if (FreeResult != Zero) {
+    // We have some subexpressions that can be subsumed into addressing
+    // modes in every use inside the loop.  However, it's possible that
+    // there are so many of them that the combined FreeResult cannot
+    // be subsumed, or that the target cannot handle both a FreeResult
+    // and a Result in the same instruction (for example because it would
+    // require too many registers).  Check this.
+    for (unsigned i=0; i<NumUses; ++i) {
+      if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent()))
+        continue;
+      // We know this is an addressing mode use; if there are any uses that
+      // are not, FreeResult would be Zero.
+      const Type *UseTy = getAccessType(Uses[i].Inst);
+      if (!fitsInAddressMode(FreeResult, UseTy, TLI, Result!=Zero)) {
+        // FIXME:  could split up FreeResult into pieces here, some hoisted
+        // and some not.  There is no obvious advantage to this.
+        Result = SE->getAddExpr(Result, FreeResult);
+        FreeResult = Zero;
+        break;
+      }
     }
   }
-  
+
   // If we found no CSE's, return now.
   if (Result == Zero) return Result;
   
+  // If we still have a FreeResult, remove its subexpressions from
+  // SubExpressionUseData.  This means they will remain in the use Bases.
+  if (FreeResult != Zero) {
+    SeparateSubExprs(SubExprs, FreeResult, SE);
+    for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j) {
+      std::map<SCEVHandle, SubExprUseData>::iterator I = 
+         SubExpressionUseData.find(SubExprs[j]);
+      SubExpressionUseData.erase(I);
+    }
+    SubExprs.clear();
+  }
+
   // Otherwise, remove all of the CSE's we found from each of the base values.
   for (unsigned i = 0; i != NumUses; ++i) {
+    // Uses outside the loop don't necessarily include the common base, but
+    // the final IV value coming into those uses does.  Instead of trying to
+    // remove the pieces of the common base, which might not be there,
+    // subtract off the base to compensate for this.
+    if (!L->contains(Uses[i].Inst->getParent())) {
+      Uses[i].Base = SE->getMinusSCEV(Uses[i].Base, Result);
+      continue;
+    }
+
     // Split the expression into subexprs.
-    SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base);
+    SeparateSubExprs(SubExprs, Uses[i].Base, SE);
 
     // Remove any common subexpressions.
     for (unsigned j = 0, e = SubExprs.size(); j != e; ++j)
-      if (SubExpressionUseCounts.count(SubExprs[j])) {
+      if (SubExpressionUseData.count(SubExprs[j])) {
         SubExprs.erase(SubExprs.begin()+j);
         --j; --e;
       }
     
-    // Finally, the non-shared expressions together.
+    // Finally, add the non-shared expressions together.
     if (SubExprs.empty())
       Uses[i].Base = Zero;
     else
-      Uses[i].Base = SCEVAddExpr::get(SubExprs);
+      Uses[i].Base = SE->getAddExpr(SubExprs);
     SubExprs.clear();
   }
  
   return Result;
 }
 
-/// isZero - returns true if the scalar evolution expression is zero.
-///
-static bool isZero(SCEVHandle &V) {
-  if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(V))
-    return SC->getValue()->isZero();
-  return false;
-}
-
 /// ValidStride - Check whether the given Scale is valid for all loads and 
-/// stores in UsersToProcess.  Pulled into a function to avoid disturbing the
-/// sensibilities of those who dislike goto's.
+/// stores in UsersToProcess.
 ///
-bool LoopStrengthReduce::ValidStride(int64_t Scale, 
+bool LoopStrengthReduce::ValidStride(bool HasBaseReg,
+                               int64_t Scale, 
                                const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
-  int64_t Imm;
+  if (!TLI)
+    return true;
+
   for (unsigned i=0, e = UsersToProcess.size(); i!=e; ++i) {
-    if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
-      Imm = SC->getValue()->getSExtValue();
-    else
-      Imm = 0;
-    
     // If this is a load or other access, pass the type of the access in.
     const Type *AccessTy = Type::VoidTy;
-    if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UsersToProcess[i].Inst))
-      AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
-    else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UsersToProcess[i].Inst))
-      AccessTy = LI->getType();
+    if (isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
+                     UsersToProcess[i].OperandValToReplace))
+      AccessTy = getAccessType(UsersToProcess[i].Inst);
+    else if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst))
+      continue;
     
-    if (!TLI->isLegalAddressScaleAndImm(Scale, Imm, AccessTy))
+    TargetLowering::AddrMode AM;
+    if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UsersToProcess[i].Imm))
+      AM.BaseOffs = SC->getValue()->getSExtValue();
+    AM.HasBaseReg = HasBaseReg || !UsersToProcess[i].Base->isZero();
+    AM.Scale = Scale;
+
+    // If load[imm+r*scale] is illegal, bail out.
+    if (!TLI->isLegalAddressingMode(AM, AccessTy))
       return false;
   }
   return true;
 }
 
+/// RequiresTypeConversion - Returns true if converting Ty1 to Ty2 is not
+/// a nop.
+bool LoopStrengthReduce::RequiresTypeConversion(const Type *Ty1,
+                                                const Type *Ty2) {
+  if (Ty1 == Ty2)
+    return false;
+  Ty1 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty1);
+  Ty2 = SE->getEffectiveSCEVType(Ty2);
+  if (Ty1 == Ty2)
+    return false;
+  if (Ty1->canLosslesslyBitCastTo(Ty2))
+    return false;
+  if (TLI && TLI->isTruncateFree(Ty1, Ty2))
+    return false;
+  return true;
+}
+
 /// CheckForIVReuse - Returns the multiple if the stride is the multiple
 /// of a previous stride and it is a legal value for the target addressing
-/// mode scale component. This allows the users of this stride to be rewritten
-/// as prev iv * factor. It returns 0 if no reuse is possible.
-unsigned LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(const SCEVHandle &Stride, 
+/// mode scale component and optional base reg. This allows the users of
+/// this stride to be rewritten as prev iv * factor. It returns 0 if no
+/// reuse is possible.  Factors can be negative on same targets, e.g. ARM.
+///
+/// If all uses are outside the loop, we don't require that all multiplies
+/// be folded into the addressing mode, nor even that the factor be constant; 
+/// a multiply (executed once) outside the loop is better than another IV 
+/// within.  Well, usually.
+SCEVHandle LoopStrengthReduce::CheckForIVReuse(bool HasBaseReg,
+                                bool AllUsesAreAddresses,
+                                bool AllUsesAreOutsideLoop,
+                                const SCEVHandle &Stride, 
                                 IVExpr &IV, const Type *Ty,
                                 const std::vector<BasedUser>& UsersToProcess) {
-  if (!TLI) return 0;
-
-  if (SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
+  if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Stride)) {
     int64_t SInt = SC->getValue()->getSExtValue();
-    if (SInt == 1) return 0;
-
-    for (std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI= IVsByStride.begin(),
-           SE = IVsByStride.end(); SI != SE; ++SI) {
+    for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
+         ++NewStride) {
+      std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
+                IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
+      if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
+        continue;
       int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
-      if (SInt != -SSInt &&
+      if (SI->first != Stride &&
           (unsigned(abs(SInt)) < SSInt || (SInt % SSInt) != 0))
         continue;
       int64_t Scale = SInt / SSInt;
       // Check that this stride is valid for all the types used for loads and
       // stores; if it can be used for some and not others, we might as well use
       // the original stride everywhere, since we have to create the IV for it
-      // anyway.
-      if (ValidStride(Scale, UsersToProcess))
+      // anyway. If the scale is 1, then we don't need to worry about folding
+      // multiplications.
+      if (Scale == 1 ||
+          (AllUsesAreAddresses &&
+           ValidStride(HasBaseReg, Scale, UsersToProcess)))
         for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
                IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
           // FIXME: Only handle base == 0 for now.
           // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
-          if (isZero(II->Base) && II->Base->getType() == Ty) {
+          if (II->Base->isZero() &&
+              !RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
             IV = *II;
-            return Scale;
+            return SE->getIntegerSCEV(Scale, Stride->getType());
           }
     }
+  } else if (AllUsesAreOutsideLoop) {
+    // Accept nonconstant strides here; it is really really right to substitute
+    // an existing IV if we can.
+    for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
+         ++NewStride) {
+      std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
+                IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
+      if (SI == IVsByStride.end() || !isa<SCEVConstant>(SI->first))
+        continue;
+      int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
+      if (SI->first != Stride && SSInt != 1)
+        continue;
+      for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
+             IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
+        // Accept nonzero base here.
+        // Only reuse previous IV if it would not require a type conversion.
+        if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
+          IV = *II;
+          return Stride;
+        }
+    }
+    // Special case, old IV is -1*x and this one is x.  Can treat this one as
+    // -1*old.
+    for (unsigned NewStride = 0, e = StrideOrder.size(); NewStride != e;
+         ++NewStride) {
+      std::map<SCEVHandle, IVsOfOneStride>::iterator SI = 
+                IVsByStride.find(StrideOrder[NewStride]);
+      if (SI == IVsByStride.end()) 
+        continue;
+      if (const SCEVMulExpr *ME = dyn_cast<SCEVMulExpr>(SI->first))
+        if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(ME->getOperand(0)))
+          if (Stride == ME->getOperand(1) &&
+              SC->getValue()->getSExtValue() == -1LL)
+            for (std::vector<IVExpr>::iterator II = SI->second.IVs.begin(),
+                   IE = SI->second.IVs.end(); II != IE; ++II)
+              // Accept nonzero base here.
+              // Only reuse previous IV if it would not require type conversion.
+              if (!RequiresTypeConversion(II->Base->getType(), Ty)) {
+                IV = *II;
+                return SE->getIntegerSCEV(-1LL, Stride->getType());
+              }
+    }
   }
-  return 0;
+  return SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
 }
 
 /// PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue - Simple boolean predicate that
@@ -959,28 +1268,40 @@ static bool PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue(const BasedUser &Val) {
   return Val.isUseOfPostIncrementedValue;
 }
 
-/// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
-/// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
-/// may not be the only stride (we know it is if isOnlyStride is true).
-void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
-                                                      IVUsersOfOneStride &Uses,
-                                                      Loop *L,
-                                                      bool isOnlyStride) {
-  // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
-  // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
-  // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
-  // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
-  // have the full access expression to rewrite the use.
-  std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
+/// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
+/// not a constant.
+static bool isNonConstantNegative(const SCEVHandle &Expr) {
+  const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(Expr);
+  if (!Mul) return false;
+  
+  // If there is a constant factor, it will be first.
+  const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Mul->getOperand(0));
+  if (!SC) return false;
+  
+  // Return true if the value is negative, this matches things like (-42 * V).
+  return SC->getValue()->getValue().isNegative();
+}
+
+// CollectIVUsers - Transform our list of users and offsets to a bit more
+// complex table. In this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base', the base
+// of the strided accesses, as well as the old information from Uses. We
+// progressively move information from the Base field to the Imm field, until
+// we eventually have the full access expression to rewrite the use.
+SCEVHandle LoopStrengthReduce::CollectIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
+                                              IVUsersOfOneStride &Uses,
+                                              Loop *L,
+                                              bool &AllUsesAreAddresses,
+                                              bool &AllUsesAreOutsideLoop,
+                                       std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
   UsersToProcess.reserve(Uses.Users.size());
   for (unsigned i = 0, e = Uses.Users.size(); i != e; ++i) {
-    UsersToProcess.push_back(Uses.Users[i]);
+    UsersToProcess.push_back(BasedUser(Uses.Users[i], SE));
     
-    // Move any loop invariant operands from the offset field to the immediate
+    // Move any loop variant operands from the offset field to the immediate
     // field of the use, so that we don't try to use something before it is
     // computed.
-    MoveLoopVariantsToImediateField(UsersToProcess.back().Base,
-                                    UsersToProcess.back().Imm, L);
+    MoveLoopVariantsToImmediateField(UsersToProcess.back().Base,
+                                    UsersToProcess.back().Imm, L, SE);
     assert(UsersToProcess.back().Base->isLoopInvariant(L) &&
            "Base value is not loop invariant!");
   }
@@ -993,117 +1314,193 @@ void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
   // "A+B"), emit it to the preheader, then remove the expression from the
   // UsersToProcess base values.
   SCEVHandle CommonExprs =
-    RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess);
-  
+    RemoveCommonExpressionsFromUseBases(UsersToProcess, SE, L, TLI);
+
   // Next, figure out what we can represent in the immediate fields of
   // instructions.  If we can represent anything there, move it to the imm
   // fields of the BasedUsers.  We do this so that it increases the commonality
   // of the remaining uses.
+  unsigned NumPHI = 0;
+  bool HasAddress = false;
   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
     // If the user is not in the current loop, this means it is using the exit
     // value of the IV.  Do not put anything in the base, make sure it's all in
     // the immediate field to allow as much factoring as possible.
     if (!L->contains(UsersToProcess[i].Inst->getParent())) {
-      UsersToProcess[i].Imm = SCEVAddExpr::get(UsersToProcess[i].Imm,
-                                               UsersToProcess[i].Base);
+      UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm,
+                                             UsersToProcess[i].Base);
       UsersToProcess[i].Base = 
-        SCEVUnknown::getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
+        SE->getIntegerSCEV(0, UsersToProcess[i].Base->getType());
     } else {
-      
+      // Not all uses are outside the loop.
+      AllUsesAreOutsideLoop = false; 
+
       // Addressing modes can be folded into loads and stores.  Be careful that
       // the store is through the expression, not of the expression though.
-      bool isAddress = isa<LoadInst>(UsersToProcess[i].Inst);
-      if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UsersToProcess[i].Inst))
-        if (SI->getOperand(1) == UsersToProcess[i].OperandValToReplace)
-          isAddress = true;
+      bool isPHI = false;
+      bool isAddress = isAddressUse(UsersToProcess[i].Inst,
+                                    UsersToProcess[i].OperandValToReplace);
+      if (isa<PHINode>(UsersToProcess[i].Inst)) {
+        isPHI = true;
+        ++NumPHI;
+      }
+
+      if (isAddress)
+        HasAddress = true;
+     
+      // If this use isn't an address, then not all uses are addresses.
+      if (!isAddress && !isPHI)
+        AllUsesAreAddresses = false;
       
       MoveImmediateValues(TLI, UsersToProcess[i].Inst, UsersToProcess[i].Base,
-                          UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L);
+                          UsersToProcess[i].Imm, isAddress, L, SE);
     }
   }
 
-  // Check if it is possible to reuse a IV with stride that is factor of this
-  // stride. And the multiple is a number that can be encoded in the scale
-  // field of the target addressing mode.  And we will have a valid
-  // instruction after this substition, including the immediate field, if any.
-  PHINode *NewPHI = NULL;
-  Value   *IncV   = NULL;
-  IVExpr   ReuseIV;
-  unsigned RewriteFactor = CheckForIVReuse(Stride, ReuseIV,
-                                           CommonExprs->getType(),
-                                           UsersToProcess);
-  if (RewriteFactor != 0) {
-    DOUT << "BASED ON IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
-         << " and BASE " << *ReuseIV.Base << " :\n";
-    NewPHI = ReuseIV.PHI;
-    IncV   = ReuseIV.IncV;
-  }
+  // If one of the use is a PHI node and all other uses are addresses, still
+  // allow iv reuse. Essentially we are trading one constant multiplication
+  // for one fewer iv.
+  if (NumPHI > 1)
+    AllUsesAreAddresses = false;
+    
+  // There are no in-loop address uses.
+  if (AllUsesAreAddresses && (!HasAddress && !AllUsesAreOutsideLoop))
+    AllUsesAreAddresses = false;
 
-  const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
-  
-  // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
-  //
-  DOUT << "INSERTING IV of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
-       << *Stride << " and BASE " << *CommonExprs << " :\n";
+  return CommonExprs;
+}
 
-  SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
-  SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
-  
-  BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
-  Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
-  Instruction *PhiInsertBefore = L->getHeader()->begin();
-  
-  BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
+/// ShouldUseFullStrengthReductionMode - Test whether full strength-reduction
+/// is valid and profitable for the given set of users of a stride. In
+/// full strength-reduction mode, all addresses at the current stride are
+/// strength-reduced all the way down to pointer arithmetic.
+///
+bool LoopStrengthReduce::ShouldUseFullStrengthReductionMode(
+                                   const std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
+                                   const Loop *L,
+                                   bool AllUsesAreAddresses,
+                                   SCEVHandle Stride) {
+  if (!EnableFullLSRMode)
+    return false;
+
+  // The heuristics below aim to avoid increasing register pressure, but
+  // fully strength-reducing all the addresses increases the number of
+  // add instructions, so don't do this when optimizing for size.
+  // TODO: If the loop is large, the savings due to simpler addresses
+  // may oughtweight the costs of the extra increment instructions.
+  if (L->getHeader()->getParent()->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize))
+    return false;
+
+  // TODO: For now, don't do full strength reduction if there could
+  // potentially be greater-stride multiples of the current stride
+  // which could reuse the current stride IV.
+  if (StrideOrder.back() != Stride)
+    return false;
+
+  // Iterate through the uses to find conditions that automatically rule out
+  // full-lsr mode.
+  for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
+    const SCEV *Base = UsersToProcess[i].Base;
+    const SCEV *Imm = UsersToProcess[i].Imm;
+    // If any users have a loop-variant component, they can't be fully
+    // strength-reduced.
+    if (Imm && !Imm->isLoopInvariant(L))
+      return false;
+    // If there are to users with the same base and the difference between
+    // the two Imm values can't be folded into the address, full
+    // strength reduction would increase register pressure.
+    do {
+      const SCEV *CurImm = UsersToProcess[i].Imm;
+      if ((CurImm || Imm) && CurImm != Imm) {
+        if (!CurImm) CurImm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
+        if (!Imm)       Imm = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
+        const Instruction *Inst = UsersToProcess[i].Inst;
+        const Type *UseTy = getAccessType(Inst);
+        SCEVHandle Diff = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
+        if (!Diff->isZero() &&
+            (!AllUsesAreAddresses ||
+             !fitsInAddressMode(Diff, UseTy, TLI, /*HasBaseReg=*/true)))
+          return false;
+      }
+    } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
+  }
 
+  // If there's exactly one user in this stride, fully strength-reducing it
+  // won't increase register pressure. If it's starting from a non-zero base,
+  // it'll be simpler this way.
+  if (UsersToProcess.size() == 1 && !UsersToProcess[0].Base->isZero())
+    return true;
 
-  // Emit the initial base value into the loop preheader.
-  Value *CommonBaseV
-    = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, PreInsertPt,
-                                      ReplacedTy);
+  // Otherwise, if there are any users in this stride that don't require
+  // a register for their base, full strength-reduction will increase
+  // register pressure.
+  for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
+    if (UsersToProcess[i].Base->isZero())
+      return false;
 
-  if (RewriteFactor == 0) {
-    // Create a new Phi for this base, and stick it in the loop header.
-    NewPHI = new PHINode(ReplacedTy, "iv.", PhiInsertBefore);
-    ++NumInserted;
-  
-    // Add common base to the new Phi node.
-    NewPHI->addIncoming(CommonBaseV, Preheader);
-
-    // Insert the stride into the preheader.
-    Value *StrideV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Stride, PreInsertPt,
-                                                     ReplacedTy);
-    if (!isa<ConstantInt>(StrideV)) ++NumVariable;
-
-    // Emit the increment of the base value before the terminator of the loop
-    // latch block, and add it to the Phi node.
-    SCEVHandle IncExp = SCEVAddExpr::get(SCEVUnknown::get(NewPHI),
-                                         SCEVUnknown::get(StrideV));
-  
-    IncV = Rewriter.expandCodeFor(IncExp, LatchBlock->getTerminator(),
-                                  ReplacedTy);
-    IncV->setName(NewPHI->getName()+".inc");
-    NewPHI->addIncoming(IncV, LatchBlock);
+  // Otherwise, go for it.
+  return true;
+}
 
-    // Remember this in case a later stride is multiple of this.
-    IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, NewPHI, IncV);
+/// InsertAffinePhi Create and insert a PHI node for an induction variable
+/// with the specified start and step values in the specified loop.
+///
+/// If NegateStride is true, the stride should be negated by using a
+/// subtract instead of an add.
+///
+/// Return the created phi node.
+///
+static PHINode *InsertAffinePhi(SCEVHandle Start, SCEVHandle Step,
+                                const Loop *L,
+                                SCEVExpander &Rewriter) {
+  assert(Start->isLoopInvariant(L) && "New PHI start is not loop invariant!");
+  assert(Step->isLoopInvariant(L) && "New PHI stride is not loop invariant!");
+
+  BasicBlock *Header = L->getHeader();
+  BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
+  BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
+  const Type *Ty = Start->getType();
+  Ty = Rewriter.SE.getEffectiveSCEVType(Ty);
+
+  PHINode *PN = PHINode::Create(Ty, "lsr.iv", Header->begin());
+  PN->addIncoming(Rewriter.expandCodeFor(Start, Ty, Preheader->getTerminator()),
+                  Preheader);
+
+  // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the
+  // increment.
+  bool isNegative = isNonConstantNegative(Step);
+  SCEVHandle IncAmount = Step;
+  if (isNegative)
+    IncAmount = Rewriter.SE.getNegativeSCEV(Step);
+
+  // Insert an add instruction right before the terminator corresponding
+  // to the back-edge.
+  Value *StepV = Rewriter.expandCodeFor(IncAmount, Ty,
+                                        Preheader->getTerminator());
+  Instruction *IncV;
+  if (isNegative) {
+    IncV = BinaryOperator::CreateSub(PN, StepV, "lsr.iv.next",
+                                     LatchBlock->getTerminator());
   } else {
-    Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
-    if (!C ||
-        (!C->isNullValue() &&
-         !isTargetConstant(SCEVUnknown::get(CommonBaseV), ReplacedTy, TLI)))
-      // We want the common base emitted into the preheader! This is just
-      // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
-      CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(), 
-                                    "commonbase", PreInsertPt);
+    IncV = BinaryOperator::CreateAdd(PN, StepV, "lsr.iv.next",
+                                     LatchBlock->getTerminator());
   }
+  if (!isa<ConstantInt>(StepV)) ++NumVariable;
+
+  PN->addIncoming(IncV, LatchBlock);
 
+  ++NumInserted;
+  return PN;
+}
+
+static void SortUsersToProcess(std::vector<BasedUser> &UsersToProcess) {
   // We want to emit code for users inside the loop first.  To do this, we
   // rearrange BasedUser so that the entries at the end have
   // isUseOfPostIncrementedValue = false, because we pop off the end of the
   // vector (so we handle them first).
   std::partition(UsersToProcess.begin(), UsersToProcess.end(),
                  PartitionByIsUseOfPostIncrementedValue);
-  
+
   // Sort this by base, so that things with the same base are handled
   // together.  By partitioning first and stable-sorting later, we are
   // guaranteed that within each base we will pop off users from within the
@@ -1117,8 +1514,8 @@ void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
   for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
     // Get a base value.
     SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
-    
-    // Compact everything with this base to be consequetive with this one.
+
+    // Compact everything with this base to be consecutive with this one.
     for (unsigned j = i+1; j != e; ++j) {
       if (UsersToProcess[j].Base == Base) {
         std::swap(UsersToProcess[i+1], UsersToProcess[j]);
@@ -1126,28 +1523,273 @@ void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
       }
     }
   }
+}
 
-  // Process all the users now.  This outer loop handles all bases, the inner
+/// PrepareToStrengthReduceFully - Prepare to fully strength-reduce
+/// UsersToProcess, meaning lowering addresses all the way down to direct
+/// pointer arithmetic.
+///
+void
+LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFully(
+                                        std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
+                                        SCEVHandle Stride,
+                                        SCEVHandle CommonExprs,
+                                        const Loop *L,
+                                        SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
+  DOUT << "  Fully reducing all users\n";
+
+  // Rewrite the UsersToProcess records, creating a separate PHI for each
+  // unique Base value.
+  for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ) {
+    // TODO: The uses are grouped by base, but not sorted. We arbitrarily
+    // pick the first Imm value here to start with, and adjust it for the
+    // other uses.
+    SCEVHandle Imm = UsersToProcess[i].Imm;
+    SCEVHandle Base = UsersToProcess[i].Base;
+    SCEVHandle Start = SE->getAddExpr(CommonExprs, Base, Imm);
+    PHINode *Phi = InsertAffinePhi(Start, Stride, L,
+                                   PreheaderRewriter);
+    // Loop over all the users with the same base.
+    do {
+      UsersToProcess[i].Base = SE->getIntegerSCEV(0, Stride->getType());
+      UsersToProcess[i].Imm = SE->getMinusSCEV(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
+      UsersToProcess[i].Phi = Phi;
+      assert(UsersToProcess[i].Imm->isLoopInvariant(L) &&
+             "ShouldUseFullStrengthReductionMode should reject this!");
+    } while (++i != e && Base == UsersToProcess[i].Base);
+  }
+}
+
+/// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Insert a new induction variable for the
+/// given users to share.
+///
+void
+LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(
+                                         std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
+                                         SCEVHandle Stride,
+                                         SCEVHandle CommonExprs,
+                                         Value *CommonBaseV,
+                                         const Loop *L,
+                                         SCEVExpander &PreheaderRewriter) {
+  DOUT << "  Inserting new PHI:\n";
+
+  PHINode *Phi = InsertAffinePhi(SE->getUnknown(CommonBaseV),
+                                 Stride, L,
+                                 PreheaderRewriter);
+
+  // Remember this in case a later stride is multiple of this.
+  IVsByStride[Stride].addIV(Stride, CommonExprs, Phi);
+
+  // All the users will share this new IV.
+  for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
+    UsersToProcess[i].Phi = Phi;
+
+  DOUT << "    IV=";
+  DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, Phi, /*PrintType=*/false));
+  DOUT << "\n";
+}
+
+/// PrepareToStrengthReduceWithNewPhi - Prepare for the given users to reuse
+/// an induction variable with a stride that is a factor of the current
+/// induction variable.
+///
+void
+LoopStrengthReduce::PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(
+                                         std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
+                                         Value *CommonBaseV,
+                                         const IVExpr &ReuseIV,
+                                         Instruction *PreInsertPt) {
+  DOUT << "  Rewriting in terms of existing IV of STRIDE " << *ReuseIV.Stride
+       << " and BASE " << *ReuseIV.Base << "\n";
+
+  // All the users will share the reused IV.
+  for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
+    UsersToProcess[i].Phi = ReuseIV.PHI;
+
+  Constant *C = dyn_cast<Constant>(CommonBaseV);
+  if (C &&
+      (!C->isNullValue() &&
+       !fitsInAddressMode(SE->getUnknown(CommonBaseV), CommonBaseV->getType(),
+                         TLI, false)))
+    // We want the common base emitted into the preheader! This is just
+    // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
+    CommonBaseV = new BitCastInst(CommonBaseV, CommonBaseV->getType(),
+                                  "commonbase", PreInsertPt);
+}
+
+static bool IsImmFoldedIntoAddrMode(GlobalValue *GV, int64_t Offset,
+                                    const Type *AccessTy,
+                                   std::vector<BasedUser> &UsersToProcess,
+                                   const TargetLowering *TLI) {
+  SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
+  for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i) {
+    if (UsersToProcess[i].isUseOfPostIncrementedValue)
+      continue;
+    ExtAddrMode AddrMode =
+      AddressingModeMatcher::Match(UsersToProcess[i].OperandValToReplace,
+                                   AccessTy, UsersToProcess[i].Inst,
+                                   AddrModeInsts, *TLI);
+    if (GV && GV != AddrMode.BaseGV)
+      return false;
+    if (Offset && !AddrMode.BaseOffs)
+      // FIXME: How to accurate check it's immediate offset is folded.
+      return false;
+    AddrModeInsts.clear();
+  }
+  return true;
+}
+
+/// StrengthReduceStridedIVUsers - Strength reduce all of the users of a single
+/// stride of IV.  All of the users may have different starting values, and this
+/// may not be the only stride.
+void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
+                                                      IVUsersOfOneStride &Uses,
+                                                      Loop *L) {
+  // If all the users are moved to another stride, then there is nothing to do.
+  if (Uses.Users.empty())
+    return;
+
+  // Keep track if every use in UsersToProcess is an address. If they all are,
+  // we may be able to rewrite the entire collection of them in terms of a
+  // smaller-stride IV.
+  bool AllUsesAreAddresses = true;
+
+  // Keep track if every use of a single stride is outside the loop.  If so,
+  // we want to be more aggressive about reusing a smaller-stride IV; a
+  // multiply outside the loop is better than another IV inside.  Well, usually.
+  bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
+
+  // Transform our list of users and offsets to a bit more complex table.  In
+  // this new vector, each 'BasedUser' contains 'Base' the base of the
+  // strided accessas well as the old information from Uses.  We progressively
+  // move information from the Base field to the Imm field, until we eventually
+  // have the full access expression to rewrite the use.
+  std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
+  SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(Stride, Uses, L, AllUsesAreAddresses,
+                                          AllUsesAreOutsideLoop,
+                                          UsersToProcess);
+
+  // Sort the UsersToProcess array so that users with common bases are
+  // next to each other.
+  SortUsersToProcess(UsersToProcess);
+
+  // If we managed to find some expressions in common, we'll need to carry
+  // their value in a register and add it in for each use. This will take up
+  // a register operand, which potentially restricts what stride values are
+  // valid.
+  bool HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
+  const Type *ReplacedTy = CommonExprs->getType();
+
+  // If all uses are addresses, consider sinking the immediate part of the
+  // common expression back into uses if they can fit in the immediate fields.
+  if (TLI && HaveCommonExprs && AllUsesAreAddresses) {
+    SCEVHandle NewCommon = CommonExprs;
+    SCEVHandle Imm = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
+    MoveImmediateValues(TLI, Type::VoidTy, NewCommon, Imm, true, L, SE);
+    if (!Imm->isZero()) {
+      bool DoSink = true;
+
+      // If the immediate part of the common expression is a GV, check if it's
+      // possible to fold it into the target addressing mode.
+      GlobalValue *GV = 0;
+      if (const SCEVUnknown *SU = dyn_cast<SCEVUnknown>(Imm))
+        GV = dyn_cast<GlobalValue>(SU->getValue());
+      int64_t Offset = 0;
+      if (const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(Imm))
+        Offset = SC->getValue()->getSExtValue();
+      if (GV || Offset)
+        // Pass VoidTy as the AccessTy to be conservative, because
+        // there could be multiple access types among all the uses.
+        DoSink = IsImmFoldedIntoAddrMode(GV, Offset, Type::VoidTy,
+                                         UsersToProcess, TLI);
+
+      if (DoSink) {
+        DOUT << "  Sinking " << *Imm << " back down into uses\n";
+        for (unsigned i = 0, e = UsersToProcess.size(); i != e; ++i)
+          UsersToProcess[i].Imm = SE->getAddExpr(UsersToProcess[i].Imm, Imm);
+        CommonExprs = NewCommon;
+        HaveCommonExprs = !CommonExprs->isZero();
+        ++NumImmSunk;
+      }
+    }
+  }
+
+  // Now that we know what we need to do, insert the PHI node itself.
+  //
+  DOUT << "LSR: Examining IVs of TYPE " << *ReplacedTy << " of STRIDE "
+       << *Stride << ":\n"
+       << "  Common base: " << *CommonExprs << "\n";
+
+  SCEVExpander Rewriter(*SE, *LI);
+  SCEVExpander PreheaderRewriter(*SE, *LI);
+
+  BasicBlock  *Preheader = L->getLoopPreheader();
+  Instruction *PreInsertPt = Preheader->getTerminator();
+  BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
+
+  Value *CommonBaseV = Constant::getNullValue(ReplacedTy);
+
+  SCEVHandle RewriteFactor = SE->getIntegerSCEV(0, ReplacedTy);
+  IVExpr   ReuseIV(SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
+                   SE->getIntegerSCEV(0, Type::Int32Ty),
+                   0);
+
+  /// Choose a strength-reduction strategy and prepare for it by creating
+  /// the necessary PHIs and adjusting the bookkeeping.
+  if (ShouldUseFullStrengthReductionMode(UsersToProcess, L,
+                                         AllUsesAreAddresses, Stride)) {
+    PrepareToStrengthReduceFully(UsersToProcess, Stride, CommonExprs, L,
+                                 PreheaderRewriter);
+  } else {
+    // Emit the initial base value into the loop preheader.
+    CommonBaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(CommonExprs, ReplacedTy,
+                                                  PreInsertPt);
+
+    // If all uses are addresses, check if it is possible to reuse an IV with a
+    // stride that is a factor of this stride. And that the multiple is a number
+    // that can be encoded in the scale field of the target addressing mode. And
+    // that we will have a valid instruction after this substition, including
+    // the immediate field, if any.
+    RewriteFactor = CheckForIVReuse(HaveCommonExprs, AllUsesAreAddresses,
+                                    AllUsesAreOutsideLoop,
+                                    Stride, ReuseIV, ReplacedTy,
+                                    UsersToProcess);
+    if (isa<SCEVConstant>(RewriteFactor) &&
+        cast<SCEVConstant>(RewriteFactor)->isZero())
+      PrepareToStrengthReduceWithNewPhi(UsersToProcess, Stride, CommonExprs,
+                                        CommonBaseV, L, PreheaderRewriter);
+    else
+      PrepareToStrengthReduceFromSmallerStride(UsersToProcess, CommonBaseV,
+                                               ReuseIV, PreInsertPt);
+  }
+
+  // Process all the users now, replacing their strided uses with
+  // strength-reduced forms.  This outer loop handles all bases, the inner
   // loop handles all users of a particular base.
   while (!UsersToProcess.empty()) {
     SCEVHandle Base = UsersToProcess.back().Base;
+    Instruction *Inst = UsersToProcess.back().Inst;
 
-    DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":\n";
-   
     // Emit the code for Base into the preheader.
-    Value *BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, PreInsertPt,
-                                                   ReplacedTy);
-    
-    // If BaseV is a constant other than 0, make sure that it gets inserted into
-    // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We do
-    // this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the preheader 
-    // in this case.
-    if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(BaseV)) {
-      if (!C->isNullValue() && !isTargetConstant(Base, ReplacedTy, TLI)) {
+    Value *BaseV = 0;
+    if (!Base->isZero()) {
+      BaseV = PreheaderRewriter.expandCodeFor(Base, Base->getType(),
+                                              PreInsertPt);
+
+      DOUT << "  INSERTING code for BASE = " << *Base << ":";
+      if (BaseV->hasName())
+        DOUT << " Result value name = %" << BaseV->getNameStr();
+      DOUT << "\n";
+
+      // If BaseV is a non-zero constant, make sure that it gets inserted into
+      // the preheader, instead of being forward substituted into the uses.  We
+      // do this by forcing a BitCast (noop cast) to be inserted into the
+      // preheader in this case.
+      if (!fitsInAddressMode(Base, getAccessType(Inst), TLI, false)) {
         // We want this constant emitted into the preheader! This is just
         // using cast as a copy so BitCast (no-op cast) is appropriate
         BaseV = new BitCastInst(BaseV, BaseV->getType(), "preheaderinsert",
-                             PreInsertPt);       
+                                PreInsertPt);       
       }
     }
 
@@ -1157,59 +1799,102 @@ void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
       // FIXME: Use emitted users to emit other users.
       BasedUser &User = UsersToProcess.back();
 
+      DOUT << "    Examining use ";
+      DEBUG(WriteAsOperand(*DOUT, UsersToProcess.back().OperandValToReplace,
+                           /*PrintType=*/false));
+      DOUT << " in Inst: " << *(User.Inst);
+
       // If this instruction wants to use the post-incremented value, move it
       // after the post-inc and use its value instead of the PHI.
-      Value *RewriteOp = NewPHI;
+      Value *RewriteOp = User.Phi;
       if (User.isUseOfPostIncrementedValue) {
-        RewriteOp = IncV;
+        RewriteOp = User.Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
 
         // If this user is in the loop, make sure it is the last thing in the
         // loop to ensure it is dominated by the increment.
         if (L->contains(User.Inst->getParent()))
           User.Inst->moveBefore(LatchBlock->getTerminator());
       }
-      if (RewriteOp->getType() != ReplacedTy) {
-        Instruction::CastOps opcode = Instruction::Trunc;
-        if (ReplacedTy->getPrimitiveSizeInBits() ==
-            RewriteOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
-          opcode = Instruction::BitCast;
-        RewriteOp = SCEVExpander::InsertCastOfTo(opcode, RewriteOp, ReplacedTy);
+
+      SCEVHandle RewriteExpr = SE->getUnknown(RewriteOp);
+
+      if (SE->getTypeSizeInBits(RewriteOp->getType()) !=
+          SE->getTypeSizeInBits(ReplacedTy)) {
+        assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteOp->getType()) >
+               SE->getTypeSizeInBits(ReplacedTy) &&
+               "Unexpected widening cast!");
+        RewriteExpr = SE->getTruncateExpr(RewriteExpr, ReplacedTy);
       }
 
-      SCEVHandle RewriteExpr = SCEVUnknown::get(RewriteOp);
+      // If we had to insert new instructions for RewriteOp, we have to
+      // consider that they may not have been able to end up immediately
+      // next to RewriteOp, because non-PHI instructions may never precede
+      // PHI instructions in a block. In this case, remember where the last
+      // instruction was inserted so that if we're replacing a different
+      // PHI node, we can use the later point to expand the final
+      // RewriteExpr.
+      Instruction *NewBasePt = dyn_cast<Instruction>(RewriteOp);
+      if (RewriteOp == User.Phi) NewBasePt = 0;
 
       // Clear the SCEVExpander's expression map so that we are guaranteed
       // to have the code emitted where we expect it.
       Rewriter.clear();
 
       // If we are reusing the iv, then it must be multiplied by a constant
-      // factor take advantage of addressing mode scale component.
-      if (RewriteFactor != 0) {
-        RewriteExpr =
-          SCEVMulExpr::get(SCEVUnknown::getIntegerSCEV(RewriteFactor,
-                                                       RewriteExpr->getType()),
-                           RewriteExpr);
+      // factor to take advantage of the addressing mode scale component.
+      if (!RewriteFactor->isZero()) {
+        // If we're reusing an IV with a nonzero base (currently this happens
+        // only when all reuses are outside the loop) subtract that base here.
+        // The base has been used to initialize the PHI node but we don't want
+        // it here.
+        if (!ReuseIV.Base->isZero()) {
+          SCEVHandle typedBase = ReuseIV.Base;
+          if (SE->getTypeSizeInBits(RewriteExpr->getType()) !=
+              SE->getTypeSizeInBits(ReuseIV.Base->getType())) {
+            // It's possible the original IV is a larger type than the new IV,
+            // in which case we have to truncate the Base.  We checked in
+            // RequiresTypeConversion that this is valid.
+            assert(SE->getTypeSizeInBits(RewriteExpr->getType()) <
+                   SE->getTypeSizeInBits(ReuseIV.Base->getType()) &&
+                   "Unexpected lengthening conversion!");
+            typedBase = SE->getTruncateExpr(ReuseIV.Base, 
+                                            RewriteExpr->getType());
+          }
+          RewriteExpr = SE->getMinusSCEV(RewriteExpr, typedBase);
+        }
+
+        // Multiply old variable, with base removed, by new scale factor.
+        RewriteExpr = SE->getMulExpr(RewriteFactor,
+                                     RewriteExpr);
 
         // The common base is emitted in the loop preheader. But since we
         // are reusing an IV, it has not been used to initialize the PHI node.
         // Add it to the expression used to rewrite the uses.
-        if (!isa<ConstantInt>(CommonBaseV) ||
-            !cast<ConstantInt>(CommonBaseV)->isZero())
-          RewriteExpr = SCEVAddExpr::get(RewriteExpr,
-                                         SCEVUnknown::get(CommonBaseV));
+        // When this use is outside the loop, we earlier subtracted the
+        // common base, and are adding it back here.  Use the same expression
+        // as before, rather than CommonBaseV, so DAGCombiner will zap it.
+        if (!CommonExprs->isZero()) {
+          if (L->contains(User.Inst->getParent()))
+            RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr,
+                                       SE->getUnknown(CommonBaseV));
+          else
+            RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, CommonExprs);
+        }
       }
 
       // Now that we know what we need to do, insert code before User for the
       // immediate and any loop-variant expressions.
-      if (!isa<ConstantInt>(BaseV) || !cast<ConstantInt>(BaseV)->isZero())
+      if (BaseV)
         // Add BaseV to the PHI value if needed.
-        RewriteExpr = SCEVAddExpr::get(RewriteExpr, SCEVUnknown::get(BaseV));
+        RewriteExpr = SE->getAddExpr(RewriteExpr, SE->getUnknown(BaseV));
 
-      User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, Rewriter, L, this);
+      User.RewriteInstructionToUseNewBase(RewriteExpr, NewBasePt,
+                                          Rewriter, L, this,
+                                          DeadInsts);
 
-      // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is elminated
+      // Mark old value we replaced as possibly dead, so that it is eliminated
       // if we just replaced the last use of that value.
-      DeadInsts.insert(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
+      DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(User.OperandValToReplace));
 
       UsersToProcess.pop_back();
       ++NumReduced;
@@ -1224,10 +1909,10 @@ void LoopStrengthReduce::StrengthReduceStridedIVUsers(const SCEVHandle &Stride,
   // different starting values, into different PHIs.
 }
 
-/// FindIVForUser - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
+/// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
 /// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
 /// false.
-bool LoopStrengthReduce::FindIVForUser(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
+bool LoopStrengthReduce::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
                                        const SCEVHandle *&CondStride) {
   for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e && !CondUse;
        ++Stride) {
@@ -1249,12 +1934,457 @@ bool LoopStrengthReduce::FindIVForUser(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse,
   return false;
 }    
 
+namespace {
+  // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
+  // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
+  // e.g.
+  // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
+  struct StrideCompare {
+    const ScalarEvolution *SE;
+    explicit StrideCompare(const ScalarEvolution *se) : SE(se) {}
+
+    bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
+      const SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
+      const SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
+      if (LHSC && RHSC) {
+        int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
+        int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
+        uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
+        uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
+        if (ALV == ARV) {
+          if (LV != RV)
+            return LV > RV;
+        } else {
+          return ALV < ARV;
+        }
+
+        // If it's the same value but different type, sort by bit width so
+        // that we emit larger induction variables before smaller
+        // ones, letting the smaller be re-written in terms of larger ones.
+        return SE->getTypeSizeInBits(RHS->getType()) <
+               SE->getTypeSizeInBits(LHS->getType());
+      }
+      return LHSC && !RHSC;
+    }
+  };
+}
+
+/// ChangeCompareStride - If a loop termination compare instruction is the
+/// only use of its stride, and the compaison is against a constant value,
+/// try eliminate the stride by moving the compare instruction to another
+/// stride and change its constant operand accordingly. e.g.
+///
+/// loop:
+/// ...
+/// v1 = v1 + 3
+/// v2 = v2 + 1
+/// if (v2 < 10) goto loop
+/// =>
+/// loop:
+/// ...
+/// v1 = v1 + 3
+/// if (v1 < 30) goto loop
+ICmpInst *LoopStrengthReduce::ChangeCompareStride(Loop *L, ICmpInst *Cond,
+                                                IVStrideUse* &CondUse,
+                                                const SCEVHandle* &CondStride) {
+  if (StrideOrder.size() < 2 ||
+      IVUsesByStride[*CondStride].Users.size() != 1)
+    return Cond;
+  const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*CondStride);
+  if (!SC) return Cond;
+
+  ICmpInst::Predicate Predicate = Cond->getPredicate();
+  int64_t CmpSSInt = SC->getValue()->getSExtValue();
+  unsigned BitWidth = SE->getTypeSizeInBits((*CondStride)->getType());
+  uint64_t SignBit = 1ULL << (BitWidth-1);
+  const Type *CmpTy = Cond->getOperand(0)->getType();
+  const Type *NewCmpTy = NULL;
+  unsigned TyBits = SE->getTypeSizeInBits(CmpTy);
+  unsigned NewTyBits = 0;
+  SCEVHandle *NewStride = NULL;
+  Value *NewCmpLHS = NULL;
+  Value *NewCmpRHS = NULL;
+  int64_t Scale = 1;
+  SCEVHandle NewOffset = SE->getIntegerSCEV(0, CmpTy);
+
+  if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Cond->getOperand(1))) {
+    int64_t CmpVal = C->getValue().getSExtValue();
+
+    // Check stride constant and the comparision constant signs to detect
+    // overflow.
+    if ((CmpVal & SignBit) != (CmpSSInt & SignBit))
+      return Cond;
+
+    // Look for a suitable stride / iv as replacement.
+    for (unsigned i = 0, e = StrideOrder.size(); i != e; ++i) {
+      std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
+        IVUsesByStride.find(StrideOrder[i]);
+      if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
+        continue;
+      int64_t SSInt = cast<SCEVConstant>(SI->first)->getValue()->getSExtValue();
+      if (SSInt == CmpSSInt ||
+          abs(SSInt) < abs(CmpSSInt) ||
+          (SSInt % CmpSSInt) != 0)
+        continue;
+
+      Scale = SSInt / CmpSSInt;
+      int64_t NewCmpVal = CmpVal * Scale;
+      APInt Mul = APInt(BitWidth, NewCmpVal);
+      // Check for overflow.
+      if (Mul.getSExtValue() != NewCmpVal)
+        continue;
+
+      // Watch out for overflow.
+      if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate) &&
+          (CmpVal & SignBit) != (NewCmpVal & SignBit))
+        continue;
+
+      if (NewCmpVal == CmpVal)
+        continue;
+      // Pick the best iv to use trying to avoid a cast.
+      NewCmpLHS = NULL;
+      for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
+             E = SI->second.Users.end(); UI != E; ++UI) {
+        NewCmpLHS = UI->OperandValToReplace;
+        if (NewCmpLHS->getType() == CmpTy)
+          break;
+      }
+      if (!NewCmpLHS)
+        continue;
+
+      NewCmpTy = NewCmpLHS->getType();
+      NewTyBits = SE->getTypeSizeInBits(NewCmpTy);
+      const Type *NewCmpIntTy = IntegerType::get(NewTyBits);
+      if (RequiresTypeConversion(NewCmpTy, CmpTy)) {
+        // Check if it is possible to rewrite it using
+        // an iv / stride of a smaller integer type.
+        unsigned Bits = NewTyBits;
+        if (ICmpInst::isSignedPredicate(Predicate))
+          --Bits;
+        uint64_t Mask = (1ULL << Bits) - 1;
+        if (((uint64_t)NewCmpVal & Mask) != (uint64_t)NewCmpVal)
+          continue;
+      }
+
+      // Don't rewrite if use offset is non-constant and the new type is
+      // of a different type.
+      // FIXME: too conservative?
+      if (NewTyBits != TyBits && !isa<SCEVConstant>(CondUse->Offset))
+        continue;
+
+      bool AllUsesAreAddresses = true;
+      bool AllUsesAreOutsideLoop = true;
+      std::vector<BasedUser> UsersToProcess;
+      SCEVHandle CommonExprs = CollectIVUsers(SI->first, SI->second, L,
+                                              AllUsesAreAddresses,
+                                              AllUsesAreOutsideLoop,
+                                              UsersToProcess);
+      // Avoid rewriting the compare instruction with an iv of new stride
+      // if it's likely the new stride uses will be rewritten using the
+      // stride of the compare instruction.
+      if (AllUsesAreAddresses &&
+          ValidStride(!CommonExprs->isZero(), Scale, UsersToProcess))
+        continue;
+
+      // If scale is negative, use swapped predicate unless it's testing
+      // for equality.
+      if (Scale < 0 && !Cond->isEquality())
+        Predicate = ICmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
+
+      NewStride = &StrideOrder[i];
+      if (!isa<PointerType>(NewCmpTy))
+        NewCmpRHS = ConstantInt::get(NewCmpTy, NewCmpVal);
+      else {
+        ConstantInt *CI = ConstantInt::get(NewCmpIntTy, NewCmpVal);
+        NewCmpRHS = ConstantExpr::getIntToPtr(CI, NewCmpTy);
+      }
+      NewOffset = TyBits == NewTyBits
+        ? SE->getMulExpr(CondUse->Offset,
+                         SE->getConstant(ConstantInt::get(CmpTy, Scale)))
+        : SE->getConstant(ConstantInt::get(NewCmpIntTy,
+          cast<SCEVConstant>(CondUse->Offset)->getValue()->getSExtValue()*Scale));
+      break;
+    }
+  }
+
+  // Forgo this transformation if it the increment happens to be
+  // unfortunately positioned after the condition, and the condition
+  // has multiple uses which prevent it from being moved immediately
+  // before the branch. See
+  // test/Transforms/LoopStrengthReduce/change-compare-stride-trickiness-*.ll
+  // for an example of this situation.
+  if (!Cond->hasOneUse()) {
+    for (BasicBlock::iterator I = Cond, E = Cond->getParent()->end();
+         I != E; ++I)
+      if (I == NewCmpLHS)
+        return Cond;
+  }
+
+  if (NewCmpRHS) {
+    // Create a new compare instruction using new stride / iv.
+    ICmpInst *OldCond = Cond;
+    // Insert new compare instruction.
+    Cond = new ICmpInst(Predicate, NewCmpLHS, NewCmpRHS,
+                        L->getHeader()->getName() + ".termcond",
+                        OldCond);
+
+    // Remove the old compare instruction. The old indvar is probably dead too.
+    DeadInsts.push_back(cast<Instruction>(CondUse->OperandValToReplace));
+    SE->deleteValueFromRecords(OldCond);
+    OldCond->replaceAllUsesWith(Cond);
+    OldCond->eraseFromParent();
+
+    IVUsesByStride[*CondStride].Users.pop_back();
+    IVUsesByStride[*NewStride].addUser(NewOffset, Cond, NewCmpLHS);
+    CondUse = &IVUsesByStride[*NewStride].Users.back();
+    CondStride = NewStride;
+    ++NumEliminated;
+    Changed = true;
+  }
+
+  return Cond;
+}
+
+/// OptimizeSMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
+/// an smax computation.
+///
+/// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
+/// like this:
+///
+///   i = 0;
+///   do {
+///     p[i] = 0.0;
+///   } while (++i < n);
+///
+/// where the comparison is signed, the trip count isn't just 'n', because
+/// 'n' could be negative. And unfortunately this can come up even for loops
+/// where the user didn't use a C do-while loop. For example, seemingly
+/// well-behaved top-test loops will commonly be lowered like this:
+//
+///   if (n > 0) {
+///     i = 0;
+///     do {
+///       p[i] = 0.0;
+///     } while (++i < n);
+///   }
+///
+/// and then it's possible for subsequent optimization to obscure the if
+/// test in such a way that indvars can't find it.
+///
+/// When indvars can't find the if test in loops like this, it creates a
+/// signed-max expression, which allows it to give the loop a canonical
+/// induction variable:
+///
+///   i = 0;
+///   smax = n < 1 ? 1 : n;
+///   do {
+///     p[i] = 0.0;
+///   } while (++i != smax);
+///
+/// Canonical induction variables are necessary because the loop passes
+/// are designed around them. The most obvious example of this is the
+/// LoopInfo analysis, which doesn't remember trip count values. It
+/// expects to be able to rediscover the trip count each time it is
+/// needed, and it does this using a simple analyis that only succeeds if
+/// the loop has a canonical induction variable.
+///
+/// However, when it comes time to generate code, the maximum operation
+/// can be quite costly, especially if it's inside of an outer loop.
+///
+/// This function solves this problem by detecting this type of loop and
+/// rewriting their conditions from ICMP_NE back to ICMP_SLT, and deleting
+/// the instructions for the maximum computation.
+///
+ICmpInst *LoopStrengthReduce::OptimizeSMax(Loop *L, ICmpInst *Cond,
+                                           IVStrideUse* &CondUse) {
+  // Check that the loop matches the pattern we're looking for.
+  if (Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_EQ &&
+      Cond->getPredicate() != CmpInst::ICMP_NE)
+    return Cond;
+
+  SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Cond->getOperand(1));
+  if (!Sel || !Sel->hasOneUse()) return Cond;
+
+  SCEVHandle BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
+  if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
+    return Cond;
+  SCEVHandle One = SE->getIntegerSCEV(1, BackedgeTakenCount->getType());
+
+  // Add one to the backedge-taken count to get the trip count.
+  SCEVHandle IterationCount = SE->getAddExpr(BackedgeTakenCount, One);
+
+  // Check for a max calculation that matches the pattern.
+  SCEVSMaxExpr *SMax = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(IterationCount);
+  if (!SMax || SMax != SE->getSCEV(Sel)) return Cond;
+
+  SCEVHandle SMaxLHS = SMax->getOperand(0);
+  SCEVHandle SMaxRHS = SMax->getOperand(1);
+  if (!SMaxLHS || SMaxLHS != One) return Cond;
+
+  // Check the relevant induction variable for conformance to
+  // the pattern.
+  SCEVHandle IV = SE->getSCEV(Cond->getOperand(0));
+  const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(IV);
+  if (!AR || !AR->isAffine() ||
+      AR->getStart() != One ||
+      AR->getStepRecurrence(*SE) != One)
+    return Cond;
+
+  assert(AR->getLoop() == L &&
+         "Loop condition operand is an addrec in a different loop!");
+
+  // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
+  // be used in the new comparison instruction.
+  Value *NewRHS = 0;
+  if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(1)) == SMaxRHS)
+    NewRHS = Sel->getOperand(1);
+  else if (SE->getSCEV(Sel->getOperand(2)) == SMaxRHS)
+    NewRHS = Sel->getOperand(2);
+  if (!NewRHS) return Cond;
+
+  // Ok, everything looks ok to change the condition into an SLT or SGE and
+  // delete the max calculation.
+  ICmpInst *NewCond =
+    new ICmpInst(Cond->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE ?
+                   CmpInst::ICMP_SLT :
+                   CmpInst::ICMP_SGE,
+                 Cond->getOperand(0), NewRHS, "scmp", Cond);
+
+  // Delete the max calculation instructions.
+  SE->deleteValueFromRecords(Cond);
+  Cond->replaceAllUsesWith(NewCond);
+  Cond->eraseFromParent();
+  Instruction *Cmp = cast<Instruction>(Sel->getOperand(0));
+  SE->deleteValueFromRecords(Sel);
+  Sel->eraseFromParent();
+  if (Cmp->use_empty()) {
+    SE->deleteValueFromRecords(Cmp);
+    Cmp->eraseFromParent();
+  }
+  CondUse->User = NewCond;
+  return NewCond;
+}
+
+/// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
+/// inside the loop then try to eliminate the cast opeation.
+void LoopStrengthReduce::OptimizeShadowIV(Loop *L) {
+
+  SCEVHandle BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
+  if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
+    return;
+
+  for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e;
+       ++Stride) {
+    std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
+      IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
+    assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
+    if (!isa<SCEVConstant>(SI->first))
+      continue;
+
+    for (std::vector<IVStrideUse>::iterator UI = SI->second.Users.begin(),
+           E = SI->second.Users.end(); UI != E; /* empty */) {
+      std::vector<IVStrideUse>::iterator CandidateUI = UI;
+      ++UI;
+      Instruction *ShadowUse = CandidateUI->User;
+      const Type *DestTy = NULL;
+
+      /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
+         to eliminate this cast.
+
+           for (unsigned i = 0; i < n; ++i) 
+             foo((double)i);
+
+         is transformed into
+
+           double d = 0.0;
+           for (unsigned i = 0; i < n; ++i, ++d) 
+             foo(d);
+      */
+      if (UIToFPInst *UCast = dyn_cast<UIToFPInst>(CandidateUI->User))
+        DestTy = UCast->getDestTy();
+      else if (SIToFPInst *SCast = dyn_cast<SIToFPInst>(CandidateUI->User))
+        DestTy = SCast->getDestTy();
+      if (!DestTy) continue;
+
+      if (TLI) {
+        /* If target does not support DestTy natively then do not apply
+           this transformation. */
+        MVT DVT = TLI->getValueType(DestTy);
+        if (!TLI->isTypeLegal(DVT)) continue;
+      }
+
+      PHINode *PH = dyn_cast<PHINode>(ShadowUse->getOperand(0));
+      if (!PH) continue;
+      if (PH->getNumIncomingValues() != 2) continue;
+
+      const Type *SrcTy = PH->getType();
+      int Mantissa = DestTy->getFPMantissaWidth();
+      if (Mantissa == -1) continue; 
+      if ((int)SE->getTypeSizeInBits(SrcTy) > Mantissa)
+        continue;
+
+      unsigned Entry, Latch;
+      if (PH->getIncomingBlock(0) == L->getLoopPreheader()) {
+        Entry = 0;
+        Latch = 1;
+      } else {
+        Entry = 1;
+        Latch = 0;
+      }
+        
+      ConstantInt *Init = dyn_cast<ConstantInt>(PH->getIncomingValue(Entry));
+      if (!Init) continue;
+      ConstantFP *NewInit = ConstantFP::get(DestTy, Init->getZExtValue());
+
+      BinaryOperator *Incr = 
+        dyn_cast<BinaryOperator>(PH->getIncomingValue(Latch));
+      if (!Incr) continue;
+      if (Incr->getOpcode() != Instruction::Add
+          && Incr->getOpcode() != Instruction::Sub)
+        continue;
+
+      /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
+      ConstantInt *C = NULL;
+      if (Incr->getOperand(0) == PH)
+        C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
+      else if (Incr->getOperand(1) == PH)
+        C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(0));
+      else
+        continue;
+
+      if (!C) continue;
+
+      /* Add new PHINode. */
+      PHINode *NewPH = PHINode::Create(DestTy, "IV.S.", PH);
+
+      /* create new increment. '++d' in above example. */
+      ConstantFP *CFP = ConstantFP::get(DestTy, C->getZExtValue());
+      BinaryOperator *NewIncr = 
+        BinaryOperator::Create(Incr->getOpcode(),
+                               NewPH, CFP, "IV.S.next.", Incr);
+
+      NewPH->addIncoming(NewInit, PH->getIncomingBlock(Entry));
+      NewPH->addIncoming(NewIncr, PH->getIncomingBlock(Latch));
+
+      /* Remove cast operation */
+      SE->deleteValueFromRecords(ShadowUse);
+      ShadowUse->replaceAllUsesWith(NewPH);
+      ShadowUse->eraseFromParent();
+      SI->second.Users.erase(CandidateUI);
+      NumShadow++;
+      break;
+    }
+  }
+}
+
 // OptimizeIndvars - Now that IVUsesByStride is set up with all of the indvar
 // uses in the loop, look to see if we can eliminate some, in favor of using
 // common indvars for the different uses.
 void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
   // TODO: implement optzns here.
 
+  OptimizeShadowIV(L);
+
   // Finally, get the terminating condition for the loop if possible.  If we
   // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
   // induction variable, to allow coalescing the live ranges for the IV into
@@ -1273,9 +2403,17 @@ void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
   IVStrideUse *CondUse = 0;
   const SCEVHandle *CondStride = 0;
 
-  if (!FindIVForUser(Cond, CondUse, CondStride))
+  if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse, CondStride))
     return; // setcc doesn't use the IV.
-  
+
+  // If the trip count is computed in terms of an smax (due to ScalarEvolution
+  // being unable to find a sufficient guard, for example), change the loop
+  // comparison to use SLT instead of NE.
+  Cond = OptimizeSMax(L, Cond, CondUse);
+
+  // If possible, change stride and operands of the compare instruction to
+  // eliminate one stride.
+  Cond = ChangeCompareStride(L, Cond, CondUse, CondStride);
 
   // It's possible for the setcc instruction to be anywhere in the loop, and
   // possible for it to have multiple users.  If it is not immediately before
@@ -1299,133 +2437,87 @@ void LoopStrengthReduce::OptimizeIndvars(Loop *L) {
   // If we get to here, we know that we can transform the setcc instruction to
   // use the post-incremented version of the IV, allowing us to coalesce the
   // live ranges for the IV correctly.
-  CondUse->Offset = SCEV::getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
+  CondUse->Offset = SE->getMinusSCEV(CondUse->Offset, *CondStride);
   CondUse->isUseOfPostIncrementedValue = true;
-}
-
-namespace {
-  // Constant strides come first which in turns are sorted by their absolute
-  // values. If absolute values are the same, then positive strides comes first.
-  // e.g.
-  // 4, -1, X, 1, 2 ==> 1, -1, 2, 4, X
-  struct StrideCompare {
-    bool operator()(const SCEVHandle &LHS, const SCEVHandle &RHS) {
-      SCEVConstant *LHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS);
-      SCEVConstant *RHSC = dyn_cast<SCEVConstant>(RHS);
-      if (LHSC && RHSC) {
-        int64_t  LV = LHSC->getValue()->getSExtValue();
-        int64_t  RV = RHSC->getValue()->getSExtValue();
-        uint64_t ALV = (LV < 0) ? -LV : LV;
-        uint64_t ARV = (RV < 0) ? -RV : RV;
-        if (ALV == ARV)
-          return LV > RV;
-        else
-          return ALV < ARV;
-      }
-      return (LHSC && !RHSC);
-    }
-  };
+  Changed = true;
 }
 
 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
 
   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
-  EF = &getAnalysis<ETForest>();
+  DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
-  TD = &getAnalysis<TargetData>();
-  UIntPtrTy = TD->getIntPtrType();
+  Changed = false;
 
-  // Find all uses of induction variables in this loop, and catagorize
+  // Find all uses of induction variables in this loop, and categorize
   // them by stride.  Start by finding all of the PHI nodes in the header for
   // this loop.  If they are induction variables, inspect their uses.
-  std::set<Instruction*> Processed;   // Don't reprocess instructions.
+  SmallPtrSet<Instruction*,16> Processed;   // Don't reprocess instructions.
   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
     AddUsersIfInteresting(I, L, Processed);
 
-  // If we have nothing to do, return.
-  if (IVUsesByStride.empty()) return false;
-
-  // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
-  // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
-  // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
-  // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
-  OptimizeIndvars(L);
-
-
-  // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
-  // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
-
-  // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
-  // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should be
-  // codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.  Need
-  // to be careful that IV's are all the same type.  Only works for intptr_t
-  // indvars.
-
-  // If we only have one stride, we can more aggressively eliminate some things.
-  bool HasOneStride = IVUsesByStride.size() == 1;
-
+  if (!IVUsesByStride.empty()) {
 #ifndef NDEBUG
-  DOUT << "\nLSR on ";
-  DEBUG(L->dump());
+    DOUT << "\nLSR on \"" << L->getHeader()->getParent()->getNameStart()
+         << "\" ";
+    DEBUG(L->dump());
 #endif
 
-  // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
-  IVsByStride.clear();
-
-  // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
-  std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare());
-
-  // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users passed
-  // into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.  Also,
-  // node that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using StrideOrder.
-  // This extra layer of indirection makes the ordering of strides deterministic
-  // - not dependent on map order.
-  for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
-    std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
-      IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
-    assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
-    StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L, HasOneStride);
-  }
-
-  // Clean up after ourselves
-  if (!DeadInsts.empty()) {
-    DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
-
-    BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
-    PHINode *PN;
-    while ((PN = dyn_cast<PHINode>(I))) {
-      ++I;  // Preincrement iterator to avoid invalidating it when deleting PN.
-      
-      // At this point, we know that we have killed one or more GEP
-      // instructions.  It is worth checking to see if the cann indvar is also
-      // dead, so that we can remove it as well.  The requirements for the cann
-      // indvar to be considered dead are:
-      // 1. the cann indvar has one use
-      // 2. the use is an add instruction
-      // 3. the add has one use
-      // 4. the add is used by the cann indvar
-      // If all four cases above are true, then we can remove both the add and
-      // the cann indvar.
-      // FIXME: this needs to eliminate an induction variable even if it's being
-      // compared against some value to decide loop termination.
-      if (PN->hasOneUse()) {
-        Instruction *BO = dyn_cast<Instruction>(*PN->use_begin());
-        if (BO && (isa<BinaryOperator>(BO) || isa<CmpInst>(BO))) {
-          if (BO->hasOneUse() && PN == *(BO->use_begin())) {
-            DeadInsts.insert(BO);
-            // Break the cycle, then delete the PHI.
-            PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
-            SE->deleteInstructionFromRecords(PN);
-            PN->eraseFromParent();
-          }
-        }
-      }
+    // Sort the StrideOrder so we process larger strides first.
+    std::stable_sort(StrideOrder.begin(), StrideOrder.end(), StrideCompare(SE));
+
+    // Optimize induction variables.  Some indvar uses can be transformed to use
+    // strides that will be needed for other purposes.  A common example of this
+    // is the exit test for the loop, which can often be rewritten to use the
+    // computation of some other indvar to decide when to terminate the loop.
+    OptimizeIndvars(L);
+
+    // FIXME: We can widen subreg IV's here for RISC targets.  e.g. instead of
+    // doing computation in byte values, promote to 32-bit values if safe.
+
+    // FIXME: Attempt to reuse values across multiple IV's.  In particular, we
+    // could have something like "for(i) { foo(i*8); bar(i*16) }", which should
+    // be codegened as "for (j = 0;; j+=8) { foo(j); bar(j+j); }" on X86/PPC.
+    // Need to be careful that IV's are all the same type.  Only works for
+    // intptr_t indvars.
+
+    // IVsByStride keeps IVs for one particular loop.
+    assert(IVsByStride.empty() && "Stale entries in IVsByStride?");
+
+    // Note: this processes each stride/type pair individually.  All users
+    // passed into StrengthReduceStridedIVUsers have the same type AND stride.
+    // Also, note that we iterate over IVUsesByStride indirectly by using
+    // StrideOrder. This extra layer of indirection makes the ordering of
+    // strides deterministic - not dependent on map order.
+    for (unsigned Stride = 0, e = StrideOrder.size(); Stride != e; ++Stride) {
+      std::map<SCEVHandle, IVUsersOfOneStride>::iterator SI = 
+        IVUsesByStride.find(StrideOrder[Stride]);
+      assert(SI != IVUsesByStride.end() && "Stride doesn't exist!");
+      StrengthReduceStridedIVUsers(SI->first, SI->second, L);
     }
-    DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);
   }
 
-  CastedPointers.clear();
+  // We're done analyzing this loop; release all the state we built up for it.
   IVUsesByStride.clear();
+  IVsByStride.clear();
   StrideOrder.clear();
-  return false;
+
+  // Clean up after ourselves
+  if (!DeadInsts.empty())
+    DeleteTriviallyDeadInstructions();
+
+  // At this point, it is worth checking to see if any recurrence PHIs are also
+  // dead, so that we can remove them as well. To keep ScalarEvolution
+  // current, use a ValueDeletionListener class.
+  struct LSRListener : public ValueDeletionListener {
+    ScalarEvolution &SE;
+    explicit LSRListener(ScalarEvolution &se) : SE(se) {}
+
+    virtual void ValueWillBeDeleted(Value *V) {
+      SE.deleteValueFromRecords(V);
+    }
+  } VDL(*SE);
+  DeleteDeadPHIs(L->getHeader(), &VDL);
+
+  return Changed;
 }